《土力学》课程的基本特点及教学方法的探讨

土力学是土木工程、水利工程等专业非常重要的一门基础课程,土力学的掌握程度的好坏反应了学生专业素质。本文首先从土力学创立、研究对象、理论实践性、系统完整性分析了土力学课程的特点,并且对土力学的教学方法进行了探讨。     

含水合物细粒土的强度和变形特性

天然气水合物是一种巨大能源,深刻刻画水合物储层的力学性质是安全开采气体的重要前提。目前对含水合物沉积物力学特性的研究主要针对粗粒土,而对于细颗粒沉积物研究较少。然而,中国南海神狐海域水合物储层区的沉积物是泥质粉细砂型。基于此,参照神狐海域水合物赋存区沉积物的物理性质配制了试验土样,形成了含四氢呋喃(THF)水合物细粒土,对其进行了三轴剪切试验。结果显示:在低围压和高水合物饱和度下,含水合物细粒土试样的应力应变曲线呈现应变软化,而在高围压和低水合物饱和度下表现为应变硬化;含水合物细粒土随剪切作用表现出剪缩效应;强度和刚度随着水合物含量和围压增加而提高;水合物含量的增加明显提高了黏聚力,但是对内摩擦角的影响很小。基于摩尔库伦强度准则,建立了破坏强度与围压和水合物饱和度间的关系,该关系式可以较好地预测强度的变化。     

考虑沉积物孔隙毛细效应影响的宏观相平衡模型

天然气水合物(以下简称水合物)的相平衡关系是水合物研究领域中的最基础的问题之一.沉积物的孔隙毛细效应对其中水合物的相平衡关系模型存在重要影响,应该在相平衡模型中进行考虑.本文对比分析了沉积物孔径大小分布特征对其非饱和状态下的气-水界面吸力和其中水合物相变过程中水合物-水界面吸力的影响机制,发现二者具有相似之处.据此,参考描述非饱和状态下沉积物的气-水界面吸力随水饱和度变化规律的V-G模型关系,建立了考虑相变过程中水合物-水界面吸力随水合物饱和度的变化规律的数学关系式.结合已有的van der Waals-Platteeuw热力学模型,建立了考虑沉积物毛细效应影响的宏观相平衡模型,并且给出了模型参数的确定方法.相比已有模型,该模型中的毛细效应势能项的参数不再涉及沉积物孔径大小等微观层面参数,而是通过有限的相平衡数据点来确定的宏观模型参数.最后,该模型预测了CH_4水合物和CO_2水合物在多孔介质中的相平衡条件,通过与试验数据点进行对比,说明该模型能有效预测沉积物中水合物的相平衡条件.