【摘 要】
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深厚表土层中的黏土具高致密性、低含水率,呈“土岩过渡”性态。在深厚表土层冻结法凿井工程中,深部黏土在高地应力赋存环境中经历了一次冻融作用,导致工程性质变化,进而会对井筒稳定性产生重要影响。鉴于目前对深部冻融黏土的工程特性尚缺乏系统了解,本文对深部重塑黏土进行了有载冻融作用,然后开展了物理力学性质、微观结构和孔隙特性、结合水特征、强度与变形系列试验研究,系统分析了有载冻融作用对深部黏土工程特性的影响
【基金项目】
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国家自然科学基金“高应力环境下深部人工冻结黏土融沉的流变固结机制及模型研究（No.41771072）”；
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深厚表土层中的黏土具高致密性、低含水率,呈“土岩过渡”性态。在深厚表土层冻结法凿井工程中,深部黏土在高地应力赋存环境中经历了一次冻融作用,导致工程性质变化,进而会对井筒稳定性产生重要影响。鉴于目前对深部冻融黏土的工程特性尚缺乏系统了解,本文对深部重塑黏土进行了有载冻融作用,然后开展了物理力学性质、微观结构和孔隙特性、结合水特征、强度与变形系列试验研究,系统分析了有载冻融作用对深部黏土工程特性的影响。论文取得主要研究成果如下:（1）深部黏土经历高压冻融后,黏土颗粒中的较大颗粒会发生破碎,黏粒含量增加。从界限含水率测试结果看,冻融作用对塑限基本不影响,而液限和塑性指数增大,尤其是半固态黏土的液限受冻融作用影响显著。液限和塑性指数随着围压升高、温度下降呈增加趋势。（2）从微观尺度上看,深部冻融黏土的微孔体积增大,介孔体积减小,同时介孔中较大孔的数量会有所增加,比表面积出现一定程度的减小,这与浅部土试验结论相反。由SEM图像可见,高压冻融后黏土颗粒由致密叠聚结构向片粒状结构变化,颗粒的粒径减小,孔隙增多。（3）根据热重试验和核磁共振试验结果,高压冻融后黏土颗粒表面吸附强结合水比重增加,弱结合水减小,颗粒表面强结合水膜厚度均出现了不同程度增厚。（4）三轴剪切（UU）条件下,未冻融黏土应力-应变关系为应变软化型,高压冻融后应力-应变关系多为应变硬化型,但Il≤-0.4强半固状态黏土为应变软化。冻融黏土的侧向变形系数要小于未冻黏土的侧向变形系数。高压冻融后试样抗剪强度、弹性模量均有所下降。抗剪强度和弹性模量随冻结温度降低呈下降趋势。（5）在本试验条件下（蠕变应力≤7/8m）,高压冻融后蠕变曲线均为衰减型蠕变。蠕变长期强度值约为瞬时抗剪强度的0.38～0.57。冻融黏土的体应变在变形过程总体表现为膨胀,且高液性指数体应变曲线具明显峰值。该论文有图159幅,表37个,参考文献120篇。
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