Vibration pore water pressure characteristics of saturated fine sand under partially drained condition

Vibration pore water pressure characteristics of saturated fine sand under partially drained condition were investigated through stress-controlled cyclic triaxial tests employed varied fine content of samples and loading frequency. In order to simulate the partially drained condition, one-way drainage for sample was implemented when cyclic loading was applied. The results show that the vibration pore water pressure's response leads the axial stress and axial strain responses, and is lagged behind or simultaneous with axial strain-rate's response for all samples in this research. In addition, the satisfactory linear relationship between vibration pore water pressure amplitude and axial strain-rate amplitude is also obtained. It means that the direct cause of vibration pore water pressure generation under partially drained conditions is not the axial stress or axial strain but the axial strain-rate. The lag-phase between pore water pressure and axial strain-rate increases with the increase of the fine content or the loading frequency.

考虑饱和砂土液化阶段性特征的触变性流体本构模型

合理评价循环荷载作用下饱和砂土的液化过程及性质演变规律,是解决液化砂土大变形问题的关键。通过饱和砂土不排水循环三轴试验,分析了饱和中密南京细砂液化阶段性特征,引入Gompertz函数来描述表观黏度与孔压比之间的关系,提出了一种修正的孔压触变性流体模型,并验证了模型的合理性。①饱和砂土液化过程具有明显的阶段性特征,根据孔压比增长速率可分为固态土体阶段、固液相变阶段、触变性流体阶段和稳定性流体阶段,并基于其他学者的试验结果验证了四阶段特性及阶段划分方法的适用性。②采用Gompertz函数代替线性函数来描述表观黏度与孔压比之间的关系,并利用不同的破坏速率参数c来表征循环荷载作用下饱和砂土的不同阶段,提出了考虑液化阶段性特征的修正孔压触变性流体模型,为解决地震液化问题提供了一种新的统一方法。

基于压裂液自发吸入模型的页岩气压裂液滤失定量预测

非常规油气资源开发常使用水力压裂技术提高单井产量,然而压裂现场数据表明,大量压裂液会滞留在地层中导致压裂液的返排率较低,将对储层和地下水环境造成一定影响。为进一步研究压裂液滤失机理并准确预测压裂液滤失量,首先建立了由毛细管力作用引起的压裂液自发吸入模型,然后对压裂液滤失量进行定量计算,并在现场进行了验证。最后,引入无量纲吸入率参数分析了控制压裂液滤失的关键因素。研究结果表明:(1)页岩气水平井压裂施工中大约50%~95%的压裂液通过基质吸入,压裂液吸入量仅与吸入率参数、裂缝面积和吸收时间有关;(2)当润湿相黏度与非润湿相黏度之比超过阈值时,吸入率参数主要由岩石的孔径分布参数决定,流体黏度的影响非常有限;(3)当孔径分布参数介于0.5~0.7时,吸入率参数达到相对较高的值,即更多的压裂液被吸收到地层中;(4)当润湿相黏度与非润湿相黏度之比大于10,孔径分布参数小于0.8时,优化后的自吸模型具有较大的适用性;(5)由毛细管力机理引起的压裂液滤失量与实际储层观察到的滤失量相近,可认为页岩储层有足够的存储滤失液的能力,不会影响地下水层中的饮用水。结论认为,建立的压裂液自发吸入模型,能够准确预测页岩气水平井压裂液滤失量,为非常规油气的生产及环境保护提供了技术支撑。

冻融循环作用下路基结构水热汽迁移规律研究

在冻融循环环境下,路基结构内水分迁移是导致道路冻胀、融沉变形的主要原因。为了探究冻融循环条件下路基结构的水热汽迁移规律,模拟了实际工程的路基结构,基于半透膜材料开展了冻融循环条件下的水、汽分离的水分迁移试验,通过监测试样的水热变化、荧光素上升图像、补水量和集水量变化曲线,得到了水分迁移规律,进而分析了土的孔隙结构、升降温速率和温度梯度等因素对水汽迁移和液态水流出特征的影响。试验结果表明,在土水势作用下,马氏瓶的水分首先以水-汽混合的形式在土柱中向上迁移,达到一定高度后,转变为以水汽的形式向上迁移。非饱和土柱的水汽会透过半透膜向碎石层和控温板底迁移,在整个冻融循环过程中,水汽向碎石层和控温板底的迁移量呈现线性增加的趋势,表明水汽迁移在水分聚集过程中的作用不可忽视。碎石层和控温板底液态水的流出主要集中在每个冻融周期的两个阶段,第一阶段为降温阶段,以冷凝水为主;第二阶段为融化阶段,以融化水为主,融化水占一个冻融周期液态水流出量的70%以上。粉质黏土孔隙较小导致水汽迁移主要受体积含气率的影响,随着粉质黏土土柱含水率的增加,水汽迁移量呈减小趋势。而砂土的孔隙较大,水汽迁移主要受水汽扩散增强因子的影响,随砂土土柱含水率的增加,水汽迁移量呈增大趋势。降温速率减小使冻结锋面有一个缓慢下移的过程,减小土体冻结对水汽迁移通道的封闭影响。升降温速率的减小导致碎石层和控温板底的水分聚集量增大。较大的温度梯度导致水汽扩散系数和水汽密度梯度的增加,从而引起碎石层和控温板底的水汽迁移量增大。

加速碳化条件下不同养护制度对碱矿渣混凝土钢筋锈蚀的影响

研究了加速碳化环境(CO_(2)浓度为20%)下,标准养护、饱和Ca(OH)_(2)溶液养护和蒸压养护对CaO+Na_(2)CO_(3)为激发剂的碱矿渣混凝土(CNC)中钢筋锈蚀的影响。结果表明,与标准养护相比,饱和Ca(OH)_(2)溶液养护不改变CNC的水化产物,但使其早期水化更加充分,因此平均孔径减小;蒸压养护使CNC水化产物由C-S-H凝胶转化为水榴石与11-?型的托勃莫来石,平均孔径和总孔隙率显著减小。在相同的加速碳化龄期下,与标准养护相比,饱和Ca(OH)_(2)溶液养护和蒸压养护的CNC碳化深度降低、CNC中钢筋发生高概率锈蚀时间延缓、钢筋失重率下降。与相同养护条件下的普通硅酸盐混凝土相比,标准养护和饱和Ca(OH)_(2)溶液养护的CNC中钢筋抗锈蚀能力远小于普通硅酸盐混凝土,而蒸压养护的CNC中钢筋抗锈蚀能力大于普通硅酸盐混凝土。

酸化对高阶煤不同层理方向增透效果影响研究

为了研究酸化对寺河矿高阶煤垂直、平行两个层理方向的增透效果,开展了多组分酸煤粉和煤柱溶蚀试验,优选出了合适的酸液体系,分析了两个层理方向煤柱不同酸化时长下的溶蚀效果,并进行了两个层理方向煤柱的煤岩三轴吸附-解吸-渗流试验和低场核磁共振试验,对比了酸化前后的渗透率、孔隙度、孔径分布变化。结果表明:(1)寺河矿酸化选用质量分数2%HCl+2%CH3COOH+5%HF的酸液配比溶蚀效果最优;(2)酸化使垂直层理方向煤柱的孔隙率增幅更大,而平行层理方向煤柱达到最大增幅用时更短;(3)酸化后两个层理方向煤柱的渗透率、孔隙度均提升,垂直层理方向煤柱孔隙度增幅更大,渗透率增幅则小于平行层理方向煤柱,且二者的渗透率增幅都在滑脱效应拐点处最小;(4)酸化使两个层理方向煤柱的瓦斯吸附孔占比下降,其中平行层理方向煤柱降比更大,且酸化前后中大孔占比也都更高;确定了寺河矿酸化后以煤样平行层理方向作为钻孔瓦斯抽采方向能更好地提高瓦斯抽采率。

新疆难解吸煤可溶有机质对瓦斯吸附解吸特征的影响研究

新疆焦煤公司煤层瓦斯难解吸,导致抽采难度增大。而煤中可溶有机质对瓦斯的吸附解吸有重要影响。为了研究其影响,使用四氢呋喃对煤中的可溶有机质进行抽提,采用低温氮吸附测试抽提前后煤的孔隙结构,利用煤岩高压瓦斯吸附装置进行抽提前后煤样的吸附解吸实验。研究结果表明:经过四氢呋喃抽提后,发现所有煤样的平均孔径、孔体积和比表面积均有不同程度的增大,认为煤中的可溶有机质被溶解,形成了新的微孔,同时原孔隙被扩大;4^(#)煤、5^(#)煤和6^(#)煤的吸附常数a分别减小了2.73%、16.09%、14.57%,4^(#)煤和5^(#)煤吸附常数b分别增大了12.18%、2.58%,6^(#)煤的吸附常数b减小了8.59%,煤的吸附能力降低,解吸速度增大,可溶有机质促进了煤对瓦斯的吸附。

煤气化细渣及其分离后富碳组分的气化反应性

随着气流床煤气化技术在我国煤化工产业的广泛应用,煤气化后生成的气化细渣排放量逐年增加,目前气化细渣的资源化利用已成为煤化工固废治理的难题之一。选取不同碳含量的气化细渣及其分离后富碳组分为研究对象,解析了其组成、孔隙结构和微观形貌等结构参数,基于热重分析仪探究了其在CO_(2)气氛下的气化反应性,并采用等转化率法分析了气化反应动力学,揭示了煤气化细渣及其富碳组分结构特性与其气化反应性的内在关联。结果表明:孔隙结构是影响气化细渣及其富碳组分气化反应性的关键因素,孔结构发达的样品具有更高的气化反应性。随气化过程升温速率升高,气化细渣及其富碳组分的气化反应区间均向高温偏移。此外,具有相对较高固定碳含量的气化细渣、富碳组分气化反应活化能随转化率升高而降低,而样品本身高灰分气化细渣、富碳组分的气化反应活化能随转化率的增大而升高。研究结果为气化细渣及其分离后富碳组分的资源化利用提供理论指导。

高速来流作用下带孔隙容腔建压过程及特性

高速来流作用下带孔隙的容腔内部压强演变过程对弹体头罩分离、整流罩脱落、舱门开启等有着重要影响。围绕带进气口和卸流孔隙的容腔结构,建立了预估容腔压强变化的理论模型和数值模型,并结合实验验证探讨了开孔位置、进出口面积以及容积大小对容腔建压过程的影响。结果表明排气孔位置和大小对容腔建压效果具有显著影响。当进排气口面积比为0.75时,容腔迎风区域孔隙在初始建压阶段能够提升建压速率,但稳定状态下孔隙由进气转变为排气,容腔压强相对无排气孔隙状态降低约39%;容腔表面斜率过渡区域孔隙受流动形态演化影响,相应容腔压强变化较为复杂,在稳定阶段容腔压强相对无排气状态降至50%;孔隙位于容腔后部时,稳定阶段压强最低,约为无排气状态的44%。同时,进口面积增加会显著增加容腔压强,排气孔隙面积增加会降低容腔压强并减少建压时间。容腔体积对建压速度具有一定影响,但对最终建压结果影响较小。

深层砂岩储层孔隙结构特征及影响因素——以银额盆地拐子湖凹陷为例

以银额盆地拐子湖凹陷巴音戈壁组深层砂岩为研究对象,在探究储层基本特征的基础上,采用恒速压汞法区分孔隙与喉道,定量地表征孔喉特征参数;通过扫描电子显微镜和铸体薄片,定性地表征孔喉形态特征,分析微观孔隙的结构差异;结合孔喉分形维数划分孔隙类型,探讨影响储层孔隙发育的主要因素。研究结果表明,该区储层岩石类型以长石岩屑砂岩为主,成分成熟度较低,平均孔隙度为10.8%,平均渗透率为1.17 mD,属于低孔低渗型储层。储集空间类型主要为原生粒间孔、溶蚀孔和微裂缝,孔隙半径平均值为195μm,喉道半径平均值为3.5μm,储层的孔隙结构类型分为微孔小喉型、小孔小喉型和大孔粗喉型。研究区储层孔喉比总体上较大,良好的孔喉配置关系是影响储层物性的重要因素,影响孔隙发育的主控因素则是早期成岩作用、有机酸溶蚀和烃类充注的综合作用。经过相对较弱的压实作用和胶结作用改造后,原始碎屑为后期溶蚀提供了物质和空间基础,储层顶部和底部巨厚的富有机质泥岩提供了有机酸溶蚀和烃类充注的物源。

泡沫铝填充铣孔加工参数优化及表面质量验证

为了提高泡沫铝铣孔质量,设置了不同类型的填充材料进行铣孔测试,对比了各铣孔加工参数下得到的表面结构与组织形态。研究结果表明:以松香和硬脂酸钠按照质量比4:1方式混合得到的泡沫铝加工后形成的孔嵴与孔径保形率分别达到了91.4%与96.8%,达到了最优保形状态。提高进给速度,孔尺寸与孔嵴保形率、透气性都表现为随进给速度提高而先升高再降低,当进给速度为160mm/min达到最大保形率,孔尺寸保形率为92.1%,孔嵴保形率为97.3%。在刀具转速达到300r/min时依然保持很高的保形率。按照氢化松香与硬脂酸钠质量比为4:1,转速310r/min以及进给速度165mm/min开展铣孔加工测试,可以使泡沫铝铣孔过程达到理想保形状态。该研究对提高泡沫金属的孔加工具有很好的实际指导意义,易于推广应用。

多级孔MOF的制备及其吸附分离应用研究进展

金属有机框架材料(MOF)因其具有高比表面积、丰富孔隙率、孔径可调的优点,受诸多学者关注,被认为是用于吸附分离的理想吸附剂。但是在实际应用中,大部分微孔MOF材料在吸附过程中的内在传质速率严重受限,而且构建多级孔的方法一般不具有普遍性。本文介绍了调节剂策略、模板策略、后处理策略等构建多级孔MOF的方法,制备了兼具介孔、大孔的多级孔材料,并结合应用场景评价各方法的优缺点,以获得在相对温和条件下构建孔径可调的多级孔MOF的普适性策略。针对多级孔MOF材料在气体吸附分离领域的应用问题,着重剖析了构建多级孔MOF对CO_(2)气体吸附提升的案例,发现多级孔的构建增加了孔径,提高了MOF的比表面积,提供了额外的孔通道,使气体分子的吸附容量和传质速率得到提升,表明多级孔MOF在气体吸附分离方面有优异的性能。最后讨论了多级孔MOF合成和应用存在的问题,并对多级孔MOF面临的合成过程绿色可重复等挑战进行了展望。

常规压汞-恒速压汞联合曲线构型模式及其指示意义

利用构型理论和层次分析方法,对常规压汞-恒速压汞联合曲线构型形貌进行划分,建立具有普遍意义的常规压汞-恒速压汞联合曲线三段式构型模式,探讨了该模式对岩石孔喉体系及其润湿滞后特性的指示意义。结果表明:常规压汞-恒速压汞联合曲线由a、b和c构型段组成,各构型段相互衔接,形貌各异;a构型段呈重叠形貌,指示了大孔喉体系,常规压汞-恒速压汞联合曲线无润湿滞后特性;b构型段呈分离形貌,可细分为b_(1)和b_(2)构型亚段,b_(1)构型亚段指示了中孔喉体系,恒速压汞曲线无润湿滞后特性,常规压汞曲线有润湿滞后特性,b_(2)构型亚段指示了中孔喉体系,常规压汞-恒速压汞联合曲线关联润湿滞后特性;c构型段呈重叠形貌,指示了小孔喉体系,常规压汞-恒速压汞联合曲线具有同等润湿滞后特性;常规压汞汞弯液面变形集中于b—c构型段,恒速压汞汞弯液面变形集中于b_(2)构型亚段—c构型段;常规压汞曲线和恒速压汞曲线的b_(1)构型亚段可用于接触角校正。常规压汞-恒速压汞联合曲线的三段式构型模式,对分段接触角校正及表征岩石孔喉分布具有重要指导意义。

气藏型低密度陶粒支撑剂的制备与性能研究

在开采煤层气、页岩气等气藏资源过程中,陶粒支撑剂的产品性能尤为关键,合成密度小、强度高的支撑剂是实现气藏高产率的重要指标。本文在传统矾土系陶粒支撑剂的基础上,添加煤矸石(RCG)、羧甲基纤维素钠(CMC)和白云石(DOL)进行固相烧结,借助以上造孔剂多温区的热解作用以及高温液相快速填充机制改善支撑剂的基体孔隙分布特征,降低支撑剂的结构密度并提升基体强度。当掺入质量分数为15%RCG+1%CMC+1%DOL添加剂时,支撑剂表现出最佳的综合性能并满足气藏资源开采的参数要求。

基于恒速压汞技术研究安塞油田S区储层孔隙结构特征

为准确评价安塞油田S区储层孔隙结构特征,利用恒速压汞实验,研究了孔隙和喉道的分布特征以及孔喉半径比特征参数与孔渗间的关系。结果表明:不同渗透率的岩心样品孔隙半径分布范围基本相同,主要分布在120~340μm之间,平均孔隙半径在240μm左右;喉道半径主要分布在23μm以内;孔喉半径比与渗透率呈正相关关系,是影响S区储层渗流能力的主要因素。

浅谈轮胎挤出样板开型系数与挤出质量的关系

轮胎胎冠挤出样板合理的开型系数是提升胎冠质量稳定性、降低制品返回率的有效手段,通过对试验数据的统计分析,能够真实有效的反映出样板开型系数与胎冠挤出质量的关系,通过优化样板开型系数可有效解决胎冠气孔率大、尺寸重量波动、自黏性差、排胶温度高等难题,从而提升胎冠挤出质量,稳定轮胎产品综合性能。

不同制备方法对荞麦秸秆生物炭理化性质的影响

为了了解荞麦秸秆生物炭的理化性质,探究了不同温度与升温速率对荞麦秸秆热解特性的影响,通过差示扫描量热法、比表面积、孔径以及傅里叶红外光谱等检测揭示了荞麦秸秆生物炭的理化性质。结果表明:荞麦秸秆的差热曲线具有相似的变化,随着升温速率的增加热解反应向右偏移;炭得率与热解温度呈负相关;pH值、电导率逐渐增大(9.16~12.27、2.56~4.96 mS/cm);随着热解温度的升高,荞麦秸秆生物炭的表面官能团种类逐渐减少,并随着升温速率的增加伸缩振动增强;生物炭的比表面积与孔径体积随着热解温度的升高呈先增加后降低的趋势,但与升温速率不具有相关性,在较低温度时随着升温速率的增加孔隙结构逐渐由介孔为主过渡为大孔为主;不同热解温度下制备的荞麦秸秆生物炭的分形维数范围为[2.3709,2.9368]。综上所述,在热解温度700℃与升温速率12.5℃/min的条件下制备的荞麦秸秆生物炭,其结构稳定、比表面积最大且具有良好的炭得率,综合性质最佳。

复掺铁尾矿和粉煤灰掺量对混凝土性能和微观结构性的影响

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。采用不同掺量作用下混凝土的电阻率、抗压强度和氯离子迁移系数的变化规律,来评价混凝土的耐久性能。对不同铁尾矿掺量和不同粉煤灰掺量作用下混凝土的抗渗性能、力学性能、抗氯离子侵蚀性能进行了研究,以及分析了同时掺加不同比例铁尾矿砂和粉煤灰对混凝土性能的影响。结果表明:铁尾矿和粉煤灰掺量为30%时混凝土的抗压强度达到极大值。而粉煤灰掺量比例越大、铁尾矿掺量比例越小,混凝土的抗压强度、抗渗性能和抗氯离子侵蚀性能就越差,故在实际制备混凝土时应该采用大掺量铁尾矿砂、少掺量粉煤灰的配合比。随着铁尾矿掺量和粉煤灰掺量的增大,在同一水化时间作用下铁尾矿的水化放热速率和总放热量也呈现出不断减小的趋势,这说明了掺加铁尾矿和粉煤灰很大程度上降低了混凝土的水化放热速率和总放热量。随着铁尾矿掺量和粉煤灰掺量的增大,混凝土孔径分布曲线峰值点对应的孔径值也是不断增大的,但是增大的幅度却越来越小。

复杂软弱煤层条件下高转速大扭矩钻探装备设计及试验研究

复杂软弱煤层的钻孔成孔效果对矿井瓦斯抽采具有重要意义。针对王坡煤矿复杂软弱煤层钻孔施工排渣难、事故率高、成孔难等问题;设计了一种具有高转速、大功率、大扭矩性能的ZDY6000LR型高转速履带式钻机,其最大扭矩6 000 N·m,最大转速400 r/min;通过对钻机的布局、动力头、调角机构、给进机身及液压系统的优化设计,确保在施工过程中能够有效地解决在钻进过程中出现的卡钻、塌孔等问题;开发具有强度高、不易崩齿等优点的Ø95/Ø60.3 mm宽翼片插接密封螺旋钻杆,以及具有强度高、断齿风险低等优点的Ø113 mm、Ø120 mm、Ø133mm三角梯齿PDC钻头。在王坡煤矿3 206工作面现场工业性试验表明:该套钻探装备及钻具组合有效解决了施工过程中存在的排渣难、喷孔顶钻等问题,提高了钻孔成孔率,百米以上钻孔成孔率超过70%,为矿井本煤层瓦斯抽采提供了重要支撑。

中高强混凝土抗压强度与气孔分布特征关系模型研究

为探究气孔分布特征与中高强混凝土抗压强度之间的定量关系,采用低场核磁共振成像分析系统与全自动压力试验机开展了不同气孔分布特征下的高强混凝土抗压强度试验。通过对Ryshkewitch半经验公式模型进行验证和改进,建立了中高强混凝土抗压强度与孔结构关系模型。结果表明:混凝土孔隙率会随着砂率和初始含气量的增加而逐渐增加,相比于提高砂率,提高初始含气量更容易得到差异性较大的孔隙率;提高砂率使非毛细孔占比增加了17.2%,毛细孔占比降低了13.0%;提高初始含气量使毛细孔占比增加了12.7%,凝胶孔占比降低了12.6%。基于Ryshkewitch半经验公式改进的模型R~2接近于1,P值<0.05,可以更准确地描述孔隙分布特征与抗压强度的定量关系。