尺寸效应影响的页岩吸附CH4试验研究

目前开展页岩中CH4吸附量的试验研究多采用毫米级以下的粉状页岩,而采用块状页岩及考虑尺寸效应影响的页岩吸附CH4研究较少.为此,利用自主研发的气体吸附解吸试验系统,开展考虑尺寸效应、吸附压力和温度对页岩中CH4吸附量影响规律研究.试验结果表明:页岩对CH4的吸附量随压力的升高而增大,随温度的升高CH4吸附量逐渐减小;随着页岩试件块度的减小,在每个测量点页岩对CH4的吸附量平均增长6～7倍以上.粉状页岩CH4的吸附量大于块状页岩CH4的吸附量.结论 认为,页岩对CH4的吸附平衡时间受尺寸效应影响,试件的块度越大,其达到吸附平衡的时间越长;粉状页岩试件具有更多的高能吸附位暴露在其表面,致使吸附速率增加;尺寸效应对页岩吸附CH4的影响远大于温度的影响;较低吸附压力条件下,尺寸效应不会影响页岩吸附CH4曲线类型.     

不同饱和度水合物沉积物的三轴加载渗透率试验

水合物沉积层的渗透率是影响天然气水合物开采效率的重要物性参数之一,为了探讨在天然气水合物开发过程中有效体积应力和水合物饱和度变化对含水合物沉积层渗透率的影响规律,选取天然粉砂土作为沉积物骨架,进行了不同饱和度水合物沉积物的三轴加载渗透率试验。结果表明:(1)当水合物饱和度恒定时,水合物沉积物的渗透率与有效体积应力呈负指数曲线变化规律,且曲线的斜率随着有效体积应力的增加由大变小;(2)在一定的有效体积应力条件下,水合物沉积物的渗透率随水合物饱和度亦呈指数递减规律变化;(3)有效体积应力和水合物饱和度变化对水合物沉积物渗透率的影响表现为非独立性,即随着前者的增大,后者对水合物沉积物渗透率的影响减弱,而随着后者的增加,前者对水合物沉积物渗透率的影响也减小。由此提出了有效体积应力和水合物饱和度对水合物沉积物渗透率的影响机理,即前者对渗透率的影响在于其对渗流通道的压缩作用,而后者对渗透率的影响则在于水合物对渗流通道的堵塞作用。     

煤矸石淋溶液地下迁移规律的模拟研究

煤矸石淋溶液的地下迁移严重影响了地下水水质,对人类的生命构成了威胁.本文研究了煤矸石在降水淋溶和地下水迁移条件下,污染物在地下土层和岩层内的迁移规律.通过对阜新新邱南露天矿矸石山淋溶液中主要污染物离子(Ca~(2+)和Mg~(2+))迁移规律的数值模拟,得到特征截面的污染物浓度变化曲线和地下水迁移的水头压力曲线,其结果对水污染治理有一定的指导意义.     

生态护坡条件下坡角对边坡产流产沙规律影响的试验研究

以粘土和工程常用草种狗牙根、百喜草和白三叶为试验材料,利用自主研制的一种模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置,开展了生态岩土力学护坡条件下坡角对边坡产流产沙规律影响的试验研究,基于传统的径流量和产沙量的测量方法,分析了生态岩土力学护坡及一定雨强条件下坡面的产流产沙的演化规律。试验结果表明:不同坡度的各种工况下,边坡的侵蚀产沙变化趋势基本一致。百喜草和狗牙根的护坡效果明显,可作为护坡工程的优选草种,白三叶抗性较差,护坡效果不理想,工程用时要谨慎选择。对4种工况在不同坡度下的总产沙进行分析,得出坡度在35°左右时,各种工况的产沙量到达最大。这对于护坡工程的设计建设和运营提供了可靠的技术支持,同时为进一步探讨生态护坡产流产沙理论及本构模型的构建提供了参数依据。     

复式断面交汇水流滩槽交界水流特性试验研究

通过在室内自制水槽模型内布置网格,利用先进的声波多普勒流速仪（ADV）测取网格内各点流速。再把各点的流速数据输入软件,通过做切片云图和分析流速数据的方法,研究复式交汇河道滩槽交界水流流态及某一特征断面的剪应力分布。结果表明：滩槽交界附近存在一个流速间断面,在这个区域水流所受阻力较大;复式河道断面的平均流速与剪切应力呈线性关系。     

木城涧煤矿异常条件下回采底分层空间模拟试验研究

通过对北京矿务局木城涧煤矿不具备常规条件下十槽煤底分层的相似材料模拟试验研究,证明了回采上分层时顶板冒落情况和矿压显现规律,初步探明了留与不留煤皮假顶情况下,回采下分层时顶板岩层二次失稳情况和矿压显现规律,为类似条件下开采底分层制定合理的回采方案、安全技术措施等提供重要的依据.     

高温岩体热流固耦合损伤模型及数值模拟

高温岩体地热开发过程中存在渗流场、应力场、温度场3场耦合效应。针对目前考虑损伤作用和热对流影响的3场耦合模型、关于热储层特别是人工储留层周围高温岩体的热破裂、温度场的变化和热对流交换规律的研究以及原位试验方面的资料较少的现实,建立了高温岩体热流固耦合损伤模型,并将上述模型用于高温岩体地热开发中。通过数值模拟,揭示高温岩体地热开发过程中高温岩体的热破裂机理、温度场、渗流场的变化规律以及人工储留层中热流体的对流规律,所得研究成果对高温岩体地热开发具有理论意义和实用价值。     

初应力条件下超临界CO_2气爆致裂规律模拟研究

考虑到超临界CO_2气爆技术应用环境多受到初始地应力作用,利用自主研发的超临界CO_2气爆发生装置,在电液伺服三轴加载平台上进行了初应力条件下超临界CO_2气爆混凝土试件实验,得到了气爆冲击压力时程曲线和不同载荷工况下试件的破坏形貌。利用JWL状态方程拟合气爆冲击压力时程曲线确定的参数计算气爆过程中超临界CO_2的相变过程,通过开发程序将材料拉伸和压缩硬化引入Johnson-Cook模型,联合使用SPH和FEM对不同初应力条件下超临界CO_2气爆致裂过程进行了模拟计算,实验和数值模拟一致表明:超临界CO_2气爆后试件形成粉碎区和裂隙区,粉碎区是由气爆冲击波将气爆孔附近介质压碎形成的,初应力对粉碎区的形状和范围影响不大;裂隙区主要是由爆生气体的气楔作用形成的,且主裂隙方向与最大初始压应力方向一致,初应力对垂直于自身方向裂隙的扩展具有抑制作用;随着初始压应力的增大,相同爆破条件下裂隙生成条数和裂隙扩展的总长度都降低。计算结果与实验结果的一致性表明改进后的JC模型适用于超临界CO_2气爆的模拟。