瓦斯压力对煤系页岩瓦斯吸附特性影响核磁共振谱试验研究

瓦斯压力是影响煤系页岩瓦斯吸附特性的关键因素。以阜新高瓦斯矿井清河门矿煤系页岩为研究对象,采用低场核磁共振（NMR）谱技术,通过向放有试样的夹持器中不断充入瓦斯,模拟煤系页岩瓦斯集聚赋存过程。以核磁共振T2谱幅值积分作为反映瓦斯吸附量定量化指标,从微细观角度定量研究瓦斯压力对吸附态和游离态瓦斯量影响规律。试验结果表明,（1）两个截止阈值确定了吸附态和游离态瓦斯T2谱曲线范围;（2）瓦斯压力对煤系页岩吸附态和游离态瓦斯增量均有显著影响。吸附态瓦斯增量变化受控于煤系页岩和瓦斯分子间作用力,而游离态瓦斯增量则主要与煤系页岩孔隙结构有关;（3）吸附态瓦斯量与瓦斯压力间关系符合朗格缪尔等温吸附方程,而游离态瓦斯与瓦斯压力呈3次函数关系;（4）以瓦斯T2谱均值变化幅度定量描述孔隙平均半径扩胀变形程度,随瓦斯压力增加,煤系页岩中～大孔隙结构均发生显著扩胀,平均半径增加1.47倍,而微孔隙结构尺寸未见明显变化。     

平均有效应力对煤系页岩瓦斯微观吸附-解吸特性影响试验研究

页岩气井初期和后期产气规律差异本质上是三维应力变化下微观游离态、吸附态瓦斯赋存运移产出机制不同。为从微观角度揭示平均有效应力对煤系页岩气井生产初期游离态瓦斯和后期吸附态瓦斯产出规律影响,以双鸭山盆地东保卫煤矿36~#煤层底板煤系页岩为研究对象,采用核磁共振T₂谱技术对模拟原位应力状态煤系页岩试样进行瓦斯微观吸附-解吸试验。以平均有效应力作为煤系页岩所受原位应力状态指标,以核磁共振T₂谱幅值积分作为煤系页岩微观吸附态、游离态瓦斯含量定量表征指标,定量研究了吸附-解吸过程中煤系页岩微观吸附态和游离态瓦斯含量与平均有效应力的关系,及微观吸附态和游离态瓦斯迟滞系数与平均有效应力的关系,通过多因素线性回归明确了平均有效应力对煤系页岩微观吸附态和游离态瓦斯赋存产出规律影响。试验发现:吸附-解吸过程煤系页岩微观吸附态瓦斯含量与平均有效应力关系分别符合Dubinin-Radushkevich(简称D-R)函数模型和Weibull函数模型,吸附-解吸过程微观游离态瓦斯含量与平均有效应力均符合线性函数模型;微观吸附态瓦斯迟滞系数随着平均有效应力降低以对数函数规律...     

基于低场核磁共振的干湿循环对泥质砂岩微观结构劣化特性的影响

为研究岩石经历干湿循环后的细观损伤演化特征,选取三峡库区某边坡的泥质砂岩为研究对象,在饱和状态下分别对各组进行多次干湿循环试验。采用低场核磁共振技术(NMR)研究了干湿循环作用对泥质砂岩的损伤行为,结果表明:干湿循环作用下,核磁共振T_2谱图波峰信号幅度发生显著变化,T_2谱图面积、孔隙率呈现出定量的指数增长;通过核磁共振成像(MRI)发现,随着干湿循环试验的进行,岩石内部孔隙逐渐增多,孔隙尺寸增大,形成贯通的小裂隙并逐渐扩展,不同干湿循环次数作用后的MRI内部结构变化与扫描电镜(SEM)微观结构变化相似;MRI像素点的灰度值分布符合对数高斯分布,分布期望随循环次数逐渐饱和;随着循环次数增加,力学参数逐渐降低,峰值应力的降低与孔隙率的增大成正相关。     

基于Langmuir吸附的瓦斯含量和瓦斯压力的对应关系

为探讨煤层瓦斯含量和瓦斯压力的对应关系,应用Langmuir方程,分析总结了吸附常数测值的影响因素,初步阐述了瓦斯含量和瓦斯压力的内在联系,并进行了不同变质程度煤的相关实验研究和理论计算。研究结果表明：Langmuir吸附常数测试受吸附时间、压力点设置、温度和水分含量等多种因素影响;利用修正的Langmuir方程换算的瓦斯含量或瓦斯压力与煤的变质程度有关,在低煤级阶段表现为高压低含量特点,而高煤级阶段正好相反,瓦斯压力0.74 MPa和瓦斯含量8 m³/t只有在贫煤阶段才近似一致。建议综合考虑地质构造和构造煤发育情况,以实测瓦斯压力为主要依据,针对不同变质程度煤的矿井制定合理的突出预测指标。     

比表面积对土冻结特征曲线影响的试验研究EI北大核心CSCD

土冻结特征曲线受土颗粒比表面积的影响显著。目前关于冻结特征曲线与比表面积关系的研究一般以天然土为研究对象,无法完全排除干密度、总含水率等其他因素的干扰,所获得的试验结果较为离散。将青藏粉质黏土和膨润土以不同比例混合,人工配置具有不同比表面积的土样,对土样开展低温核磁共振测试和冻结温度试验,结果表明:与常见的3段式冻结特征曲线不同,混合土样的冻结特征曲线分为4段,即过冷段、快速下降段、缓慢下降段和稳定冻结段。随着比表面积增大,快速下降段中未冻水含量变化幅值减小,缓慢下降段中未冻水含量变化率增大,而稳定冻结段中最终未冻水含量增多;在冻结温度试验获得的温度-时间曲线中,恒温段持续时间随比表面积的增大而缩短,相应的冻结温度则降低;通过分析横向弛豫时间T_(2)分布曲线随温度变化的规律,发现比表面积大的土样结合水相对含量高,而结合水受土颗粒束缚作用强、冻结温度低,从而导致比表面积大的土样难以冻结。这是比表面积对冻结特征曲线产生影响的根本原因。     

珊瑚礁地基工程特性现场试验研究EI北大核心CSCD

珊瑚礁不同地貌带有着不同的工程地质特征和力学特性。为探究珊瑚礁地基的工程力学特性及其发育规律,在西沙永兴岛不同地貌单元开展了浅层平板载荷试验、深层螺旋板载荷试验、压实度测试以及回弹模量试验,获取了珊瑚礁不同地貌的地基承载力、变形模量、回弹模量等工程力学参数。试验结果表明:人工填筑的钙质土地基承载力和变形模量明显高于天然形成的礁坪相地基和沙坝地基,其承载力特征值可达320~360 k Pa,变形模量在95~200 MPa之间,且地基的沉降量很小,满足一般低层建筑物对地基承载力和变形的要求;在荷载作用下,钙质土地基的沉降是瞬时完成的,载荷试验可采用快速加载法;在地下水位以上地基承载力随着深度增大逐渐增加,但在地下水位以下承载力和变形模量明显减小。钙质土地基压实度在87%以上时回弹模量达到472~730 MPa,且回弹模量随着压实度的增大而增大。     

花岗岩残积土填料路用工程特性室内试验研究EI北大核心CSCD

为了研究花岗岩残积土的路用工程特性,通过击实试验、承载比CBR试验、固结试验以及室内基床系数试验分析了该类材料压实性能及基本力学特性,对压实度为92%的最优含水率和饱和压实土样进行了循环加载试验,研究了动力荷载作用下土体的变形特性。结果表明,花岗岩残积土在K为91%97%时压实功效率较高,提高压实度对于增强土体局部抗变形能力较为有效;采用室内三轴法得到的基床系数K30值为188.25 MPa/m;最优含水率下花岗岩残积土动力变形稳定性较好,但含水率增加会大幅度增加土体塑性变形,降低土的动弹性模量,不利于变形稳定。所以作为路堤填料,应考虑作为受气候与动荷载影响较小的下路堤备用填料,作为铁路路堤本体及公路上、下路路床填料,应在进行土性改良且满足要求的论证基础上取舍。研究成果可为花岗岩残积土填料的工程应用及土体改良提供技术参考。     

基于核磁共振法的页岩纳米孔隙结构特征研究

选取威远海相页岩（1#）、焦石坝海相页岩（2#）、瑶曲凝灰岩（4#）及瑶曲陆相页岩（5#和6#）,采用场发射扫描电镜（FE-SEM）与低场核磁共振（NMR）,研究中国海相页岩和陆相页岩之间的孔隙结构特征的差异化特征。核磁共振冻融法（NMRC）可以精细探测页岩的纳米范围的孔隙结构。该方法可以拓展到结合核磁共振弛豫分析进行微观测量,详细探测不同孔径尺度下页岩的孔隙结构。测试温度梯度变化越小,孔隙分布测量的结果越精细。测试结果表明,从样品5#,2#,6#,1#至样品4#的孔隙率逐个减小。NMRC,LFNMR,压汞法（MIP）,气体吸附法（GA）在它们各自的有效测量范围内,孔径分布表现出良好的一致性。因此,将NMRC,LFNMR与GA和MIP等方法组合,可以更准确地评估储层页岩的孔隙结构。研究结果表明,陆相页岩（5#瑶曲页岩）的纳米孔隙更发育,与海相页岩相比也许具有更高的商业开发价值。     

海陆过渡相煤系页岩孔隙结构特征及其对含气性的影响

本次研究以四川盆地南部(川南地区)上二叠统龙潭组煤系页岩为例,利用场发射扫描电镜(FE-SEM)对页岩孔隙进行定性观察分析,联用高压压汞实验、N₂与CO₂吸附-脱附实验,以及CH₄等温吸附实验开展海陆过渡相煤系页岩全孔径孔隙结构特征的定量表征,并探讨孔隙结构对含气性的影响。海陆过渡相煤系页岩粒间孔、粒内孔和有机质孔等基质孔隙较为发育,微裂缝较少。孔隙形态以平板狭缝状和墨水瓶状为主,具有较好的开放性特征。页岩全孔径孔容分布曲线呈两极化分布,孔径小于30nm和大于5μm的孔隙大量发育。宏孔(>50 nm)、介孔(2～50 nm)和微孔(<2 nm)的孔容贡献率依次降低,分别占42.2%、36.3%和21.4%。页岩孔比表面积分布曲线呈单峰型分布,随着孔径增大,孔比表面积减小,微孔尤其是孔径值小于8 nm的孔隙提供较大的孔比表面积。微孔、介孔和宏孔的孔比表面积贡献率依次降低,分别占72.7%、25.0%和2.3%。龙潭组页岩总含气量为2.61～6.02 m³/t,其中吸附气比例占优势,含量为1...     

补水压力对土体冻胀的影响北大核心CSCD

为了研究冷端温度、土质和补水压力对土体冻胀影响的强弱以及现行评价土体冻胀敏感性的方法在土体有压补水冻结时的适用性,开展了三因素三水平的冻胀正交试验。基于灰色关联度法得到的结果表明,影响土体冻胀率的因素由强到弱依次为补水压力、冷端温度和土质。补水压力、冷端温度与冻胀率的关联度较大,土质与冻胀率的关联度较小。在较高的补水压力作用下,非冻胀敏感性的砂类土产生了明显的冰透镜体,且部分砂类土的冻胀率超过了黏质土的冻胀率。发现仅凭细粒含量评价水压作用下砂类土的冻胀敏感性存在缺陷,应根据土体所处的实际环境进行综合评估。通过讨论冻胀敏感性、融沉敏感性与冻害敏感性之间的关系,提出受水压影响的寒区工程构筑物须通过设置隔水和排水设施以及使用换填法来综合防治冻害的方法,可为相关工程的设计及安全运营提供参考。     

基于P波模量的岩石单轴抗压强度预测EI北大核心CSCD

传统获取岩石单轴抗压强度参数需要钻进取样、加工制作等严格的试验步骤,需要建立一种参数易于获取且准确的岩石单轴抗压强度预测公式。基于岩石物理力学参数的内在联系,建立了岩石单轴抗压强度与岩石P波模量的关系式。根据英安斑岩和页岩两种岩石的干密度、P波速度及单轴抗压强度的测试数据,采用线性拟合的方法建立了岩石基于P波模量的单轴抗压强度预测公式,并采用统计检验的方法对上述预测公式与传统基于P波速度的预测公式进行了对比分析。结果表明,所建立的强度预测通式简单、精度高,模量容易获取,具有很强的实用性。     

温度对颗粒膨润土热传导特性的影响EI北大核心CSCD

颗粒膨润土作为优良的接缝和间隙回填材料,在高放废物深地质处置库中具有较大的应用前景。以颗粒高庙子膨润土为研究对象,采用热探针法测试颗粒膨润土在不同条件下的热传导性能,探讨了温度、干密度和含水率等因素的影响。试验结果表明:相同含水率和干密度下,粉末膨润土压制样的热传导系数大于颗粒膨润土压制样;相同含水率下,随着干密度的增大,粉末压制样和颗粒压制样之间的热传导系数差异渐小。温度越高,含水率越大,干密度越小,颗粒压制样热传导系数的温度效应越显著。相同干密度下,粉末压制样内集聚体间大孔隙的孔径较颗粒压制样的孔径要小,更有利于热量在土中的传递,其热传导系数也就更大;随着干密度的增大,颗粒压制样内集聚体间孔隙减少,削弱了水汽潜热传输的影响,温度效应有所减弱。     

建筑废渣-黏土混合料压实特性试验研究EI北大核心CSCD

将建筑废渣按一定比例与黏土掺合形成的渣土混合料用作填筑材料,具有显著的社会经济与环保效益。为了揭示渣土混合料的压实特性,利用击实试验研究渣料含量和初始级配对渣土混合料压实性能及颗粒破碎特性的影响。研究结果显示,与黏土相比,渣土混合料的最优含水率较低而最大干密度较高,尽管渣料的初始级配有所不同,渣土混合料的最优含水率随掺渣量的增加而减小,最大干密度随掺渣量的增加而先增后减,并存在着一个约为30%的最优掺渣量;击实作用下渣料颗粒的相对破碎率随掺渣量的增加而增加,与初始级配均匀的渣料相比,相同掺渣量下初始级配不均匀渣料的相对破碎率较小,但受渣料初始颗粒大小的影响不大;与初始较小颗粒渣料的混合料相比,初始较大颗粒渣料的混合料的最大干密度较大,表明宽级配的渣土混合料压实性能较好。渣土混合料的压实特性通过结合掺渣量、颗粒破碎特性与渣土混合料结构响应分析得到合理解释。     

广州地区花岗岩残积土力学特性试验及参数研究EI北大核心CSCD

花岗岩残积土属区域性特殊土,一般具有较强的结构性,准确获得其力学参数是进行基坑等工程设计的前提条件。针对广州地区花岗岩残积土,开展系列力学特性试验研究,包括压板载荷试验、标贯试验以及室内侧限压缩、直剪等常规试验,基于试验结果得到工程中常用的花岗岩残积土力学参数,并进行对比分析及验证。结果表明,由花岗岩残积土室内直剪试验强度参数(黏聚力c、内摩擦角φ)计算得到的地基极限承载力以及由室内侧限压缩试验得到的花岗岩残积土变形参数均明显小于实测值;由压板载荷试验反算得到的花岗岩残积土c、φ和变形模量E_(50)计算p-s曲线结果与实测结果较为吻合;由标贯试验结果得到的花岗岩残积土E_(50)则与由压板载荷试验得到的E_(50)结果接近,说明压板载荷试验、标贯试验可作为花岗岩残积土力学参数的合理确定方法之一。     

采动诱导应力集中对顺层钻孔瓦斯抽采影响的试验研究

利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展受采动影响导致工作面前方不同应力分布条件下的顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验,对抽采过程中卸压区、应力集中区和原始应力区的煤层瓦斯压力、钻孔抽采流量、应力敏感系数和无因次渗透率等参数演化规律进行分析。试验结果表明,(1)在瓦斯抽采过程中钻孔周围瓦斯压力下降速率先快后慢,越靠近钻孔的瓦斯压力等压线越为密集,瓦斯流速越大,钻孔周围瓦斯压力梯度先增大后减小;(2)随着采动应力集中系数增大,煤层渗透率降低,瓦斯抽采流量减小,其中采动应力水平最大的应力集中1区瓦斯抽采流量最小,而应力水平最小的卸压区抽采流量最大;(3)应力集中区的应力敏感系数高于卸压区和原始应力区,而该区域无因次渗透率下降速率最慢。     

潘谢矿区石盒子组煤系页岩有机质特征及其对含气量的影响

潘谢矿区是安徽省淮南煤田重要的深部煤炭生产矿区,其石炭-二叠系煤系地层具有丰富的天然气资源。应用有机碳、热解、显微组分定量、等温吸附等实验分析数据,对潘谢矿区石盒子组煤系页岩有机质特征与含气量进行研究,并利用梯度下降算法建立了含气量与有机碳含量(TOC)和有机质成熟度(Ro)的多元线性模型。结果表明:潘谢矿区石盒子组煤系页岩TOC较高(平均为1.20%),有机质类型为Ⅲ型,成熟度Ro为0.75%~1.12%,处于成熟阶段,页岩含气量较高(平均为1.93 m 3/t)。多元线性模型表明,煤系页岩TOC和Ro的增加会有利于页岩气生成,但Ro对含气量的影响更为明显。     

《岩土力学》征稿简则EI北大核心CSCD

《岩土力学》是中国科学院武汉岩土力学研究所主办的综合性岩土力学与工程学术期刊。为全国中文核心期刊,中国科学引文数据库、中国学术期刊综合评价数据库、中国科技论文统计源期刊,《中国期刊网》、《中国学术期刊（光盘版）》全文收录,也是国际三大检索系统之一的美国《工程索引》（EI compendex）文摘收录期刊（光盘版）。     

煤的吸附常数与最高试验压力关系的研究

研究煤的吸附性能时,意外地发现同一试验条件下获得煤的L angmuir等温吸附常数并非常数,是一变值,其变化是由试验采用的最高试验压力不同而引起。通过对中国主要煤田不同变质程度煤的等温吸附试验数据处理,证明煤的L angmuir等温吸附常V_L,p_L与最高试验压力分别呈正线性相关,并具有普遍性。为了确保煤的吸附常数之间的可比性以及对已有资料的正确利用,建立了将不同最高试验压力的等温吸附试验结果统一到同一最高试验压力的方法。     

高聚物胶凝堆石料动残余变形特性试验研究EI北大核心CSCD

提高坝顶区堆石料整体稳定性是土石坝抗震加固的有效措施之一。为此,提出一种高聚物胶凝堆石料加固技术,该技术能显著提高堆石料强度,并有效地减小动荷载下堆石料的永久变形。为研究高聚物胶凝堆石料动残余变形特性,开展不同围压、不同固结比、不同动应力比和不同高聚物含量的系列动三轴试验。结果表明:高聚物胶凝堆石料的动残余变形随动应力比和围压的增大而增大;在围压为300 kPa、固结比为1.5、动应力比为0.4条件下,高聚物含量为2%的胶凝堆石料产生的残余应变要比相同条件下堆石料的残余应变低74%,因此,高聚物显著减小了堆石料的残余变形。给出了沈珠江残余变形模型计算参数,并进行了对比分析。     

排-留烃过程对富有机质页岩纳米孔隙发育影响的热模拟实验研究北大核心CSCD

为研究生-排烃过程对页岩纳米孔隙演化的影响,选择低成熟且生烃潜力差异显著的茂名油页岩和大隆组硅质页岩为研究对象,经低温热模拟和索氏抽提增加了页岩在生油高峰期的排烃效率后,通过高温热模拟实验,使具有不同残留烃含量的样品演化到过成熟阶段。通过热模拟产物的地球化学分析和孔隙测量,获得了不同残留烃含量的页岩有机质与孔隙发育的热演化规律。结果表明,在高成熟阶段,富I型有机质的黏土质茂名油页岩的残留烃大量转化为固体沥青,促进了中孔、大孔的发育,对微孔的发育影响较小;具Ⅱ型有机质的大隆组硅质页岩,高成熟阶段残留于页岩中的极性有机组分与干酪根生成新的固体有机质,其纳米孔隙发育较差,导致残留烃对中孔和大孔的发育影响不明显。