脱湿过程中红黏土热导率的变化试验研究

自然状态下岩土体中的三相组成处于动态变化之中,对土体热传导性能的准确测试造成困难,通过热导率脱湿曲线(TCDC)可间接获取土体的传热性能。为此,以桂林红黏土为研究对象,采用压力板仪和KD2 Pro土壤热特性分析仪,研究了红黏土在脱湿过程中热导率的变化规律。试验结果表明:在进气值之前,土体饱和度不变,3种干密度的土体热导率都有小幅度增加,此阶段主要与吸力变化引起的土体密实度变化有关;当吸力超过进气值后,热导率随饱和度减小逐渐减小,此阶段含水率为影响热导率的主要因素。基于热导率试验结果,采用Lu模型和William模型对红黏土脱湿过程中热导率变化曲线进行拟合,整体上2模型对试验结果拟合较好,可以用于红黏土脱湿过程中热导率变化的模拟。     

水合物形成对含水合物砂土强度影响

采用非饱和成样法（A法）和饱和试样气体扩散制样法（B法）两种试验室方法,合成了含CO₂水合物的砂土试样,并采用改造过的三轴剪切试验仪完成了相应的三轴剪切试验。实验结果表明：A法制得试样强度和刚度随水合物饱和度增大而增大,且相当敏感;而B法制得试样在水合物饱和度为19.44%与纯砂土的力学特征差别很小,在较高饱和度（26.73%）时,含水合物砂土的强度和刚度就有了较为明显提高;由此可以得出含水合物砂土的强度特征是水合物含量和水合物于砂土中赋存状态联合决定的;同时也发现随着水合物饱和度的增大,试样的剪胀性越来越明显。最后,通过对A法制得试样的强度参数分析表明：含水合物砂土的黏聚力随饱和度的增大而提高,而摩擦角基本不变。     

低场核磁共振在研究四氢呋喃水合物形成过程中的应用

目前关于含四氢呋喃（THF）水合物形成过程的研究多采用间接法,由于这些方法都不是直接测量反应物或生成物的量,其研究结果受实验环境、仪器精度以及计算误差的影响较大。为此,突破传统的检测技术手段,采用低场核磁共振技术研究了19%THF水溶液从室温开始到水合物形成过程中试样的T₂时间（氢核横向弛豫时间）分布和核磁总信号量随温度的变化,以探讨THF水合物形成过程的特征。实验结果表明：T₂分布和核磁总信号量均与温度有较好的相关性,说明THF水合物的生成与温度密切相关。根据核磁总信号的变化将THF水合物的整个生成过程划分为4个阶段：初始期、诱导期、加速生长期和稳定期：在诱导期阶段的物质组成具有随机性,有水合物簇出现,但这些水合物簇不稳定,随机的分解和长大,导致此阶段的核磁总信号有一定的波动。当经过诱导期后,水合物簇尺寸达到晶核临界尺寸,水合物开始大量生成。且随着水合物的生成,THF溶液逐渐消耗,生成速度逐渐变慢,直到达到稳定期。     

非饱和土耦合本构模型的三维化

非饱和土本构关系模型通常是建立在修正剑桥模型的基础上,并采用了广义的von Mises准则,以描述非饱和土在一般应力状态下的本构行为。该准则假设在π平面上屈服面是个圆形,高估了土体除三轴压缩以外的强度,在平面应变中也会错误估计中主应力比。空间滑动面破坏准则（SMP）考虑了第三应力不变量的影响,屈服面在π平面上为曲边三角形,可以较好地描述一般应力状态下土体的剪切屈服和破坏特性。采用变换应力方法,将SMP准则应用到最近建立的非饱和土耦合本构模型中使其合理的三维化,能够有效地将模型从轴对称应力状态扩展至一般应力状态。根据与试验结果对比表明,改进后的模型在不增加任何参数的情况下,能够较好地模拟非饱和土在三轴伸长等一般应力状态下的行为特性。     

氯化钠溶液对膨胀土膨胀力及孔隙分布影响的研究

利用常规三轴固结仪,进行了一系列膨胀力实验,研究了不同浓度氯化钠溶液对不同初始干密度试样的膨胀力的影响,并且利用核磁共振仪,探究了完成膨胀力试验后试样孔隙分布的情况。试验结果表明:在干密度不变的情况下,随着盐浓度增加,膨胀力逐渐减小;盐浓度越大,T_2曲线分布整体往右移,说明大孔隙体积增加,小孔隙体积减小。分析试验结果认为:在相同干密度下,随着盐浓度增加,Donnan渗透压逐渐减小,导致膨胀力降低;在体积保持恒定的情况下,由于膨胀力降低,必然导致内部膨胀力相应减小,所以孔隙被填充的体积减小,使得大孔隙较多,因此随着盐溶液浓度增加,同一干密度试样的T_2曲线向右移动。     

天然气水合物开采的土力学问题：现状与挑战

有效确定含天然气水合物（以下简称水合物）沉积物的工程力学特性并厘清其随水合物分解过程的变化规律，是实现水合物安全、高效开采的前提和保证。为此，围绕水合物开采过程所涉及的关键土力学问题，从物理力学特性的关键测试技术、沉积物的力学特性、含水合物沉积物的物理力学模型、水合物开采过程土力学多场耦合数值模拟等方面，分析和评述了国内外最新相关研究现状、存在的缺陷与不足，进而探讨了上述研究方向未来的发展趋势。结论认为,尽管经过20多年来的发展，有关水合物开采的理论、方法和技术均取得了显著的进展，但从岩土力学的角度来看，目前仍然面临着以下挑战：①大尺度含水合物沉积物试样的人工制备；②含水合物沉积物微细观组构的精细探测与定量表征；③组构变化对含水合物沉积物力学特性的影响机理与规律；④开采扰动下，流沙发生的条件及对储层稳定性的影响机制；⑤开采扰动下，多相多组分含水合物储层的多过程耦合问题；⑥水合物分解/生成条件下，含水合物沉积物的本构响应；⑦有关水合物开采过程数学模型的适定性问题；⑧高效稳定的水合物开采过程数值模型的全耦合解法。