非等温条件下道路水分迁移的数值模拟

通过分析季节冻土区的温度分布规律,建立了温度随时间的变化函数.在此基础上,基于连续介质力学和热力学理论,建立了道路水分迁移过程中的水热耦合动力学模型,并对季节性冻土地区的水分迁移现象进行数值模拟分析,初步探讨了在非等温冻结条件下,水热耦合过程中路基填料的含水量和温度随时间和深度变化的关系,计算结果表明,冻结过程中在冻结峰面附近形成一个冻结含水量峰值,且该峰值随着冻结时间的延长而向深度发展,这对于路基路面的综合设计,道路冻害的预报有着重要的理论意义和实际应用价值.但要真正体现道路路基水分迁移的机理,有待于建立水分迁移过程中水、热、动载和渗流耦合模型,这是有待于进一步解决的问题.     

基于非等温管道流竖井地基热排水固结模拟

针对新技术热排水固结法,采用非等温管道流模拟竖井中U型导热管的传热过程,考虑温度对竖井扰动区和未扰动区渗透性的影响,在COMSOL Multiphysics有限元软件中进行二次开发,建立了竖井地基热排水固结法的有限元模型。以热排水固结软基处理原型试验为例,重点分析了模型耦合、部分耦合和不耦合情况下软土地基的固结度。结果表明,相对于传统排水固结法的不耦合模型,部分耦合模型下因温度产生的孔压增量延缓了地基固结的发展,固结速率有所减慢;耦合模型下温度虽也产生一定的孔压增量,但温度有效地改善了竖井涂抹区土的渗透特性,地基的固结速率加快,固结周期缩短,与试验结果一致。     

非等温条件下有机污染物在粘土衬垫中的扩散分析

填埋场中垃圾降解作用产生的热量在黏土衬垫中的运移会形成温度场,温度场会对污染物的运移产生影响。文章在多孔介质热力学理论和污染物运移理论相结合的基础上,主要考虑温度场对污染物扩散的影响,建立了非等温条件下有机污染物在黏土衬垫中的一维扩散模型,并采用分离变量法得到了模型的解析解。基于文中模型,对比了非等温条件和等温条件下有机污染物在黏土衬垫中的运移。非等温条件的黏土衬垫底部浓度比等温条件下的浓度大,非等温模型比等温模型更偏于安全。解析解可为实验数据的拟合及分析、衬垫的设计提供参考。进一步的参数分析表明:增大阻滞因子Rd和黏土厚度L可以减小黏土衬垫底部由温度梯度引起的有机污染物浓度。     

非等温条件下有机污染物在黏土衬垫中的扩散分析

填埋场中垃圾降解作用产生的热量在黏土衬垫中的运移会形成温度场,温度场会对污染物的运移产生影响。文章在多孔介质热力学理论和污染物运移理论相结合的基础上,主要考虑温度场对污染物扩散的影响,建立了非等温条件下有机污染物在黏土衬垫中的一维扩散模型,并采用分离变量法得到了模型的解析解。基于文中模型,对比了非等温条件和等温条件下有机污染物在黏土衬垫中的运移。非等温条件的黏土衬垫底部浓度比等温条件下的浓度大,非等温模型比等温模型更偏于安全。解析解可为实验数据的拟合及分析、衬垫的设计提供参考。进一步的参数分析表明:增大阻滞因子Rd和黏土厚度L可以减小黏土衬垫底部由温度梯度引起的有机污染物浓度。     

考虑非等温环境下污染物在黏土中的运移解析模型

利用广义积分变换法推导了非等温条件下污染物在压实黏土衬垫中的运移解析解。所提出的解析解考虑了分子扩散、对流、吸附和热扩散的耦合效应,并考虑了压实黏土的渗透系数、分布系数和有效扩散系数3个参数随温度的变化。通过与热扩散试验结果、已有的解析解和基于COMSOL软件的数值模型的对比,验证了所提出的解析解。利用经过验证的解析解,研究了非等温环境以及压实黏土的渗透系数、有效扩散系数和分布系数3个参数随温度的变化对甲苯在压实黏土衬垫系统中迁移的影响。结果表明,非等温环境以及压实黏土的渗透系数、有效扩散系数和分布系数随温度的变化均对甲苯在压实黏土衬垫中迁移有着显著的影响。不考虑非等温环境的影响将极大低估污染物的溢出量和污染物的击穿时间。既有解析解忽略压实黏土的渗透系数和有效扩散系数随温度的变化会极大低估甲苯的流出速率,而忽略压实黏土分布系数随温度的变化会极大高估甲苯击穿衬垫系统的时间和达到稳态的时间。所提出的解析解能够考虑热扩散作用,同时考虑了压实黏土的渗透系数、分布系数和有效扩散系数3个参数随温度的变化,较既有解析解更贴近工程实际,能够为压实黏土衬垫系统的设计和服役性能评价提供指导和借鉴。     

橄榄石的等温状态方程

利用金刚石对顶砧(DAC)高压装置产生高压,使用16∶3∶1的甲醇、乙醇和水混合液体作为传压介质,在室温下,40 GPa的压力范围内,对橄榄石(olivine)进行了原位高压同步辐射能量色散X射线衍射(EDXRD)研究。实验结果表明,在所研究压力范围内,采自张家口大麻坪天然新鲜橄榄石的结构稳定,未见相变和压致非晶现象发生。用Birch-Murnaghan方程对测得的V-p数据进行了数值拟合,当K′T0=4时,橄榄石的零压体弹模量为KT0=141.3±3.2 GPa。     

毒砂的等温状态方程研究

毒砂具有较宽的As/S值范围,不仅可用作为地质温度计,也是成矿作用的良好指示剂[1,2].目前关于毒砂的研究主要侧重于对称性、双晶、晶体结构及相态变化的研究,而对于高压条件下毒砂的状态方程的研究尚未见报道.由于对毒砂的内部结构及其弹性的研究对了解含砷矿物在地球深部的存在形式有重要意义,因此,本文在金刚石压腔装置(DAC)上采用同步辐射角度色散X射线衍射(ADXD)技术研究天然毒砂的原位高压结构,以期获得毒砂结构在高压下的变化.     

页岩气等温解吸特性研究

页岩气以吸附态、游离态和溶解态存在于页岩储层中,其中吸附态为主要赋存状态,考察页岩气解吸特征对于我国页岩气勘探开发研究有着重要的理论指导意义。选取了位于南方海相页岩储区的四川和湖北荆门等地的页岩样品,对其常规地球化学性质进行了分析,结果表明页岩样品有机碳含量较高且发育较为成熟;采用MSB磁悬浮天平等温吸附仪进行等温解吸实验并对解吸速率和解吸效率进行计算,结果表明：30~10 MPa时页岩解吸量很低并且无明显变化;10~05 MPa时页岩解吸量迅速上升,该阶段为主要解吸段;吸附势理论可用于判断页岩气解吸情况和页岩样品解吸性能强弱,吸附势越大越不利于解吸     

基于等转化法及多元非线性拟合的高岭石非等温脱羟基动力学分析

采用Netzsch STA409PC同步热分析仪研究了苏州高岭石(KW125)在30℃~1 200℃间的热分解过程。采用"Netzsch Thermokinetics software"软件对其脱羟基机理进行了非等温动力学研究。基于等转化法评价了反应活化能及反应进程的依存关系。基于多元非线性拟合确定了最可能反应机理及动力学参数。研究结果表明:苏州高岭石在30℃~1200℃温度范围的热分解为脱羟基与相转变等两个阶段。其脱羟基(30℃~800℃)过程中活化能呈现三个变化:197.68 kJ/mol±12.95 kJ/mol→181.04kJ/mol±18.98kJ/mol→269.7kJ/mol±14.64kJ/mol。脱羟基反应遵循三步连续反应模型t:f,f;(D3-Fn-Fn),一个三维扩散(D3)反应,然后是两个n序列(Fn)反应。第一步,f(α)=3(1-α)^2/3/(2(1-(1-α)^1/3),E1=185.27 kJ/mol,logA=10.83s^-1;第二步,f(α)=(1-α)^n,n=1.75,E2=187.81 kJ/mol,logA=10.32s^-1;第三步,f(α)=(1-α)^n,n=4.4,E3=262.70 kJ/mol,logA=13.26s^-1。     

非等温分布条件下考虑半透水边界时饱和黏土的一维固结解析解

温度的变化会导致土体的物理力学性质改变,且在一些实际工程中,饱和黏土会处于非等温分布状态。为此,针对非等温分布条件下饱和黏土的一维固结问题,考虑了更具普遍性的半透水边界,通过某些假定推导了单级线性加荷形式下饱和黏土一维固结控制方程,并利用分离变量法求解得到了控制方程的解析解。通过将所提解析解分别与已有解析解和有限差分解展开对比分析,验证了所提解答的正确性。基于所提解析解,利用某一算例分析了温度梯度、半透水边界参数及加荷时间对固结性状的影响。结果表明：温度梯度 M 越大,土体的渗透性越大,土体的固结速率越快;半透水边界参数 R1和 R2越大,相同时间内土体的超孔隙水压力越小,土体的平均固结度越大;土体的平均固结度随加荷时间 tc 的增大而减小,这主要是由于加荷阶段所施加的外荷载小于最终荷载,但加荷时间tc的延长可一定程度减小土体中产生的最大超孔隙水压力。     

非等温分布条件下三层复合衬垫中有机污染物一维瞬态运移规律研究

针对非等温分布条件下由土工膜(geomembrane,简称GMB)+土工复合膨润土衬垫(geosynthetic clay liner,简称GCL)+压实黏土衬垫(compacted clay liner,简称CCL)组成的3层复合衬垫中有机污染物一维瞬态运移问题,考虑了对流、扩散、机械弥散、吸附、降解和热扩散等因素,建立了相应的数学模型。该模型可考虑扩散系数和渗透系数等参数随温度变化。利用有限差分法,获得了该模型的数值解。通过将所建模型计算结果分别与试验结果、已有解析模型计算结果和COMSOL软件计算结果进行对比,验证了所建模型的正确性。基于所定义的击穿时间t_b,以甲苯作为代表性有机污染物分析和讨论了不同因素对运移行为的影响。结果表明：(1)非等温分布条件会使渗透系数、扩散系数和线性吸附系数等参数发生变化,其中渗透系数和扩散系数的变化会加快运移过程,尤其是扩散系数,而线性吸附系数的变化会减慢运移速率;(2)复合衬垫上部和底部温度差ΔT的增大会使击穿时间t_b减小,底部运移通量J_b增大;当ΔT为0、10、20、30、40 ...     

察尔汗盐湖晶间卤水等温蒸发试验

<正> 青海省察尔汗盐湖钾镁矿床晶间卤水抽卤试验研究,是为年产二十万吨氯化钾提供采卤设计的依据;而本区的晶间卤水等温蒸发试验,则是为抽卤试验研究提供蒸发结晶路线并为生产钾肥工艺提供物理化学依据。察尔汗盐湖,属于典型高原大陆性干旱气候。常年平均气温为2.5—5.1℃,冬季长,平均最低气温-20℃左右,最低气温在-30℃以下,夏季     

苏北地区古生界页岩等温吸附特征

页岩含气量是评价页岩含气性的最重要指标,对资源量预测具有重要意义,而吸附气含量在页岩气中占有重要比例,因此评价页岩吸附能力显得十分重要。通过对苏北地区古生界３套层系泥页岩样品在一定温度下的甲烷等温吸附实验,获取页岩等温吸附特征曲线,分析了影响页岩吸附气量的主要因素。模拟实验结果显示,苏北古生界泥页岩饱和吸附气含量 V_Ｌ在 1.18～4.85ｍ^３／ｔ之间,平均2.89ｍ^３／ｔ;兰氏压力 P_Ｌ范围为2.01～4.24MPａ,平均为2.67MPａ。各层系吸附能力存在一定差异,以幕府山组、大隆组和龙潭组页岩吸附能力最强,五峰组—高家边组和孤峰组页岩吸附能力较弱。影响泥页岩吸附性能的主要因素描述如下：（1）有机碳含量大小直接影响饱和吸附气含量,有机碳越高,其饱和吸附气含量越大。（2）在有机碳含量、成熟度相近、压力相同的情况下,粘土含量高的页岩,吸附气含量高;在有机碳含量较低的页岩中,伊利石的吸附作用至关重要,伊利石含量高,吸附气含量相对高。（3）随着压力升高,吸附气含量逐渐增加,当压力增大到一定程度以后,吸附气量达到饱和,页岩吸附气含量达到饱和时所需要的最小压力（临界压力）会随着TOC的增大而减小。本次实验未发现有机质成熟度与饱和吸附气含量之间具有明显的相关性。     

页岩中气体的超临界等温吸附研究

页岩气等温吸附实验多为临界温度以上的吸附实验,其得到的吸附量为过剩吸附量。为了研究页岩气超临界等温吸附机理,运用重力法,在临界温度以上,分别进行了甲烷和二氧化碳在页岩中的高压等温吸附实验。在分析经典型吸附和超临界吸附区别的基础上,通过修改的超临界等温吸附模型(Langmuir方程和微孔充填(Dubinin Radushkevich,D-R))对实验数据进行了拟合。结果表明:简单的Langmuir方程可近似拟合甲烷吸附实验数据,但精度不高,且无法拟合二氧化碳的吸附数据;将吸附相密度作为可优化参数,修改的微孔充填模型和Langmuir模型能很好地拟合甲烷和二氧化碳的吸附数据,其中修改的微孔充填模型拟合效果最好,且回归得到的超临界甲烷吸附相密度同文献报道的一致,表明吸附气可能以微孔充填的形式存在。      

岩石圈居里等温面解释的若干问题

介绍了利用区域磁测资料计算居里等温面的几种常用方法。对影响居里等温面的几个重要因素,诸如区域异常的选择、滑动窗口的尺度选择等进行了理论分析。根据影响岩石居里点温度的各种因素,提出评估居里等温面计算精度的方法。给出居里等温面在区域负磁异常起因、油气资源预测、成矿作用与物性界面关系等方面的应用     

页岩等温吸附气含量负吸附现象初探

中国尚处在页岩气勘探开发的初期,常用等温吸附实验获得吸附气含量来定量评价页岩气藏的品质和资源潜力。实验发现,随压力增加,吸附气含量不是一直增加的,而是呈现减小的趋势,甚至出现负值。对四川盆地及其周缘下寒武统和上奥陶统-下志留统48块样品的等温吸附实验研究表明,这一现象不是页岩吸附气含量的客观反映,主要和等温吸附实验原理、压力大小、自由空间体积大小、真实吸附气含量大小、微观孔隙结构和吸附剂等因素有关。高有机碳含量页岩由于其较高的吸附能力、且微孔和小孔不发育,自由空间体积增大导致的负吸附现象不明显;低有机碳含量页岩由于其较低的吸附能力、且微孔和小孔较发育,自由空间体积增大导致的负吸附现象明显。无论何种影响因素导致页岩的负吸附现象,均导致视吸附气含量比实际吸附气含量偏小,低估了页岩的赋存能力,页岩的实际吸附能力可能比我们实验获得的数据大得多。文章系统分析了页岩等温吸附曲线负吸附现象的原因,并提出校正建议,为页岩吸附气含量的准确测定和页岩气资源量的客观评价提供了依据。     

高压容量法等温吸附实验的改进

对我国目前普遍使用的解吸式高压容量装置和实验方法、条件作了介绍。据笔者多年实践,对不同实验方法和条件下的实验结果进行了对比分析和讨论,并提出几点改进意见。      

南海海水25℃等温蒸发实验研究

用南海海水在25℃条件下进行等温蒸发实验,获得了海水蒸发残余液相中不断变化的氢、氧同位素比值及蒸发析出的石膏、泻利盐、光卤石等矿物结晶水中的氢、氧同位素比值,获得酸碱度、氧化还原电位及密度等数据。由于南海海水在化学组成及氢、氧同位素组成上都与平均大洋水非常相近,所得数据可作为研究海相盐类沉积及古海盆地卤水成因的依据。     

小柴旦盐湖卤水25℃等温蒸发

小柴旦盐湖卤水含NaCl 17.32％,KCl 0.18％,MgSO_4 1.66％,Na_2SO_4 2.75％,MgO 0.037％,B_2O_3 0.106％。以246kg卤水进行实验,获得了介稳状态下的蒸发结晶路线,对析出的11种固相进行了化学分析和固相鉴定,并分别测定了与之平衡的液相组成和各项理化参数。研究发现卤水蒸发浓缩到钾石盐阶段,得到含B_2O_3 7.13％的高硼卤水,其在MgCl_2共结点前直接蒸发析出两种镁硼酸盐,其中至少有一种含MgCl_2组成。根据化学分析硼碱比值,显微镜下观察外形,并按物料平衡计算,初步推测该两种镁硼酸盐化学式为2MgCl_2·3MgO·4B_2O_3·22H_2O和MgO·2B_2O_3·6.3H_2O。     

鄂尔多斯盆地煤储层低温氮等温吸附特征分析

利用美国Micromritcs ASAP 2000自动等温吸附仪,测试了鄂尔多斯盆地煤储层孔隙特征。在测试数据分析的基础上,确定了等温吸附和脱附曲线3种类型:第1类属孔结构是具有平行权构成的狭缝毛细孔型;第2类为发育一端尖灭的不平行的裂隙型;第3类属“墨水瓶”型孔。总结了鄂尔多斯盆地煤储层几种常见的比表面积分布曲线及累计孔体积分布曲线模型。