详情

原文传递钻井废弃泥浆固化土静动力学特性试验研究

论文题名：	钻井废弃泥浆固化土静动力学特性试验研究
关键词：	道路工程;钻井废弃泥浆固化土;静动力学特性试验
摘要：	石油、天然气是中国重要的能源命脉，而在油气田钻井工程中，钻井废弃泥浆的产生不可避免，由于其携带污染种类繁多，任意排放会对周围环境造成严重破坏，因此对钻井废弃泥浆的科学治理引发社会各界的关注，其中化学固化方法最受青睐。然而目前的研究中，对固化后的钻井废弃泥浆以就地填埋为主，产物资源化利用手段相对较单一，且固化剂选取也受到成本、选材的约束，未能达到变废为宝、因地制宜的治理目标。本文基于山东东营胜利油田钻井废弃泥浆“不落地”治理任务，选用石油炼化固废再利用产物脱硫石油焦渣作为固化剂主剂，以水泥及粉煤灰为辅剂，对泥浆进行固化处理，并对固化产物进行一系列静动力学特性试验研究，旨在对以钻井废弃泥浆固化土作为路基填土进行钻井现场三四级公路的建设提供科学有力的理论支撑，主要研究内容和结论如下：　　（1）遵循正交设计原则，进行了无侧限抗压试验，研究了固化剂配比、泥浆初始含水率、养护龄期及冻融循环次数对固化土抗压强度的影响，并通过极差及方差分析对配比方案进行了优选。试验结果表明，当配比方案为O1P2F2即水泥：脱硫石油焦渣：粉煤灰=8%：22.5%：16%时，试样强度达到峰值，其中28d强度达2245.9kPa；当泥浆初始含水率为70%，固化土抗压强度最高，而当含水率为90%时，抗压强度最低；养护龄期的增加使得抗压强度不断提高，与3d相比，7d与28d强度可分别提高35%~107%和241%~738%；冻融循环使得抗压强度发生16.7%~21.9%的衰减，其中循环次数在0~4次时，强度降幅最大；试样的应力应变关系呈应变软化型，皆为脆性破坏，变形模量的发展规律与抗压强度相仿。　　（2）选取了三项较优配比的固化土进行承载比（CBR）试验，研究了固化剂配比、泥浆初始含水率及养护龄期对CBR强度的影响。试验结果表明，随着泥浆初始含水率的提高，CBR强度呈现出先增大后减小的趋势，且随着养护龄期的增加而不断增大，其中配比O1P2F2的试样CBR值达到最高，3d、7d及28d时分别为8.7、28.9和41.4，满足了规范对三四级公路路基的最低要求。　　（3）选取了三项较优配比固化土及废弃泥浆素土进行静三轴试验，研究了固化剂配比、围压、养护龄期及冻融循环次数对静三轴力学特性的影响。试验结果表明，固化土的应力—应变曲线为应变软化型，曲线峰值随围压和养护龄期的增大而升高，随冻融循环次数的增加而降低；在不同养护龄期下，试样的破坏形态不一；采用三次多项式对应力—应变曲线的前半段进行了拟合，拟合效果良好；固化土发生刚度软化现象，E-ε曲线前期急剧下降，后期趋于稳定；刚度随着围压和养护龄期的增加而增加，随冻融循环次数的增加而降低；采用指数函数对E-ε曲线进行了拟合，拟合效果良好；得到了归一化E/E0-q/qmax曲线，曲线由两部分组成，呈现倒“C”型。　　（4）选取了最优配比固化土进行动三轴试验，研究了动应力幅值、围压、养护龄期、冻融循环次数对动力学特性的影响。试验结果表明，固化土的滞回曲线呈未闭合、窄而陡的椭圆形，且动应力幅值的增加使得滞回圈面积增加、斜率降低；骨干曲线随围压和养护龄期的增加而提升，但冻融循环次数的增加对骨干曲线的发展起到了衰减作用；采用M-D模型对骨干曲线进行了拟合，拟合效果良好；动弹性模量及阻尼比均随围压和养护龄期的增大而提高，随冻融循环次数的增大而逐渐减小，与振次关系不大。
作者：	孟鋆
专业：	建筑与土木工程
导师：	刘俊伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2022