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水化蒙脱石拉伸力学特性的分子动力学模拟研究
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作者 杨宇 徐国元 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第6期156-166,共11页
了解蒙脱石在拉伸状态下的力学行为在地球科学、岩土力学等领域至关重要,但现有理论和方法难以在小间距范围内预测其水化力学性质及关键机理。通过编写施加应力-计算应变Perl语言脚本,进行不同水化量蒙脱石拉伸应力下的分子动力学计算... 了解蒙脱石在拉伸状态下的力学行为在地球科学、岩土力学等领域至关重要,但现有理论和方法难以在小间距范围内预测其水化力学性质及关键机理。通过编写施加应力-计算应变Perl语言脚本,进行不同水化量蒙脱石拉伸应力下的分子动力学计算模拟与应力-应变分析,确定其不同应力阶段的力学特性、相互作用机制和微观结构演化。结果表明:蒙脱石内层水化对极限应力和拉伸模量的弱化效应明显,且在水化初期弱化幅度会更大;体积水化膨胀主要源于晶格长度c的线性增长。Z方向的拉伸模量远小于平面内,即应力对表面Z方向的力学行为影响最大,达到极限拉应力后,会出现整层分离的破坏现象;内层是大部分形变的主要原因,并且支配着蒙脱石的拉伸力学性能;Z方向拉应力主要造成晶格长度c和晶格角β的增大,而在X和Y方向拉应力下主要发生β的减小和增大。层电荷密度越高,结合水膜越密实,形成的氢键数目越多,体积和晶格长度c越小,抗拉力学性能也越强。 展开更多
关键词 水化蒙脱石 分子动力学 拉伸应力状态 应力-应变分析 微结构力学
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甲酸钾抑制蒙脱石水化机理的分子动力学模拟 被引量:2
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作者 刘星雨 马超 +3 位作者 谢龙龙 陈妍 任文东 谷文 《钻井液与完井液》 CAS 北大核心 2022年第4期415-422,共8页
在盐膏地层或者泥页岩地层钻井过程中,钻遇的地层含有大量的蒙脱石,蒙脱石是典型的水化膨胀性矿物,当钻井液滤液进入蒙脱石含量较高的地层会因水化膨胀作用导致井壁失稳,发生卡钻、井眼缩径、井塌等井下复杂事故。有机盐钻井液的主要成... 在盐膏地层或者泥页岩地层钻井过程中,钻遇的地层含有大量的蒙脱石,蒙脱石是典型的水化膨胀性矿物,当钻井液滤液进入蒙脱石含量较高的地层会因水化膨胀作用导致井壁失稳,发生卡钻、井眼缩径、井塌等井下复杂事故。有机盐钻井液的主要成分是含有抑制作用强的甲酸钾,成为目前钻复杂井段的重要水基钻井液体系。为了深入揭示有机盐钻井液中的主要抑制剂甲酸钾抑制蒙脱石水化的机理,采用分子动力学的方法,从分子角度研究其抑制机理。通过建立甲酸钾和蒙脱石的模型,计算两者的相互作用。研究发现在甲酸钾溶液中,电离出的甲酸根主要偏向作用于层间水,且能与水分子形成氢键,电离出的钾离子会吸附在蒙脱石表面,与蒙脱石表面作用,降低蒙脱石的Zeta电位,当质量分数大于一定量时,钾离子对蒙脱石表面作用饱和并开始向层间扩散。通过模拟发现,低浓度的甲酸钾有利于蒙脱石力学性质稳定,随着其浓度继续增加,有利于抑制水分子扩散,而蒙脱石的杨氏模量、剪切模量略微降低,泊松比上升,当浓度大于一定量后,其抑制性趋于稳定,蒙脱石力学性质趋于稳定。模拟认为钻井液中甲酸钾最佳质量分数(相对于水)范围应在32.57%~34.92%。 展开更多
关键词 蒙脱石水化 有机盐钻井液 甲酸钾 分子动力学模拟
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高庙子膨润土微观结构时效性试验研究 被引量:22
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作者 叶为民 赖小玲 +2 位作者 刘毅 陈永贵 王琼 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2255-2261,共7页
针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下的微观孔隙结构时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率条件下的高庙子膨润土粉末压实到2种不同密实状态,压实结束后保持试样体积和含水率不变分别静置1,30,90 d,然... 针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下的微观孔隙结构时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率条件下的高庙子膨润土粉末压实到2种不同密实状态,压实结束后保持试样体积和含水率不变分别静置1,30,90 d,然后分别采用压汞仪法和扫描电镜法对静置不同时间后试样的微观孔隙结构进行量测。试验结果表明,高庙子膨润土集合体间大孔隙随静置时间增加逐渐减少,而集合体内孔隙和小于压汞仪最小探测粒径的极小孔隙逐渐增多;随着静置时间的延续,膨润土微观孔隙结构趋于均匀化。产生上述现象的主要原因是:试样静置过程中,为达到吸力平衡,试样各微观孔隙结构中水分子重分布,导致层叠体内水分子层数增多,蒙脱石水化;随着水化的进行,层叠体晶层间水分子层数逐渐增多,同时厚的层叠体逐渐裂开成薄的层叠体,导致集合体内小孔隙增多;在体积不变条件下,集合体间大孔隙不断被挤压填充,孔隙体积逐渐减少。 展开更多
关键词 高庙子膨润土 微观结构 时效性 压汞仪法 扫描电镜法 蒙脱石水化
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高庙子膨润土膨胀力时效性试验研究 被引量:12
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作者 赖小玲 叶为民 +2 位作者 刘毅 陈宝 王琼 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期574-579,共6页
针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下膨胀力时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率的高庙子膨润土粉末压实为两种不同密实状态的试样,随后在保持压实试样的体积和含水率不变的条件下,分别静置0,1,7,15,3... 针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下膨胀力时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率的高庙子膨润土粉末压实为两种不同密实状态的试样,随后在保持压实试样的体积和含水率不变的条件下,分别静置0,1,7,15,30和90 d,最后采用膨胀仪对完成静置试样的膨胀力进行量测;同时结合静置过程,完成了部分试样的扫描电镜(SEM)试验。试验结果表明:高庙子膨润土的膨胀力随静置时间的增长不断减小,且前期减小明显,后期逐渐趋于稳定;膨胀力的时效性与试样初始条件有关,试样含水率和干密度越大,膨胀力随静置时间的衰减越明显,即时效性越强。SEM试验结果表明,静置90 d后,高庙子膨润土内的蒙脱石发生了水化,集合体分解,颗粒相互黏结,微观孔隙结构趋于均质化,呈现点阵式的絮状结构;试样静置过程中不同微观结构层次之间的水分重分布导致的蒙脱石水化是高庙子膨润土静置过程中膨胀力降低的主要内在原因。 展开更多
关键词 高庙子膨润土 膨胀力 时效性 扫描电镜试验 蒙脱石水化
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膨润土热传导性能时效性试验研究 被引量:4
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作者 徐云山 孙德安 +1 位作者 曾召田 吕海波 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期4324-4330,共7页
在不同初始条件下试验研究了静置时间对高庙子钠基膨润土GMZ07和MX80膨润土压实样热传导性能的影响。在保持试样干密度和含水率不变情况下,将不同初始状态试样分别静置1、5、30、60、100d,随后采用热探针法进行热传导系数测试,并对部分... 在不同初始条件下试验研究了静置时间对高庙子钠基膨润土GMZ07和MX80膨润土压实样热传导性能的影响。在保持试样干密度和含水率不变情况下,将不同初始状态试样分别静置1、5、30、60、100d,随后采用热探针法进行热传导系数测试,并对部分试样进行压汞试验。试验结果表明:GMZ07和MX80膨润土的热传导系数均随静置时间的增长而减小,静置早期热传导系数减小较快,随着静置时间延续,热传导系数逐渐趋于稳定。在相同干密度下,静置时间引起的热传导系数减小量随含水率的增大而增大。结合压实膨润土试样的微观孔隙结构变化,认为膨润土热传导系数随静置时间发生变化的主要原因是:试样静置过程中,蒙脱石发生水化膨胀,部分土中水转变成热传导性能较差的惰性水,导致膨润土的热传导系数减小。 展开更多
关键词 膨润土 热传导系数 时效性 微观结构 蒙脱石水化
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压实高庙子膨润土抗拉强度时效性试验 被引量:2
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作者 车悦 孙德安 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期919-927,共9页
通过试验研究了试样静置时间对不同干密度和含水率压实高庙子膨润土抗拉强度的影响.在保持干密度和含水率不变的条件下,将不同初始状态试样分别静置0,7,15,30,90 d,利用巴西试验测其抗拉强度,并结合压汞试验进行分析.试验结果表明:随静... 通过试验研究了试样静置时间对不同干密度和含水率压实高庙子膨润土抗拉强度的影响.在保持干密度和含水率不变的条件下,将不同初始状态试样分别静置0,7,15,30,90 d,利用巴西试验测其抗拉强度,并结合压汞试验进行分析.试验结果表明:随静置时间的增加压实高庙子膨润土的抗拉强度前期减小较多,后期逐渐趋于稳定;在同一含水率下,静置时间对膨润土抗拉强度的影响程度随干密度的增大而减小.静置时间对膨润土抗拉强度的影响如下:在静置过程中,由于土中水分子逐渐向蒙脱石层间移动,蒙脱石晶层吸水逐渐展开、水化,故颗粒间连接变弱,使抗拉强度降低.该成果为核废料处置库膨润土砌块的存放和在安装过程中其抗拉强度的变化范围提供参考数据. 展开更多
关键词 膨润土 抗拉强度 时效性 微观结构 蒙脱石水化
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Experimental study on slime water flocculation sediment based on the montmorillonite hydration expansion inhibition 被引量:1
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作者 Wei-Dong WANG Hui-Feng WANG Jun-Tao SUN Yuan SUN 《Journal of Coal Science & Engineering(China)》 2013年第4期530-534,共5页
Through the montmorillonite settlement experiment in the clear water and electrolyte solution, the influence of slime water settling character was studied in clear water and different electrolyte solution, the montmor... Through the montmorillonite settlement experiment in the clear water and electrolyte solution, the influence of slime water settling character was studied in clear water and different electrolyte solution, the montmorillonite's hydration ex- pansion effectively restrained was verified, the process method to wash coal with the electrolyte was put forward, and the re- sults indicate that the solution of 10 g/L KC1 is optimal inhibitor on the montmorillonite in the tested three kinds of electrolyte solution. With the contrast test in clear water and electrolyte solution, two reagent adding way can be selected in KC1 solution: one way is to add PAM separately, the effectively sedimentation can be made with simply 0.1% anion; the other way is the co- ordination with polymeric aluminum and PAM, the anionic of PAM and polymeric aluminum are 0.02% and 0.5% respectively. However, in clear water, the polymeric aluminum must be joined together with the anionic PAM, and the amount of the PAM reaches 0.5%, which is 25 times as great as that in KCL solution. The field work with raw coal further verifies the above con- clusions further. 展开更多
关键词 coal slime water MONTMORILLONITE hydration expansion ELECTROLYTE
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