爆炸载荷对水泥试样损伤破坏规律研究

从实验和数值模拟两方面对爆炸载荷对水泥试样的损伤破坏进行了研究。首先,在水中利用爆炸产生的爆炸冲击波对水泥试样进行损伤破坏,模拟“层内爆炸”采油技术中激波使岩石损伤开裂的现象;然后,利用波动力学理论,对激波在实验条件下对水泥试样的损伤破坏进行了数值模拟。结果表明,在冲击载荷作用下,水泥试样的损伤破坏可分为压实破坏、压实损伤、拉伸损伤、拉伸破坏4个区域,在压实损伤区水泥试样也具有较好的渗透性。数值模拟可以用来确定各种裂纹形成的应力条件,并可通过预制剖面上的裂纹分布来预测水泥试样内部裂纹分布的基本规律。

饱和水泥试样被爆炸激波损伤破碎的尺度研究

利用水中爆炸冲击波使水泥试样损伤破坏,模拟爆炸采油时激波使岩石损伤开裂的现象。实验获得了适合本实验条件的激波峰压衰减规律pm≈8.2[ W^1/3/R]^(1.46),得知压碎区尺度为集中装药特征尺度的2～5倍、拉伸损伤区尺度为集中装药特征尺度的20～30倍,激波使水泥试样破碎、拉裂的能量占总能量的2%～7%。

水中爆炸激波对水泥试样作用的数值模拟分析

通过对水中爆炸激波在水泥净浆试样中传播的数值模拟,再现了爆炸激波的传播过程,采用对典型单元受到的激波作用和应力进行分析的方法,得出了水泥试样各个区域损伤破坏的成因,数值模拟结果和实验现象吻合。

激波作用后水泥试样渗流评价实验研究

在水中激波对饱和水泥试样冲击实验的基础上,通过弹性波速测量、孔隙度测量和渗透率测量实验,利用量纲分析确定了引起水泥损伤的主要因素,并确定出激波压力和弹性波速平方的线性关系,使用经验公式回归出弹性波速和裂缝孔隙度的关系,最后通过离散裂缝模型简化求出裂缝渗透率和裂缝孔隙度的计算公式。通过以上关系,找出激波压力对裂缝渗透率的提高作用,得出激波压力和裂缝孔隙度为二次多项式关系,确定出提高水泥试样渗透率最优的动载荷条件。

爆燃压裂技术对水泥试样致裂实验研究

为模拟爆燃压裂技术的破岩效果和裂缝形态,进行了水泥试样致裂实验。制作了含有模拟射孔孔眼的Φ244.5 mm套管,外维为Φ1 600 mm×1 000 mm的水泥试样9组,并采用现场常用的航天复合推进剂和军工双基药进行实验。在实验基础上,与层内爆炸技术和重复强电冲击波技术进行储层致裂机理对比分析。研究表明,爆燃压裂技术对9组水泥试样具有100%致裂效果,裂缝条数在2~4条,裂缝缝宽在厘米级,且水泥试样的顶部缝宽要大于中部。随着火药用量减少,井筒内峰值压力减小,岩石裂缝条数减少,裂缝宽度减小。其造缝机理和形态有别于使用炸药的层内爆炸技术和使用脉冲功率负载及含能材料的可重复强电冲击波技术。

不同粉煤灰掺量的水泥浆体的特性研究

道路的设计与建造材料中含有可循环材料是可持续发展的潜在需求。在本研究中,依托过境改线工程,通过添加不同比例(0,20%,40%,60和80%)的粉煤灰(Fly ash, FA)制备粉煤灰水泥浆,用以替代普通水泥。检测不同粉煤灰掺入比例的水泥的干密度、抗压强度、吸水性、干缩率以及氯离子渗透等参数性能。根据检测结果,粉煤灰占比20%的粉煤灰水泥浆体可以在所有养护年龄(固化年龄)下获得与参考配比相当的承载能力。含有20%粉煤灰的试样在120天时展现出了70.9MPa的最大抗压强度,而含80%粉煤灰的水泥样品的承载能力最弱,抗压强度为39.3MPa。干密度与吸水性的相关测试结果与抗压强度的测试结果一致,因此,通过将粉煤灰的掺入比控制在20%以下可以获得最优的工程特性。通过将高比例粉煤灰替代普通水泥有助于提高粉煤灰水泥浆体的干缩。在粉煤灰水泥浆体中优化粉煤灰含量低于20%,有利于促进生态增长目标的同时,保持可接受的性能,凸显了合理利用粉煤灰在实现生态考虑和期望的工程特性之间达成平衡的积极影响。

油页岩CFB渣对水泥胶砂性能的影响

以燃烧油页岩发电过程中产生的油页岩CFB渣为水泥掺合料,在了解油页岩CFB渣特性的基础上,探讨了掺量、细度对水泥胶砂试样需水量、力学性能的影响。结果表明:油页岩CFB渣具有较大的比表面积,颗粒形态呈不规则状。油页岩CFB渣作为掺合料替代水泥制备的胶砂试样需水量增大,强度降低。当其平均粒径达到1.29μm时,可充分发挥其填充效应,替代20%水泥可超过纯水泥胶砂试样强度。

Size effect on cubic and prismatic compressive strength of cement paste

A series of compression tests were conducted on 150 groups of cement paste specimens with side lengths ranging from 40 mm to 200 mm. The specimens include cube specimens and prism specimens with height to width ratio of 2. The experiment results show that size effect exists in the cubic compressive strength and prismatic compressive strength of the cement paste, and larger specimens resist less in terms of strength than smaller ones. The cubic compressive strength and the prismatic compressive strength of the specimens with side length of 200 mm are respectively about 91% and 89% of the compressive strength of the specimens with the side length of 40 mm. Water to binder ratio has a significant influence on the size effect of the compressive strengths of the cement paste. With a decrease in the water to binder ratio, the size effect is significantly enhanced. When the water to binder ratio is 0.2, the size effects of the cubic compressive strength and the prismatic compressive strength of the cement paste are 1.6 and 1.4 times stronger than those of a water to binder ratio of 0.6. Furthermore, a series of formulas are proposed to calculate the size effect of the cubic compressive strength and the prismatic compressive strength of cement paste, and the results of the size effect predicted by the formulas are in good agreement with the experiment results.