重塑超固结上海软土力学特性及弹塑性模拟

对典型上海软土重塑样进行了围压不变和平均主应力不变的三轴排水剪切试验,得到重塑上海软土在不同初始超固结比和围压条件下的应力-应变关系,弄清了超固结比、围压以及应力路径对重塑上海软土的变形和强度特性的影响;根据土体的应力-应变曲线得到重塑上海软土的临界状态应力比及内摩擦角。采用姚仰平等建议的基于伏斯列夫面的超固结土本构模型,并根据等向压缩及三轴排水剪切试验确定其模型参数,对保持围压和平均主应力不变的三轴压缩试验进行了模型预测。预测结果表明,此超固结土本构模型能较好地反映重塑超固结上海软土的变形和强度特性。     

重塑上海软土的压缩和剪切变形特性试验研究

根据典型上海软土重塑土样的等向压缩试验,测K0与不测K0的单向压缩试验结果,得到不同试验条件下的压缩指数Cc和膨胀指数Cs,并分析了它们之间的关系。进行三轴排水剪切试验,得到了重塑上海软土在不同超固结比和围压下的变形和强度特性,并计算出重塑上海软土的内摩擦角。最后,根据一组不同荷载下的长期单向压缩试验结果,得到重塑上海软土的次压缩系数C?与荷载之间的关系。上述研究得到的初步结论及相关参数可为工程实践、超固结上海软土本构模型的建立提供参考数据。     

非饱和重塑黄土基质吸力变化特征与物理性质的关系

本文以兰州重塑黄土为对象,通过室内试验分析6组非饱和重塑黄土土-水特征曲线分段特征值与主要物性指标的统计关系,探讨了非饱和重塑黄土物理性质对其基质吸力变化特征的影响。结果表明,对于非饱和重塑黄土,分段特征含水量、特征饱和度、特征基质吸力与干密度关系密切,与颗粒级配关系较弱。随干密度增加,过渡区特征饱和度、残余饱和度线性增加,饱和含水量、过渡区特征含水量线性降低,残余基质吸力及过渡区特征基质吸力分别为线性及非线性增加。过渡区特征饱和度、残余饱和度与土体中粘粒含量线性正相关,与粉粒含量负相关。饱和含水量与粉粒含量线性正相关,残余基质吸力与其线性负相关。重塑黄土的微观结构显示这些关系受制于土体的孔隙结构和颗粒间的相互关系。     

煤基质中甲烷扩散特征及其对气井产能的影响

扩散是煤层甲烷运移的关键环节之一,而目前有关煤层中甲烷扩散特征的认识并不充分.以沁水盆地南部高煤阶煤层气藏为例,应用微纳渗流力学理论分析了煤基质中气体扩散模式及定量表征参数;应用Simed软件开展了扩散性能对不同煤体结构煤层气排采规律的影响数值研究.结果表明:煤层甲烷的扩散受化学势梯度的驱动,产气过程中体相扩散、努森扩散和构型扩散模式并存且呈动态变化;甲烷扩散性能受气体温度、压力、气体种类、水分以及基质孔隙结构共同影响,基质孔隙吸附甲烷会改变微孔孔径并影响扩散路径的空间形态;煤基质中甲烷的扩散是非热力平衡过程,扩散系数是吸附量的函数.基于拟稳态扩散的数值研究表明,扩散性能强弱对于长期累计产气量几乎没有影响,而对短期产气速率具有较大的影响;扩散性能弱的,产气速率峰值较低,但峰值之后的一段时间内产气速率相对较高;与高渗煤层相比,低渗构造煤层的产气速率对吸附时间常数更敏感.      

老厂矿区煤体结构测井判识与分布规律

煤体结构是制约煤储层可改造性的最重要地质因素之一。基于视电阻率、人工伽玛和自然伽玛射线测井响应,通过钻孔及煤层对比分析,建立了滇东老厂矿区晚二叠世龙潭组煤体结构的判识方法,并对9、13、19号三套主煤层的煤体结构及其分布特征进行了研究。结果表明,在利用测井响应曲线判识煤体结构时,采用对比的方法可以减少相应误差,从而更准确判识出结果。煤体结构变化与构造发育程度相关。平面上,一勘区构造较为简单,原生结构煤(Ⅰ类)较发育;白龙山井田受次级褶曲及断层发育的影响,构造煤(Ⅲ类)最发育;雨旺井田构造相对简单,主要发育过渡型(2类)煤。垂向上,随着煤层埋深增加,Ⅰ+Ⅱ类煤的厚度比例有增高趋势,且皆超过60%,揭示出深部煤层受构造破坏的影响程度较浅部低。     

利用HCA研究黏土渗透系数的标准探索

黏性土渗透系数影响因素较多,甚至不同试验手段对试验结果都有较大影响。针对目前渗流试验中存在的问题,提出采用空心圆柱扭剪仪（HCA）测定软土渗透系数的方法,对其开展意义、可行性及试验步骤进行说明分析,并以重塑高岭土作为研究对象,开展一系列试验研究,探讨利用HCA开展渗流试验的标准,最终进行动力特性对软土渗透性影响的试验初步探索。结果表明：（1）以3 600 s作为单位时间,当连续24 h的单位时间内平均渗透系数差值小于2%,将该阶段中得到渗透系数平均值作为最终渗透系数较为准确;（2）综合试验效率、试验间的可比性以及试验结果准确性,建议利用HCA开展重塑高岭土渗流试验时可选水力梯度范围为10～15;（3）重塑高岭土经过交通荷载作用10万次后,其渗透系数比经静载压缩同等轴向应变后的渗透系数低12.79%,即研究动力特性对渗透系数的影响意义重大。     

采掘扰动与温度耦合影响下工作面前方煤体渗透率模型研究

为了探究采掘扰动和温度变化对工作面前方煤体渗透率的影响,将引起煤体裂隙变形的因素划分为有效应力、吸附解吸和热膨胀3部分。基于损伤力学、吸附理论和热应力理论推导出了采掘扰动与温度耦合作用下煤体裂隙应变表达式,进而构建了采掘扰动与温度耦合影响下工作面前方煤体渗透率模型。结合改变温度、同时改变扰动应力和温度的两种渗透率试验结果对所建立的模型适用性进行了拟合分析,并对模型中的参数敏感性进行了讨论。结果表明:所构建的煤体渗透率模型可以较好地描述采掘扰动与温度耦合影响下煤体渗透率的演化过程;在同一温度下,煤体渗透率随着内膨胀应变系数的增大而增大,随着热内膨胀应变系数的增大而减小。研究结果可为煤炭开采及瓦斯抽采的工作提供指导。     

平顶山十矿构造煤结构成因研究

针对平顶山十矿煤瓦斯突出发生在构造煤发育区的特点，在大量野外和矿井地质工作的基础上，结合矿区构造背景利用ＳＥＭ和ＴＥＭ等方法综合研究了矿井内构造煤的结构和成因，对构造煤形成的力学条件及其对煤瓦斯突出的影响进行了探讨。     

乌兰井田煤体结构特征研究

利用乌兰井田勘探和生产揭露的资料，分析研究了乌兰井田地质构造和煤体结构特征。根据3号煤层的小断层发育特征和煤体结构特征，将整个井田分为4个构造分区。     

煤岩孔隙度主控地质因素及对煤层气开发的影响

为系统分析煤岩孔隙度主控地质因素及对其煤层气开发的影响,统计分析了全国37个主要煤层气区块/矿区的压汞孔隙度等数据。利用相关趋势分析方法分煤级着重探讨煤级、煤体结构、镜质组、灰分等因素对煤岩孔隙度以及煤层气开发的影响。结果表明:Ro,max是储层物性评价的重要参数,低煤级区煤岩孔隙度对Ro,max的变化最为敏感,且孔隙度平均值随成熟度升高呈现出高-低-高-低的变化。低煤级区同一煤层气区块/矿区内部,孔隙度变化区间大于高煤级区同一煤层气区块/矿区内部孔隙度的变化区间。中低煤级区,复杂的煤体结构对煤储层物性具有破坏作用;高煤级区,复杂的煤体结构对物性有一定的改善作用。镜质组含量与孔隙度呈负相关关系,灰分产率与孔隙度无明显相关性,且在低煤级区镜质组含量和灰分产率与孔隙度均具有明显的负相关性,是孔隙度评价的重要参数;而在中高煤级区,二者对孔隙度的影响可以忽略。煤岩大中孔比例和储层平均渗透率随平均孔隙度的增高而增高,孔隙度大小尤其是孔隙度随煤级的变化规律对不同煤级区煤层气开发潜力评价具有重要指导意义。