阳离子交换对高庙子钠基膨润土膨胀性能的影响

为了研究高放废物处置库中入渗地下水中阳离子与膨润土发生离子交换反应进而对膨润土的膨胀性能产生不利影响的科学问题,将高庙子钠基(GMZ01)膨润土分别与氯化钠、氯化钙和氯化镁溶液相混合,通过对溶液混合后试样进行矿物含量和交换性阳离子含量测试,结合溶液混合试样在蒸馏水中的膨胀变形试验,研究GMZ01膨润土阳离子交换反应后膨胀性能的变化情况.结果表明,GMZ01膨润土与NaCl混合后交换性Na+量略有增加,用浓度为1mol/L NaCl与2mol/L NaCl溶液混合试样在蒸馏水中的膨胀性差距较小;与1mol/L CaCl2和1mol/L MgCl2溶液混合后,Ca~(2+)和Mg~(2+)置换了Na+,导致这2种溶液混合试样的膨胀性能均小于2mol/L NaCl溶液混合试样,表明Ca~(2+)和Mg~(2+)等二价阳离子对钠基膨润土的膨胀性有较强的抑制作用.     

压实钢渣-膨润土覆盖防渗材料试验研究

为了实现钢渣在工业固废堆场覆盖层中的应用,采用膨润土改良钢渣的防渗性.通过柔性壁渗透试验,测量压实钢渣-膨润土混合材料的饱和渗透系数k_s.结合压汞法、X射线衍射和扫描电镜技术,分别观察试样的孔隙分布、蒙脱石矿物层间距和矿物形态,从微观尺度分析k_s的影响机理.提出满足防渗层渗透性要求(k_s≤10-9 m/s)的配方与制备方法.结果表明,膨润土预水化处理使试样的k_s降低至未处理试样的1/2.改良钢渣级配后,钢渣颗粒间的大孔隙比例降低,使试样的k_s降低至不良级配试样的1/5.钢渣掺和怀俄明膨润土试样的k_s和孔隙分布与掺和钠化钙基膨润土试样的相似.钢渣的高盐浸出液使蒙脱石层间距增大、结合水减少,对膨润土的渗透溶胀起抑制作用;钢渣水洗处理可以缓解该抑制作用,减少蒙脱石团簇的产生,使试样的k_s降低至未处理试样的1/10.     

膨润土对双轮铣水泥土搅拌墙体强度和渗透特性的影响

膨润土浆液常作为地下工程双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）的铣削液来改善土体搅拌均匀性和维持槽壁稳定。通过室内试验研究膨润土水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数等特性随膨润土掺入量的变化情况,并结合压汞试验分析掺入膨润土对水泥土微观孔隙特征的影响,探讨掺入膨润土后试样孔隙比的变化与水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数的内在关联。结果表明,掺入膨润土可显著降低水泥固化砂土和粉土的渗透系数;掺入膨润土还能提高无侧限抗压强度,砂土试样的无侧限抗压强度增幅较水泥固化粉土试样更大;固化土无侧限抗压强度和孔隙比与水泥掺量的比值近似呈幂函数关系;膨润土能有效填充孔隙,同时与水泥水化产物发生化学反应,改变水泥土孔隙分布;掺入适量的膨润土可改善水泥土试样承强防渗效果,在固化粉土和砂土试样中膨润土的适宜掺入量分别为5%和2.5%~5%。     

膨润土持水特性试验研究及其SEM微观定性分析

膨润土作为缓冲或回填材料,具有吸水性极强、膨胀性较大、渗透性极低等特性。膨润土在饱和状态与非饱和状态之间转换时,因其湿胀干缩产生的裂缝会导致工程屏障受到破坏。因此,对具有高膨胀性的膨润土的持水特性及微观结构特征进行试验研究显得非常必要。分别运用滤纸法和饱和盐溶液蒸汽平衡法对膨润土进行了持水特性试验研究,得到了不同吸力范围内膨润土的土-水特征曲线;联合用蒸汽平衡法和扫描电子显微镜(SEM)对特定吸力点(367.54、149.51、71.12、38.00 MPa)的膨润土试样进行扫描电镜试验研究。膨润土的持水特性试验结果表明,滤纸法和饱和盐溶液蒸汽平衡法测得的土-水特征曲线均随吸力的增大而减小。根据滤纸法量测的试验数据,运用origin软件获得了Fredlund and Xing(1994)提出的模型参数,通过建立模型参数与干密度之间的关系,给出了膨润土的土-水特征曲线的预测公式。膨润土的微观定性分析表明:随着吸力的增大,膨润土集聚体逐渐增大,膨润土颗粒之间也越紧密;孔隙数量随着吸力的增大而减少、孔径也随吸力的增大而减小。     

孔隙数量及空间分布对砂岩三轴抗压强度影响分析

为了弥补三轴压缩状态下孔隙岩石三维建模的缺陷,以砂岩为研究对象,通过对取样砂岩加工的标准圆柱试样进行试验,得到砂岩的力学参数及孔隙率,使用FLAC3D软件及自带的FISH语言建立与实际砂岩孔隙率相等的砂岩标准圆柱试样随机孔隙模型。以此模型为基础,应用数值模拟试验方法,通过三轴模拟试验进行孔隙数量和孔隙空间分布对孔隙砂岩强度影响的研究。结果表明：随着孔隙数量增加,孔隙率增大,砂岩三轴抗压强度降低,同一围压下的三轴抗压强度呈现指数递减趋势,并得出了拟合公式;孔隙率不变时,不同孔隙空间分布模型的三轴抗压强度误差在5%以内,即可认为孔隙空间分布对砂岩三轴抗压强度没有明显影响。研究结果可为孔隙岩石三轴抗压强度评价提供参考。     

有压冻融土体孔隙水压力变化试验研究

基于室内试验,开展了周期温度边界和上覆荷载共同作用下土体内部孔隙水压力变化及变形发展规律研究.结果表明：土体内部孔隙水压力的变化同时受到温度、上覆荷载以及冻融周期等因素的综合影响.融化过程中,孔隙水压力在短时间内快速增大后消散.冻结过程中,孔隙水压力先增大后减小.孔隙水压力变化幅度随上覆荷载的增大而增大,在冻融周期为8 h温度边界条件下,上覆荷载由50 kPa增加至150 kPa,试样高度77 mm处孔隙水压力平均变化幅度由13.4 kPa增加至46.0 kPa.冻融周期越大,孔隙水压力的变化幅度越大.在周期温度边界和上覆荷载共同作用下,试样竖向变形呈现阶梯型发展趋势,且量值主要受上覆荷载影响.荷载相同时,冻融周期对试样最终竖向变形值影响较小,上覆荷载为100 kPa时,冻融周期4 h和8 h温度边界条件下试样的最终竖向变形分别为10.5 mm和11.2 mm.     

PAA-Na改性膨润土在酸碱盐溶液中的渗透性

针对高盐或强酸碱溶液中以膨润土为主材的防污屏障的阻控效果因膨润土膨胀性和抗渗性的降低而劣化的问题,采用聚丙烯酸钠（PAA-Na）对国产钠化钙基膨润土进行改性,提高膨胀性和防渗性. 通过自由膨胀试验和改进滤失试验,研究不同浓度的NaCl溶液和酸碱溶液对聚丙烯酸钠改性膨润土PB2、PB5、PB10、PBHV5和美国怀俄明天然钠基膨润土的膨胀特性、渗透特性的影响规律. 结果表明,在酸碱盐溶液中PB10的膨胀特性和渗透性优于怀俄明膨润土,PBHV5与怀俄明膨润土相近. pH=2的强酸条件和pH=12的强碱条件会降低PBHV5和PB10的膨胀性和抗渗性,pH=3~11的酸碱溶液对两者的影响很小. 在酸碱溶液和低浓度（≤20 mmol/L）盐溶液中,由于晶层结构层剥离,3种膨润土渗透系数随着膨胀指数和孔隙比的增大而增大;在中高浓度（>20 mmol/L）盐溶液中,膨润土膨胀性降低,渗流通道增多,产生了渗透系数随膨胀指数和孔隙比的减小而增大的现象. 在所研究的聚合物掺量（2%~10%）下,膨润土抗渗性和化学相容性随着聚合物掺量的增大而提高,若目标取得优于美国怀俄明天然钠基膨润土的特性,聚合物掺量须不低于5%.     

不同水泥掺量胶结钙质砂的导热性能及微观结构分析

钙质砂的导热性能影响周围土体的传热过程,引起不同环境温度下钙质砂的工程力学性能变化及灾害效应。基于热针法分析5种不同水泥掺量（P_s=5%、7.5%、10%、12.5%、15%）胶结钙质砂的导热系数变化规律,利用SEM、MIP、NMR技术综合揭示该过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释热特性演化的微观机理。试验结果表明：胶结钙质砂的导热系数λ随水泥掺量P_s的增大而递增,P_s小于10%时,λ呈线性递增,P_s大于10%时,λ增长缓慢;随着水泥掺量P_s的增大,胶结钙质砂中孔隙数量越来越少,孔隙占比下降明显,但P_s增大到10%后,总孔隙面积、孔隙数量、孔隙率等微孔隙结构参数变化减缓;不同水泥掺量胶结钙质砂的导热系数λ与其微观孔隙结构变化呈负相关关系,本质原因在于凝胶状的水泥水化产物连续填充了胶结钙质砂孔隙,降低了其孔隙率,改善了砂样内部传热,宏观表现为其导热系数λ随水泥掺量P_s的增大而增大。     

南京粉砂三轴压缩过程中的三维孔隙结构演化特征

砂土三轴剪切过程中细观孔隙结构演化与其宏观力学性质之间存在着紧密联系。基于南京大学自主研发的微型三轴仪,对南京粉砂试样进行了三轴剪切试验,利用显微CT扫描,获得了加载过程中试样的三维孔隙结构演化特征。结果表明:试样表现出应变软化-硬化型的应力-应变关系曲线;端部摩擦阻碍试样体积膨胀,发生鼓形区状破坏;试样整体体孔隙率从初始的46.3%减小到40.9%,后增大到43.0%附近,且试样破坏区孔隙率显著增大;统计区状破坏区表征单元体孔隙参数,发现破坏前孔隙被压密消失,孔隙数量减少32.4%,平均孔隙半径减小48.8%,导致孔隙半径分布趋于集中,破坏后破坏区域内出现大量大半径的孔隙;颗粒间错动导致颗粒棱角破碎,使孔隙形状趋于规则。     

孔隙水溶液浓度对膨胀土膨胀特性的影响

通过开展恒体积膨胀压力试验与有荷膨胀率试验,研究了孔隙水溶液浓度对膨胀土膨胀特性的影响.试验结果表明,随着溶液浓度的增大,膨胀压力降低;相同浓度溶液制作的试样,分别浸入不同浓度的溶液,一种浓度小于制样所用浓度,另一种与制样溶液浓度相等,最终所得的膨胀压力与膨胀应变均很接近.通过对孔隙水赋存状态的分析表明,试验结果均符合渗透压理论.     

砂岩储层的毛管压力曲线反演模型

储层孔喉分布是储层评价的重要研究内容。储层孔隙度和渗秀是储层微观孔隙结构特征的宏观综合表现。通过对来自吐哈、辽河、胜利和四川德阳等地区油气田393个砂岩样品汞测试资料及物性数据的多元统计分析研究,成功地发现了对于砂岩储层,孔隙度和渗透率（特别是渗透率）与岩样不同孔喉大小的体积分布有密切的相关性,建立了毛管压力曲线反演模型,即储层孔喉体积分布预测模型,解决了在一个地区部分层段、部分井因缺乏压汞测试样品或岩芯资料给储层孔隙结构研究带来的困难,有利于正确评价工区储层孔隙结构的非均质性。     

Analysis of Pore Structures and Their Relations with Strength of Hardened Cement Paste

Three cement samples were prepared, including OPC consisted of 100wt%^ portland cement. PFA consisted of 70wt% portland cement and 30wt% fly-ash, and CA consisted of 70wt% portland cement and 30wt% modified fly ash. The strength of hardened cement paste of these samples was tested and their pore structures were determincd by a mercury intrusion porosimeter. Moreover, the data of the pore structures of three samples were comprehensively analyzed. The relations between the pore structures and the compressive strength of the three samples were studied. The experimental results show that the relations between the porosity determined by the mercury intrusion porosimeter and the compressive strength are not notable, and the total pore surface area, the average pore diameter and the median pore diameter could be used to explain the difference of the strength of the tested samples.     

小麦秸秆／改性膨润土基高吸水性树脂的制备

为了提高树脂的吸水率、抗盐性和重复吸水后的凝胶强度,本研究将预处理后的小麦秸秆,通过水溶液聚合法与丙烯酸、丙烯酰胺、 改性膨润土共聚合成高吸水性树脂。探讨交联剂用量、引发剂用量、单体质量比、丙烯酸中和度、预处理后的小麦秸秆和膨润土用量等单因素对树脂吸水率和吸盐水率的影响,并确定了合成的适宜条件。通过红外光谱对预处理后的小麦秸秆和合成的高吸水性树脂的结构进行了分析,对比了最佳条件下添加和不添加改性膨润土所制备的高吸水性树脂的吸液率、重复吸液率和重复吸液后的凝胶强度。结果表明:最佳条件下制得的树脂在蒸馏水和0.9 ％盐水中的吸液率分别为195.7g?g-1和24.2g?g-1,且最佳条件下添加改性膨润土比没有添加所制备的高吸水性树脂在吸液率、重复吸液率和重复吸液后的凝胶强度方面都明显改善。     

鄂尔多斯盆地东缘煤储层渗流孔隙分形特征

基于压汞试验,分析了鄂尔多斯盆地东缘14个矿区56件煤样储层孔隙的分形特征,通过分维数与煤储层渗透性的比较,得出孔隙体积分维数与煤储层渗流孔隙的渗透性关系.结果表明,煤储层压汞孔隙分形尺度为孔直径86 nm～1 000μm,体积分维数2.75～3.24,在区域分布上呈自北向南降低的趋势,与煤变质程度、灰分、矿物含量呈负相关关系,与水分、中孔含量及视孔隙度(>5%)呈正相关关系.储层渗透性的分形表征与分形维数、分形尺度及分形孔隙的分布连通性多因素相关,但在储层孔隙率较低的情况下,分形孔隙的分布连通情况对渗透性起决定性作用.     

Fractal characterization of pore microstructure evolution in carbon/carbon composites

A fractal characterization approach was proposed to research pore microstructure evolution in carbon/carbon (C/C) composites during the chemical vapor infiltration process. The data obtained from mercury porosimetry determinations were analyzed using the sponge fractal model and the thermodynamics relation fractal model, respectively. The fractal dimensions of C/C composites at different densification stages were evaluated. The pore microstructure evolution with densification time was studied by fractal dimension analysis. The results showed that C/C composites belong to porous fractal structure. The fractal dimensions increase on the whole with decreasing porosity as the densification proceeds. The fractal dimensions are influenced by the texture of pyrocarbon and decrease with increasing anisotropy from isotropic pyrocarbon to high textural one. Both the complicacy of pore structure and the textural morphology of pyrocarbon can be represented simultaneously by the fractal dimension. The pore evolution of C/C composites in the densification process can be monitored using fractal dimension. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50742008)     

Effect of Sand Content on Strength and Pore Structure of Cement Mortar

The effects of four sand contents on the compressive, flexural and splitting-tensile strength of cement mortars were evaluated. Moreover, we experimentally investigated the pore structure of cement mortar brought about by changing the sand content and water/cement ratio. The changes in the pore structure were quantified by measuring the porosity and pore size distribution obtained by using mercury intrusion porosimetry(MIP) technique. The test results show that the strengths of cement mortar increase with increasing sand content. It is also suggested that the traditional water/cement ratio law can be applied to cement mortar with different sand contents, provided that a slight modification is introduced. Sand content is an important parameter influencing the pore structure of cement mortar. Moreover, there is a good relationship between the pore structure and strength of cement mortar.     

高孔隙度砂岩储层中砂体成因类型、孔隙结构与渗透率的关系

在高孔隙度砂岩储层中，由于孔隙类型多样化、结构复杂、孔隙度与渗透率的相关性较差，给渗透率的预测带来较大的困难。从沉积学入手，利用砂体成因分析和储层各种微观测试手段（铸体薄片、压汞分析和显微图象分析等），结合数理统计方法，找出砂体成因类型、孔隙结构和渗透率之间的对应关系。砂体沉积时，沉积环境（水动力条件）控制了砂岩中孔喉等效半径分布规律。其中，粗喉（１０～６０μｍ）体积分数是决定高孔隙度砂岩储层渗透率的关键所在。根据砂体成因类型可以预测其孔喉等效半径和相应渗透率值的经验数据     

陕甘宁盆地中部气田奥陶系碳酸盐岩储层孔喉大小与孔隙度和渗透率间的关系

本文根据现有的压汞测试样品，利用多元回归分析，建立了陕甘宁盆地中部气田奥陶系同层段的不同进汞饱和度时的孔喉大小与孔隙度和渗透率间的经验公式．这种方法有可能利用常规岩心分析数据推测样品的毛管压力曲线和孔喉大小及分布．     

四川某气田蓬莱镇组储层特征及影响因素

该气田处于四川盆地川西坳陷上，储层岩性主要为褐灰色、灰色、灰绿色细粒岩屑砂岩和岩屑石英砂岩；粘土矿物主要为绿泥石／蒙脱石混层和伊利石；储层具中-低孔隙度、渗透率的特点，属常规一近致密储层；气藏储层岩石的孔隙类型主要有粒间孔、粒间(内)溶孔及少量晶间微孔，其中对储层储集性贡献最大的为粒间溶孔与粒间孔．影响蓬莱镇组气藏储层孔隙结构及储集性的因素有岩相、岩性条件及成岩作用．