金刚石钻进能量在风化花岗岩地层中的变化特征

利用钻进过程监测系统在风化花岗岩地层中的试验数据对钻进系统的动能、轴力功、黏滞能耗及钻进总能量进行了分析。研究表明,钻具系统的动能在钻进能量中占主导地位,轴力功与黏滞能耗所占的比重很低,钻具系统的动能以及钻进总能量与岩石的风化程度呈负相关,轴力功与岩石的风化程度呈正相关,说明钻进能量与岩石风化程度具有很好的响应关系。最后,从破碎单位体积能耗的观点出发,分析了钻进比功与岩石风化程度之间的关系。研究表明,在全风化及强风化花岗岩地层中,金刚石旋转钻进比功值明显低于冲击凿碎比功;在微风化的坚硬与极坚硬岩石中,金刚石旋转钻进比功则明显高于冲击凿碎比功。这为金刚石旋转钻进中岩石的实时分级与实时判层提供了新的方法。     

金刚石钻进比功及风化花岗岩实时分级研究

基于钻进过程监测系统在不同花岗岩地基金刚石钻进中监测数据,对钻进比功及其变化特性进行分析。结果表明,金刚石钻进比功随岩石风化程度的减弱而增大,具有明显的分区性。在软的全风化及强风化花岗岩中,金刚石钻进比功值低于冲击凿碎比功值;在中等硬度的风化花岗岩中,金刚石钻进比功值与冲击凿碎比功值接近;在硬度较大的微风化花岗岩中,金刚石钻进比功大于冲击凿碎比功。由此可知,在中等硬度的花岗岩中,用冲击凿碎比功来估计金刚石钻进比功才是合适的。这与旋转钻进只适于中硬以下岩层的实际相吻合。最后,提出采用比功变化曲线进行分区,并结合比功均值指标与上界指标对岩体进行实时分级的方法。     

钻进参数用于香港复杂风化花岗岩地层的界面识别

在采用仪器钻进系统对复杂风化花岗岩地层界面进行成功识别的基础上,在复杂风化花岗岩场址的勘探中进行进一步应用和检验。在该风化花岗岩地层中,强风化与中等风化花岗岩交错,地层特征相当复杂。试验采用R–20液压回转式钻机,并安装数字式钻孔过程监测系统,在钻孔过程中对穿孔参数进行自动采集。对穿孔参数的定性和定量分析表明,在此地层中,有效轴压力、钻具转速、冲洗压力、钻头位移及穿孔速率等监测参数在界面处亦具有明显的涨落,说明这些参数与界面处岩石强度的变化具有很好的响应特征,能可靠地揭示复杂地层的变化。同时,采用变斜率法对地层中的主、次界面进行识别。t检验表明,仪器钻进系统对岩土界面识别的置信度为99%。     

中风化花岗岩中抗浮锚杆的试验研究

 抗浮锚杆已经在我国许多地区得到广泛应用。但是不同规范推荐采用的锚杆设计参数变化范围较大,并且未考虑不同地区岩石的差异性,实际应用中不利于设计参数的选取。在青岛大剧院工程场地上对设置测力元件的抗浮锚杆进行破坏性拉拔试验,重点测试锚杆杆体的轴力、杆体与注浆体之间的剪应力变化规律,结果显示内力沿锚杆长度不均匀分布并且超过一定长度后不再受力,进而确定出该地区中风化花岗岩中抗浮锚杆的极限抗拔力和有效的锚固段长度,为抗浮锚杆设计、施工提供了依据。     

中风化花岗岩层与基桩侧摩阻性能现场试验研究

 结合港珠澳大桥桥梁试桩工程,采用自平衡法进行2组共4根桩(每组2根桩)的中风化花岗岩与基桩的侧摩阻性能现场试验。试验时,将荷载箱埋设于中风化岩层内的桩身进行测试,并同步观测不同试验荷载下桩顶、中风化花岗岩层顶面对应的桩身截面、荷载箱和桩底的位移和桩身轴力。2组试桩桩位处岩石强度有一定差异,且岩石完整程度不一,但各试桩荷载箱上方桩身的荷载–位移曲线均具有明显的突变特征。处于岩石强度小、破碎岩层内的试桩组,其荷载箱上方岩层与基桩侧摩阻力小于荷载箱下方岩层与基桩侧摩阻力;处于岩石强度高、较破碎岩层内的试桩组,其荷载箱上方、下方岩层与基桩侧摩阻力基本一致。荷载箱以上桩段岩石侧阻发挥系数实测值表现为岩石强度愈高,岩石侧阻发挥系数实测值也愈高;而荷载箱以下桩段,在本项目的试验条件下则表现为岩石强度愈高,侧阻发挥系数实测值愈低。     

基于裂纹扩展能量平衡的花岗岩动态本构模型研究

应用滑移型裂纹模型，基于裂纹扩展过程中的能量平衡原理，建立了花岗岩材料的动态本构模型，分析结果表明，模型结果与实验结果符合得比较好。并进一步分析了裂纹扩展引起的非线性应变特征，结果表明，在裂纹的扩展过程中，由于裂纹扩展引起的非线性应变对侧向应变的影响比轴向应变大，初始裂纹的滑移在花岗岩材料的非线性应变的贡献不能忽略。     

风化花岗岩边坡工程特性研究

花岗岩在我国沿海山地地区广泛分布,但不同地区的花岗岩的力学性质具有不同差异,有针对性地研究风化花岗岩的特性,对边坡变形和破坏问题具有很大意义。以淮河西路道路工程为例,通过工程实践等手段研究花岗岩残积土层的工程特性及相关的物理力学性质,探讨研究风化花岗岩边坡工程特性,为类似工程提供借鉴。     

深圳地区燕山期花岗岩风化带划分及鉴别

为了解决目前深圳地区构造带区域燕山期花岗岩风化带施工现场判别上的困难,总结了花岗岩风化带的划分依据,提出了从地质演化的本质方面应按照岩石结构崩解和矿物风化程度强弱、岩石强度方面进行划分风化带。阐述了深圳市花岗岩各风化带的岩石结构崩解特征和矿物风化特征,并指出了相邻风化带的区别特征。以深圳地区多个花岗岩风化带误判工程为例,指出了相似风化岩判别的关键特征,为今后复杂地区桩基持力层勘验提供一定的借鉴作用。     

旋转钻井中岩石破碎能耗的分形分析

 通过旋转钻井中破碎岩石的能耗分析,应用分形岩石力学理论,从钻井过程中钻头破碎岩屑的粒度分布、能量耗散等角度,建立旋转钻井中钻头破碎岩石所需能量的分形描述模型,详细分析影响钻头破碎岩石能耗的因素。该模型显示出旋转钻井岩石破碎能耗不仅与钻压、转速等钻井参数关,还与地层岩石破碎体的尺度和粒度分布分形维数等因素有关。应用该模型不仅可以确定钻井过程中破碎岩石所需的能量,还可以反演计算,根据所需岩石的破碎能量优选钻进参数。将所建立的模型进行适当简化,可得到经典岩石破碎比功三大学说表达式,说明该模型具有一定的普遍性。     

基于矿物结构与钻探的花岗岩地质强度指标研究及应用

 受Hoek对泥砂岩地质强度指标(GSI)图研究的启发,在野外工作和室内试验的基础上,尝试建立一个基于矿物结构与钻探的花岗岩GSI量化取值图：(1) 该图引进岩石矿物结构、完整岩芯长度、节理条件等参数来对GSI取值进行量化;(2) 用典型完整岩芯照片代替GSI取值图里岩体结构的素描图,并结合野外岩芯RQD、采芯率、岩体结构等特征对该照片进行描述。根据Hoek-Brown准则,利用该GSI图计算出花岗岩的弹性模量E,其与勘察单位给出的E值最小误差为0.11 GPa,说明该图具有一定的科学性,可用于钻探的场地花岗岩体力学参数估算。     

高温高压下花岗岩中钻孔围岩的热物理及力学特性试验研究

 采用自主研制的20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机,对f 200 mm×400mm的花岗岩体内含f 40 mm的钻孔在600 ℃以内及6 000 m埋深静水压力下钻孔围岩的热弹性变形进行深入的试验研究。根据热弹性变形试验结果反演计算出高温高压下钻孔围岩的热物理及力学特性参数,并对钻孔围岩的热物理及力学参数进行认真细致的分析。研究结果表明：(1) 高温不同埋深应力下钻孔围岩的热变形可分为3个阶段：低温热变形微弱阶段,中高温热变形快速增长阶段,高温热变形平稳阶段,且埋深(即应力大小)对于钻孔围岩的热变形具有明显的影响;(2) 高温高压下含有钻孔的花岗岩体以剪切方式破坏,花岗岩体在经历500 ℃～600 ℃的高温仍呈现出脆性特征,岩体破坏的条件为6 000 m埋深静水压力,600 ℃左右;(3) 高温下钻孔围岩的弹性模量随温度的升高呈负指数规律减小;(4) 高温下钻孔围岩的泊松比随温度的升高总体呈增大的趋势;(5) 高温不同埋深应力下钻孔围岩的热膨胀系数不同,埋深对钻孔围岩的热膨胀系数具有很大影响。研究结果可为高温岩体地热开发深钻施工及钻井围岩稳定性维护提供理论依据与技术储备。     

厦门海底隧道强风化花岗岩力学特性研究

 厦门海底隧道海域隧道地段存在多处风化深槽,岩体主要为全、强风化花岗岩。由于该类岩石强度低,压缩性高,自稳和自承能力差,在隧道衬砌结构的设计和施工工艺的选择方面会遇到一系列特殊的问题。主要通过对天然和重塑强风化花岗岩岩样进行一系列的室内试验,在掌握其基本物理力学特性的基础上,重点对其流固耦合作用下的力学特性进行研究,并建立该类强风化花岗岩的力学模型,通过反演分析对力学模型进行验证。研究成果对风化花岗岩类工程的力学参数取值有重要借鉴意义,对该类岩体中隧道的设计施工具有指导作用。     

含花岗岩孤石地区基坑锚索施工技术探讨

在花岗岩风化堆积地区进行基坑锚索施工,常会遇到残留在第四系土层中的花岗岩球状风化球,俗称"孤石"。孤石具有坚硬、分布杂乱、形状多变等特点,与周边地层力学特性差异较大,形成了软硬不均的不良地质现象。孤石的存在对基坑锚索施工带来极不利的影响。结合珠海某基坑支护工程,详细论述了含孤石地区锚索的施工工艺方法和锚索的承载力特点。     

钻孔灌注桩旋挖干取土成孔施工技术

根据不同的地层及地下水位情况,旋挖钻成孔灌注桩可采用干取土成孔和泥浆护壁成孔工艺。干取土成孔工艺不需泥浆护壁,孔壁不产生泥皮,孔底渣土厚度小,利于桩基承载力的发挥。同时,施丁效率高,无泥浆排放,对环境污染小,尤其适合于城市建设基础的施工。