孔隙填充型能源土的宏微观力学特性真三轴试验离散元分析

天然气水合物沉积物因其作为绿色新型能源且具有广阔的开发前景而备受全球瞩目。水合物在水合物沉积物(俗称能源土试样)中有不同的赋存型式,如孔隙填充型和胶结型等。针对孔隙填充型水合物的赋存形态,生成特定饱和度的能源土试样。开展了同一π平面上不同中主应力系数(b=0、0.25、0.50、0.75、1.00)的真三轴排水试验的三维离散元模拟,将微观参数接触组构及剪切滑移率的演化规律与材料的宏观力学响应相结合,分析了中主应力对孔隙填充型能源土的宏微观力学响应的影响。结果表明:强接触处组构张量的大、中、小主值随b的变化规律与大、中、小主应力及大、中、小主应变随b的变化规律表现出良好的相关性。三向应力状态下的破坏强度接近Lade-Duncan破坏准则。能源土试样剪切滑移率随着中主应力系数的增大而增大;当处于三轴拉伸状态时,试样的剪切滑移率最大。

孔隙填充型深海能源土的离散元成样新方法及宏观力学特性

针对孔隙填充型水合物的赋存形态,提出了一种新的制备孔隙填充型能源土试样的数值成样方法.孔隙填充型水合物的砂性能源土试样是由砂粒和水合物颗粒混合而成的特殊的散粒体材料,具有明显的非连续特征.在土骨架的孔隙中,将水合物块体视为由颗粒通过强胶结作用凝聚而成的团簇整体,随机填充生成不同水合物饱和度的沉积物试样,开展能源土宏观力学特性的离散元固结排水三轴压缩试验模拟,并从应力应变、体变、接触组构等方面进行分析.结果表明,水合物饱和度的增大对低饱和度的孔隙填充型能源土试样的初始弹性模量和强度影响较小.有效围压相同时,孔隙填充型能源土试样的体积剪缩量随着水合物饱和度的增大而减小;而水合物饱和度相同时,能源土试样强度及体积剪缩量随着有效围压的增大而增大.能源土试样的剪胀角随有效围压的增大而近似线性减少,随水合物饱和度的增大而趋于线性增大.颗粒间接触方向随着轴向应变的增大而朝竖直方向偏转.

可溶填充剂对孔隙自生成超硬磨料磨具孔隙生成的影响

针对金属结合剂超硬磨料磨具结合剂密实、难修整、容易堵塞(容屑空间小)的问题,提出一种孔隙自生成超硬磨料磨具加工技术:在金属结合剂中添加'可溶'填充剂,加工过程中利用特定溶液溶解磨具表层的'可溶'填充剂,从而在磨具表层形成类似多孔金属的孔隙结构,以提供容屑空间、并增强磨具自锐性。分析了Zn、CaO和SiO2三种'可溶'填充剂'溶解'过程,以及填充剂对磨具整体强度的影响;制备?20 mm×5 mm青铜结合剂孔隙自生成金刚石丸片试样,进行孔隙生成观察试验以及加工试验,研究孔隙自生成磨具的自锐过程。结果表明,'可溶'填充剂Zn在不明显降低磨具力学特性的前提下,具有较好的孔隙生成效果,从而提高磨具自锐性、减轻磨具表面的堵塞现象和提高材料去除率。

多孔介质孔隙吸附填充过程与团簇演化机制研究

为了探讨不同孔径材料的吸附特性与微孔填充过程,采用实验测试与理论分析相结合的方法研究了二氧化硅–氮气吸附过程中的孔隙吸附特性。通过对无孔材料吸附等温线进行热力学分析得到材料真实的Zeta吸附等温参数,发现在低压比区域吸附熵先急剧增大,再减小至一极点后增大,摩尔潜热在此范围内为负值,吸附质为不稳定状态,确定了微孔填充过程的压比范围。利用对应体系的Zeta等温参数明确了介孔二氧化硅材料孔隙填充过程开始时的压比和对应的团簇大小,发现团簇分子与孔径关系比例系数随着孔径的增大而减小,提出了考虑孔隙壁面弯曲效应的孔隙填充过程物理模型。

水泥含量对固化土结构形成的影响研究

以粉砂土为研究对象,对水泥土抗压强度与水泥含量关系进行了试验研究,推导了水泥土结构形成过程中水泥浆包裹土颗粒和填充孔隙所分别对应水泥量的理论计算公式。在此基础上,对水泥含量不同时,水泥在固化土结构形成过程中所起不同作用及其与水泥土抗压强度增长规律相互关系进行了分析,提出固化土结构形成由固化剂胶结土颗粒与填充孔隙两部分构成。

固化土结构形成及强度增长机理试验

根据固化土实际固化过程,提出一个新的固化土结构模型,即固化土结构形成主要由固化剂胶结土颗粒和填充孔隙两部分构成.根据这一结构模型,以粉砂土作为研究对象,用水泥作为固化剂,由理论计算得出的固化土中胶结土颗粒和填充孔隙所对应的固化剂用量与由试验得出的相应固化剂掺量相当吻合,且基于该固化土结构模型,可以对固化土抗压强度增长规律与固化剂掺量相互关系等试验现象给予较好的解释.另外,通过用膨胀剂代替上述固化剂中用于填充孔隙的水泥掺量,以及减少和增加固化剂中水泥掺量,验证了土颗粒胶结和孔隙填充对固化土结构形成及强度增长的作用,并指出孔隙填充对固化土抗压强度提高起重要作用.

浓度效应对卡马西平在生物炭上的吸附动力学影响

为了解人工合成药物在生物炭上的吸附动力学特征及其浓度效应的影响,选择卡马西平(CBZ)为目标污染物。探讨不同初始质量浓度(2、4、25、50 mg·L^(-1))在不同裂解温度(200、300、500℃)下制备的生物炭上的吸附动力学特征。结果表明,双室一级动力学模型可以精确地描述CBZ在生物炭上的吸附动力学特征。CBZ的快室吸附对总体吸附的贡献随初始浓度的增大而减小,而慢室吸附贡献则增大。π-π作用可能对CBZ的吸附贡献较大。孔隙填充可以描述慢室吸附过程,可能是吸附速率的控制环节。

均匀放矿过程中细粒冰碛物穿流机理试验研究

为探究均匀放矿过程中细粒冰碛物的穿流机理,以普朗铜矿地表细粒冰碛物为研究对象,利用室内三维物理模型试验方法,开展了细粒冰碛物覆盖层下的粗颗粒矿石均匀放矿试验研究。研究结果表明:均匀放矿过程中细粒冰碛物穿流机理主要受“孔隙填充机制”控制,其穿流程度取决于粗颗粒矿石放矿过程中随机产生的孔隙大小和数量;冰碛物颗粒粒径越小,其穿流速度越快,穿流效果越显著,穿流时间越短;根据试验过程中细粒冰碛物穿流规律,构建了细粒冰碛物穿流机理概化模型,结果显示细粒冰碛物和粗颗粒矿石相对运动是造成细粒冰碛物穿流的内在因素,细粒冰碛物和粗颗粒矿石相对运动越显著,细粒冰碛物穿流越明显。研究结果对揭示细颗粒穿流特性提供一定理论支撑,同时对细颗粒物质覆盖层下的崩落法矿山灾害防控及矿石贫化控制具有实际工程意义。

六氯苯在土壤不同粒径级份上的吸附行为研究

研究比较了HCB在湖北水稻土和山东褐土不同粒径级份上的吸附特性,探讨不同粒径级份中有机质线性分配过程、慢吸附过程和小孔扩散过程的相对贡献。结果表明,Freundlich方程、DMM吸附模型和Polanyi-Manes方程都对实验数据进行了较好的拟合(R2>0.91),其中DMM吸附模型能更好地反映土壤有机质溶解相线性分配和孔隙填充相吸附两种作用的相对贡献。除湖北水稻土<0.002 mm级份和山东褐土0.5～0.25 mm级份外,各粒径级份对HCB的吸附容量都随着土壤粒径的减小而增加,但吸附容量与有机质含量、比表面积和孔容都没有直接的线性相关关系。<0.002 mm级份可能具有最多的高能吸附位点和最大的吸附孔容,但土壤有机质孔隙填充相上的吸附作用只有在HCB浓度非常低的情况下才会体现得比较突出。各因素交互作用影响着不同粒径级份对HCB的吸附。

硫酸盐在圆形混凝土桩中扩散反应解析解

基于Fick第二定律,建立了硫酸盐在混凝土桩中的扩散反应方程.采用分离变量法和Danckwerts法,结合初始和边界条件,推导出扩散反应方程解析解.进一步考虑硫酸盐侵蚀过程中孔隙填充与膨胀裂缝对硫酸盐扩散系数的影响,提出了混凝土侵蚀劣化全过程有效扩散系数模型.基于硫酸盐扩散反应方程解析解和有效扩散系数模型,获得硫酸盐在混凝土桩中的浓度分布规律,并与试验结果对比,验证了解析解的有效性.算例分析表明:孔隙的填充对硫酸盐扩散的阻碍效果显著,而裂缝的发展促进了硫酸盐的扩散反应;水灰比越小,硫酸盐侵入深度越浅,浓度也越低.

高透光率纤维素基地膜的研究

本研究在制备具有高透光率的透明纤维素基地膜过程中,添加石蜡乳液、改性环氧树脂(EP)、固化剂等化学助剂,检测并分析地膜性能的变化,其中主要对浆料打浆度、石蜡涂覆量、EP用量对透光率的影响做了详细分析。结果表明,打浆度为90°SR、石蜡涂覆量为8 g/m2时,纤维素基地膜的透光率最高为66%,EP的折光率与纤维相近,其透光率为92%。

修正的混凝土内硫酸根离子迁移模型研究

研究因硫酸盐侵蚀导致的混凝土密实,建立了基于Fick扩散方程的考虑混凝土孔隙填充和离子迁移时间依赖关系的硫酸根离子迁移模型。模型从已有试验数据中得到了较好验证。硫酸钠溶液环境下,运用Comsol Multiphysics软件模拟混凝土内硫酸根离子的运移,分析了离子在混凝土内随时间和空间的分布以及混凝土的破坏规律。研究表明:混凝土内的硫酸根离子浓度随时间增加逐渐增加,增速急剧降低;随离子侵入深度增加,逐渐降低。孔隙填充对离子随时间侵入的影响很大。考虑密实的混凝土内硫酸根离子含量明显较小。外界硫酸根离子浓度越高,混凝土内离子含量越大,含量随时间的增加差距增加,增幅变化不大。混凝土受硫酸盐侵蚀是逐渐从表面向内的开裂破坏。

固化土结构的形成模型

通过理论分析和试验验证,提出了一个固化土结构的形成模型。该模型认为:粉土固化土结构是由固化剂水化物充分包裹胶结土颗粒和填充土颗粒间孔隙而构成;黏性土固化土结构是通过固化剂水化物包裹胶结土团粒、填充土团粒间孔隙、挤压填充土团粒内孔隙而构成。该模型可以较好地反映固化剂掺量和种类与固化土强度增长规律间的关系。该模型指出,对于不同土质类型,固化剂可能产生的水化物种类,对固化剂优化设计具有指导作用。

软土固化剂优化设计方法探讨

提出了一个固化土结构形成模型,根据此模型讨论了形成最佳固化土结构所需要的水化物种类;探讨了土的化学性质因素对固化土中水化物生成的影响,并给出了解决办法;在此基础上,提出了根据不同土样的性质指标设计软土固化剂的方法。

一种估算MICP加固砂土体渗透系数的简便方法

基于Kozeny-Carman(K-C)方程和微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbial Induced Carbonate Precipitation,MICP)技术原理,提出一种MICP加固砂土体渗透系数的简便算法.MICP产生的碳酸钙填充土体孔隙,采用电镜成像法得到碳酸钙晶体的粒径,推导得固化砂土体的孔隙比和颗粒平均比表面积.将固化砂土体的孔隙比和颗粒平均比表面积代入K-C方程,得到预测MICP加固砂土体渗透系数的简便算法,并经已有文献试验数据和研究结果验证,结果表明:孔隙比减小和颗粒平均比表面积增大导致MICP固化砂土渗透系数显著降低,算例一土体的渗透系数最终下降了93%-97%,算例二碳酸钙含量达到10%时,渗透系数下降了67%-92%;MICP固化砂土的渗透系数下降速率开始加固时最大,随着碳酸钙含量逐渐增加,渗透系数下降速率逐渐减小;初始渗透系数越大的土体,加固效果越明显,渗透系数的下降速率和下降幅值更大;该算法简便可靠,能较为快速和准确预测MICP加固砂土体的渗透系数,为工程实践提供了理论依据.

双液注浆

双液注浆,实质是将水玻璃与氯化钙溶液交替注入土壤中,2种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶,起到胶结和填充孔隙的作用,使土壤的强度和承载能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固。

天然气水合物地层岩石物理模型构建

天然气水合物地震反射特征的识别和物性信息的定量提取存在多解性与不确定性,岩石物理模型是将水合物地层地球物理观测值地震信息定量转化为物性信息的桥梁,而传统的岩石物理模型少有对微观孔隙结构和孔隙充填水合物剪切性质的描述.文章针对孔隙充填和颗粒支撑两种微观分布模式的水合物地层,重点考虑水合物地层的微观孔隙结构以及水合物的剪切性质,基于等效介质理论定量描述地层矿物组分特征和孔隙连通性及形状,利用斑块饱和理论和广义Gassmann理论定量描述孔隙充填水合物的剪切性质,在此基础上构建了两种模式水合物地层的岩石物理模型,揭示了水合物地层宏观弹性性质与微观物理性质之间的定量关系.数值研究发现,纵横波速度比随孔隙度和水合物饱和度增大而减小;颗粒支撑模式地层的纵横波速度对水合物含量较为敏感,且孔隙越狭长,敏感性越高;孔隙充填模式地层的纵横波速度比在高水合物饱和度时对水合物组分剪切性质的敏感性更高.实验数据和神狐海域的实际资料应用结果表明,岩石物理模型可有效地计算水合物地层宏观弹性性质与微观物性特征之间的定量关系,提供常规测井中缺乏的横波速度信息,确定对水合物含量指示能力较强的弹性参数,可以根据实际数据求取水合物饱和度、孔隙纵横比等物性参数,为天然气水合物地层的定量解释和资源评价提供理论依据和数据支持.