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考虑溶蚀作用的灰岩力学性质劣化模型

岩石力学与工程学报 2023年第S02期42卷 4091-4098页

作者：汤艳春刘扬何城虎商妤凡三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002

目前溶蚀作用下灰岩的力学特性试验及其本构模型偏少,为揭示溶蚀作用对灰岩力学性质的劣化影响,建立适用于描述溶蚀作用下灰岩力学性质劣化的本构模型。首先,基于溶蚀作用下灰岩单轴压缩试验结果,深入分析灰岩的力学特性,结果表明灰岩... 详细信息

目前溶蚀作用下灰岩的力学特性试验及其本构模型偏少,为揭示溶蚀作用对灰岩力学性质的劣化影响,建立适用于描述溶蚀作用下灰岩力学性质劣化的本构模型。首先,基于溶蚀作用下灰岩单轴压缩试验结果,深入分析灰岩的力学特性,结果表明灰岩弹性性质和强度性质会受溶蚀作用和塑性特征影响;其次,基于应变软化模型,从弹性增量法则、屈服准则和流动法则3个方面建立溶蚀作用下灰岩力学性质劣化模型(deterioration model of mechanical properties of limestone under dissolution,DLDM);然后,采用FLAC^(3D)-机器学习方法得到灰岩力学参数(弹性模量、黏聚力、内摩擦角)随溶蚀作用和等效塑性应变的具体变化规律;最后,对比已有试验值和模型计算值,验证DLDM模型合理性。验证表明,DLDM模型的计算结果与灰岩单轴压缩试验结果相吻合,能够准确地描述灰岩破坏过程中弹性模量、强度参数劣化演化规律,同时该模型可为岩溶地层中地下工程围岩稳定性分析提供理论依据。

关键词：岩石力学灰岩溶蚀作用力学特性本构模型弹性模量

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灰岩酸蚀裂缝软化区域力学特性与微观特征

油气地质与采收率 2024年第3期31卷 147-155页

作者：齐宁马世鑫章泽辉周顺明邹浩然李满亮中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石化西北油田分公司新疆乌鲁木齐830011

碳酸盐岩储层常采用酸化酸压工艺进行改造,酸蚀后岩石表面的微观结构被溶蚀破坏,岩石力学特性发生显著变化,进而影响最终的改造效果。为明确酸蚀对灰岩力学特性和微观孔隙结构变化的影响规律,开展了酸蚀前后灰岩力学特性实验、表面形态... 详细信息

碳酸盐岩储层常采用酸化酸压工艺进行改造,酸蚀后岩石表面的微观结构被溶蚀破坏,岩石力学特性发生显著变化,进而影响最终的改造效果。为明确酸蚀对灰岩力学特性和微观孔隙结构变化的影响规律,开展了酸蚀前后灰岩力学特性实验、表面形态特征扫描电镜研究和微观孔隙结构核磁共振表征。结果表明,酸蚀后岩石表面出现了一定厚度的酸蚀软化层,厚度约为11.61μm。值得注意的是,由于酸蚀软化层的存在,灰岩抗压强度、弹性模量与表面硬度均降至酸蚀前的约40%。酸蚀后表层岩石内部产生了大小不一的溶蚀孔洞,并在溶蚀孔洞周边引发应力集中,改变了酸蚀软化层的应力分布。在高闭合应力作用下,溶蚀孔洞易于发生挤压变形或坍塌破坏,这也是酸蚀软化层力学性质改变的主要原因。结合核磁共振T2谱,发现孔径尺寸在1nm~1μm的孔隙数量变化最大,酸液溶蚀改变了灰岩软化层内部的孔隙结构,进而显著影响酸蚀后岩石的力学性质。

关键词：灰岩酸蚀软化孔隙特征力学特性酸压

鄂尔多斯盆地太原组致密灰岩天然气成藏地质特征与勘探潜力

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地学前缘 2023年第1期30卷 20-29页

作者：付金华低渗透油气田勘探开发国家工程实验室陕西西安710018 中国石油长庆油田分公司陕西西安710018

2021年鄂尔多斯盆地榆探*H在太原组灰岩完钻喜获日产超50万m^(3)的高产工业气流,勘探取得重大突破,同时还有700余口探井在太原组灰岩见到明显的含气显示,展示了盆地太原组灰岩良好的潜力,对于重新认识盆地太原组灰岩勘探领域具有极其重... 详细信息

2021年鄂尔多斯盆地榆探*H在太原组灰岩完钻喜获日产超50万m^(3)的高产工业气流,勘探取得重大突破,同时还有700余口探井在太原组灰岩见到明显的含气显示,展示了盆地太原组灰岩良好的潜力,对于重新认识盆地太原组灰岩勘探领域具有极其重大的地质意义。对该区烃源岩特征、沉积环境、储集特征及成藏组合等进行综合研究表明:(1)太原组灰岩为陆表海碳酸盐沉积,发育生屑滩、生物丘有利沉积相带,沉积大面积分布的生屑粉晶灰岩、藻黏结灰岩,经准同生期短暂的大气淡水淋滤后,可形成有利储层;(2)太原组灰岩发育多类型储集空间,溶孔、亚微米级及纳米级晶间微孔、微裂缝等叠置组合发育,构成立体网络储集空间,平面上,横山—靖边—志丹生屑粉晶灰岩储层发育,厚4~10 m,佳县—子洲—清涧地区藻黏结灰岩储层发育,厚2~6 m;(3)发育“三明治”成藏模式,灰岩储层夹在主力煤系烃源岩之间,生成的天然气通过断裂、裂缝进入灰岩储层聚集,形成岩性气藏,横山—靖边地区的生屑滩和子洲—清涧的生物丘是太原组灰岩有利勘探区,面积约为1.5万km 2,有望形成天然气增储上产的现实领域。

关键词：鄂尔多斯盆地太原组灰岩生物碎屑粉晶灰岩藻黏结灰岩成藏模式源内致密灰岩气

利用X射线K吸收边成像法测量碘离子在岩石中的孔隙扩散系数

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岩矿测试 2023年第4期42卷 667-676页

作者：赵九江王哲张志都赵鸿国家地质实验测试中心北京100037 中国科学院高能物理研究所北京100049

污染物质在岩层孔隙水中的扩散过程决定了污染物质在地下水与岩层之间迁移的速率,并进而影响其在环境中的迁移-转化过程。利用碘离子作为示踪剂,通过X射线成像法可以获得碘离子在岩石中随扩散距离和时间变化的扩散曲线,进而通过人工拟... 详细信息

污染物质在岩层孔隙水中的扩散过程决定了污染物质在地下水与岩层之间迁移的速率,并进而影响其在环境中的迁移-转化过程。利用碘离子作为示踪剂,通过X射线成像法可以获得碘离子在岩石中随扩散距离和时间变化的扩散曲线,进而通过人工拟合获得孔隙扩散系数(Dp)以及孔隙度(φ)等重要参数,这是研究污染元素扩散行为的基础。但是在X射线成像过程中,岩石本底对X射线的吸收也会对示踪剂碘离子的成像造成干扰。本文使用X射线能谱CT利用X射线K吸收边成像法,在碘的K吸收边(33keV)两侧的能量区域(27~32keV和34~39keV)对样品进行成像,有效地减少了岩石背景干扰,获得碘离子的扩散曲线,并通过软件利用近似公式对扩散曲线进行拟合获得了灰岩中碘离子的孔隙扩散系数。在实验过程中,本文还通过改进扩散装置,对低浓度端溶液采用连续接收的方法,避免了管路中溶液死体积的影响。通过实验获得碘离子的岩石孔隙扩散系数Dp=(1.12±0.22)×10^(−11)m^(2)/s,并计算得到岩石孔隙度φ=0.02。此实验结果与文献中灰岩孔隙度范围(0.005~0.042)相符合。通过本次工作,验证了应用改进的扩散装置和X射线K吸收边成像方法测量碘离子在岩石中的孔隙扩散系数的可行性。

关键词： X射线能谱CT X射线K吸收边成像孔隙扩散系数碘离子灰岩

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TBM滚刀切削花岗岩和灰岩的力学响应差异

现代隧道技术 2023年第3期60卷 81-89页

作者：王立川付柏毅章慧健冀国栋耿麒王铮铮王灿林王锋中铁十八局集团有限公司天津300222 西南交通大学土木工程学院成都610031 长安大学公路养护装备国家工程实验室西安710061 大连理工大学土木工程学院大连116024 中铁十八局集团市政工程有限公司天津300350 武汉地铁集团有限公司武汉430040

为揭示TBM分别穿越花岗岩和灰岩地层时的力学响应差异,采用岩样标准试件力学参数测定、ABAQUS-SPH数值模拟以及现场实测验证等方法开展了双滚刀破岩机理与影响因素研究。结果表明,ABAQUSSPH数值模拟方法可以有效地模拟滚刀破岩过程中岩... 详细信息

为揭示TBM分别穿越花岗岩和灰岩地层时的力学响应差异,采用岩样标准试件力学参数测定、ABAQUS-SPH数值模拟以及现场实测验证等方法开展了双滚刀破岩机理与影响因素研究。结果表明,ABAQUSSPH数值模拟方法可以有效地模拟滚刀破岩过程中岩石的变形和破坏状态;滚刀扭矩对滚刀的切削顺序较为敏感,滚刀推力则对岩石强度较为敏感,岩石强度提升时,达到同一切削水平下的滚刀推力会大幅度增加;在本研究计算参数条件下,滚刀穿越灰岩地层时的破岩效率要比穿越花岗岩地层时更高,滚刀之间的岩脊宽度与岩石强度呈正比。

关键词： TBM滚刀数值模拟推力扭矩花岗岩灰岩

孔隙水压对分级循环加载灰岩声发射Felicity效应的影响

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应用基础与工程科学学报 2022年第2期30卷 361-373页

作者：程昀宋战平杨腾添霍润科王军保李曙光西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室陕西西安710055 中国铁建大桥工程局集团有限公司天津300300 中铁十二局集团博士后科研工作站陕西西安710055

利用渗透-应力耦合试验装置不同孔隙水压下的灰岩试样进行了单轴压缩和分级循环加载试验,探讨了孔隙水压对分级循环加载的灰岩强度特征和Felicity效应的影响,并基于Felicity比变化路径分析了灰岩变形特征.结果表明,孔隙水压对应力-应变... 详细信息

利用渗透-应力耦合试验装置不同孔隙水压下的灰岩试样进行了单轴压缩和分级循环加载试验,探讨了孔隙水压对分级循环加载的灰岩强度特征和Felicity效应的影响,并基于Felicity比变化路径分析了灰岩变形特征.结果表明,孔隙水压对应力-应变曲线有显著影响,软化作用导致压密阶段延长而弹性阶段相对缩短,其峰值应力呈指数衰减.随孔隙水压增加,平均循环峰值应力和循环寿命均为指数衰减,疲劳破坏“门槛值”为峰值应力的67.50%~78.75%,疲劳曲线近似线性减小.每级循环加载声发射的“活跃-平静”期的阶段分界点为上限应力.随孔隙水压增大,Felicity比的变化路径明显缩短且随循环次数近似线性减小,其变化系数与孔隙水压为二次函数关系.Felicity比的稳定阶段预示着发生疲劳破坏,最小Felicity比随孔隙水压呈线性减小.

关键词：灰岩分级循环加载试验孔隙水压声发射特性疲劳曲线 Felicity效应损伤

灰岩隧道开挖损伤区特征研究—以桐梓隧道为例

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水利水电技术(中英文) 2023年

作者：柏明武陈世万左双英魏元龙田娇田云雷自然资源部复杂构造区非常规天然气评价与开发重点实验室贵州大学资源与环境工程学院喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵州工程应用技术学院土木与建筑工程学院贵州交通规划勘察设计研究股份有限公司

【目的】隧道损伤区范围及其损伤特征的精确表征对隧道工程岩体质量评价、围岩支护优化均十分重要。本文以贵州第一长隧—桐梓隧道为研究对象，【方法】通过围岩钻孔岩芯精细编录、钻孔波速测试和钻孔电视摄影，获得围岩内开挖诱发裂隙... 详细信息

【目的】隧道损伤区范围及其损伤特征的精确表征对隧道工程岩体质量评价、围岩支护优化均十分重要。本文以贵州第一长隧—桐梓隧道为研究对象，【方法】通过围岩钻孔岩芯精细编录、钻孔波速测试和钻孔电视摄影，获得围岩内开挖诱发裂隙分布及岩体波速劣化特征；并对不同钻进深度的岩芯开展核磁共振测试，认识损伤区岩芯细微观结构改变特征。【结果】结果表明，岩芯获得率在1.25倍洞径范围内降低，新生裂隙在1.25倍洞径范围内出现，岩体波速在0.4～0.6倍等效洞径范围内降低明显；孔隙率在0～3m内急剧下降，该范围内大孔孔隙增大明显。【结论】对比多种理论强度计算的开挖损伤区范围结果，发现Hoek-Brown准则、统一强度理论和数值模拟计算获得的损伤区范围与实测结果一致，适用于灰岩体损伤强度理论计算。发展了损伤范围判定的经验公式，获得了判定损伤区的指标，对定量判定灰岩隧道开挖损伤范围具有重要意义。

关键词：开挖损伤区新生裂隙波速灰岩

小型机载高光谱成像仪在高山峡谷地区遥感地质岩性解译应用

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中国地质 2023年第4期50卷 1032-1043页

作者：高扬奚歌陈春霞修连存郑志忠颜培胜董金鑫闫柏琨柳稼航赵宇浩俞正奎中国地质调查局南京地质调查中心江苏南京210016 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室江苏南京210094 中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222 中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心北京100083 南京航天航空大学江苏南京210016

【研究目的】水利工程项目通常位于地势险峻的山区,交通不便、环境恶劣,勘察工作十分艰苦。同时,视界限制使地质人员不能整体上掌握地质体的面貌,尤其在高山峡谷地区,人力、物力及时间成本耗费巨大。高光谱遥感技术在地质领域中的应用... 详细信息

【研究目的】水利工程项目通常位于地势险峻的山区,交通不便、环境恶劣,勘察工作十分艰苦。同时,视界限制使地质人员不能整体上掌握地质体的面貌,尤其在高山峡谷地区,人力、物力及时间成本耗费巨大。高光谱遥感技术在地质领域中的应用主要集中在地物分布反演方向,通过未知地物与已知矿物之间相同的特征吸收峰来判定地物种类,利用其极高的光谱分辨率、空间分辨率和“图谱合一”的特性,可对高山峡谷区的地物目标进行精细分类,从而提高地质调查工作的效率,降低风险。【研究方法】中水北方勘测设计研究院利用中国地质调查局南京地质调查中心自主研发的高效率小型机载高光谱成像光谱仪,首次对位于甘南藏族自治州迭部县高山峡谷地带的工作区进行高光谱遥感对地探测,获取了工作区航空高光谱影像数据。采用最小噪声分离法、波段比值分析法对高光谱遥感数据进行岩性解译。【研究结果】结果表明:以白龙江为界,以北大部分为板岩及第四系黄土,以南则大部分为灰岩。解译结果与已知区域地质图岩性分布一致。【结论】本次研究验证了国产高光谱成像仪的可靠性与实用性,同时提高了水利工程前期地质勘查工作的效率和水平,并提供了险要地形地质勘察的一手资料。

关键词：板岩灰岩黄土岩性识别机载高光谱遥感技术小型短波红外成像系统高山峡谷水利工程地质调查工程

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灰岩三轴高温后效流变特性及长期强度研究

岩土力学 2016年第S1期37卷 183-191页

作者：武东生孟陆波李天斌赖林成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

流变特性是岩石的变形特征之一,长期强度作为岩石流变特性重要的强度指标也越来越受到工程建设的重视。开展了高温后灰岩三轴蠕变试验,首先采用高温前后岩样纵波波速的变化引入热损伤因子D,量化岩石热损伤,然后分别采用等时曲线法、过... 详细信息

流变特性是岩石的变形特征之一,长期强度作为岩石流变特性重要的强度指标也越来越受到工程建设的重视。开展了高温后灰岩三轴蠕变试验,首先采用高温前后岩样纵波波速的变化引入热损伤因子D,量化岩石热损伤,然后分别采用等时曲线法、过渡蠕变法和稳态蠕变速率法进行了灰岩蠕变长期强度分析,并提出一种改进的稳态蠕变速率曲线切线法。结果表明,基于波速的热损伤因子能较为准确地量化温度对灰岩性质的影响;热损伤因子与灰岩经历高温后的长期强度呈现高度相关性,确定灰岩的温度阈值在380℃附近,低于此温度表现为灰岩性质强化效应,高于此温度表现为损伤效应;提出的稳态蠕变速率曲线切线法对于灰岩的长期强度预测较为准确,与实际情况相符;各温度下岩样蠕变破坏形态均表现为剪切破坏,亚裂纹逐渐由与主剪切面平行转为垂直扩展。

关键词：灰岩热损伤流变特性稳态蠕变速率曲线切线法长期强度