单轴加载煤孔裂隙各向异性核磁共振特征

为了研究煤孔裂隙各向异性,进一步揭示煤微观结构及物性特征。选取平顶山矿区八矿煤样,采用核磁共振（NMR）方法,对比分析单轴加载前后煤样的横向弛豫谱（T₂）特征和核磁成像（MRI）特征。实验结果表明,煤的T₂谱特征具有显著的各向异性：平行于层理且垂直主裂隙X方向T₂谱为3峰谱图,平行于层理且平行主裂隙Y方向T₂谱为双峰谱图,垂直层理Z方向T₂谱主要以单峰为主;单轴加载后煤样T₂谱面积、孔隙度减小,X、Y方向煤样孔隙变化引起的峰面积所占比例下降,裂隙变化引起的峰面积占比例上升;Z方向裂隙变化引起的峰面积占比例下降;MRI揭示出,单轴加载后平行层理方向煤样孔裂隙大部分闭合,部分裂隙产生径向变形;加载方向裂隙大部分闭合,压实效应显著。综上所述,单轴加载下,煤样各向异性特征显著,同时表明核磁共振技术是研究煤孔裂隙微观变化的有效手段。     

利用数字岩心技术评价含黏土砂岩导电模型

黏土附加导电性使得岩石导电机理复杂化,影响了测井解释中饱和度计算的准确性。随着石油勘探的发展,测井解释研究者针对特定地区和储层条件的饱和度求解提出了多种导电模型。本文基于贝雷砂岩的数字岩心,构建多种含黏土的砂岩数字岩心,利用有限元方法模拟岩心饱和水时的电导率C₀,并将数值模拟C₀与5种模型计算C₀对比,分析各种导电模型的适用情况。结果表明,黏土体积分数越小,黏土的阳离子交换容量越小,岩石孔隙度越大,公式计算C₀越接近数值模拟C₀。Doll公式和Indonesia公式计算C₀与数值模拟C₀接近,基本适用于不同孔隙度、黏土体积分数和阳离子交换容量的情况。     

确定滤纸法试验平衡时间的数值模拟

滤纸法是一种测量非饱和土基质吸力的重要方法,而测量结果是否准确,控制滤纸法的试验时间非常重要.基于有限元数值分析软件SEEP/W,建立滤纸法的数值模型,分析滤纸法试验过程中的水分运移过程,研究非饱和黏土的水力参数、初始重力含水率、初始干密度等因素对滤纸法平衡时间的影响.结果表明,试验开始时,干燥滤纸会迅速吸水,随后滤纸与土样吸力才逐渐平衡,以含水率为判断标准得到的平衡时间T_w会小于以吸力为判断标准得到的平衡时间T_ψ,建议滤纸法的实际试验时间接近于T_ψ.滤纸法的平衡时间约为4～16 d,当土样饱和渗透系数较小时,滤纸法的平衡时间大大增加,平衡时间随土水特征参数a、n、饱和渗透系数、初始含水率及干密度的增大而减小,随饱和体积含水率的增加而增加.     

复合地层隧道围岩强度实时估算研究

隧道TBM开挖过程中经常会遇到复合岩层,在这种地质环境下,隧道掘进机（tunnel boring machine,简称TBM）开挖过程中的隧道围岩强度很难估计,隧道开挖掌子面和围岩容易发生坍塌。为了提高隧道掘进效率、预防事故发生,对开挖隧道围岩强度进行实时估算方面的研究很有必要。在重庆轨道九号线隧道TBM施工中,通过室内试验和现场实测数据发现,TBM推力F_N与岩石强度成正比、TBM扭矩推力比T/F_N（T为扭矩）与贯入度p^0.5成正比例关系。针对砂质泥岩、砂岩和灰岩组成的复合岩层,提出了一种利用现场实测推力F_N和扭矩T的值来快速估算开挖隧道围岩强度的方法,进一步对TBM实测数据进行线性拟合,从而得到估算公式中两个常数α₁、α₂的取值方法,并在10多个隧道实际工程中得到验证。结果表明,对于这种复合岩层地质环境,两个常数α₁、α₂的值与滚刀数量n和滚刀直径d相关。该研究成果为实时快速估算开挖隧道围岩强度提供了一种新的切实可行的思路,能提高隧道TBM施工的可靠性和安全性,具有重要的应用价值。     

基于C-DTS的土壤含水率分布式测定方法研究

主动加热光纤布拉格光栅法(Actively Heated Fiber-Optic method based on Fiber Bragg grating method,AHFO-FBG method)因具有体积小、测温精度高、准分布式测量、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点,近年来成为含水率测量技术的研究热点。研究该技术的率定方法对提高含水率测量的精准性和适用性是十分关键的,但现有研究中均未涉及到此内容。因此,本文采用自主研发的AHFO-FBG传感器对黄土开展了一系列率定试验,研究了ΔT_max和ΔT_cum两种率定方法的含水率率定结果,对此两种方法进行了对比分析。同时,进一步探究了不同加热时长和不同加热功率对ΔT_max法和ΔT_cum法率定结果的影响。研究结果表明：ΔT_max和ΔT_cum法均可得到良好的含水率率定结果,ΔT_max法的RMSE比ΔT_cum法高0.001 m³·m^-3,ΔT_cum法的测量优势不是很显著。在相同加热功率下,ΔT_max法和ΔT_cum法均在较短加热时间下的测量误差较小,且加热时间越短,ΔT_cum法较ΔT_max法的优势越明显;在相同加热时间下,低功率(5~10 W·m^-1)时ΔT_max法的RMSE较小,高功率(15~35 W·m^-1)时ΔT_cum法的RMSE较小,且适当的增加热功率有助于减少含水率率定误差。研究成果为AHFO-FBG技术实现土体含水率的精确测量和进一步应用提供了依据。     

含硫酸钠盐冻结粉砂强度与变形指标的试验研究

对硫酸钠盐含量为0.5%的冻结粉砂在-2℃的温度下和0.3～17 MPa围压范围内进行了三轴压缩试验.试验结果表明,含硫酸钠冻结粉砂强度随围压的增大呈先增大后降低的规律,强度的增大阶段可分为两个阶段,第一阶段为0.3～4 MPa,增大速率为1.775;第二阶段为4～8 MPa,增大速率为0.753,围压8 MPa时强度最大,其值为13.10 MPa,与0.3 MPa围压处的最小强度值3.52 MPa相差9.58 MPa;在8～17 MPa的围压范围内,强度整体呈现下降趋势,强度在13.10～12.19 MPa波动.为在冻土工程计算中选取合理的变形指标,对比分析了初始切线模量E₀与0.5倍强度处割线模量E_0.5、初始切线泊松比μ₀和0.5倍强度处割线泊松比μ_0.5随围压的变化规律.分析结果表明,两种方式确定的弹性模量和泊松比的变化规律均可按围压分为0.3～4 MPa、4～10 MPa和10～17 MPa三个阶段,弹性模量E₀与E_0.5在第一阶段和第二阶段均随围压的增大而增大,但第二阶段的增加速率比第一阶段低,在第三阶段E₀随围压的增加呈现明显的减低趋势,从最大值1 022.39 MPa降低到490.27 MPa,而E_0.5在在该阶段受围压影响不大;泊松比μ₀与μ_0.5在第一阶段与第二阶段均随围压的增大而减小,但第二阶段的降低速率比第一阶段小,在第三阶段μ₀与μ_0.5随围压的增大而增大.对变形指标随围压的变化规律分析表明,冻土初始变形行为对围压敏感,数据离散性大,在工程计算中选取0.5倍强度处对应的割线变形指标在数据上更为稳定、可靠.     

南京新近沉积土动剪切模量比与阻尼比的试验研究

为了确定珊瑚砂的动剪切模量和阻尼比等分析岛礁场地稳定性的主要动力学参数,本文针对我国南海西沙群岛某岛礁珊瑚砂,利用共振柱-弯曲元系统,研究了围压、相对密实度及饱和度对该珊瑚砂动剪切模量和阻尼比的影响规律。研究发现：(1)在饱和状态下,该珊瑚砂样的最大动剪切模量(G₀)与围压及相对密实度整体呈现正相关关系,并且随着围压的增高G₀对相对密实度的敏感性逐渐降低;(2)在非饱和情况下,该珊瑚砂样的动剪切模量比的整体范围略高于饱和状态下的动剪切模量比,而其阻尼比略低于饱和状态下的阻尼比;(3)该珊瑚砂样出现最小阻尼比和最大G₀的饱和度约为10%;(4)在同样的围压下,珊瑚砂的特殊结构导致建立在硅质砂相对密实度和孔隙比的G₀经验预测公式在预测珊瑚砂G₀时分别出现了偏高和偏低的情况,本文根据珊瑚砂G₀随围压的变化规律,对珊瑚砂G₀经验预测公式进行了修正。研究成果可为南海西沙岛礁珊瑚砂场地稳定性分析中动力学参数取值提供参考。     

中主应力系数影响下的冻结砂土损伤本构模型

人工冻结法是饱水砂层开挖过程中常用的止水和临时支护方法,通过冻土损伤特性研究为冻土力学特性和冻结体稳定性分析奠定基础。为研究冻结砂土的损伤力学特性,在-5℃下进行了不同中主应力系数的冻结砂土三维室内试验。从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发,将Drucker-Prager强度准则作为冻土微元统计分布变量,利用应变等价性假说,建立了三维应力状态下冻结砂土损伤本构模型;在此基础上,讨论模型参数F₀与m和中主应力系数的关系,对模型参数进行合理修正,建立中主应力系数影响下的冻结砂土损伤本构模型,并与试验结果进行对比。分析结果表明：参数F₀和m随着中主应力系数的增大呈现先减小后增大的趋势;参数F₀反映了冻结砂土的强度特性,参数m代表了冻结砂土的延性及脆性特征,考虑中主应力系数影响的冻结砂土损伤本构模型能很好地模拟冻结砂土应力-应变全过程曲线。研究成果为人工冻结法工程设计提供一定的理论依据。移动阅读     

天然Ⅱ型CaCO3矿物的发现

本文报道了天然Ⅱ型CaCO₃ 矿物。该矿物发现于海洋表层沉积物,成分与方解石、文石及六方球方解石相同,但结构完全不同,它们共同组成了天然CaCO₃ 的同质多象变体。天然Ⅱ型CaCO₃ 矿物的空间群为P21/c,单位轴长为a₀= 0.6290±0.0002 nm,b₀= 0.4934±0.0002 nm,c₀= 0.7979±0.0003nm,β= 107.571°±0.002°,Z= 4,单胞体积为0.23605±0.1749nm³;理论密度为2.82 g/cm³,实测值为2.76 g/cm³;实测硬度H= 4.天然Ⅱ型CaCO₃ 矿物是在深水环境中较高静水压力下形成的珊瑚体生物矿物。     

煤储层等温吸附实验过程中参数敏感性分析

容量法等温吸附实验是测定煤储层吸附性和含气性的常用手段。实验装置中的参考缸体积V₁、装有样品时的自由空间体积V₂和压力表对等温吸附实验有着直接的影响,但是这三者对实验影响的程度目前还没有系统的认识。为了理清实验过程中各参数的影响和提高等温吸附实验的测试精度,基于波义尔定律建立了煤储层容量法等温吸附实验稳定性和精确性分析的数学模型,利用Matlab软件对吸附实验过程进行了数值模拟。研究表明,吸附实验的稳定性和准确性受压力表、参考缸的体积V₁和样品缸装有样品时的自由空间体积V₂的控制,压力表测量精度越高,等温吸附实验的稳定性和精确性就越好;压力表精度一定时,V₁和V₂的体积较小且匹配组合满足一定的条件,吸附实验才能达到较好的稳定性和精确性。利用优化方法得到的结果对鄂尔多斯盆地东缘韩城地区中煤阶煤储层开展等温吸附对比实验,结果表明,经过优化组合的吸附实验测试结果稳定和精度都有所提高,吸附量的最大差值为1.45 cm³/g,远低于未经过优化的实验所测吸附量的差值5.27 cm³/g。