新疆512矿床砂岩型铀矿孔隙特征及渗流模拟

地浸采铀工艺是溶浸液在含矿含水层中与铀矿物发生反应,铀元素随溶浸液迁移至地表的一种提铀工艺,精确了解矿区岩石内部结构及金属矿物的分布,对地浸工艺应用具有重要的指导意义。为了解512矿床岩石内部结构及渗流路径,选取该矿床代表性围岩和矿石岩心进行CT扫描,经过图像降噪滤波、图像分割提取孔隙、构建孔隙网络模型等处理与分析,获得各孔喉参数;通过Avizo软件模拟得到绝对渗透率、迂曲率和渗流速度变化。结果表明:围岩和矿石的孔隙度相近,分别为15.42%,15.18%;连通孔隙度分别是9.61%,13.82%。围岩中高密度物质为一些金属矿物,体积分数约为0.54%,矿石中高密度矿物多为次生铀矿物,体积分数为1.06%,其在浸出过程中可与溶浸液充分接触。孔隙内部具有强烈的非均质性,导致流速在流动路径中逐渐降低。围岩和矿石连通的大孔数量多于小孔,指示大孔是决定孔隙发育程度的主要因素。根据速度流线推断围岩和矿石中虽然存在堵塞区,但流通区域占主导地位。

考虑干湿循环影响的残积土μ–CT扫描与渗流模拟

花岗岩残积土广泛分布于中国东南沿海地区,其孔隙结构常因炎热多雨环境引起的干湿循环而发生扩张,改变土体的渗透性能,诱发工程事故。为了揭示干湿循环作用下花岗岩残积土细微观结构与渗透特性的演变规律,对原状样进行0到8次的脱湿–吸湿处理,开展微米计算机层析(μ–CT)扫描试验以获取土体的3维数字化模型,并结合扫描结果与AVIZO软件进行多通道渗流模拟,最后根据试验结果分别从定性和定量角度探究了土体孔隙体积分布与渗透系数的演化规律。结果表明:根据μ–CT扫描的图像结果,花岗岩残积土内部结构被划分为赤铁矿、石英、黏土和孔隙;3维重构模型反映了孔隙结构的扩张与连通模式,孔隙数量和尺寸在干湿循环过程中明显提高,孔隙率和孔隙连通率均与循环次数呈正相关;根据孔隙体积分布曲线可将土中孔隙分为微孔、中孔、大孔和裂隙4种类别,小体积微孔在干湿循环过程中逐渐转化为大体积的连通裂隙;3维渗流模型中的流线数量和分布密度随干湿循环次数增加而明显提高,由渗流模拟计算得到的绝对渗透率和渗透系数也不断增大;渗透系数的计算值总体上与实测值的演化规律相符,说明基于μ–CT扫描结果的渗流模拟可作为评价土体渗透特性的一种辅助手段。研究结果为深入了解花岗岩残积土渗流特性的环境损伤效应提供了重要的参考价值。

基于CT扫描的滨海土壤孔隙空间网络表征与渗流模拟

以江苏省沿海地区不同围垦区剖面土层原状土样为研究对象,基于CT扫描技术,通过构建孔隙网络模型,对土壤孔隙分布及其拓扑关系进行定量表征,统计分析了土壤孔喉参数,包括孔径分布、配位数、喉道半径及喉道长度;运用提取的孔隙网络实现土壤中单相水的渗流模拟,分析土壤的绝对渗透系数(饱和导水率)及其主要影响因素。结果表明,围垦活动对改良土壤孔隙活动起到积极作用,随围垦年限的增加,连通孔隙的半径范围、平均配位数、喉道半径趋于增大,喉道长度趋于减小;浅层土壤的孔隙结构较为良好。单相水模拟中,模拟计算的土壤绝对渗透系数和试验测定的饱和导水率结果吻合度较好,呈现出一致的变化规律。灰色关联度显示喉道半径对土壤渗透性能的影响最大。

水库大坝防渗帷幕渗流模拟试验研究

为了研究水库大坝坝基和廊道析出物的来源以及水库蓄水后相应水化学环境下坝基渗流场帷幕水泥结石中钙质的溶出与腐蚀特征、流失规律,分析不同介质灌浆后形成的水泥结石组分与结构特征,模拟了防渗帷幕体在不同工况下的渗流试验、强度试验和微观试验。结果表明:坝基等析出物来源于帷幕体而非基岩;不同模拟介质灌浆后形成的水泥结石成分大体相同;对灌浆效果较好的帷幕体系,在水库蓄水后相应水化学环境下,坝基渗流场中帷幕水泥结石在充填裂隙中会有一个持续自闭合的过程,使防渗帷幕的防渗效果逐渐得以强化。

岩体渗流模拟的二维随机裂隙网络模型

基于裂隙的走向、迹长、间距和张开度的统计特征,应用Monte Carlo方法随机生成裂隙网络系统.依据裂隙网络交叉点处的流量守恒原理,推导了裂隙岩体网络渗流数学模型,并提出模型的求解方法,通过一个算例验证了模型的合理性.此外,讨论了裂隙岩体渗流场随裂隙张开度均值和方差的变化规律,确定了模型的适用范围,为裂隙岩体渗流场的模拟提供了一种方法.

基于三维渗流模拟的坝基渗漏和渗透稳定分析--以哇沿水库为例

水库坝基渗漏不但损失水库蓄水量,更重要的会引起大坝渗透变形失去稳定。应用三维地下水流数值模拟计算坝基渗漏量和分析渗透稳定,较好地解决了周边与底面边界的不规则问题和垂向上地层的非均质问题,提高了计算精度。以青海省哇沿水库为例,在充分分析水库坝基水文地质条件的基础上,建立了坝基渗漏三维地下水流数值模型,模拟了设置不同深度防渗墙时的渗漏量和坝后出溢段水力坡度。评价了大坝的渗透稳定性,为防止哇沿水库发生渗透变形,设置防渗墙深度应大于50m。当防渗墙深度为50m时,水库渗漏量为12 012m^3/d。

不同压实度花岗岩残积土的渗流模拟

以桂东南地区不同压实度的花岗岩残积土为研究对象,结合显微CT(micro computed tomography,微计算机断层扫描技术)扫描试验与Avizo软件中先进的数字图像处理技术提取孔隙网络模型。然后基于流体力学的传统方法(computational fluid dynamics,CFD),将孔隙结构的数字岩心模型导入Comsol进行微观尺度的渗流模拟,从微观角度研究水在不同压实度花岗岩残积土孔隙中的渗流特性,并与实测渗透率对比,检验数字岩心模型准确性、代表性。研究结果表明:花岗岩残积土渗流过程中,最大速度出现在连通性好的孔隙中心区域,且远超其他部位,沿着孔隙中心向外壁的方向,渗流速度逐渐减小;在连通性差的区域,流速近乎为0。随着压实度的增加,花岗岩残积土的孔隙连通性变差,各个截面上的孔隙结构发生变化,且各截面的平均渗流速度逐渐减小,这表明压实度对花岗岩残积土的渗流特性有重要影响。压实度为90%、100%、110%花岗岩残积土的平均渗透率模拟值分别是实测值0.9、1.35、0.77倍,该数字岩心模型能较准确地代表压实土体内部真实的孔隙渗流特征。

东北苏打盐碱地输水渠道渗流模拟与试验研究

我国土地资源与水资源短缺,合理开发与利用东北苏打盐碱地、提高水资源利用率对国家粮食安全和社会稳定具有重要意义。基于渠道渗流基本理论,结合吉林省大安市海坨乡苏打盐碱地水稻种植项目区建设实践,建立混凝土渠、玻璃钢渠渗流模型,进行有限元模拟分析及测渗试验。研究结果表明:混凝土渠渗流模型呈现底部渗漏较大并向渠道两侧扩散的规律,玻璃钢渠模型渗漏小,防渗性好;通过动水法测渗试验可知,玻璃钢渠较混凝土渠输水损失利用系数降低73.4%,渗漏强度仅为混凝土渠的四分之一,研究结果可为苏打盐碱地渠道输水提供新方法。

基于GeoStudio渗流模拟的堤防堤身材料优选

华中地区某河经地质勘察,修建的堤防工程主要有3种不同地基(基层细砂、粉质土壤、中密夹砂粉质黏土)情况。利用GeoStudio2012软件的SEEP/W模块对堤防工程进行渗流数值模拟,通过对比分析,筛选出不同地基条件下适合的堤身材料。模拟结果表明,堤防地基与堤身为基层细砂-粉质黏土、粉质土壤-黄土、中密夹砂粉质黏土-黄土3种组合时渗流路径分布最均匀且渗流稳定,堤防安全性最高;当堤防堤身与地基渗透系数相差较大时,易发生集中渗流。

三维有限元渗流模拟计算在水库安全评价中的应用研究

本文先介绍了有限元在土木工程中的发展过程以及渗流研究现状,然后以云南省允楞水库为例,对水库安全评价中的渗流分析进行三维有限元渗流模拟计算,计算结果跟实测值比较,说明三维有限元渗流模拟在渗流分析中的可行性。

水封气类型微观渗流模拟

在裂缝发育水体活跃的区块,水驱气藏,水体在侵入气藏后沿裂缝迅速上窜或横侵,将部分气藏分隔开来,出现天然气被包围、封闭的现象。对气藏正常开发带来严重不利的影响。但目前水封气的主要类型没有比较完整的分析和介绍,本文将通过微观渗流仿真模拟研究水封气类型。

改进分水岭算法的煤岩孔隙重构及渗流模拟

为更加真实地还原出煤的数字孔隙网络结构,模拟煤孔隙中瓦斯微观渗流过程,开展基于形态学改进分水岭算法的煤岩孔隙重构研究。首先基于改进型分水岭算法,提出识别煤基质颗粒分布参数与孔隙网络的方法,通过中值滤波和数学形态学变换降低信号噪声的影响,减少“过分割”现象;然后以5~10、10~40和40~80目粒径型煤为例,识别颗粒分布参数,构建型煤孔隙网络结构;最后基于格子玻尔兹曼方法(LBM)渗流模拟检验孔隙网络瓦斯。结果表明:改进型分水岭算法降低了噪声干扰,重建的煤孔隙结构具有较高的复杂性和连通性;利用LBM算法模拟孔隙结构渗流,能展示出瓦斯渗流速度和方向等局部细节。

基于格子玻尔兹曼和有限差分方法的页岩气升尺度渗流模拟

格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)是模拟页岩气微观渗流的一种重要方法,能够在孔隙尺度上比较精确地模拟页岩气的多种渗流机理,但是该方法模拟尺度小,计算量大,限制了其在储层尺度上的渗流模拟和在产能预测中的应用。为了既能保留LBM的模拟精度,又能快速准确地模拟较大尺度渗流,将LBM和有限差分方法相结合形成一种新方法,进行页岩气的升尺度渗流模拟。该新方法同时具有LBM的模拟精度和较快的运算速度,适用于模拟页岩气在宏观尺度的渗流和产能预测。利用新方法进行渗流模拟可得,滑脱效应和气体解吸能提高气体流动速度,补充地层能量,从而提高气井产量。

现浇植被混凝土细观孔隙结构分析及渗流模拟

以目标孔隙率24%,水胶比0.32,粗骨料粒径16~26 mm的现浇植被混凝土为研究对象,通过计算机断层(CT)扫描技术获取试件的序列图像,采用Image J软件从细观角度分析二维平面孔隙特征;采用Avizo软件重建孔隙三维细观模型,分析孔隙空间结构并进行单相渗流模拟。结果表明:孔隙直径、孔隙面积均呈单峰分布,孔隙大小比较均匀;孔隙形状接近一个正圆;平面孔隙率平均值与实测孔隙率相差不大;计盒维数法测得的分形维数表明孔隙具有较好的分形特征;三维孔隙空间分布范围与二维定量分析具有一致性;孔喉尺寸呈正态分布,表明孔隙间连通性良好;压力梯度分布及流线分布有利于分析植被混凝土的渗流机理,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了重建的三维模型的可靠性。

基于CT扫描的草炭土孔隙结构分析及渗流模拟

草炭土是在地表积水环境下植物残体经氧化和部分分解作用而堆积形成的一种特殊的腐殖质土。含大量植物纤维的草炭土具有高渗透性、高孔隙比、高含水率等不良工程地质特性。为了探究草炭土的孔隙特征与其孔隙内部的渗流规律,本文以吉林省敦化地区草炭土为研究对象,通过CT扫描技术获取草炭土样的CT序列图像。采用试凑法,通过Mimics的mask体积计算功能并结合土体的真实孔隙率确定了图像二值化的最优阈值,并得到了更接近土体的细观结构的三维重构模型。同时基于Lattice Boltzmann Method原理,在PALABOS代码库的基础上改编程序进行草炭土样的单相渗流模拟,研究了恒定压差下的土体的模拟渗透率值与渗流场的性质,并结合Paraview可视化软件分析了流线与流速在孔隙内的分布情况。研究结果表明:草炭土内部孔隙孔径大小不一,大孔径孔隙与小孔径孔隙形态各异,而植物纤维的架空状分布以及根状孔隙是土体内部形成大孔径孔隙通道的主要原因;流体在其内部流动时,优先以大孔径通道渗流,流线也集中于大孔径渗流通道,流体在大孔径通道内部的流速也高于散布的细小孔径,草炭土的渗透率主要取决于其内部大孔径的数量,因此草炭土的渗透率受到土中植物纤维的含量以及分解度的影响,植物纤维的含量越多,分解度越低,草炭土的渗透率越高,反之则越低。

液相-玻璃相转变的渗流模拟中的双曲线近似

借助自由体积理论中的渗流模拟描述液相玻璃相转变；采用双曲线近似将两相转变过程非线性化，并考虑平均淬火速率Ｔ·的影响，求得液相统计权Ｐ（Ｔ，Ｔ·）；最后具体讨论了聚醋酸乙稀酯的液相玻璃相转变。

副井井筒非采动破坏的数值渗流模拟实验

采用FLAC3D软件对某煤矿副井井筒非采动破坏的数值渗流模拟实验分析,从而获取了"一含""二含""四含""三含"耦合作用下的井筒竖向移动规律,得出了"四含"渗流作用下的竖直移动量与应力值较大,是造成井筒破坏的主要原因之一,从而为井壁破裂及防治提供了科学依据。

致密砂岩储层微观孔喉表征及渗流模拟

为全面表征致密油储层的微观孔隙结构,对松辽盆地下白垩统青山口组致密砂岩储集层样品进行微米、亚微米尺度CT三维成像研究.在微米尺度下,样品1的孔喉结构表现一定的非均质性;样品2的孔吼结构整体均质性较强.在亚微米尺度下,样品1的孔喉直径主要为2.0-3.9μm,其中存在一些较小的短管状、孤立球状微米级孔隙;样品2的孔喉直径主要为2.2-4.2μm,颗粒周围存在一些具有一定连通性的短管状微孔,兼具喉道与孔隙的双重功能.利用格子Boltzmann方法进行单相微观渗流模拟分析,在0.7μm分辨率下,样品1、2的提取孔隙度分别为6.25%、9.3%,模拟渗透率分别为0.042、0.13 mD;在1.46μm分辨率下,样品2的提取孔隙度为9.14%,模拟渗透率为0.071 mD.两块样品的渗透率都具有一定的各向异性.基于上述结果,总结出该地区超低渗的五个决定性因素.

基于格子Boltzmann方法的裂隙介质渗流模拟研究

裂隙通道是影响介质渗流特性的重要因素。为了解裂隙基本参数对渗流的影响规律,首先通过四参数随机生成法,构造多组二维裂隙介质模型,然后基于格子Boltzmann理论编制Matlab程序对裂隙介质进行渗流模拟,并结合达西定理和立方定理进行理论求解。

三维渗流模拟的观音阁水库坝基渗漏和渗透稳定分析

文章对坝体渗透稳定分析和坝基渗流量计算引入三维地下水流数值模拟法,较好的解决了垂向上地层的非均质问题和地层与周边边界的不规则问题,计算精度较高。以观音阁水库为例,基于水库坝基水文地质条件建立三维地下水流数值模型,通过对不同防渗墙深度下坝后出溢段水力坡度和渗漏量的模拟计算,对大坝的渗透稳定性作出整体评价。研究表明:防渗墙设置深度>50m为防止观音阁水库发生渗透变形的基本条件,该条件下水库的渗漏量为11852m^3/s。