尾矿最大、最小孔隙比分布模型及验证

黄河重点生态区的矿山开采中,尾矿库坝的安全与稳定将影响矿区与黄河流域的高质量发展。以影响尾矿密实程度、孔隙特征及结构变形与稳定的物理指标最大、最小孔隙比为研究对象,对比25种不同粒径,7~9种不同细粒含量尾矿最大、最小孔隙比结果,得到了由参数ε和ω确定最大或最小孔隙比随细粒分布函数;且发现参数εmax(ωmax)与εmin(ωmin)成线性相关。由此,建立粗细二元混合尾矿最大、最小孔隙比线性关系模型,推导确定线性关系的斜率α和截距β值;根据α和β值,反算189组尾矿的最小孔隙比,反算结果与实测结果的误差不超过6%。以上模型的建立可有效预测二元结构混合尾矿的孔隙比范围,为库内尾矿的堆积与稳定预测提供可靠的指标范围,进而为黄河流域矿区生态环境保护与灾害防控提供相关参数。

考虑粒组分类影响的最小孔隙比分布及模型验证

最小孔隙比是确定岩土体的密实程度与孔隙特征的有效物理指标,如何快速有效地确定岩土体的最小孔隙比,可为岩土体的固结与稳定提供可靠参数。多数估算细粗混合材料最小孔隙比的模型参数与细粗粒径比一一对应,导致估算困难。在分析尾矿粒度组成、沉积规律和固结稳定的基础上,以8种不同粗细粒径,7~9种不同细粒含量尾矿为试验对象,拟合得到不同粒组尾矿最小孔隙比分布模型参数的函数关系;基于混合尾矿颗粒的粒组特征,给出了确定参数幂函数关系的指数值。分别采用模型参数要求粒组范围内的其他6组岩土材料和非粒组范围内的3组岩土材料进行验证。结果表明,考虑粒组分类影响下的模型,参数简单,对不同材料的最小孔隙比估算准确率较高,给出的最小孔隙比的分布规律合理,可为岩土工程领域最小孔隙比估算提供可靠的计算方法。

砂土最大最小孔隙比测定及其影响因素分析

相对密实度是影响砂土力学性质的重要指标,密实的砂土呈现强度软化,松散的砂土却呈现强度硬化,而测定最大、最小孔隙比是计算相对密实度的前提。砂土的最小及最大孔隙比是通过直接测定的相应最大、最小干密度换算得到的,但目前常忽略了试验方法对其试验结果的影响,也忽略了黏粒含量对砂样密实度的影响。现取细、中、粗砂3种砂样,进行了干密度测试试验并测定了不同黏粒及黏粒掺量下砂样的最大、最小孔隙比。研究结果表明：采用量筒慢转法测量砂土最小干密度较为合理;采用振动锤击法测定砂土最大干密度时,建议细砂采用容积为250 m L击实筒,中、粗砂采用1000 m L击实筒;掺入粉粒、黏粒后砂样的最小孔隙比均随黏粒掺量（≤30%）增加而减小,且两者之间存在一定的线性关系;砂样最大孔隙比随粉粒、黏粒掺量增加逐渐减小,而随高岭土黏粒掺量增加呈缓慢增大趋势。

基于颗粒堆积模型预测粗粒土最小孔隙比

最小孔隙比是粗粒土最基本的物性指标之一,目前除室内和现场试验外,很少有能够直接预测不同级配粗粒土乃至超粒径粗粒土最小孔隙比的方法。本文提出基于颗粒堆积模型预测粗粒土的最小孔隙比,在理想球形颗粒的情形下验证了将颗粒堆积模型用于粗粒土最小孔隙比预测的合理性。由于天然和实际工程中的粗粒土颗粒形状复杂多变,需要建立堆积模型参数与颗粒形状之间的联系,本文采用单一粒径粗粒土颗粒的最小孔隙比与粒径呈幂函数关系的假定,通过优化算法,由若干组试样的最小孔隙比试验结果反演粗粒土的堆积模型参数,并用于预测不同级配粗粒土的最小孔隙比。对不同工程粗粒土或超粒径粗粒土最小孔隙比的预测取得了良好效果,具有较强的工程应用价值。

基于分形理论探究砂岩最小孔隙半径的最优区间

渗透率是评价多孔介质导水性能的主要参数,是导水介质微观孔隙结构在宏观上的表现特征。通过扫描电镜实验和图像处理技术,统计出砂岩微观孔隙几何参数,并结合分形理论探究了砂岩微观孔隙结构对渗透率的影响。同时,以实测渗透率为约束条件,确定了对渗流起作用的最小孔隙半径rmin区间,该区间可作为渗透率预测时最小孔隙半径rmin的最优取值区间,并获取了与之对应的孔隙半径累积百分数区间。结果表明:砂岩最小孔隙半径rmin的取值对渗透率影响较大,随着砂岩最小孔隙半径rmin取值的增大,其渗透率先急剧下降,后渐渐地趋于稳定,并伴有上升趋势。在致密砂岩中,理论渗透率与实测渗透率相等时,对应的最小孔隙半径rmin落在孔隙半径累积百分数为15%~25%内,该孔隙半径累积百分数区间对应的孔隙半径区间可作为计算砂岩理论渗透率时最小孔隙半径rmin的最优取值区间,并且随着砂岩渗透率的增大,最小孔隙半径rmin对应下的孔隙半径累积百分数逐渐增加。

砂-粉混合料颗粒接触状态的临界条件确定

砂-粉混合料被广泛应用于高速铁路路基、人工筑岛及海底沉管隧道垫层等重大工程,如何科学地表征砂-粉混合料复杂的颗粒接触状态及连续演变的力学行为特征,并深入揭示其对混合料静/动力学特性的影响已是一项紧迫的基础性科学研究任务。本文基于代表性砂-粉混合料的基本物理性能指标及力学特性指标试验数据,验证Rahman等提出的区分“细粒填充砂粒”和“砂粒悬浮细粒”的阈值细粒含量FCth半经验公式预测能力。基于理想二元介质材料的理论最小孔隙比计算方法,提出确定中间性态土颗粒接触状态临界条件参量FC_(in-min)和FC_(in-max)的方法,分析各参数对FC_(in-min)和FC_(in-max)的影响规律,建立基于基本物理性能指标的FC_(in-min)和FC_(in-max)预测方法,最终提出全FC范围(FC=0~100%)的砂-粉混合料各颗粒接触状态临界条件参量的有效评价方法。

基于动态图像技术的南海钙质土颗粒形态特征研究

颗粒形态是一项重要的细观指标,影响着粒状土的物理力学性质。钙质土因为其特殊的生物成因,有着复杂的颗粒形态。为了研究其颗粒形态特征,采用PartAn 3D颗粒动态图像分析仪对粒径0.5~20 mm的南海钙质土颗粒开展形状测试,采用延伸率、扁平度、球形度、圆度、棱角度和凸度指标定量描述颗粒形态特征。结果显示:南海钙质土颗粒的延伸率、扁平度、球形度和圆度符合正态分布,而棱角度和凸度符合幂律分布;颗粒形状以块状居多,随着粒径的减小,钙质土颗粒变得更扁平,形状更规则;通过研究样本数量对颗粒形状量化结果的影响,建议采用形状指标的算术平均值量化单一粒组钙质土颗粒形状特征时,颗粒数目不少于600。最后,运用统计学中的主成分分析方法,得到一个综合考虑钙质土颗粒形状信息的新指标,建立了该指标与钙质土最大、最小孔隙比的关系。

砂类土最大动剪切模量的新预测模型

根据不同级配的南沙和西沙群岛珊瑚砂最大动剪切模量G0的共振柱试验结果,发现相同有效围压σ’0下不同级配、不同海洋珊瑚砂的G0分布范围存在上、下界限。最大孔隙比emax和最小孔隙比emin是可以综合反映砂类土级配和颗粒形状特性的状态参量,G0界限值与极限孔隙比(emax和emin)状态下的G0外推结果相吻合。相同的σ’0下,珊瑚砂的G0下限值G0min随emax的增大而减小,G0上限值G0max随emin的增大而减小。根据不同σ’0下G0min与emax及G0max与emin关系建立了预测珊瑚砂G0界限值的经验公式,不同孔隙比e状态下的G0可以根据界限值G0min、G0max按相对密实度Dr非线性插值获得。新的G0预测模型对同一类别、不同级配的砂土具有较好的普适性。对于不同类别的砂土,引入与矿物组分有关的系数a对模型进行修正,采用文献中大量的G0试验结果对模型进行了验证,新的G0预测模型的普适性明显优于传统Hardin模型。

考虑最大与最小孔隙半径比的相渗曲线计算模型

相对渗透率对指导油田开发具有十分重要的作用,分形理论的出现为计算相对渗透率曲线提供了一种新的方法,但已有求取相对渗透率曲线的分形模型都将最大与最小孔隙半径比视为无穷大进行简化计算,误差较大.因此建立了考虑最大与最小孔隙半径比求取油水相渗曲线的模型,并分析了最大与最小孔隙半径比对相渗曲线的影响,结果表明最大与最小孔隙半径比的增大对油相渗透率影响微弱,对水相渗透率影响巨大,且水相渗透率曲线随着最大最小半径比的增大渐向右移,两相区面积逐渐减小,当比值为无穷大时两相区面积为零.最后,结合F储层,验证了采用比值变化模型计算的相渗曲线与实验测得曲线误差甚微.说明该方法简单易行,精准度高,值得推广与应用.

基于Sierpinski carpet模型的多孔介质迂曲度计算

基于精确自相似Sierpinski carpet分形模型,通过求解控制体的迂曲度分布函数,研究了平均迂曲度与孔隙率、最小孔隙特征长度和分形维数的函数关系.结果表明:迂曲度与孔隙率服从Γn=3/2-1/2φ的计算规律;最小孔隙特征长度、分形维数、欧几里得空间维数共同决定了物体内部空间的复杂程度;多孔介质内部流线迂曲度随孔隙率增大而减小,随最小孔隙特征长度、分形维数的减小而增大.

超前阻化煤层可注性及阻化液注入效果研究

为研究超前阻化煤层可注性及阻化液的注入效果,以南屯矿3上煤层为例,在试验分析该煤层满足可注性的基础上,进行了原煤煤样在9种阻化液中的加压吸水试验,结合孔隙分布推导了煤允许不同阻化液注入的最小孔隙孔径,并计算了吨煤阻化剂注入量。研究表明:阻化剂的种类、浓度都会对注入效果产生影响,浓度为25%的MgCl_2阻化液的注入效果最好,其被允许注入煤体的最小孔隙孔径为0.08μm,吨煤阻化剂注入量为3.80 kg。该煤层可优选浓度为25%的MgCl_2进行超前阻化。

高强砼的配合比

在高强砼的配合比设计中,目前国外提出了一种水泥浆体的“过满量”理论,即要求水泥浆体正好充满骨料之间的孔隙是不足取的,需要用超过这一数值(过满)的水泥素浆来为骨料的颗粒之间提供润滑作用,从而达到砼所需要的和易性。本文仅对此作一简单的介绍。

C50高性能混凝土配合比设计

本文采用吴中伟院士提出的简易配合比设计方法,成功地配制了C50P10高性能混凝土。此法基本原则为:求出砂石的最小混合空隙率,在此孔隙率下骨料呈现最佳堆积密度,依此为基础配制高性能混凝土。

C50 P10高密实混凝土配合比设计

本文采用台湾黄兆龙先生的高密实混凝土配合比设计方法,成功地配制了C50 P10高密实混凝土。此法原理为:以混凝土中固体材料的最大单位重来寻求最小孔隙,从而获得最优级配以配制混凝土。