切槽对TBM刀具破岩机制的影响研究     

周辉  徐福通  卢景景  高阳  肖建成 《岩土力学》2022,43(3):625-634

高压水射流与机械滚刀相联合破岩技术的出现,改变了传统隧道掘进机（tunnel boring machine,简称TBM）的作业方式。以高压水射流在滚刀两侧岩体切槽的破岩模式为研究对象,开展常截面滚刀压头贯入不同预切槽深度白砂岩板状试样的试验和数值模拟计算分析,对破裂后图像进行DIC分析,研究发现：切槽的存在,阻断了刀具贯入裂纹的拓展,使能量能够更加集中于压头下方的局部岩石块体,有利于形成“八”字形贯通裂纹,促进岩石的破碎;随着槽深增加,压头下方岩石内部的应力状态和力学响应分区逐渐过渡改变。槽深较大时,压头下方的力学响应区域在原有裂纹扩展区、弹性区之间增加了破坏过渡区,该区域内微裂纹被压密,区域内岩石存在较大变形,但未出现明显破坏;切槽后,滚刀压头下方的岩体破坏机制由无切槽试样挤压剪切为主导的径向裂纹拓展,演变为由刀具和切槽共同控制作用—拉伸剪切为主导的主裂纹扩展。  相似文献   

液动潜孔锤用于干热岩钻进的优化与试验          下载免费PDF全文

王跃伟  李宽  张恒春  齐力强  杨泽英  薛倩冰  贾明浩 《探矿工程》2022,49(6):36-41

我国目前能源结构对化石燃料依赖度过高,在全球能源转型的大环境下,作为一种新型清洁能源,干热岩具有储量巨大、资源丰富、分布广泛等优势。针对干热岩勘探开发中高温硬岩钻进的技术难点,对YZX178型液动潜孔锤进行了结构优化,并在某干热岩井中进行了试验应用。试验结果证实了YZX178型液动潜孔锤用于干热岩等坚硬地层进行冲击回转钻进的可行性和高效性,获得了与螺杆钻具接近的机械钻速,且具有节能环保、安全性高、维护方便、节约成本、高温适应性强等优势,但仍需进一步解决其工作寿命与牙轮钻头相匹配的问题。  相似文献   

热-机碎岩孕镶金刚石钻头的设计及试验研究          下载免费PDF全文

常思  刘宝昌  韩哲  王雪琪  白皓亮 《探矿工程》2022,49(2):77-84

为提高钻进效率,合理利用钻进过程中产生的热量,本文采用摩擦热能辅助机械能碎岩（简称：热-机碎岩）的方法,将氮化硅作为摩擦元件引入孕镶金刚石钻头中,以提高钻头工作层的钻进性能。本文通过对钻头水口、摩擦元件的尺寸计算,钻头胎体、结构的设计,制造了一种新型热-机碎岩孕镶金刚石钻头（简称：热-机碎岩钻头）,并与常规六水口钻头和三水口钻头开展了室内钻进试验对比。结果表明,与六水口钻头和三水口钻头相比,热-机碎岩钻头加入摩擦元件后能够因摩擦生热而使岩石产生弱化作用,钻头钻速提高,在相同钻井液流量下最高可比六水口钻头的机械钻速高33.3%。热-机碎岩钻头胎体的磨损程度比三水口钻头小,热-机碎岩钻头可用于强研磨性地层的钻进。  相似文献   

海底硬岩钻探的现状与前景分析          下载免费PDF全文

刘协鲁  陈云龙  阮海龙  蔡家品  赵义  刘智键  梁涛  邓都都  刘广治 《探矿工程》2022,49(1):72-78

海底硬岩是世界大洋钻探实现“莫霍钻”目标必然钻遇的地层。世界大洋钻探实施的航次中已多次钻遇海底硬岩,不仅采获了岩心样品,也在钻进施工中发现了诸多问题。本文搜集了近年来世界大洋钻探实施的309、312、335、360和384等有关海底硬岩钻探航次的资料,在对航次情况简要介绍的基础上,重点阐述了目前海底硬岩钻探在钻头、井壁稳定以及取心工具等方面遇到的挑战以及采取的应对措施,并对今后海底硬岩钻探的发展进行了展望。  相似文献   

胶东前垂柳金矿区花岗岩锆石U-Pb年代学和地球化学特征及其地质意义     

郭云成  段留安  韩小梦  王建田  王利鹏  赵鹏飞 《现代地质》2022,36(3):876-897

前垂柳金矿为胶东胶莱盆地东北缘地区新发现的金矿床,推断其金资源量为13.5 t,金矿体主要赋存于厚大的构造-蚀变带内。主控矿构造-蚀变带上盘岩石为牧牛山岩体二长花岗岩和荆山群地层,下盘岩石为鹊山岩体糜棱岩化二长花岗岩。构造-蚀变带上下两种花岗岩在变质程度、矿物组合方面存在明显差异,为深入研究两类花岗岩的成因类型及其与金成矿的关系,选取岩心中的两类花岗岩作为研究对象,进行了详细的锆石U-Pb年代学和岩石地球化学、锆石Hf同位素研究。牧牛山岩体二长花岗岩的锆石U-Pb年龄为(1 844.1±4.4) Ma,说明其形成于古元古代造山纪;二长花岗岩具有高的SiO₂、Y、Yb含量,较低的MgO、Sr含量和Sr/Y比值,同时具有明显Eu负异常(δEu=0.30~0.48),表现为钙碱性、强过铝质板内花岗岩特征;锆石ε_Hf(t)大部分为负值(变化范围-9.5~3.0),但两颗锆石ε_Hf(t)为正值(0.2和3.0),对应的两阶段Hf模式年龄介于2 492~3 083 Ma之间,指示二长花岗岩是由古老的加厚下地壳熔融形成。鹊山岩体糜棱岩化二长花岗岩的锆石U-Pb年龄为(154.6±1.5) Ma,表明其侵位时代为晚侏罗世,与区域上著名的玲珑岩体、昆嵛山岩体属同期产物。糜棱岩化二长花岗岩全岩地球化学分析显示其具有较高的SiO₂含量,高Sr含量和Sr/Y比值,低MgO、Y和Yb值,以及显著的Eu正异常(δEu=1.61~2.20),属高钾钙碱性、过铝质花岗岩,其地球化学特征与典型的埃达克岩特征类似,具有活动大陆边缘火成岩特点;锆石ε_Hf(t)均为负值(变化范围为-26.6~-14.1),对应的两阶段Hf模式年龄介于2 681~3 860 Ma之间,表明花岗岩可能由古老的多期次加厚下地壳熔融形成,与太平洋板块俯冲导致地壳增厚和地壳重熔有关。上述研究表明两种花岗岩在成岩时代、岩石地球化学特征、构造背景等方面存在显著差异,牧牛山岩体不是鹊山岩体的组成部分。两种花岗岩与主控矿构造空间上关系密切,但时间上与金成矿时间相距较远,因此两种花岗岩与金成矿没有直接成因关系。控矿构造三层结构与鹊山变质核杂岩地质特征一致;前垂柳金矿的发现表明鹊山变质核杂岩周边广泛分布的韧性剪切带和低角度主拆离断层是该区金矿勘查的理想部位,该区找矿潜力十分巨大。  相似文献   

新生代辉绿岩侵入对围岩物性的影响:以苏北盆地洋心次凹为例     

王凯  刘汇川  任威威  李文奇  于志琪 《现代地质》2022,36(6):1563-1573

传统观念认为岩浆活动区是油气勘探的禁区,但现今理论研究与实践勘探发现岩浆侵入作用能够显著改造围岩物性。目前岩浆侵入对围岩具体的影响认识不清,查明岩浆侵入影响围岩物性的机理对油气勘探具有重要意义。以苏北盆地洋心次凹的丰页1井为例,结合测井、地震及岩心等资料重点分析辉绿岩侵入对围岩储层物性与储集空间的改造,深入讨论其影响机制。苏北地区丰页1井的辉绿岩在吴堡运动期(约59 Ma)开始顺层侵入,侵入体中心相为辉长岩,侵入体边缘相为辉绿岩,变质相为板岩,上变质带厚度大于下变质带厚度。围岩由非渗透性泥岩转变为油气储层,储集空间为辉绿岩侵入和泥岩变质过程中产生的裂缝与孔隙。辉绿岩的侵入显著提高围岩储层物性,主要的机制有变质固结、热液破裂、冷凝收缩和溶蚀作用4种,其中热液破裂和溶蚀作用对储层的形成最为关键。  相似文献   

含陡缓倾结构面反倾岩坡折断面演化特征的离心试验研究     

杨豪  魏玉峰  裴向军  张御阳 《岩土力学》2022,(5):1215-1225

为研究含陡缓倾结构面的反倾岩坡在自重条件下的折断面演化特征,以苗尾水电站右坝肩倾倒变形体为地质原型,通过在坡体内不同部位预置切割岩层的非贯通裂缝开展离心模型试验,模拟反倾岩坡在自重条件下的折断面演化特征。研究表明：（1）含陡缓倾结构面的反倾岩坡破坏以折断面的形成为标志,折断面的形成分为3个阶段：初期（0～40g,g为重力加速度）为局部岩层断裂阶段,以岩层局部断裂及后缘岩层前倾为主要破坏特征,坡体表面位移变化量较小;中期（40g～80g）主折断面形成阶段,坡体深部结构面自上而下断裂扩展连接形成主折断面,坡体表面位移变化量约占总位移量的3/4;后期（80g～120g）为多级折断面形成阶段,以坡体内部断裂岩层应力重分布为主要变形特征,坡体表面位移基本保持不变。（2）结构面间岩桥断裂具有瞬时性,但折断面的形成是渐变发展的过程,主要受陡倾结构面控制,主折断面处裂缝应变量最大,受力方式最为复杂,次级折断面处裂缝应变量次之。（3）基于断裂力学,简化了复杂应力状态下含结构面的反倾岩坡压剪断裂判据和岩层不平衡力公式,揭示了主折断面处岩层不平衡力呈现由坡体高度1/3处向坡底和坡顶两侧变小的规律,折断面的形...  相似文献   

基于格栅拱架的软岩巷道分步联合控制技术研究     

刘学伟  刘泉声  汪志强  刘滨  康永水  王传兵 《岩土力学》2022,(S1):469-478+489

针对煤矿深井软岩巷道大变形灾害频发难题,以淮南矿区潘三矿软岩大变形巷道为工程背景,在系统分析围岩失稳破坏大变形原因的基础上,提出了深部软弱破碎巷道基于格栅拱架的分步联合支护技术,包括：格栅支架+一次锚杆锚索、初喷、浅孔注浆、预应力锚杆、复喷150 mm厚混凝土、深孔注浆和帮顶预应力锚索。进一步,分析了格栅拱架支护控制原理,并采用FLAC^3D确定了基于格栅拱架的分步联合技术的最优支护参数。现场对比分析表明,格栅拱架支护围岩初期变形速率及最终收敛变形量均大于型钢支护,但加设二次支护之后格栅拱架位移能较快收敛,此外,格栅支护在经济和效率方面优于钢拱架支护。最后,通过现场监测,格栅拱架分步联合技术各工序的最优施工周期为：预应力锚杆、锚索合理的支护时间是注浆后10 d内,而深孔注浆之后预应力锚杆2周内较优。实践表明,基于格栅拱架的分步联合控制技术深井是软岩巷道围岩控制的一条有效途径。  相似文献   

贯入角度对截齿破岩性能与几何排布的影响研究     

肖建成  卢景景  周辉  徐福通  冯春 《岩土力学》2022,43(12):3372-3384

截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续−非连续单元法（CDEM）,建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性−损伤−断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50º～90º区间内的9组冲击贯入破岩模拟,研究贯入角度对截齿破岩性能的影响规律,讨论贯入角度对截齿几何排布的影响,总结布齿系统的截齿几何排布规律。结果表明,当贯入角度从90º降低到50º时,岩体由张拉−拉剪破裂向剪切−拉剪破裂转变,截齿平均贯入力与破碎程度提高,截齿的跃进式侵入特性的显著性减低;贯入角度为75º～90º的第I类截齿与小于55º的第III类截齿在破岩中起辅助作用,贯入角度为55º～75º的第II类截齿可在岩体内部产生范围较大的水平非贯通裂隙,在布齿系统破碎岩体过程中发挥主要作用;2个第II类截齿先后贯入岩体可较好地破碎截线间的岩体,可构成一类基本破岩单元,多个基本破岩单元按照正弦线形式排布,由此形成了一种布齿系统设计方法。研究成果为完善双轮铣槽机布齿系统设计方法,打破国外在双轮铣槽机布齿系统设计方法上的技术壁垒提供了理论基础。  相似文献   

基于单三轴试验与直剪试验的层状软岩模拟     

潘文韬  杨文波  吴枋胤  何川  赵亮亮  姚人杰  傅舰锋 《岩土力学》2022,43(12):3437-3452

为探究模型试验中层状软岩模拟方法,依托九绵高速层状软岩隧道现场取样的室内试验结果,多次试验确定重晶石粉、石英砂、石膏粉、滑石粉和水的最优配比以模拟软岩基体,采用带孔薄膜模拟层理弱面的黏结作用,并通过直剪试验确定孔隙率,最后对不同层理角度与层理厚度的试样开展直剪与单、三轴试验以反映各向异性情况。结果表明：软岩基体模拟最优配比为0.55:0.15:0.07:0.06:0.17,重晶石粉对强度及破坏变形起决定作用,含量过低易压溃,含量过高产生上下贯通裂缝;采用30%孔洞率的薄膜模拟层理效果最佳;土样强度随层角呈U形变化,层厚减小（不小于2 cm）,强度减小。直剪试验中,45º层理剪切面朝层理方向倾斜,90º层理导致剪切面上下产生裂缝与碎裂,单三轴结果中,0º层理会产生小角度倾斜裂缝,45º层理产生垂直层理面的斜裂缝及二次破裂,90º层理产生顺层理的竖向劈裂;与现场结果对照后确定最优层厚为 3 cm,对层角与层厚的直剪与单三轴试验结果整体一致,揭示土样孔隙压密闭合−弹性−塑性胀裂破坏−徐变的过程。  相似文献