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。     

红粘土的强度机理

从红粘土的水敏性、密实程度与胶结作用这三方面对其抗剪强度的影响进行了试验,研究发现:随着干密度的增大,红粘土的抗剪强度与粘聚力也有了较大的提高,而内摩擦角在干密度较大情况下随含水率变化较为明显。为了探究胶结作用对红粘土抗剪强度的影响,用丙三醇溶液替代水溶液配制土样进行试验,发现胶结物质减少的红粘土试样,其抗剪强度也有了明显的降低,进一步从胶结作用对红粘土的影响方面分析了红粘土的强度变化规律。     

红粘土的强度机理

从红粘土的水敏性、密实程度与胶结作用这三方面对其抗剪强度的影响进行了试验,研究发现：随着干密度的增大,红粘土的抗剪强度与粘聚力也有了较大的提高,而内摩擦角在干密度较大情况下随含水率变化较为明显。为了探究胶结作用对红粘土抗剪强度的影响,用丙三醇溶液替代水溶液配制土样进行试验,发现胶结物质减少的红粘土试样,其抗剪强度也有了明显的降低,进一步从胶结作用对红粘土的影响方面分析了红粘土的强度变化规律。     

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。     

含水合物细粒土的渗透特性

含水合物储层的渗透率是影响开采水合物效率的重要物理参数。为了研究水合物赋存对赋存沉积物渗透性的影响规律,参照南海神狐海域水合物赋存区的沉积物的颗粒级配,配制了试验土体,并合成了含四氢呋喃水合物细粒土,并且基于稳态法测试了含不同水合物饱和度沉积物试样的渗透率。试验结果表明,该试验含水合物细粒土的渗透率介于11.41mD和61.63mD之间;随着水合物饱和度增加,含水合物细粒土的相对渗透率明显下降,主要是由于水合物的形成填充了沉积物孔隙,减小了孔隙率,此外,水合物还有可能阻塞流体渗流关键通道,从而减小了渗流率;采用现有渗流模型对试验结果进行了对比,发现与Masuda模型(N=3)最为近似。     

有色金属尾矿泥浆沉降的微细观机制

由于堆存于尾矿库中的尾矿泥浆长期处于流动状态,是重大的危险源。因此针对尾矿泥浆进行了一系列沉降试验,利用Malvern-3000激光粒度仪对其沉降过程进行粒度分析,试样沉降稳定后进行了核磁共振(NMR)试验.试验结果表明,盐溶液能够增加尾矿泥浆的絮凝沉降和阻碍沉降阶段的持续时间,降低尾矿泥浆的初始沉降速度;尾矿泥浆在盐溶液中的稳定孔隙比小于在蒸馏水中的稳定孔隙比;激光粒度仪试验表明,在相互阻碍沉降阶段,随盐溶液中阳离子浓度增加,尾矿泥浆絮凝体直径变小;核磁共振试验表明,在盐溶液中的沉降稳定阶段,尾矿泥浆的结合水向自由水转变.试验结果表明盐溶液对尾矿泥浆的沉降过程存在影响,可以考虑通过对絮凝剂改性的方式来添加阳离子,增加洗矿过程中的工作效率,加速尾矿泥浆在尾矿库中的自固结速度     

粉土中CO2水合物的稳定性条件

测定纯CO₂水合物和干密度为1.40、1.50、1.65 g·cm^-3粉土中CO₂水合物的稳定性条件。通过实验数据的对比分析,表明了粉土孔隙效应对CO₂水合物稳定性条件具有重要影响,较于纯水合物,粉土中水合物稳定性压力更高、温度更低。另外,比较了不同初始分解温度下1.50 g·cm^-3粉土中CO₂水合物的稳定性条件,证明了水合物初始分解温度会对沉积物中水合物的稳定性条件测定产生影响。最后,基于修正的van der Waals-Platteeuw３的进气值为１０ｋＰａ,当吸力大于进气值点后,土体由饱和状态进入非饱和状态;土体持水量随着吸力的增加而减小,失水后试样发生收缩变形,考虑土体体积变化后的土－水特征曲线,更能反应其真实持水性,当吸力为３６７ＭＰａ时,试样含水量为０.７６％,可认为当吸力增加至１０^６ｋＰａ后,土体持水量趋于０。