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贵州大学
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摘要:随着BIM技术不断深化与拓展,岩土工程领域可以利用BIM技术自身优势进行应用,探究怎样将BIM技术引入岩土工程学科教学之中显得愈发重要.BIM技术可以与岩土工程领域有限元软件结合进行三维地质建模;将其运用到岩土工程勘察、设计、施工、监测,实现同一平台多专业协同.结合BIM技术对岩土工程领域学科进行教学改革探究,调整课程教学、课程设计安排,充实教学内容,使其紧密联系课程体系,符合岩土工程的发展趋势,对岩土工程专业的教学改革提供可借鉴的新思路....
[博士论文] 邬忠虎
矿物资源学 贵州大学 2017(学位年度)
摘要:页岩气储量大、分布广,是一种清洁高效的非常规天然气,被认为是常规能源的理想替代者。贵州省页岩气含量丰富,其中地质资源量达到13.54万亿立方米,可采资源量约1.95万亿立方米,居全国第三位,页岩气资源丰富。贵州凤冈三区块是国土资源部第二轮页岩气探矿区出让进行招标的区块之一,具有良好的页岩气勘探开发前景。页岩气勘探开发中,保存条件好的裂缝发育区往往是页岩气甜点的区域。页岩储层中的裂缝控制着储层的含气性、渗透性,是页岩游离气的重要储集空间之一,对页岩气勘探和开发中井网布局、水平井的设计部署、水力压裂设计和优化注水方案等提供重要的依据,具有重要的理论意义和工程价值。
  本论文基于贵州凤冈三区块下寒武统页岩储层开展了储层矿物岩石学、储层孔隙结构、孔径分布、岩石力学等特征分析、裂缝特征描述、查明裂缝发育主控因素,结合地质力学、岩石力学、弹性力学和断裂力学理论建立了多期次构造应力场作用下页岩储层裂缝分布预测方法。研究成果对贵州黔北地区页岩气压裂开采具有重要指导作用。研究成果如下:
  通过X射线衍射全岩定量分析和粘土矿物分析,下寒武统页岩储层中,石英的含量在36%~92%,平均为78%;黄铁矿的含量在2%~25%,平均含量7.4%;斜长石含量在3%~23%,平均含量15%;粘土矿物含量在2%~30%,平均含量8%,粘土矿物以伊利石为主,平均为87%。该地区牛蹄塘组黑色页岩脆性矿物含量较高,容易在外力作用下形成裂缝。通过扫描电镜观察可知:下寒武统页岩中发育的孔隙包括粒间孔、粒内孔、溶蚀孔、有机质孔、特殊孔隙(草莓状黄铁矿孔隙)等,孔隙连通性普遍较差,导致渗透率很低。利用核磁共振测试分析,牛蹄塘组页岩中发育大量纳米级孔隙,页岩孔喉主要分布在0-0.1μm之间,属于纳米孔,也有少量的微米孔。页岩的孔径分布主要集在0.001μm-0.01μm和0.01-0.4μm之间,说明研究区页岩孔隙以纳米孔为主。通过全岩-应力-应变渗透性试验,测定了不同围压和不同渗透压下页岩的渗透率,结果显示页岩的渗透率与围压的关系是呈非线性相关关系,通过数值拟合,发现三次函数拟合程度最高,达到了0.99145,在较低围压下页岩渗透率随着围压增大近似呈三次函数关系。随着围压的增大页岩渗透率减小,页岩渗透率与渗透压差的关系近似呈线性正相关关系。在较低围压下,页岩渗透率与渗透压差的关系近似呈线性正相关关系,较低围压下渗透率随着渗透压差增大而大幅度增加;较高围压下的渗透率增加幅度减小。通过数值试验研究了方解石脉充填下,页岩在不同加载方向下的破裂模式,认为页岩单轴破坏后的最终破坏模式归纳为为四种:倒V形(α=0°、30°、45°)、倒Z形(α=15°)、直线形(α=75°)、V形(α=60°、90°)。观察数值试验中声发射分布情况,其分布特征与宏观破坏模式有相似性,基于分形几何理论,采用计算不同应力水平、不同方向加载条件下的页岩破裂分形维数 D,分形维数值D能很好地反映页岩的破裂模式。从破裂模式的变化趋势可知,倒Z形破坏试样D值最大为1.688016,直线形破坏试样D值最小为1.481904,倒V形和V形破坏试样D值介于两者之间。因此,D值越大,破坏模式越复杂,D值越小破坏模式越简单。从宏观到微观角度观察了页岩储层裂缝发育特征,研究区下寒武统页岩岩心裂缝发育,其中以构造裂缝为主,构造裂缝中张性裂缝所占比例大于剪性裂缝。从野外露头、岩心、显微镜和扫描电镜观测可知,牛蹄塘组页岩裂缝充填程度较高,通常微裂缝中最常见的填充物是方解石,其次还有少量石英和黄铁矿。
  构造应力场、岩性、岩石力学性质和有机碳含量是控制页岩储层裂缝的重要因素,其中构造应力场是裂缝形成最重要的因素。页岩中脆性矿物比如石英、方解石等含量越高,裂缝越发育,TOC含量也与裂缝发育程度呈正相关关系。研究区燕山期和喜山期叠加后的应力场模拟结果表明在断裂带附近,断裂端部和断裂交汇处,应力水平较高,应力低值区分布在断裂与断裂之间。裂缝发育区(Ic>1.11)主要分布在:
  1)何家坝断裂带、随阳山断裂带、党湾断裂带、桃坪断裂带和峰岩断裂带;
  2)断裂带转折处以及不同断裂带相交处。裂缝相对发育区(1
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:为了探究渗透压-应力耦合作用下页岩的渗透性,选用岩石伺服三轴试验系统,在不同渗透压差和围压条件下对页岩进行全应力、应变渗透性试验.分析页岩不同变形阶段与渗透率的关系,探讨页岩破坏过程中形成的局部压缩带与渗透性的关联性.试验结果表明:相同渗透压差、不同围压下,初始渗透率随着围压增大而呈不同程度的减小,峰值强度随着围压增加而增大;相同围压、不同渗透压差下,试样渗透率随着渗透压差增加而呈不同程度的增大,但是峰值强度有一定程度的降低;试验结果表明,页岩出现了局部压缩带的现象,压缩带的出现对渗透率增加有着抑制的作用,它的出现并不是页岩脆-延转换临界点出现的特征,而是孔裂隙萌生、扩展并开始软化的标志性特征;页岩试样在高围压条件下出现硬化现象,在低围压条件下的页岩试样内部孔裂隙渗流网络的形成早于高围压下硬化的页岩试样,破坏模式以高角度剪切破坏为主.研究页岩不同应力环境下的渗透性,对揭示页岩气开发过程中页岩的渗流机制具有实际意义....
[期刊论文] 赵蕾 陈筠 邬忠虎 刘磊磊
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CBST
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摘要:针对红黏土地区地基排水固结过程的复杂性,对红黏土地基排水固结沉降进行数值分析。采用大型通用有限元分析软件 ABAQUS /Standard 中的固结计算模块 Soils 和自带的修正剑桥模型,以某铝厂的改造工程项目为算例,对红黏土地基中的沉降随时间的变化规律、孔隙水压力消散规律、孔隙比随深度的非线性分布以及土体的有效应力增长进行了研究。研究表明:计算结果与土力学规律吻合,能准确反映红黏土地基固结沉降的实际情况,可为红黏土地基上的建(构)物改造工程地基处理和工程设计提供参考。...
摘要:对位于黏性土-风化花岗岩地基中钻孔灌注抗拔桩承载力时效性的研究,对揭示黏性土-风化岩层中桩基承载力具有深远的意义.结合深圳前海填海区某工程的基桩实测数据,对钻孔灌注抗拔桩承载性能的时效性进行分析.结果显示:深圳前海填海区黏性土-风化岩中钻孔灌注抗拔桩的抗拔承载力时效性明显,前期抗拔桩承载力增长速度很快,随着休止期的延长,增长速度逐渐减慢.统计结果显示:桩基动刚度与桩基承载力两者之间联系密切且呈线性正相关,相关系数R =0.981 65....
摘要:针对膨胀土胀缩等级评定中单指标和多指标评价方法的不足,将液限、总胀缩率、塑性指数、天然含水率以及自然膨胀率作为膨胀土胀缩等级评价的指标,采用熵值法评价各不同指标的权重,以理想点原理为依托,提出了膨胀土胀缩等级评价的熵值-理想点模型。首先建立胀缩等级的理想点和反理想点矩阵,通过构造距离函数来表征样本与不同胀缩等级的理想点和反理想点距离,然后引入理想点贴近率的概念评价样本等级,即理想点距离越小,贴近率越小,样本越接近于该等级。该模型在某工程膨胀土胀缩等级评价中的应用表明:采用熵值-理想点模型评价的膨胀土的胀缩等级与实际情况吻合较好,说明该模型具有合理性和实用性。...
摘要:基于数字图像处理技术和RFPA2D-DIP软件建立了含不同裂纹几何分布的混凝土真实细观结构的数值模型,模拟了单轴压缩作用下混凝土内蕴裂纹的扩展变形规律及破裂过程,研究了裂纹几何分布及细观非均匀性对混凝土力学结构效应的影响.结果表明:随着裂纹倾角增大,试样的峰值强度升高,翼裂纹长度变短,裂纹萌生位置不断向预制裂纹尖端靠近;随着裂纹长度增加,试样的峰值强度降低,裂纹倾角对材料强度的影响显著;预制裂纹长度对材料的破坏模式有一定影响,骨料对翼裂纹的萌生及扩展具有一定的阻碍作用;当15°≤α≤45°时裂纹萌生及扩展较易,当裂纹倾角为60°和75°时,翼裂纹很难萌生及扩展,在靠近峰值应力时裂纹突然萌生扩展,最终形成劈裂破坏,研究结果对混凝土失稳破坏机理的研究具有一定参考意义....
摘要:利用工业废料改良土体性能不仅具有实用价值而且能够保护环境.采用室内土工试验及SEM试验,针对木质素纤维加筋红黏土的效果,以及木质素纤维掺量对红黏土强度及变形特性的影响规律和作用机理进行研究.试验结果表明:木质素红粘土压缩模量随着纤维掺量的增加先增加后减小,2%纤维掺量时,模量最高;不同木质素掺量红粘土的内摩擦角基本保持不变;红黏土黏聚力随木质素掺量的增加先减小后增大再减小.2%是纤维最优掺量,土体黏聚力出现最大值;在三轴实验中,加筋红黏土试样均发生鼓胀变形,没有明显的破裂面,具有典型的应变硬化特征.研究结果表明木质素纤维能一定程度提高红粘土的强度,提升红粘土的工程应用价值....
摘要:为了了解贵州省边坡生态防护应用现状,通过对贵州省西南地区公路边坡生态防护工程进行现场调查,从边坡的坡型、坡高、坡度及生态防护措施等方面进行统计分析,并制定了边坡生态防护评分体系进行评价.结果表明,调查区内边坡生态防护以基材喷射植草和植生袋植草为主;土质边坡的生态防护总体应用现状优于土石混合边坡和岩质边坡....
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CSTPCD 北大核心
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摘要:特厚复合顶板支护难度大,采用锚网索支护时经常会发生锚杆(索)破断或失效,极容易发生大面积冒顶事故,且其冒顶过程迅速.预兆不明显,较难预防.为了解决该问题,通过三维数值模拟和工程实例分析了其失稳机理,研究了支护锚索容易破断及冒顶过程迅速的原因.研究结果表明:锚杆(索)容易破断的主要原因是剪应力过大,容易失效的原因是锚固区处在围岩裂隙发育区或软弱岩层;特厚复合顶板一般都具有内部各岩层厚度较小.总厚度较大.岩性较差等特征;特厚复合顶板会发生突然冒顶的原因是其顶板中存在一层或数层相对较硬的岩层;最后,为特厚复合顶板支护提供了一些支护参数和支护建议,这为类似工程提供了参考依据....
摘要:采用应力-应变控制式三轴仪对贵阳市某基坑内的原状和重塑红黏土进行了等压固结和K0固结条件下的增p剪切、减p剪切、等p剪切应力路径室内试验,以研究在不同应力路径下红黏土的力学特性.研究结果表明,不同应力路径下红黏土的力学特性有较大的差异,红黏土对应力路径的敏感性与其自身的结构性有很大关系,初始固结条件和应力路径对红黏土抗剪强度指标的影响主要表现在对粘聚力的影响上,而对内摩擦角的影响较小.应力路径是孔隙水压力变化特征的决定因素之一.排水条件对红黏土的变形影响较小,对其强度值影响明显.对等压固结和Ko固结剪切结果进行比较,认为其在两种固结条件下的变形和强度上均存在较大差异....
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北大核心 AJ CA
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摘要:在分析凤冈区域地质构造演化的基础上,对下寒武统牛蹄塘组的页岩层裂缝特征进行了研究.研究表明:多期次强烈的构造运动使该区域断裂发育复杂,造成多个断裂体系相互交错、切割,从而形成以隔槽式为主的褶皱形体:从储层裂缝特征来看,主要以构造裂缝为主,横裂缝、垂直裂缝占主体,部分岩心破碎严重,并且裂缝大部分被其他矿物成分充填,以石英、方解石充填所占比例高....
摘要:裂缝发育程度是页岩气勘探和压裂开采的主要考虑因素之一;而裂缝的形成与构造特征密切关联。在对凤冈地区构造特征分析的基础上,对凤冈地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的裂缝特征和主控因素进行了研究。认为凤冈地区褶皱、断裂发育,褶皱样式以隔槽式为主,具有典型的侏罗山式褶皱组合特点。区内多条断裂相互切割,具有亚扭性特征;牛蹄塘组黑色页岩中的裂缝以构造裂缝为主,且水平裂缝和低角度裂缝所占比例大,裂缝为局部充填或者全充填;页岩中的脆性矿物所占比例高,易于形成天然裂缝和人工压裂裂缝,提高页岩后期水力压裂效应的有效性,同时提高了页岩储层的渗透性。...
摘要:为了探究土壤原生细菌对红黏土强度的影响,通过对红黏土中天然赋存的原生细菌进行富集培养,并在红黏土重塑试样中添加培养后的细菌菌液,通过土工试验和电镜试验分析红黏土物理力学性质和微观结构的变化.结果表明:随着细菌的掺入,三轴试样的破坏峰值和压缩模量都有所提高,并且随时间的增长,呈现先增大后减小的趋势;同时从电镜图像上来看,细菌的掺入使得红黏土中粉粒含量有所增加,相应的黏粒含量下降.研究结果可为进一步研究单一的细菌种类对红黏土物理力学性质和微观结构的影响提供参考....
摘要:隧道在施工过程中常常面临各种不良地质现象的威胁,如不能及时发现将可能造成重大的人员和财产损失,所以超前地质预报是隧道施工中一个十分重要的环节.地质雷达是分辨率较高的一种物探仪器,具有成本低、效率高等特点,在超前地质预报中得到了广泛的应用,其对于掌子面前方的溶洞具有一定的识别能力.黔大高速东清段位于贵州省毕节市,其土老冲隧道和保罗山隧道的隧址区的不良地质现象为岩溶,属于典型的岩溶隧道.通过对实际预报案例的研究,分析了岩溶裂隙和溶洞的雷达波形特征,以期对今后该区域的类似工程提供参考和借鉴,提高地质雷达图像解译的精度....
摘要:混凝土破坏规律受其缺陷的影响,为了从细观尺度研究含缺陷混凝土破坏规律,基于数字图像处理技术表征混凝土骨料形状、大小及空间分布,运用RFPA2D-DIP软件构建混凝土真实细观模型并进行单轴压缩试验,研究了含不同缺陷混凝土的破坏规律.试验结果表明:相比完整试件,含缺陷试件强度更低,破坏过程应力跌落次数更多,其初始裂纹在预制裂隙及孔洞两端萌生,缺陷与新裂纹的贯通最终导致试件破坏;混凝土中同时存在孔洞和裂隙时,孔洞与裂隙相互影响并形成应力集中的岩桥区域,当孔洞直径不变时,随着裂隙长度增加,试件峰值强度下降,在同一裂隙长度下,随着孔洞直径增大,混凝土峰值强度降低....
摘要:为了从细观尺度研究含分叉裂纹花岗岩破裂过程,本文基于数字图像处理技术表征花岗岩真实细观结构,结合RFPA2D-DIP软件构建了含分叉裂纹花岗岩数值模型并进行单轴压缩试验,分析了含分叉裂纹花岗岩失稳破坏及裂纹演化规律.试验结果表明:含分叉裂纹花岗岩中,垂直于荷载施加方向的水平分叉裂纹滞后于其他分叉裂纹产生扩展裂纹;加载初始阶段分叉裂纹尖端应力集中,其初始裂纹在倾斜分叉裂纹尖端萌生,试件两端面与预制裂纹贯通导致试件破坏....
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CSTPCD 北大核心
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摘要:为了准确地掌握喀斯特发育地区岩溶作用对红黏土的结构影响,以及红黏土地基的蠕变特性,以贵州铝厂既有地基红黏土为研究对象,采用分别加载法进行了室内单轴蠕变固结试验和三轴蠕变试验,建立单轴蠕变经验方程以及Singh-Mitchell模型.结果表明:贵州铝厂红黏土的单向固结有线性规律,表现在t/ε和t存在高度的线性相关性,其单向固结经验方程中的一个参数b可用于预测试样在单向固结下的最终沉降量.所建立的Singh-Mitchell三参数的蠕变模型较好表达了试验土体在25%~100%偏应力水平范围内的应力-应变-时间三者的关系特性.同时,SEM图片表明随着竖向压力不断地增大,单轴固结试验下该红黏土的孔隙面积和微观颗粒数减小,颗粒面积变大,三维孔隙率增加,说明能用孔隙变化的微观规律来反映宏观现象....
摘要:为了研究页岩孔裂隙与渗透特性的关系,利用电镜扫描与岩石力学实验系统对页岩试样进行实验,得到页岩孔隙结构,以及页岩渗透率与围压和渗透压差的关系,讨论了页岩在不同围压下的破坏模式,揭示了页岩渗透率随围压变化和渗透压差变化而变化的内因....
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CSTPCD 北大核心
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摘要:页岩属于低渗致密岩石,页岩储层渗透性是页岩气开采过程中的关键问题,基于岩石力学三轴渗透性试验,研究黔北下寒武统牛蹄塘组页岩渗流-损伤演化过程的特征.试验结果表明:页岩渗透率的变化与损伤作用与应力状态有着很强的关联性,页岩损伤演化过程存在不同阶段性特点,损伤主要发生在弹塑性变形阶段与在应变软化阶段;页岩渗透率演化落后于页岩损伤破坏演化过程;中等围压条件下试样出现局部变形带压缩带,造成页岩渗透率有一定程度的减小,压缩带是造成了页岩渗透率演化过程落后于页岩损伤破坏演化过程的原因....
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