煤储层孔隙、裂隙系统研究进展

煤储层孔隙、裂隙系统由孔隙、微裂隙、内生裂隙和外生节理组成。煤相、煤阶、变质作用类型、构造作用和地下流体是影响煤储层孔隙、裂隙系统发育的关键因素。煤岩成分是煤储层孔隙、微裂隙、内生裂隙和外生节理发育的先决条件，而煤相控制煤的组成成分发育特征。煤阶及变质作用类型决定微裂隙和内生裂隙的发育程度。高温低压变质条件下形成的中高变质煤中，微裂隙和内生裂隙最发育。构造作用可以改造煤储层中的孔隙和微裂隙，但通常以影响煤储层中的外生节理发育最为明显。地下流体充填煤储层的孔隙、裂隙系统。其中地下稠性有机流体主要充填微裂隙和部分孔隙。岩浆气液挥发物在改造部分原有孔隙的同时，充填内生裂隙和部分微裂隙。含有无机沉积物的溶液主要充填外生节理和部分内生裂隙。     

冻土三轴强度破坏准则的基本形式及其与未冻水含量的相关性

在分析围压作用下冰土强度特征和冻土物理－力学性质某些变化的基础上,认为冻土强度包络线的基本形态可按抛物经分析处理,直线包络线和水平包络线是特定条件下抛物线包络线的特定段,冻土强度包络线偏离摩尔－库仑线其中的一个根本原因是,围压作用下孔隙冰部分压融和土的冻结点下降,引起其中未冻水含量增加,通过分析,提出偏离值△τ与未冻水含量变化△Ｗｕ的关系模型,并发现△τ与△Ｗｕ和△σｃ的乘积恰好呈一性关系。     

冻结饱水单裂隙岩体力学特性试验研究

通过相似单裂隙岩体冻结三轴试验,研究裂隙倾角、迹长、隙宽、围压和温度对单裂隙岩体力学特性的影响,试验结果表明：裂隙岩体力学参数与倾角呈二次函数分布,与迹长呈指数函数分布,通过拟合式（3）可近似计算岩体强度;岩体强度与围压呈线性分布,负温条件下泊松比和弹性模量受围压影响较小;隙宽小于0.1 mm或大于0.8 mm时,岩体强度随隙宽增大而减小,隙宽在0.1～0.8 mm之间时,岩体力学参数几乎不受隙宽影响;岩体强度随温度降低而增大的作用机制是岩体孔隙水和裂隙水冻结成冰,增大了颗粒间的凝聚力和摩擦角;裂隙倾角影响破裂面的起始位置,迹长影响破裂面的扩展规模,围压影响破裂面的延伸方向;倾角对岩体强度影响最大,迹长次之,温度影响最小。     

羌塘盆地冻土结构特征及其对天然气水合物成藏的影响

羌塘盆地是青藏高原最大的含油气盆地,多年冻土广泛分布,具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景。基于羌塘盆地天然气水合物钻探试验井资料,从影响天然气水合物成藏角度提出了羌塘盆地3种主要的冻土结构类型,其中由冻融层、含冰沉积物冻土层、含冰基岩冻土层、非含冰基岩冻土层所组成的冻土结构最为常见。研究表明,冻土层结构对天然气水合物温压条件具有一定影响,当非含冰基岩冻土层存在时,其下伏的非冻土层的孔隙流体压力与上部冻土层的微孔和微裂隙特征紧密相关,有利于浅层烃类气体的封存和水合物的成藏。含冰冻土层冰地球化学特征指示冻土层形成的过程是大气降雪融化成水后未经蒸发作用直接渗入地下,受气候变冷影响,地层由浅往深逐渐冻结形成。同时,矿化度和阴、阳离子浓度的高低在一定程度上反映了不同深度沉积物的物化性质。含冰冻土层对于浅层烃类气体封盖作用的定量评价显示,随着含冰饱和度的增加,甲烷气体渗透率降低,当含冰饱和度达到80%时,冻土层能完全有效地限制甲烷气体运移。由于在气候变暖因素的驱动下,冻土层不仅能通过温压条件来控制天然气水合物矿藏存在的空间范围,而且还限制着来自部分水合物分解所产生的烃类气体向浅部运移。因而推测,在青藏高原冻土区可能存在一个由断裂体系相关联的深部烃类储层、中部天然气水合物储层和浅部天然气藏组成的油气系统。     

冻土强度特性及其主控因素综述北大核心CSCD

冻土强度是冻结法施工及冻土构筑物安全评估中的关键力学参数。然而,冻土强度特性十分复杂,受到环境温度、土体类型、含水量、应变速率等诸多因素的影响,目前还缺少统一的结论。鉴于此,文章对冻土强度的相关试验成果进行了全面回顾,并总结了各因素对冻土强度的影响规律及其作用机理。文献调研结果表明,冻土强度随温度的降低而增大,在工程常见温度范围内二者近似呈线性关系。温度降低所引起的冰强度增加和未冻水含量降低是冻土强度增大的主要原因;当温度低于一定阈值后(如-80℃),冻土强度达到最大值并不再变化。非饱和冻土的抗压强度随含水量的增加而增大,原因在于其饱冰度会随着含水量的增加而增加,使得土颗粒与冰晶体的黏结作用增强。对于饱和冻土,含水量的增加会导致冻土密实度降低,其强度随含水量的增加而降低。冻土抗拉强度与抗压强度具有较强的相关性,其压拉比随土体类型的不同存在较大差异,在3~12之间。整体来看,影响冻土强度的因素众多,目前的研究工作多基于单一影响因素,针对多种因素耦合作用、应变速率影响和抗拉强度的研究仍较少,相关工作有待进一步深入。     

煤基岩块孔裂隙特征及其在煤层气产出中的意义

煤中发育植物细胞残留孔隙、基质孔隙和次生孔隙，植物细胞残留孔隙主要为复杂孔隙树结构，有效孔隙率高。基质孔隙和次生孔隙主要为简单孔隙树结构，孔隙曲折度高，有效孔隙率低，煤基岩块中普遍发育宽１０～２０μｍ，高５０～１０００μｍ的微裂隙，大多数构成连结孔隙和内生裂隙及层面裂隙的重要通道。微裂隙的存在缩短了煤层甲烷扩散的距离，煤层甲烷除在微孔隙中扩散和内生裂隙中流动外，尚在微裂隙中扩散或流动。微裂隙的大小是决定煤层甲烷扩散或流动的关键。     

冻结砂土的强度特性

本主要阐述在一定的加荷速率下，围压和温度对冻结兰州砂土应力－应变特性的影响。试验表明，围压的增大或温度的升高明显增强了冻结砂土的塑性及应变硬化性能。随着围压的增大，冻结砂土的极限偏应力强度和轴向破坏应变增大，随着温度的降低，极限偏应力强度增加，而轴向破坏应变减小，但是当围压为零时，轴向破坏应变不随温度变化，当平均法向应力σ≤６ＭＰａ时，冻结砂土抗剪强度近似服从库仓定律，此时粘聚力和内摩擦角随温度     

冻融风化边坡岩体破坏机理研究

高寒山区岩质边坡冻融风化破坏严重影响公路建设及其运行安全。为了揭示岩体在冻融条件下的破坏机理,本文通过对高寒山区岩质边坡现场调查、编录,结合室内试验及数值模拟等,从不同尺度下综合分析岩体的冻融破坏机理。室内试验显示岩块受冻融后存在强度弱化现象,其受控于岩块的结构构造、胶结程度及初始损伤裂隙发育情况;冻融试验揭示岩体裂隙发育特征对冻胀变形性质起决定作用,裂隙的冻融破坏速率远大于岩块,密闭条件下,裂隙水冻结成冰过程中形成冰劈效应,冻胀力可达33MPa以上;数值分析揭示了边坡温度场受低温、大温差影响最为明显,裂隙带受冻融影响严重,其为边坡冻融风化的通道,裂隙水冻胀形成冰劈是边坡冻融风化破坏的主要模式。     

扫描电子显微镜在冻土研究中的应用

利用扫描电显微镜研究不同温度和压力条件下正冻、正融和已冻土微结构的形成及发育过程，揭示冻结过程中土颗粒位移，闭聚的分异，未冻水膜形态和冷生组构的形成机理，及不同受力状态下冻土颗粒位错、破碎、微裂隙发育和破坏机理。     

云南曲靖地区筇竹寺组泥页岩储层发育特征与影响因素

以云南曲靖地区筇竹寺组泥页岩为例,利用氩离子抛光-场发射扫描电镜、高压压汞、常规扫描电镜等实验技术手段,探究泥页岩储层微观储集空间的发育类型与特征。结果表明：筇竹寺组泥页岩储层孔隙成因复杂,类型多样,主要发育的微观储集空间类型包括有机质孔隙、粘土矿物孔隙、颗粒矿物孔隙、微裂隙等,以有机质孔隙最为发育,提供了主要的储集空间;孔隙度介于1.59%~11.33%之间,平均值达到了5.0%,小孔、微孔所占储集空间比例约56.5%,中孔和超大孔所占比例为34.0%,大孔相对较少。控制筇竹寺组页岩孔隙发育的因素主要有TOC、矿物组分和成岩作用,TOC是影响筇竹寺组页岩储层孔隙发育的主控因素,也是提供页岩气主要储存空间的重要物质。     

A new criterion for strength of frozen sand under quick triaxial compression considering effect of confining pressure

The strength of frozen soils has been one of the most extensively studied aspects in frozen soil mechanics. When carrying out deep excavations using freezing methods, high stress states are often encountered. Therefore, the strength of frozen soils under high confining pressures is of major concern. This paper first reviews the present failure criteria for frozen soils, especially with regard to the effect of confining pressure on the strength. It is suggested that the strength consists of two components, cohesion and friction, and can be expressed by the Mohr–Coulomb criterion and in the framework of the Drucker–Prager criterion. However, these two components are both dependent on the stress state. Duncan’s equation for the friction angle is extended to frozen soils. A frozen Lanzhou fine sand is taken as study subject. The frozen sand is compressed at a high strain rate under three different temperatures and under a wide range of confining pressure. Experimental results have confirmed the generally recognized principle that the strength increases with the confining pressure up to certain value. Thereafter, it decreases with continued increase in confining pressure. Experimental data from our own tests and literature are fitted to the new criterion, which shows its validity.     

冻结粉土强度准则探讨

冻土的强度随围压的增加呈先增大后减小的趋势,通过修正子午面内q-p曲线的斜率M*来探讨冻土强度变化规律。基于摩尔圆和包络线定理,推导了冻土内摩擦角随平均正应力的变化规律。假定偏应力的大小采用Mohr-Coulomb和Von-Mises强度准则的组合形式表示,将内摩擦角引入到偏平面中获得了偏平面内的强度准则。在不同温度（-6、-10、-15 ℃）和0.3～15.0 MPa围压下对冻结粉土进行了一系列低温三轴压缩试验,根据试验结果确定了子午面和偏平面的相关强度参数。结果表明：（1）子午面内的强度准则能较好模拟冻土在低围压下的强化效应和高围压下的弱化效应;（2）内摩擦角随平均正应力增大呈先增大后减小的趋势;（3）随控制参数s的增加,在偏平面内偏应力由Mohr-Coulomb包络线逐渐向Von-Mises包络线转化,其形状大小与极限强度值呈一一对应关系。最后通过试验结果与已有的强度准则对比表明：修正的强度准则具有一定的适用性。     

循环与单调加载作用下冻结黄土的变形与损伤特性

针对冻土工程中地基冻土体受力形式复杂、常处于变应力路径、反复加卸载作用问题, 开展了冻结黄土静力条件下的三轴加卸载试验与单调加载对比试验, 研究了两种应力路径下冻结黄土的变形和损伤特性. 通过对比发现, 加载方式对冻结黄土变形特性随围压的变化规律影响不大. 循环加卸载作用下, 冻结黄土的压密变硬增强了其抵抗变形的能力. 卸载阶段, 冻结黄土表现出卸载体胀的弹性现象, 呈现出与融土不同的体变特征. 基于弹性模量的劣化定义了冻结黄土的损伤变量, 并根据试验结果得出了冻结黄土的损伤演化规律可用双曲线函数来描述. 在较低的围压下, 围压增加对冻土损伤的发展有抑制作用; 而当围压足够大时, 由于冰的压碎和压融的出现, 围压增大加剧了损伤的发展.     

循环荷载作用下正融粉质黏土强度特征与滞回环演化规律

季冻区路基春融过程中,特别是反复循环荷载作用下,极易造成承载能力显著降低、翻浆冒泥等灾害现象,但是目前对季冻区路基的研究大多数都停留在冻结土和经历冻融循环后全融土阶段,正融土的研究比较少。本文对正融粉质黏土进行了不同融化温度、冻结负温、含水率以及围压下的三轴单调加载和循环加卸载试验,研究发现经历循环加卸载的试样强度较单调加载绝大多数均有降低,每次循环会对试样造成一定的损伤;峰值强度随含水率的增大、围压减小而下降显著,主要由于试样顶端融化时存在大量水分和围压的约束作用造成;冻结负温和融化温度影响了融化速率,温度越低,前期强度越高,随时间推移影响减弱;用滞回环回弹模量定义了损伤变量,发现损伤变量与循环次数呈正相关;不同因素影响下,损伤变量的增长区别在于损伤快速发展和缓慢发展时对应循环次数上的差异;基于滞回环面积定义了耗散能,而损伤变量与耗散能却存在一定此消彼长的相关性。     

纳米硅对冻结黏性砂土强度影响试验研究

对加入1%纳米硅的黏性砂土进行温度-2℃、围压0.3~18 MPa的常规三轴压缩试验。试验结果表明：掺入纳米硅的冻结黏性砂土强度明显提高,在σ₃=3 MPa时强度提高甚至达到130%。将强度随围压的变化分成三个阶段：强化阶段,压融阶段,残余阶段。试验应力-应变曲线具有应变软化特性,修正的Duncan-Chang双曲线模型与其吻合良好。通过对修正的Duncan-Chang双曲线模型进行微分,分析得到初始切线模量随围压的变化可分成强化、压融和残余三个阶段。     

不同温度条件下饱水风化花岗岩强度及变形特性分析

为研究温度和围压对风化花岗岩抗压强度、 剪切强度参数及变形特性的影响规律, 以新疆天山某一矿区的风化花岗岩为研究对象, 对不同温度（15、 -5、 -15 ℃）、 不同围压（0、 4、 7、 10 MPa）条件下的饱水风化花岗岩进行单轴和三轴压缩试验。结果表明： 相同温度条件下, 围压在0 ~ 10 MPa变化时, 风化花岗岩三轴抗压强度随围压线性增大。在相同围压下, 抗压强度随温度的降低而明显提高, 风化花岗岩的黏聚力c随温度降低而增大, 内摩擦角φ随温度的降低呈增长趋势。弹性模量随围压的增大不断提高, 但随着温度的降低, 增长幅度逐渐减小。泊松比也随温度降低和围压的增加呈增大趋势。温度和围压对风化花岗岩试样的破坏形态影响机制不同。温度降低使矿物颗粒及内部的微裂纹和间隙收缩, 进而胶结强度增大; 荷载和围压的增大会使岩石内部形成微裂隙并逐渐贯通, 同时孔隙冰破碎裂隙充分接触, 进一步增加摩擦力提高岩石强度。     

深部人工冻土在小应变条件下的刚度特性

以K0固结后在受载状态下冻结的冻结土体为研究对象,利用代表土体刚度特征的割线弹性模量,研究了在应变不超过0.5 %时,深部人工冻土的刚度随应变发展变化的趋势,分析了造成K0固结后冻结土体杨氏模量与未冻土体杨氏模量较大差异的原因,讨论了冻结温度和初始围压对K0固结后在受载状态下冻结的冻土刚度大小的影响以及对冻土屈服后刚度衰减速度的影响。     

高含冰量冻土动强度和残余应变的试验研究

冻土对温度敏感且性质易变, 而高含冰量冻土的性质更是极不稳定, 针对不同温度、 不同围压下50%的高含冰量重塑冻土进行了动三轴试验.结果表明: 动强度随着振次的增大线性减小, 和温度呈二次变化关系, 随着负温的增大而增大, 围压对动强度影响不大;残余轴应变随着振次的增大而增大, 呈幂函数的关系;随负温的增大而变小, 围压对残余应变影响也不大. 根据这些影响因素, 分别给出了高含冰量冻土的动强度和残余应变的计算公式, 这些结果可为该类土的动力特性研究提供参考.     

冻结粉土三轴压缩变形破坏与能量特征分析

对不同温度和不同围压下的青藏冻结粉土进行了三轴压缩与加卸载试验,得到冻结粉土应力-应变关系曲线、抗压强度等力学参数随温度与围压变化的关系。结果表明,冻结粉土典型应力-应变曲线在低围压下大致可以分为线弹性、峰前塑性变形与峰后软化3个阶段。当? 3 < 3.0 MPa时,应力-应变曲线具有明显的峰后软化现象,随围压的增大,软化现象逐渐减弱,当? 3 达到14 MPa,应变软化现象重新变得明显;冻结粉土的强度与变形模量均随围压的增加先升后降;低围压作用下冻结粉土体积随轴向应变的增加先缩后胀,而高围压下体积变形只有体缩;低围压下冻结粉土体积塑性变形耗散能先是随着体积塑性变形增大而增大,之后由于剪胀而减少,高围压下体积塑性变形耗散能始终增加;剪切塑性变形耗散能与塑性剪应变之间近似成抛物线的关系。     

Study on dynamic properties and shakedown behaviors of coarse-grained fillers in Qinghai-Tibet Railway subgrade北大核心CSCD

对冻结路基填料开展一系列恒围压和动围压分级循环加载三轴试验,采用轴向及径向双向同步循环加载方式来模拟原位列车荷载下路基填料的复杂循环应力状态,试验结果表明：轴向累积塑性应变随冻结负温的升高而增大,随粗颗粒含量的增大而减小。体变随冻结负温的降低先减小再增大,而体变在粗颗粒含量增加下的三阶段演化特征被试验确定。最后采用现有的三类路基安定性评估理论对冻结路基填料的累积塑性变形进行评估,Werkmeister-准则和马-准则分别在动围压和恒围压的条件下易进入塑性蠕变阶段,陈-准则在两条件下的评判结果均属于塑性安定范围,后循环压实阶段与二次循环变形阶段间临界点不同的确定方法对安定性的评估结果有不可忽视的影响。