冻融循环对土体分散性的影响及微观机理分析

以吉林乾安地区土样为研究对象,通过对经历不同冻融循环次数的原始土样及改性后土样进行分散性测试和电镜扫描试验,利用MATLAB图像处理软件、CIAS裂隙定量分析程序对土样裂隙进行定量处理,探究循环冻融作用下土体分散性的变化规律与土体裂隙参数之间的关系及其微观机理。结果表明：(1)未经明矾处理的土样分散性随冻融循环次数的增加而增加,经明矾处理的改性土样在有限次(20次)冻融循环条件下分散性不发生变化;(2)冻融循环作用下结构单元体破碎,使土样中细粒含量增加从而使土体分散性增强,同时新形成的裂隙将土体切割成大小不一形状各异的块体,进而加剧了土体的分散性;(3)裂隙参数中,裂隙分形维数与土体分散性等级值相关性较好,裂隙率次之;(4)明矾中的铝离子替代了土颗粒表面的钠离子,增大了土颗粒之间的吸引力,从而降低了土体的分散性,且试样分散性受冻融循环条件的影响较小,因此明矾可作为一种良好的改性剂用于治理季冻区分散性土。     

膨胀土边坡渗透变形的表面裂隙图像特征分析

膨胀土在我国分布广泛。由于其具有涨缩特性,膨胀土边坡在干湿循环条件下易失稳形成滑坡,造成严重的地质灾害。裂隙的发育-扩展-贯通则是膨胀土边坡失稳致灾的前提,因此,准确把握裂隙的发育机制、图像特征,进而推演膨胀土滑坡的形成过程,是一条重要的预警途径。本文以安徽淠史杭灌区膨胀土边坡为研究对象,进行“降雨+自重”条件下的原位试验,对失稳过程中的土体表层裂隙图像特征进行系统研究,重点分析裂隙度、裂隙几何特征参数的变化与边坡失稳之间的关系。研究结果表明：通过土体表层裂隙图像的综合分析,进行边坡危险性评价,具有可行性;针对该地区膨胀土边坡,起始裂隙度处于0.19～0.03范围,后续裂隙度相较初始状态增加范围处于0.5%～1%,且沿软弱结构面存在的横向裂隙发育为主控裂隙时,边坡出现异常,应提出预警。     

黄土液化微细观特性试验研究

黄土液化演化过程的微观机理分析是液化防御的科学问题之一。通过微细观及动力学试验探索黄土液化的本质和影响因素。首先用CT细观扫描实验探索黄土渗透液化的细观变化,研究表明土体液面上升的根本原因是弱碱性盐类胶结物的吸水作用导致土样含水面整体上升;试样达到高饱和度,大孔隙周围颗粒间胶结物质破坏后有效应力为零,土层液化。粉土的孔隙尺寸和特殊的胶结物质导致高饱和度。土样微观结构的差异也会影响土的液面上升和破坏强度。针对低黏性粉土、粉质砂土及粉质黏土的三类黄土液化实验分析表明,低黏性粉土动荷加载时间更短,更易于液化,即低粘性粉土液化最为严重,粉质砂土为中等液化,粉质黏土相比其他黄土类别不易液化。电镜扫描土样微观结构参数分析表明,土颗粒周围胶结物质的化学元素比值(Ca/Fe),以及土颗粒粒径分布和孔隙尺寸(孔隙与颗粒比)均影响液化等级,可初步判断液化的强弱。     

分形岩石裂隙中渗流扩散运动的试验研究

由于存在大量粗糙不规则裂隙，使得岩体中流体运动极为复杂。针对天然粗糙岩石裂隙渗流试验存在物理模型隐蔽性和不可重复性等难点，基于三维Weierstrass-Mandelbrot分形函数构建了粗糙节理面的裂隙通道，采用3D打印技术获得了透明精细的裂隙模型，使用微流体控制仪研究了不同试验条件下的裂隙渗流扩散运动，分析了裂隙通道流量与压力水头、裂隙宽度和分形维数之间的关系。研究结果表明：与平行板立方定律近似，在分形裂隙中，裂隙通道流量与压力水头成线性关系；单宽流量与裂隙通道的宽度成近似的三次方关系；考虑分形维数影响时，相同条件下流过裂隙通道的流量随着分形维数的增加而增加；粗糙裂隙渗流立方定律可采用与分形维数相关的幂指数函数进行修正。     

莺歌海盆地乐东地区石英裂隙内流体包裹体特征及其对天然气成藏制约

莺歌海盆地乐东地区是我国典型高温超压天然气勘探领域,其关键储层黄流组砂岩以天然气富含CO_2为特征,对其中石英颗粒内裂隙包裹体的研究能为CO_2来源和天然气成藏信息提供重要线索。本文通过对黄流组砂岩石英颗粒内包裹体进行岩相学、显微测温与激光拉曼分析,结果表明黄流组砂岩石英颗粒内正常捕获流体包裹体均一温度主要分布在155～165℃与170～180℃两个温度区间,流体包裹体成分为CO_2(气)和H_2O(液)两种或CO_2(气)和CO_2(液)、H_2O(液)三种。这些特征表明乐东地区黄流组至少经历两期富含CO_2的热液活动,记录了埋藏晚期无机CO_2在火山活动或深大断裂发育期充注成藏的信息。     

雄安新区雾迷山组岩溶裂隙发育特征

雄安新区碳酸盐岩岩溶热储是具有重大开发潜力的优质地热资源。理清雾迷山组储层中岩溶裂隙的形成演化过程及发育特征,对地热资源的形成与聚敛研究具有重要作用,也是合理有效地开发地热资源的前提。根据岩芯采样、薄片、钻井、测井等资料,对雾迷山组岩溶裂隙的形成演化与几何特征进行了详细分析。结果表明:雄安新区岩溶和裂隙的形成与构造活动密切相关,以印支运动晚期至喜马拉雅运动期间最为强烈,形成了最有利储层发育的岩溶裂隙。雾迷山组裂隙带平均厚度和平均间隔分别为4.70m和4.05m,储厚比平均为41.90%。储层内部裂隙的走向主要为近北东向,倾角集中在50°～90°之间。面积裂隙频率达到5.34条/m~2。裂隙的长度和开度平均分别为1.20m和95.16μm。多种物质充填裂隙,以白云石、黄铁矿、石英最为常见,含有数量较多的半充填和未充填裂隙。现今地应力有助于裂隙的开启,储层中裂隙网络发育,连通性好,具有非常好的导水储水性能,为雾迷山组地热资源富集提供了良好条件。     

云南武定县朱家坝尾矿库渗漏原因浅析

位于云南省楚雄州武定县朱家坝新建尾矿库,在使用过程中,该尾矿库下游一泉水点出现尾矿粉渗漏污染,通过地质勘查,发现该尾矿库下伏昆阳群绿汁江组(Pt2lz)的白云岩基底,存在一隐伏断层,渗漏污染原因与该断层及其形成的岩溶裂隙有直接的关系。     

台风暴雨型浅层滑坡失稳机理研究

针对台风暴雨耦合作用下浅层滑坡的失稳机理进行研究。在总结福建台风暴雨型滑坡灾害特征的基础上，提出风荷载对斜坡变形失稳的影响机理是通过植被造成坡体开裂，从而影响坡体的入渗规律。应用GeoStudio软件计算台风暴雨入渗条件下裂隙坡体中暂态非饱和渗流场的变化，以及对斜坡稳定性的影响。计算结果表明:裂隙坡体由于在裂隙处形成集中入渗点，雨水的入渗速度大于无裂隙的坡体，坡体达到饱和状态所需要的时间大为缩短。裂隙深度、间距对滑坡稳定系数的影响较大，裂隙深度越大、间距越小，在相同的降雨条件下滑坡的稳定系数越小，滑坡失稳需要的降雨时长越短。裂隙宽度对滑坡稳定性的影响相对较小。      

地电场多测向日变波形相位关联特征

本文以电磁环境、装置系统、日变波形均具有代表性的海安、平凉、瓜州等7个台站为对象，基于大地电场潮汐机理和裂隙水(电荷)渗流(移动)模型，应用快速傅里叶变换和矢量分析方法，研究这7个台站在2009—2015年多个时段、多个测向的地电场日变波形的相位关系及影响因素.结果显示:多方位地电场观测的日变波形之间具有同相或反相的相位关联特征; 当观测地电场的电极与仪器的连接方式确定后，不同测向地电场日变波形的相位关联即由场地岩体裂隙优势方位所决定，且这种相位关联特征具有相对稳定性.      

含孔隙、裂隙介质弹性波动的统一理论——Biot理论的推广

地球表层的岩石介质往往是即含孔隙又含裂隙,这种现象对弹性波传播产生重要影响．本文在Biot孔隙介质的波动理论基础上,利用该理论中介质在排水（干燥）条件下的弹性模量引入裂隙对弹性性质的影响,并对裂隙在弹性波动作用下的“挤喷流”（squirt flow）效应进行了具体分析,导出了一个描述孔隙、裂隙并存时的弹性波统一理论．该理论既能描述裂隙对介质弹性的影响,又能模拟挤喷效应导致的弹性波衰减和频散,并且指出,这种挤喷效应是由裂隙介质的两个最重要的参数,裂隙密度和纵横比所控制．这一统一理论的另一重要特性是该理论保持了Biot理论的基本特征,即慢速纵波的传播特征及孔隙渗透率的影响．模拟计算结果及与实际数据的对比表明,这一孔隙、裂隙弹性波动的统一理论能较好地描述实际岩石介质中弹性波的传播,从而在地球介质中地震和声波测量中比Biot理论有着更为广泛的应用前景．