集成回填材料的渗透特性研究

本文在前人基础上改进渗透装置,通过自制多功能膨胀渗透仪在氮气加压为1.0 MPa条件下,测得沸石-膨润土-硫铁矿、凹凸棒石-膨润土-硫铁矿两组混合物在不同膨润土含量、压制载荷、压实密度、出水时间等条件下的渗透系数。实验结果表明:集成回填材料的渗透系数随时间的变化不大,基本满足达西定律。同一干密度和含水率条件下,不同混合物随着膨润土含量的增加,其渗透系数降低。膨润土含量占沸石混合物或者凹凸棒石混合物比例不小于60%时,二者混合物的渗透系数均满足高放废物处置中回填材料渗透系数小于7×10-10m/s的要求。但同等条件下,由于沸石为非粘性矿石,其具有孔隙大、渗透性好等特点,因此天然地下水在沸石混合物中比在凹凸棒石混合物中渗透得快。同一干密度和含水率条件下,不同混合物压实制样的载荷越大,其渗透系数越小,反之越大。压制载荷在50~100 MPa间时,混合物的渗透系数变化不大。通过进行混合物不同配比、不同影响因素对渗透特性影响的研究,为我国新型缓冲回填材料在未来地下工程中施工提供一定的理论依据。     

盐溶液对石英粉-膨润土混合土渗透系数的影响与表征

采用变水头渗透试验对蒸馏水与不同浓度的NaCl、CaCl₂溶液下石英粉-膨润土混合土的渗透系数进行了测定,为探讨盐溶液及膨润土含量对混合物渗透系数的影响作用机理,使用核磁共振试验(MRI)、环境扫描电镜(ESEM)对混合物在不同盐度溶液下的孔隙分布特征进行分析。结果表明：在盐溶液作用下,石英粉-膨润土混合土的渗透系数明显增加,其孔隙分布也具有明显的差异。推断盐溶液对渗透系数的影响是由于混合土的孔隙变化引起的。最后利用黏粒孔隙比(e_b)的概念,建立了一种考虑盐溶液作用下石英粉-膨润土混合土渗透系数的表征公式,与已有预测公式相比,新建表征公式能够较好地预测盐溶液作用下石英粉-膨润土混合土的渗透系数。     

渗流条件下含裂缝压实膨润土应力及渗透性能试验研究

压实膨润土是放射性废物处置库的理想缓冲/回填材料,但它在失水收缩过程中易产生裂缝,该裂缝在浸水条件下能否愈合是放射性废物处置安全评价中的重要课题。其研究对含纵向单裂缝的压实膨润土样品开展渗透试验,以渗透系数、隙面法向应力及含水率为指标,研究含裂缝压实膨润土吸水膨胀后应力及渗透性能的变化,从而评价裂缝对膨润土屏障层性能的影响。研究结果表明,样品渗透系数随时间逐渐递减,隙面法向应力随时间逐渐递增,且在85 d时两参数达到稳定水平,分别为4.6410~(-10)m/s和2.5 MPa,与完整压实膨润土样品的渗透系数及内部应力处于相同水平,可以认为,此时土体实现了饱和及均一化。该研究从渗透性和应力角度证实了裂缝对压实膨润土渗透系数及应力参数未产生显著影响,膨润土具有较好的自愈合能力。研究建立了膨润土裂缝自愈合效果评价方法,为膨润土作为回填材料的安全性评价提供理论依据。     

添加沸石对黏性土-膨润土竖向隔离墙材料压缩和渗透特性的影响

土-膨润土系竖向隔离墙广泛应用于工业污染场地和地下水修复工程。通过坍落度和一维压缩固结试验研究添加沸石对黏性土-膨润土竖向隔离墙材料的工作性,以及压缩和渗透特性。黏性土选用高岭土,沸石-高岭土-膨润土试样中沸石掺量为2%～40%。试验结果与以往沸石-砂-膨润土竖向隔离墙材料以及击实沸石-膨润土混合土研究结果进行对比,明确沸石掺量和粒径对压缩和渗透特性的作用规律。试验结果显示,满足隔离墙材料施工要求的含水率范围随沸石掺量增加而增大,并处于液限的0.96～1.18倍。添加细颗粒沸石对试样的压缩指数和渗透系数影响较小,渗透系数小于10-9 m/s。相反,添加粗颗粒沸石将导致微孔隙尺寸增大,并形成水能够通过的沸石网架结构,将显著增大渗透系数。试样渗透系数能够通过考虑孔隙比和液限的经验公式进行良好的预测。     

封顶覆盖黄土气体渗透特性测试及填埋气一维运移分析

黄土在我国西北地区广泛分布,是当地垃圾填埋场封顶覆盖层的主要材料,该材料的气体渗透特性直接影响了覆盖层对填埋气释放的控制效果。利用渗析技术和自制的气体渗透系数测量装置,模拟和测试了干湿气象条件下覆盖黄土服役含水率变化及其对气体渗透系数的影响,并建立填埋气在垃圾体和覆盖层中的一维稳态运移模型,分析了覆盖层气体渗透系数和抽气速率对填埋气释放控制效果的影响。研究结果表明：渗析技术能有效模拟覆盖黄土服役含水率的变化,压实黄土试样的气体渗透系数介于10-17～10-12 m2量级,随服役含水率的增加而降低,且对于压实度比较高的黄土降低得更加明显;覆盖层底部的填埋气压随气体渗透系数的减小而增大,通过覆盖层下部的气体扩散层负压抽气等措施,可有效减小覆盖层底部气压和填埋气的释放量。     

含裂缝压实膨润土的渗透性能研究

为评价膨润土裂缝的自愈合效果,通过渗透-饱和试验,研究了不同裂缝形态、数量的压实膨润土试样渗透系数的变化规律,采用统计学方法分析了各组试样渗透系数的差异性.研究显示：在饱和过程中,干密度为1.2 g/cm3的含裂缝压实膨润土的渗透系数随时间呈逐渐递减趋势,且含裂缝试样渗透系数与完整试样渗透系数之间无显著性差异.表明裂缝形态和数量对压实膨润土的渗透性无显著影响,压实膨润土具有良好的自愈性能.     

水泥-膨润土泥浆配比对防渗墙渗透性能的影响

作为一种垂直防渗墙体材料,水泥-膨润土泥浆已在欧美等一些国家被广泛应用于垃圾填埋场的垂直防渗系统中,而国内对此类墙体材料的研究和应用较少。通过对不同配合比的水泥-膨润土泥浆固结体进行渗透试验,研究了原材料对泥浆固结体渗透性能的影响以及渗透性随龄期变化的情况。试验结果表明,水泥和膨润土对固结体渗透系数的影响相互依赖,只有在水泥用量达到一定程度后,增加膨润土用量才能有效地降低固结体的渗透性能;随着龄期的增加,水泥-膨润土泥浆固结体的渗透系数明显降低。     

液体对土工织物膨润土垫膨胀性和渗透性的影响

近年来土工织物膨润土垫（GCL）被越来越多地应用到各种防渗工程中,它的膨胀性和渗透性也成为了设计人员和研究人员所关注的焦点。通过水化膨胀试验、自由膨胀试验和渗透试验,研究了液体对GCL膨胀性能和渗透性能的影响以及膨胀性和渗透性之间存在的相关关系。试验结果表明, 水化液和渗透液的种类对GCL的膨胀性和渗透性有很大影响,其影响分别为：(1) 水化液相同时,渗透液的种类对GCL的渗透系数有影响,而渗透液相同时,水化液的种类对GCL的渗透系数也有影响;(2) GCL的水化膨胀量和渗透系数之间存在相关关系,水化膨胀量越大,渗透系数就越低;(3) GCL中膨润土的自由膨胀量和GCL的渗透系数之间也存在相关关系,自由膨胀量越大,GCL的渗透系数就越低。     

钙质土电导率和渗透性的相关研究

电导率是反映岛礁地下水土耦合性质的直接可测量参数,渗透系数是岛礁地下淡水体形成的重要影响因素,研究了不同地质条件下电导率变化规律,并用其表征土体渗透性有重要意义。首先测量不同干密度、含水率和孔隙液浓度下单一粒径钙质土电导率。由于钙质粉土内含黏粒成分,其表面双电层对电导率有影响,因此单独测量钙质粉土在干密度和含水率正交条件下的电导率,并进行变水头渗透试验。接着配制钙质粉土含量递增的级配土,测电导率并进行常水头渗透试验。试验发现,钙质土电导率与干密度,含水率和孔隙液浓度呈现明显规律性;级配土内随粉土含量增加电导率增加先缓慢,后迅速,最后趋于稳定;级配土渗透系数随电导率增加先缓慢减小后迅速减小;粉土渗透系数随电导率增加呈现中间大两头小的规律。最后初步推导了钙质土电导率与渗透系数的经验公式。     

膨润土防水毯渗透性能的温度效应

以颗粒状钠基膨润土防水毯为研究对象,采用改造的GDS全自动环境岩土渗透仪开展渗透试验,研究温度和压力对渗透系数的影响。研究表明:低围压下膨润土防水毯的渗透系数随温度的增加而减小,温度较高时趋于平缓或略有增大;围压增为100 kPa时,渗透系数随温度的增加而增大。固有渗透率随温度的增加而减小;低围压下固有渗透率减小更显著,仅考虑流体物理性质变化的渗透系数估算值与实测值有很大差异。膨润土吸附结合水量随温度的升高而减小,不能解释膨润土防水毯渗透系数和固有渗透率随温度的变化规律。当温度升高时,粒间孔隙减小且颗粒状膨润土分解成凝胶态蒙脱石颗粒,在低围压下凝胶态蒙脱石颗粒层间距离减小,是渗透系数和固有渗透率随温度的升高而减小的主要原因。     

Emplaced Geotechnical Characteristics of Hydraulic Fills in a Number of Australian Mines

Hydraulic fills used in Australian mines have similar grain size distributions whilst having quite different specific gravity values, typically in the range of 2.7–4.4. When produced and distributed in slurry at 65–75% by solid content, they settle to produce fills with similar geotechnical characteristics. The fills under investigation have been found to settle, in the laboratory, to a dry density of about 0.56 × specific gravity, a saturation water content of about 17–34%, and a porosity of 37–49%. A quick estimate of the optimum water content that gives the minimum porosity may be obtained by locating the intersection of the saturation curve and minimum porosity line, which may simply be done on a water content vs. porosity plot. However, transportability of the slurry requires it to be mixed at water content substantially greater than the optimum water content. As the tailings settle out of suspension, they settle to relative density of 50–80%. This paper shows that the current empirical relationships relating relative density and N-value to friction angle for sands will significantly underestimate the friction angle of the hydraulic fills. Based on limited experimental data, a unique relationship between relative density and friction angle is proposed for hydraulic fills placed in some Australian mines.     

Petrological and Organic Geochemical Characteristics of Oil Sands from the Middle Jurassic Yan'an Formation in the Southern Ordos Basin,China

An integrated petrological and geochemical analysis of surface and drilled oil sands was conducted to assess the organic matter origin/type, thermal maturity and paleoenvironment. Petrographic analysis of the oil sand used to establish the relationships between porosity and permeability with bulk density, RQI, NPI and FZI. The strong correlation between reservoir quality index (RQI) and permeability (R² = 0.98) reveal that porosity has a good correlation to RQI. The biomarker signatures of the analyzed oil reveal predominance of subaquatic‐derived source input with mainly land plant materials. This was indicated based on the average concentration of αααC27:C28:C29 sterane 20R of about 38%, 22% and 40% respectively. This interpretation is also supported by high values of tricyclic terpane/αβC30 hopane and regular sterane/αβC30 hopane. An anoxic condition of deposition within a lacustrine paleoenvironment that attributed to the enhancement of the preservation of the organic matters in the area were indicated based on the low Pr/Ph ratios (average 0.74), low values of αβC31‐22R‐hopane/αβC30 hopane ratios and high C26/C25 tricyclic terpane ratios as well as the presence of gammacerane and a low water salinity. Biomarker maturity parameters show that the extracted oil sand has entered the early oil window stage.     

利用测井方法估算渗透系数

利用煤田测井中的声波时差测井、密度测井及中子测井,可以有效的求出岩层的孔隙度,根据水力学中确定渗透率与孔隙度关系的卡门公式,以经验估算渗透率,进而计算渗透系数。以内蒙古胜利煤田东二露天矿含水层的渗透系数计算为例,测井参数估算含水层的渗透系数与传统的专门水文孔法确定的渗透系数比较接近,仅个别误差较大（44%）。实例表明,测井方法计算的渗透系数相对偏大,另外埋深浅的地层渗透系数误差相对较大。可见利用测井参数基本能够估算出渗透系数,反映其含水层的渗透性能。     

非饱和黏土质砂的渗气规律试验研究

为了探讨非饱和黏土质砂的渗气规律,对常规三轴仪进行了改造,使其能够进行非饱和土渗气性量测,改进后的渗气装置具有构造简单、制样方便、试样均匀性好、加载系统稳定、可用量测的气压力梯度范围较大、提高了量测精度等优点,并解决了量测空气体积困难的问题和渗气试验气体从刚性壁和试样边缘流出的问题。使用该套仪器研究了不同干密度和不同含水率条件下气体流速与渗透系数随压力梯度变化的规律,分析了气体流速、渗气系数同含水率和干密度之间的依存关系,建立了渗气系数与含水率和干密度之间的函数关系。研究结果表明：试样在所研究的含水率、干密度范围,非饱和黏土质砂中气体流动可用达西定律描述。     

水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透特性试验研究

水泥稳定粉砂土抗渗性能受粉砂土自身渗透性能、水泥用量、水灰比等因素影响显著,如何在提升其抗渗性能的同时降低水泥用量是提升工程经济效益的关键。通过开展不同水泥偏高岭土掺比、初始用水量、水泥偏高岭土总掺量以及养护龄期条件下的室内渗透试验,研究了上述因素对水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能的影响规律,探讨了上述因素及无侧限抗压强度与渗透系数之间的经验关系。结果表明：水泥与偏高岭土掺比为5:1时,水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能最佳,且该掺比不随水泥偏高岭土总掺量的改变而变化;水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数随初始用水量增加呈非线性递增,随水泥偏高岭土总掺量增加和养护龄期发展呈先快后慢降低;基于试验结果归纳提出了4个关于初始用水量、水泥偏高岭土总掺量、养护龄期和无侧限抗压强度的水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数经验模型。研究成果可为水泥稳定粉砂土抗渗性能提升提供理论参考与借鉴。     

塔里木盆地巴楚—麦盖提地区泥盆系储层特征及影响因素

通过钻井岩芯、岩石薄片及铸体薄片观察,结合压汞分析等手段,分析了塔里木盆地巴楚—麦盖提地区泥盆系储层岩石学特征及物性演化特征。研究结果表明:泥盆系储层岩性以石英砂岩、岩屑石英砂岩为主。泥盆系东河塘组沉积环境为滨岸沉积,前滨滩砂物性最好,原生孔隙发育,属于特低孔特低渗储层;克孜尔塔格组为三角洲--潮坪沉积,以水上分流河道砂体物性最好,次生孔隙发育,属于特低孔特低渗--低孔低渗储层。储层砂体中压实作用、硅质胶结作用十分普遍,硅质胶结多以加大边形式存在;碳酸盐胶结在储层中相对发育,充填于岩石孔隙或交代其他碎屑颗粒,降低储层孔隙度与渗透率,表现为破坏性成岩作用;溶解作用对储层影响较大,有助于提高储层物性,表现为建设性成岩作用。     

不同砂−膨润土垂直防渗墙填筑土料的掺量研究

土?膨润土垂直防渗墙在美国已广泛应用于城市卫生填埋场中,我国的工程中则应用较少。由国产膨润土与原地层土混合在自重应力作用下固结形成的防渗墙,其渗透性、孔隙和压缩性如何受膨润土掺量的影响,针对该一问题,使用福建标准砂模拟原地层,以3种典型膨润土作为混合料,在各掺量下对砂?膨润土填筑土料开展改进柔性壁渗透试验固结试验,研究不同膨润土掺量对填筑料渗透系数k、孔隙率n与压缩系数av影响。结果表明,膨润土和砂形成防渗墙时存在一个对应最小n和av的最优掺量Copt,当膨润土掺量小于等于Copt时,随着掺量增加,填筑料k下降很快,av缓慢减小;当掺量大于Copt后,随掺量上升,k降低速度趋缓,av快速地升高。理论上,膨润土掺入较少时黏土颗粒仅填充砂粒间的孔隙而不影响砂粒堆积,掺量达到一定程度后膨润土使砂粒彼此分离,悬浮在其中,填筑料的孔隙率随掺量而增大,可能是宏观上造成最优掺量产生的主要原因。     

荷载作用引起砂土渗透性变化的试验研究

模拟路基填土与开挖卸载的实际情况,研制了压力变化条件下砂土和黏土渗透性变化的室内试验装置与试验方法。通过测定砂土在加载与卸载过程下,不同压实度（与初始孔隙比对应）土样的渗透系数变化特点,得出了荷载、压实度（或初始孔隙比）与土体渗透系数的相互关系,探讨了荷载压力的变化引起土体渗透系数变化的原因,结果表明,荷载与初始孔隙比对渗透系数均有很大影响,其中荷载对低压实度的土体渗透性影响最大,而对高压实度的土体渗透性影响较小,以此为依据探讨了路基填土与开挖对地基渗流的影响特点。     

地下孔隙率和渗透率在空间和时间上的变化及影响因素

地下岩石孔隙率和渗透率在空间和时间上的变化受众多因素控制,总的说来,包括沉积与成岩两个最为主要的因素。沉积盆地的性质和沉积环境控制了沉积物的组成、岩石的结构和原生孔隙。沉积作用所经历的时间相对较短而进程较快;成岩作用所经历的时间相对较长而进程较慢。从对孔隙率和渗透率的控制作用来说,成岩作用的研究难度相对较大。近年来,一些传统的形成地下岩石次生孔隙的机制受到挑战,这些传统机制中最为主要的是有机酸对铝硅酸溶解形成次生孔隙,但这会造成介质pH值的升高,碳酸盐矿物和高岭石的沉淀。地下岩石中碳酸水溶解产生的次生孔隙也是有限的。新的机制如大气淡水的溶解作用,深部冷却地下水的溶解作用,硅酸盐的水解都得到了人们的普遍接受,这对于次生孔隙成因的解释及地下岩石孔隙率和渗透率的预测十分重要。对于碳酸盐岩来说,与不整合面附近的古喀斯特有关的油气藏得到了更多的关注。深埋藏过程中碳酸盐岩成岩作用的研究中,温度和压力的影响对不同碳酸盐矿物溶解及沉淀作用的差异性控制了地下碳酸盐岩孔隙率和渗透率分布.