有砟轨道路基翻浆冒泥模型试验系统的研发与应用

为研究既有线有砟轨道路基的翻浆冒泥机理，自主研发了一套能够模拟循环荷载–湿化耦合作用的模型试验系统。模型试样直径500 mm，由厚度分别为350 mm的路基土和200 mm的道砟组成，整个试样在高强度透明有机玻璃模型筒中制备完成。模型试验系统配备有监测荷载、位移、体积含水率和孔隙水压力的4种传感器，并通过高清相机对颗粒迁移过程进行图像捕捉。基于所研发的试验系统，针对辛泰铁路典型翻浆冒泥病害路段土样，开展翻浆冒泥模型试验。试验结果表明：动孔隙水压力是导致翻浆冒泥病害产生的关键因素。随着体积含水率的增加，动孔隙水压力引起的颗粒迁移量逐渐增加；在饱和状态下，会引起大量颗粒迁移，翻浆冒泥现象显著。试验结束时，道砟污染指数达到25%，在实际工程中已严重影响铁路的正常运营，有必要对污染道砟进行换填。     

饱和块状混合回填土地基的一维固结分析

用块状渣土置换软弱地基和回填低洼谷地等是处置工程渣土的有效途径。为了分析饱和块状混合回填土地基的固结性状，运用混合物理论建立了其一维固结模型。首先，假定块状土固相和充填土固相之间满足等应变条件，获得了饱和块状混合回填土中各相应变与块状土孔隙变形和充填土孔隙变形的关系式。其次，在小应变条件下，根据自由能势函数方程建立了饱和块状混合回填土的一维线弹性本构方程，再结合达西定律和应力平衡方程获得了一维固结控制方程。再次，利用分离变量法得到一维固结解析解，通过退化本文模型与已有模型进行对比，验证了本文模型的正确性。最后，基于所得解析解，分析了充填土孔隙渗透系数、块状土孔隙渗透系数以及流体交换参数等因素对饱和块状混合回填土地基固结性状的影响。分析结果表明：充填土孔隙渗透系数对饱和块状混合回填土地基整体固结性状起主导作用；在固结初期，块状土超孔压会有一定程度的上升，且3个参数具有相似的作用机理。     

碳酸盐岩裂缝性储层常规测井评价方法

哈萨克斯坦K油田石炭系KT-Ⅱ段储层为开阔台地相中低孔、特低渗灰岩储层，裂缝对改善储层的渗流能力至关重要，前人研究的利用常规测井资料评价碳酸盐岩储层裂缝的方法由于受裂缝产状、饱和度、泥浆侵入深浅等多方面因素的影响，存在确定性差、容易误判的缺陷。基于研究区目的层段有限的取心和电成像测井资料，结合孔隙型储层和裂缝-孔隙型储层测井响应特征，提出了利用补偿中子确定基块岩石电阻率与基块声波时差，再比较二者与深侧向电阻率、声波时差的差异特征，进而综合识别储层不同产状裂缝发育段，最后建立了裂缝孔隙度、次生孔隙度、裂缝渗透率、总渗透率等储层参数的测井解释模型，实现了利用常规测井资料对碳酸盐岩油藏储层的裂缝识别及参数定量评价。该方法应用的测井综合评价成果与取心物性分析、生产动态情况能够更好地匹配，为该类油藏的合理高效开发提供了依据。     

液氮浸融对不同预制温度煤体损伤特性试验研究

为研究液氮对不同预制温度煤体浸融后的表面裂隙扩展规律和孔隙损伤特性,分别采用显微镜观测、超声波波速测试以及核磁共振测试技术对不同预制温度煤体液氮浸融前后其表面裂隙扩展规律、内部微裂隙发育规律、内部孔隙发育过程及孔径分布变化规律进行试验研究。试验结果表明,液氮浸融过程中随着预制温度的升高,煤体表面产生热应力随之增大,煤体特征裂隙面积增比也随之增大,且热应力增加与煤表面特征裂隙面积增比呈显著相关关系。煤体预制温度越高液氮浸融后煤体内部超声波波速下降越明显,且煤体孔隙度增比越大,微裂隙、孔隙发育越良好。液氮浸融过程中煤体孔裂隙发育存在两个阶段:第1阶段中,微小孔隙向中大孔隙的转化数量大于微小孔自身新生数量,表现为液氮浸融后煤体微小孔数量减少,中大孔数量增加。随着煤体预制温度升高变为第2阶段,微小孔隙新生数量大于其向中大孔隙的转化量,表现为液氮浸融煤体后全孔隙段孔隙数量均增加。液氮浸融不同预制温度煤体后其特征裂隙增比-声波波速变化率-孔隙度变化率3者之间存在正相关关系。以上结果表明,煤体预制温度因素对液氮浸融后煤体表面裂隙发育及孔隙损伤特性影响显著,且液氮浸融不同预制温度煤体其表面裂隙扩展和内部损伤呈正相关关系。     

煤自然发火过程颗粒堆积体结构形态演化实验研究

在煤炭开采、储存及运输过程中,煤炭常以颗粒堆积体的形式暴露于氧化环境之中,煤颗粒堆积结构直接影响了堆积体内高温火源的形成与蔓延规律,是形成非控制灾害的关键影响因素之一。煤自然发火过程中堆积结构形态演化规律研究对煤堆内高温火源预测及煤矿火灾防控具有重要意义。以马道头矿8404工作面的煤样为研究对象,制备了5组不同氧化温度下的堆积试样,利用微焦显微Computed Tomography (CT)实验平台对试样进行显微断层扫描。获得显微断层CT图像序列后,采用几何均值滤波算法与大津算法(Otsu Method)对显微断层序列进行图像处理,降低原始图像中的噪声并将其转化为二值图像序列。基于处理后的二值图像序列,应用三维重构算法重构了各组试样堆积结构。定量分析了煤颗粒堆积体孔隙率、颗粒体积、颗粒表面积等结构参数的演化规律。研究结果表明:随着氧化温度升高,煤颗粒堆积体孔隙率、颗粒数量与平均颗粒比表面积增大,平均颗粒体积与表面积减少,其中300～400℃温度段的变化最明显,300℃与400℃时堆积结构内平均颗粒体积分别为14.95与2.50 mm~3;平均颗粒表面积为36.17与9.13 mm~2;煤颗粒堆积体孔隙率变化与煤颗粒形态变化有关,实验煤样两者变化阈值均在300℃附近,当氧化温度高于此阈值时,煤颗粒堆积体内颗粒裂解加剧,孔隙结构连通性提高,氧化过程更加剧烈。     

纳米隔热材料的孔隙结构特征与气体热传输特性

为研究纳米隔热材料孔隙结构内部的气体热传输特性, 采用溶胶-凝胶工艺结合超临界干燥技术, 制备了一系列具有不同孔隙结构特征的样品, 通过热导率、氮气吸-脱附和真密度测试, 全面、准确获取了其孔隙结构信息, 并专门、系统研究了孔隙结构特征与气体热传输特性之间的关系.研究结果表明: 与气相贡献热导率相对应, 材料具有双尺度孔隙结构特征, 并且当大孔隙尺度不及小孔隙的10倍时, 可进一步等效为单尺度孔隙.考虑气固耦合传热的本征气相贡献热导率随孔隙尺度的增大而升高, 与气相热导率变化类似且成一定的比例关系, 孔隙尺度小于200 nm和大于500 nm时的比例系数分别为2.0和1.5, 200~500 nm时则为2.0~1.5.当大、小孔隙尺度的比值不超过10时, 或者这一比值为100~1000且大孔隙含量低于10%时, 气相贡献热导率随环境气压的降低依次呈现快速下降、缓慢下降和无变化三个阶段; 当这一比值超过3000时, 即使大孔隙含量很低(不超过10%), 气相贡献热导率也会依次呈现快速下降、缓慢下降、快速下降和无变化四个阶段.      

孔隙水压力对抗滑桩加固边坡稳定性影响分析

抗滑桩具有施工方便和加固效果能力优良等优点,在边坡治理中应用最多.当采用抗滑桩来加固边坡时,在工程实际中普遍根据极限平衡法对边坡的稳定性进行分析,该方法得到的结果仅是近似解,因此,本文采用极限分析上限方法同抗剪强度折减技术相结合,研究了在孔隙水压力下边坡采用抗滑桩加固时的极限平衡状态方程,并对抗滑桩桩侧有效土压力进行了求解,将孔隙水压力视为外力荷载做功,通过虚功方程来体现.并以工程实例为基础,对边坡进行变动参数计算与对比分析,验证了该方法的合理性.