不同煤矸石替代率的生态混凝土性能试验研究

试验通过用煤矸石替代普通碎石作为骨料来制备煤矸石型生态混凝土,研究了植生型和透水型生态混凝土在不同替代率下的抗压强度、pH值、孔隙率等指标.试验表明:通过添加自主研制的ZS型外加剂,煤矸石型生态混凝土试件的强度、pH值、孔隙率均能满足工程的要求,可以进行应用和推广.     

浅埋煤层开采突水溃砂两相流的耦合数值研究

为探究浅埋煤层开采上覆含水松散层水砂两相流动规律,采用基于离散元软件PFC^3D和有限元软件GID的耦合数值方法,模拟了上覆岩层中预制理想单裂隙在不同开度和倾角条件下突水溃砂全过程,分析了裂隙通道所受接触力、水流速度、水砂间拖曳力随时步的变化规律。结果表明：裂隙开度和倾角会改变突水溃砂过程中水砂突涌类型,对覆岩所受接触力、水流速度及其稳定所需时间产生较大影响,水砂间拖曳力主要受裂隙倾角的影响。裂隙通道入口处即上覆岩层的顶层在突水溃砂初期所受接触力最大,处于最危险状态;水流速度稳定值和流动稳定所需时间分别与裂隙倾角和开度成线性相关;对比裂隙通道底面侧,倾向侧水砂间拖曳力较大,水砂突涌更加剧烈。     

上覆岩层裂隙演化逾渗模型研究

基于裂隙聚团演化过程表现出的临界特征,利用逾渗理论,建立上覆岩层的逾渗模型,并分别分析沿走向和倾向条件下采动裂隙的逾渗特性.根据相似模拟试验结果,分析采动裂隙演化逾渗特性及周期来压之间的关系.结果表明:所建逾渗模型中逾渗概率、裂隙率、逾渗团大小、竖向破断裂隙概率、离层裂隙概率可以较为完备地定量描述裂隙特征,为建立裂隙与渗透率等相关参量的定量关系提供合适的数学载体.     

低渗煤岩气液两相流分形运动方程

煤岩等多孔介质中毛细管气液两相流规律是解决渗透率理论表达的认识基础,也是揭示低渗机制必经路径。基于微纳米尺度上的毛细管分形结构,具体为纵向上建立分形迂曲度模型与横向上建立分形截面模型,定量解析低渗煤岩孔隙结构。分析了基于Hagen–Poiseuille方程与毛管压力公式的迂曲度定义差异,后者结合压汞实验更适用于微米尺度以下孔道渗流描述。基于分形标度关系,分析了长径比、迂曲度分维对分形影响系数的影响。开展了煤岩压汞试验,计算得到平均迂曲度与分维,并定义二者乘积为迂曲度系数。基于Carman–Kozeny方程推导了毛细管截面分形结构方程,包括周长分维与面积分维理论表达式。建立了气液两相驱替模型,基于Washburn运动方程,推导了界面位置与速度的分形运动方程。基于Nano–CT重构了低渗煤岩纳米-微米孔隙结构,获得了孔径与孔隙体积分布,结合分形模型计算了面积分维与周长分维。最后基于NMR实验开展了两相N2–H2O驱替实验,获得了实验驱替下界面运动距离与速度分布。结果表明:毛细管分形结构可作为解释低渗机制的几何桥梁。迂曲度系数可全面反映迂曲度与迂曲分维的影响,近似与渗透率呈线性关系。验证了分形截面模型的可靠性,指出煤岩低渗机制尚应考虑分形截面粗糙度系数的影响。通过驱水信号分布证实了分形运动方程的有效性。     

考虑温度和体积应力的分数阶蠕变损伤Burgers模型

盐腔是石油、天然气和高放射性核废料深地储存的理想屏蔽围岩,考虑到深地盐岩地层中温度和体积应力联合影响,基于细观概率体元强度的威布尔(Weibull)分布构建损伤变量,利用Drucker-Prager强度准则描述微观线弹性脆性破坏,引入考虑塑性损伤的广义胡克定量描述样品尺度损伤,从而建立三轴压缩条件下静态本构模型.进一步...     

三维空间岩石裂纹分形曲线的分维估算

基于三维空间中岩石裂纹扩展形态的随机性与空间性,根据盒维数直接定义,提出δ-直角三角面积覆盖法,并通过Koch曲线验证。同时根据分形插值理论构造空间分形曲线,建立空间分形曲线的矢量模型。利用面积覆盖法分别对生成的空间分形曲线与其投影平面分形曲线计算分维。矢量分维值分量的不同反映空间分形曲线在各个方向上粗糙度的差异,从而造成各向异性,最终影响材料的力学特性,矢量分维的建立为进一步研究裂纹对岩石材料特性的影响提供了一个新方法。