基于CT技术的混凝土孔隙结构冻融损伤试验

运用电子计算机断层扫描(CT)技术对经历冻融循环后的混凝土试样细观损伤过程进行实时扫描,获得二维断层扫描图像。在此基础上,运用图像处理技术对孔隙结构进行三维重建,得到不同冻融循环次数下试样内部孔隙结构的空间分布特征与演化规律,以此分析孔隙结构与单轴抗压强度之间的关系。运用分形理论对冻融环境下试样孔隙结构与冻融循环次数的关系进行定量化描述。研究结果表明:试样内部孔隙的结构分布特征和演化规律与其力学性质和宏观破损特征密切相关。在冻融循环作用下,混凝土孔隙率随冻融循环次数的增加而逐渐增大,并与单轴抗压强度呈负相关;混凝土试样孔隙盒维数呈现初期降低后期增加的变化规律,即在孔隙结构的扩展经历了复杂无序—单一有序—复杂无序的演化过程。     

高地温喷射混凝土宏细观损伤特征试验分析

高地温是中国深部地下工程开发中普遍存在的现象之一,高地温喷射混凝土的损伤问题已成为中外研究的热点与难点问题。在现有研究成果的基础上,通过喷射混凝土试件单轴压缩、巴西劈裂、超声波测试以及CT扫描试验,采用波速定义相对损伤量,采用抗压强度、拉压比、孔隙比作为喷射混凝土损伤的宏细观表征参数,分析不同围岩温度条件下喷射混凝土的抗压强度、拉压比、孔隙比、相对损伤量的演化规律。结果表明：喷射混凝土的拉压强度均随着温度的升高逐渐弱化,抗压强度对温度的变化更加敏感;波速与温度呈现线性负相关,而相对损伤变量与温度呈现非线性正相关;温度升高导致喷射混凝土内部孔隙分布密集化,空隙之间贯通,形成初始缺陷,引发温度损伤加剧。研究结果为中国高地温环境下隧洞安全施工与运营提供理论依据。     

高温下混凝土孔隙压力测量方法的研究及设备研制

高温下混凝土易发生爆裂,影响爆裂的因素之一就是混凝土中孔隙蒸汽压力的变化.通过研制混凝土中孔隙压力测量装置,设计试验测量升温过程中孔隙压力的变化,分析了混凝土试块在高温下内部温度和孔隙压力的关系.     

聚丙烯纤维混凝土高温后的孔隙结构特征研究

以吸附-凝聚理论为基础,采用氮吸附法研究聚丙烯纤维混凝土在不同温度下的孔隙结构特征.通过分析试样的吸附-脱附等温曲线特征、孔径分布、比表面积,探讨了高温作用以及聚丙烯纤维对混凝土孔隙结构的影响.试验结果表明:经历不同温度的混凝土,其硬化水泥砂浆试样中均存在两端开口的孔隙,且温度越高开口孔隙的孔径越大,连通性更强.经历高温后,混凝土孔隙结构发生了改变,孔径大于200nm的孔隙数量显著增多,孔径小于50nm的孔隙相应减少,最可几孔径显著增大.经历高温前,聚丙烯纤维混凝土试样的比表面积均小于普通混凝土,最可几孔径则差别不大.与普通混凝土相比,聚丙烯纤维混凝土中小孔分布较少,而孔径较大的孔分布更多.经历高温后,纤维混凝土试样的孔径分布规律和比表面积与普通混凝土接近.     

铝用石墨质阴极不同焙烧温度下孔隙结构演化

采用图像分析方法研究铝用石墨质阴极在不同焙烧温度下孔隙结构特征及其演变,考察孔隙率、孔径分布、形状因子、视孔隙比表面积、连通性等参数的变化规律和孔隙复杂度的分形特征.结果表明:随着焙烧温度增加,孔隙率逐渐增大,而视孔隙比表面积、形状因子和连通性呈先减小后增大趋势;石墨质阴极试样不同温度下焙烧生成孔隙均符合分形规律,借助图像分析孔隙结构参数和分形维数可界定不同典型焙烧温度下阴极孔隙结构的演变特征,并据此提出相应的孔隙特征演化模式.     

孔隙混凝土损伤破坏的数值模拟

利用MATLAB数值分析软件模拟生成随机孔隙,借助APDL程序将孔隙坐标及孔径导入ANSYS软件进行有限元分析。建立孔隙混凝土细观单元的二维数值模型,用单元生死技术模拟混凝土孔隙的损伤破坏过程,研究孔隙率对混凝土力学行为的影响。结果表明:混凝土内部的孔隙率影响混凝土的损伤破坏行为,在混凝土内部孔隙密集的地方容易出现应力集中现象;混凝土的孔隙率越大,混凝土损伤破坏越严重,弹性模量越小,反之混凝土的孔隙率越小;损伤破坏行为越轻,弹性模量越大。     

高温花岗岩遇水冷却后孔隙结构及渗透性研究

为研究20～600℃花岗岩遇水冷却后孔隙特征及渗透率变化规律,采用压汞法测试了样品的孔隙结构特征,采用瞬态脉冲衰减法测试了样品的渗透率,并将实测的渗透率与基于Katz-Thompson模型(简称"K-T模型")计算所得的渗透率进行了对比分析。结果表明:随着花岗岩温度的升高,遇水冷却后花岗岩的孔隙率及渗透率均呈现指数式增加,500～600℃是花岗岩遇水冷却后孔隙率及渗透率变化的阈值温度区间;高温花岗岩遇水冷却后形成的内部新孔隙以中孔为主,中孔含量的增加是花岗岩孔隙率及渗透率大幅提升的主要原因;基于K-T模型的渗透率预测值能够较好地反映真实渗透率的变化趋势。研究结果可为高温岩体地热开发工程的设计及施工提供参考。     

不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土力学性能试验研究

为进一步研究不同冻融介质下再生骨料透水混凝土冻融循环后的性能变化,分别以清水和3. 5wt%Na Cl溶液为冻融介质,分析比较了不同冻融环境下再生骨料透水混凝土透水系数、连续孔隙率、剩余抗压强度、CT扫描断面平均孔隙率随冻融循环次数的变化规律。试验结果表明,不同冻融介质作用下,再生骨料透水混凝土的透水系数、连续孔隙率、平均抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率的劣化程度均随冻融循环次数增加而逐渐增大,氯盐环境下更易引起再生骨料透水混凝土的冻融破坏;冻融循环作用下,再生骨料透水混凝土单轴抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率呈负相关,可通过测量冻融后再生骨料透水混凝土孔隙率来评估其剩余抗压强度,试验成果可为进一步研究冻融环境下再生骨料透水混凝土内部孔隙结构损伤特征及破损机理提供参考依据。     

孔隙对混凝土宏观力学性质的影响

目的研究混凝土孔隙结构参数对混凝土弹性模量、单轴强度等宏观力学性能及破坏规律的影响,建立混凝土细观结构参数和宏观力学特性之间的联系,为以后改善混凝土的力学性质打下基础.方法将混凝土看成由骨料、水泥砂浆以及两者之间的界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,并在水泥砂浆中引入不同孔径、孔隙率的孔隙,通过数值试验研究孔径、孔隙率对混凝土强度和弹性模量的影响规律.结果混凝土弹性模量在同一孔径下随着孔隙率的增长呈线性下降,在同一孔隙率下随着孔径增大呈对数下降;抗拉抗压强度在同一孔径(孔隙率)下随着孔隙率(孔径)的增长呈对数下降;初始孔隙率越大,材料达到峰值应力时新破坏的面积越小;多孔径作用下的宏观力学性质是单一孔径力学性质的积分.结论混凝土中孔径分布和孔隙率对其弹性模量和强度均有较大影响.孔隙率相同时,多种孔径作用下的混凝土宏观力学性质是单一孔径作用下的宏观力学性质的加权平均值.     

钙质砂颗粒内孔隙三维表征

南海钙质砂颗粒形状复杂,颗粒棱角突出且面孔隙与内孔隙结构发达.为了准确表征钙质砂内孔隙三维形态,本文借助高精度X射线μCT扫描技术,得到钙质砂颗粒高精度断层图像.通过对原始CT扫描断层图像切割、除噪、二值化等一系列操作,重构得到钙质砂颗粒三维图像.由于钙质砂颗粒外形不规则,因此直接提取其内部孔隙较为困难,本文通过对钙质砂颗粒的三维图像进行三维闭合运算等一系列算法的处理,较好地重构了钙质砂内部的三维孔隙.根据块状钙质砂颗粒的外表特征、内孔隙孔隙率的大小、孔径分布曲线形状以及分形维数的大小,可以大致将块状钙质砂颗粒分为两种类型.第1种类型块状钙质砂颗粒外表存在较多沟壑且内孔隙较为发达,第2种类型块状钙质砂颗粒内孔隙较不发达且连通性较低.两种类型块状钙质砂颗粒内孔隙的孔隙率与孔径分布曲线存在明显差异.同时研究发现,钙质砂颗粒内孔隙较好地符合三维分形特征,且分形维数的大小与孔隙率大小成正相关关系.为了深入地研究钙质砂颗粒内部孔隙的连通性,本文通过计算其距离图获得颗粒内孔隙的空间网络模型,对其分析得出,钙质砂颗粒网络模型的配位数分布大体趋势相同,由于两种钙质砂颗粒内孔隙形态的差异,配位数的分布也略有差异.     

基于正交试验下水温对泡沫混凝土性能的影响

为了排除多因素对试验结果产生的误差,研究了不同用水温度对泡沫混凝土性能和内部孔隙的影响,设置正交试验(三因素三水平)得出最佳的水胶比为0.6、粉煤灰最佳掺量为15％,胶粉最佳掺量为2％.在此基础上设置七个不同的水温温度(15、20、25、30、35、40、45℃),通过采集泡沫混凝土试件抗压强度、干密度、吸水率试验数据...     

东营凹陷南坡沙四上亚段滩坝砂岩有效储层成因

通过岩心观察、薄片鉴定、物性测试等技术方法,对东营凹陷南坡古近系沙河街组沙四上亚段滩坝砂岩储层特征、储层物性控制因素及有效储层成因进行研究。结果表明:储层主要为中、低孔储层;成岩作用类型多样,储集空间以原生孔隙为主,发育部分混合孔隙和次生孔隙;有利沉积条件是储层良好物性发育的基础,不同成岩作用类型及强度促使储层储集性能发生变化,油气充注、地层超压利于储层物性保存,其共同作用控制储层储集空间类型、分布组合及演化特征;有效储层其储集空间分布组合特征在纵向上具有分段性,1.0～2.0km储层受成岩作用影响小,常压原生孔隙的良好保存形成以原生孔隙为主的有效储层,2.0～3.1km储层溶蚀作用增加储集空间,地层超压、油气充注保存储集空间形成原生孔隙、混合孔隙、次生孔隙组合发育的有效储层,3.1～3.6km储层油气充注、地层超压继承性发育,保存原有储集空间形成以原生孔隙为主、发育部分次生孔隙的有效储层。     

基于图像处理的矿石颗粒三维微观孔隙结构演化

采用高精度显微CT技术及三维图像分析方法研究氧化铜矿石颗粒在酸浸前后内部微观孔隙结构特征及其演变,考察孔隙率、孔隙尺寸分布、孔隙连通度、孔隙分维等参数的变化规律。结果表明：酸浸后矿石颗粒的孔隙率明显增加,孔隙尺寸分布范围更广,出现一定比例的大孔隙,平均孔隙直径增加2~3倍;孔隙连通度在酸浸前基本为零,酸浸后明显增加,并在各方向上呈现空间变异性;孔隙分维数在浸出结束后也有所增大,且在一定范围内与孔隙率及平均孔隙直径呈指数增长关系。借助三维图像分析可实现矿石浸出过程中内部微观孔隙结构的定量描述,从而揭示矿石颗粒孔隙结构的演化规律。     

陆东凹陷后河地区下白垩统储层特征研究

从储层的岩石学特征、孔隙的类型和结构以及其物性等方面,对陆东凹陷后河地区下白垩统储层特征进行分析,认为储集层的成分和结构成熟度低。孔隙类型主要有残余原生粒间孔、次生孔、微孔隙和微裂缝四种,以次生孔为主要的储集空间,是油气主要的富集场所。孔喉以微细喉和特细喉为主,孔隙的连通性较差。储层孔隙大小分布不均,具有低孔、特低渗特性。沉积相带和成岩作用是影响储层物性的主要因素,次生孔隙带的发育与溶蚀作用关系密切。     

含铁粉尘碳酸化球团孔的结构特性

通过压汞法测量研究了不同CaO含量、不同造球时间的生球以及不同反应温度、不同CO2分压条件下固结生成的碳酸化球团的孔隙结构特征.结果表明:随着CaO含量增加和造球时间延长,生球的平均孔径、显孔隙度、临界孔径和最可几孔径都相应有所降低,生球凝胶孔含量随CaO含量增加而升高,孔隙比表面积增大,利于反应进行的10~300nm孔隙数量增多.优化反应温度、提高CO2分压,有利于促进球团CaCO3微晶大量生成,细化孔径,形成连接桥,冷固结强度显著提高.     

孔隙空间分布规律对酸蚀蚓孔扩展规律的影响

酸蚀蚓孔发育扩展规律除了与注入条件、酸液类型、温度和岩石类型有关外,还与孔隙度大小和孔隙空间分布规律有关。本文研究了普光气田岩心孔隙空间分布规律对蚓孔扩展的影响。采用CT扫描岩心得到孔隙度的三维分布,分析孔隙空间分布规律,然后进行岩心酸化流动实验,得到蚓孔突破岩心需要的酸液孔隙体积倍数,实验完毕后再用CT扫描蚓孔形状。通过对比实验前的孔隙度分布和酸化后的蚓孔形状、分析岩心孔隙度和蚓孔突破岩心需要的酸液孔隙体积倍数间的关系,得到孔隙空间分布规律对蚓孔发育扩展的影响。研究发现,蚓孔趋于沿大孔道分布的地方扩展,蚓孔突破岩心需要的酸液孔隙体积倍数随孔隙度增加而降低,对于普光气田I和II类岩心,突破孔隙体积倍数高的约4,低的约0.4,大多在1左右,较致密的III类岩心在实验压差下没形成蚓孔。     

罗庞塬地区延长组孔隙结构特征研究

储层的孔隙结构研究是油藏精细描述、储层综合评价的重要内容,油气储集岩的微观孔隙结构对其物性具有重要的控制作用。采用铸体薄片、扫描电镜、高压压汞等多种技术手段,对罗庞塬地区延长组的孔隙结构进行了深入的分析研究。罗庞塬地区砂岩储层孔隙类型主要为粒间孔,其次为粒内孔、铸模孔、长石溶孔,另有少量裂隙孔,岩石类型为细粒一极细粒岩屑长石砂岩。铸体薄片、孔喉图像分析表明,研究区具有复杂的孔喉分布特征,不同微相孔喉分布及孔隙结构特征是造成油井产能差异的重要因素,所以研究孔隙结构是非常重要的。     

混凝土中孔结构的分形维数研究

建立了分形模型来模拟水泥浆体的空间结构,在此基础上推导出了孔体积分形维数D和孔隙率P、孔径分布的关系式;根据所得公式预测混凝土的孔体积分形维数D在0到3之间,并且D值随孔隙率减小和孔径分布范围变宽而增大.同时运用压汞法(M IP)测定普通硅酸盐混凝土的孔结构,进行孔体积分形维数计算,发现孔体积分形维数与强度之间有比较好的相关性.     

煤与页岩低温氮吸附孔隙结构特征与分形特征对比——以阳泉地区山西组15#煤与页岩为例

以山西组高煤级煤与页岩样品为例,通过低温氮气吸附实验研究了样品的孔隙结构特征,并基于FHH分形模型计算了样品的分维值,对页岩与煤层的孔隙分形特征进行了对比研究。结果表明:页岩样品以微孔为主,同时含有一定量的过渡孔,主要的储集空间由微孔和过渡孔提供。高煤级煤样品以过渡孔为主,主要的储集空间由过渡孔提供。在测试孔径范围内,页岩样品的比表面积远大于高煤级煤。页岩的孔隙形态上以四周开放的平行板孔和裂缝型孔为主,具有部分细颈瓶孔,高煤级煤的孔隙形态以封闭型孔为主,反映页岩储层微观渗流能力更强,可能是页岩中游离气比例高于煤层的原因之一。页岩与高煤级煤均具有显著的分形特征,页岩样品分维值高于高煤级煤,说明页岩孔隙的空间结构比高煤级煤更为复杂,非均质性更强;同时二者均具有双重分形特征,页岩渗流孔分维值低于吸附孔,反映页岩吸附孔孔隙结构更为复杂。与页岩相比,高煤级煤渗流孔和吸附孔的分维值均小于页岩,孔径分布集中于过渡孔,有利于煤层气快速到达产气高峰;而页岩孔径分布则集中于微孔和过渡孔,吸附气含量更高,并且过渡孔的孔隙结构以平行板孔为主,孔隙结构特征较微孔简单。     

滨海软土微观孔隙测定方法研究

摘 要 土体孔隙结构是其重要物理力学指标,对研究土体变形、破坏有重要意义。本研究通过室内试验（SEM、CT技术）及数值模拟（ArcGIS）对滨海软土的孔隙结构、孔径大小及分布进行研究,就土体在分级荷载下的二、三维孔隙结构进行探讨。将基于CT试验的ArcGIS三维孔隙率、PCAS统计的SEM二维孔隙率、利用SEM二维图像计算的三维孔隙率、压汞试验实测孔隙率进行对比,分析不同方法测定孔隙率的精确度。同时对SEM图像进行测量和分析,统计不同孔径的孔隙数量随荷载的变化规律,从而分析软土的固结机理和微宏观力学性质。研究表明：随竖向荷载增大,土体大孔隙逐渐被压缩,孔隙平均直径逐渐减小,总孔隙体积减小,结构单元之间变得紧密,表观孔隙率减小。土体的轴向、径向和体积的收缩变形是由于孔隙的压缩以及颗粒的变形引起的,同时孔隙的分形维数受孔隙的压缩和颗粒的影响较大,周长-面积法求取孔隙的分形维数受阈值选取影响,但体积-面积法不受阈值选取的影响。