细砂岩热破裂规律的细观实验研究

为了了解细观尺度下岩石在高温影响下的热破裂行为。采用显微光度计和XRD分析等方法,对细砂岩细观结构特征和矿物组分进行了分析。结果表明,在不同温度条件下,细砂岩微结构具有明显变化,微裂纹的形成与发展与温度有关,细砂岩微裂纹的宽度、长度随温度的变化具有突变性。实验初步确定了细砂岩的热破裂阈值及其热破裂规律。该实验结果对于地热能开采,石油的二、三次回采具有重要的理论意义和工程价值。     

混合花岗岩加载细观力学特性及破裂演化规律

根据室内试验获得的岩石宏观物理力学参数及岩样切片扫描图,基于颗粒流理论和PFC程序建立混合花岗岩颗粒细观几何模型,标定模型材料细观力学参数,采用Fish语言编制加载命令流并调整相应函数,对岩石单轴和三轴压缩试验进行模拟.通过对试验与模拟应力-应变曲线、AE声发射与PFC程序中“Crack”裂纹监测成果等的综合比较研究,获得荷载作用下杏山铁矿-45 m水平混合花岗岩细观力学特性、微破裂行为以及岩石微裂隙发展与宏观破裂演化规律.通过对混合花岗岩单轴和不同围压下三轴压缩PFC模拟曲线与室内试验结果的比较可知,PFC模拟能准确地表征荷载下岩石颗粒的细观力学特性和运动学行为.     

浅析细观结构再生混凝土

本文对再生混凝土细观结构的相关研究成果进行收集,并对这些成果进行了剖析,对再生混凝土的细观特征进行了深入的探讨。     

基于数字图像处理的含分叉裂纹花岗岩破裂过程研究

为了从细观尺度研究含分叉裂纹花岗岩破裂过程,本文基于数字图像处理技术表征花岗岩真实细观结构,结合RFPA2D-DIP软件构建了含分叉裂纹花岗岩数值模型并进行单轴压缩试验,分析了含分叉裂纹花岗岩失稳破坏及裂纹演化规律。试验结果表明:含分叉裂纹花岗岩中,垂直于荷载施加方向的水平分叉裂纹滞后于其他分叉裂纹产生扩展裂纹;加载初始阶段分叉裂纹尖端应力集中,其初始裂纹在倾斜分叉裂纹尖端萌生,试件两端面与预制裂纹贯通导致试件破坏。     

岩石能量特征与其细观结构的关联性

 岩石的细观结构影响其受载过程中的能量行为。从岩石基元平均强度、均质度和细观特征尺度等3种细观特征入手,研究了其对特征能量参数和能量特征指数的影响规律。结果表明:(1)基元平均强度越大,相同应力比下的输入能量密度和积聚弹性能密度呈非线性增长;峰后所需耗散能密度变化不大,约为500～2000J/m³;弹性能转化率变小;岩样能量特征指数呈指数型增长。(2)随着均质度的升高,峰前输入能量密度和积聚弹性能密度都呈线性增长;峰后破坏所需耗散能降低;越来越多的能量转化为弹性能积聚在岩石内;能量特征指数线性增大。(3)细观特征尺度越大,外界输入能量和积聚弹性能都增大,但幅度不同;峰后破坏所需耗散能越大;弹性能转化比例越低;当细观特征尺度小于1mm时,能量特征指数大幅减小,而当其大于1mm时,变化不大。     

花岗岩受压宏-细观破坏特征及能量演化规律

为揭示花岗岩单向受压时的破坏特征及能量演化规律,首先,通过偏光显微镜观察分析了花岗岩的矿物成分、含量及颗粒形貌;其次,开展了花岗岩的室内单轴压缩及巴西劈裂试验,得到了相关应力应变曲线及力学参数;然后分别从宏-细观角度分析了花岗岩单轴压缩的破坏特征,并借助场发射扫描电子显微镜观察了破坏断口的形貌特征;最后,基于能量理论分析了花岗岩在单轴压缩过程中的能量演化特征。结果表明,花岗岩属于典型的非均质脆性岩石,其单轴压缩应力应变曲线几乎没有屈服阶段,弹性阶段应力达到峰值后瞬间爆裂,且无残余强度;花岗岩单轴压缩破坏机制为剪、拉耦合破坏,且二者空间分布位置不同;花岗岩在达到强度极限前储存了大量的弹性应变能,这是孕育岩爆的根本原因,而花岗岩单轴压缩过程中能量的演化不存在减速损伤阶段和残余损伤阶段,这是导致岩爆产生的主要原因。     

强降雨条件下花岗岩残积土滑坡模拟试验及坡体滑移细观规律研究

以花岗岩残积土为代表性土样,制作4种不同坡度的边坡模型,分别进行4种不同强降雨条件下滑坡模拟试验.利用岩土细观变化的图像采集和分析系统,采集大量细观变化图像和照片;再通过计算机编写图像处理程序,获取土体颗粒团的细观运动数据信息和滑移轨迹.经过统计分析,从细观角度研究强降雨条件下残积土边坡模型坡体细观滑移规律,揭示出坡体宏观滑塌破坏形式与细观滑移运动演变之间的关系.     

高温作用后黄砂岩三轴压缩及细观破裂机制

为了研究高温损伤作用后黄砂岩的压缩力学性质和细观破裂机制的变化情况,对高温损伤作用后的黄砂岩进行三轴压缩实验,并对黄砂岩压缩断口进行扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)试验,系统地分析了高温损伤对黄砂岩压缩破坏特征、压缩强度及断口细观特征的影响。通过三轴压缩实验发现:随着轴压的不断增加,温度对于黄砂岩整体强度影响更为明显;初始高温损伤程度的增加,黄砂岩三轴抗压强度呈现出先上升后下降的趋势,塑性应变程度增加;细观断口形貌主要以脆性断裂为主,局部范围内存在韧性断裂,随着温度的增加,晶体结构内部中裂纹发育更为完整,从而导致岩石宏观破坏越严重。     

混凝土细观破裂过程的三维数值模拟及CT验证

应用 "被占领区域剔除"的思想,对原有的混凝土骨料三维随机分布的数值模型进行改进,提出了一种新的混凝土骨料三维随机分布数值模型建立的方法,并基于弹性损伤本构关系,采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度.对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算,并依据混凝土破坏过程图比较了数值模拟的破坏过程与CT试验结果,发现试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT观测到的过程具有相似性,表明该模型较好地模拟了混凝土的不均匀性与各向异性,证明建立该模型的方法是可行的.     

提升管反应器中催化裂化与热裂化反应的模拟

利用小型提升管催化裂化实验装置对工业提升管中的催化裂化和热裂化反应进行了实验模拟研究,考察了反应停留时间、反应温度和剂油比对催化裂化和热裂化反应的影响,在此基础上对催化裂化反应工艺条件进行了分析.结果表明,缩短反应停留时间和提高剂油比可有效抑制提升管反应器中热裂化反应的发生,提高轻质油收率;提高反应温度虽然可在一定程度上提高轻质油收率,但反应温度过高会使热裂化反应加剧,从而使产物分布变差;当采用高温、大剂油比操作时,缩短反应时间,尽量消除提升管反应后期的热裂化反应,是改善催化裂化产物分布的关键.     

提升管反应器中催化裂化与热裂化反应的模拟

利用小型提升管催化裂化实验装置对工业提升管中的催化裂化和热裂化反应进行了实验模拟研究，考察了反应停留时间、反应温度和剂油比对催化裂化和热裂化反应的影响，在此基础上对催化裂化反应工艺条件进行了分析。结果表明，缩短反应停留时间和提高剂油比可有效抑制提升管反应器中热裂化反应的发生，提高轻质油收率；提高反应温度虽然可在一定程度上提高轻质油收率，但反应温度过高会使热裂化反应加剧，从而使产物分布变差；当采用高温、大剂油比操作时，缩短反应时间，尽量消除提升管反应后期的热裂化反应，是改善催化裂化产物分布的关键。     

竹加工剩余物与聚丙烯共催化热裂解的研究

采用专用的工艺共裂解竹加工剩余物与聚合物废弃物,优化竹加工剩余物与聚丙烯共催化热裂解工艺。实验以转化率及转化组分为指标,对物料配比、反应温度、催化剂等因素进行对比实验;以气相色谱分析气体产物中各组分的分布。结果表明,在物料比为6∶4,温度为440℃时,使用分子筛催化剂,能促进反应程度,生物质与聚合物共热解具有协同作用,提高转化率,气体烃C3和C4占总气体烃的67.41%。     

岩石非均质度与热破裂的相关性分析

岩石的热破裂具有普遍性的特点,但不同岩石的矿物组成造成岩石热破裂具有不同的特征.通过研究岩石的非均质特征确定矿物非均质参数,结合岩石的热破裂特征对岩石在细观条件下的热破裂特征与岩石非均质度之间的关系进行研究,分别给出岩石矿物的质量非均质度Mn与体积非均质度Vn的定义,通过分析给出岩石非均质度与热破裂门槛值K的拟合公式.结果表明岩石的热破裂门槛值与岩石非均质度具有显著的相关性.     

加载历史对岩石热开裂破坏的影响

为了解决现有研究一般不考虑加载和加温的顺序,不论引起其热开裂破坏的加载历史如何,认为只要所加的载荷和温度值相同,其损伤演化过程和破坏强度将相同的问题。结合带扫描电镜的岛津SEM高温疲劳实验系统实时观测了石灰岩在不同加温和加载顺序下的热开裂破坏过程。从岩石微裂纹扩展的角度,计算不同加载顺序下其裂端能量释放率。理论与实验结果表明:岩石热开裂破坏受加载历史的影响,加温加载对岩石损伤破坏的影响是非线性耦合关系,高应力、低温和低应力、高温必须考虑其热-力耦合效应。岩石的热损伤是不可逆的,它会受加温历史的影响,在不同的加载顺序下其结果不同。     

油页岩热破裂及起裂机制试验

利用μCT225kVFCB型微焦点显微CT机对油页岩的热破裂过程进行三维无损伤观测,直观地分析裂隙萌生、发展的全过程,依据热弹性力学理论和试验结果,分析油页岩热破裂的起裂机制.结果表明:油页岩在低于300 ℃的低温段内,热破裂主要由热应力引起,裂纹主要沿层理方向胶结面发生,起裂的条件是热应力大于油页岩的强度极限;温度高于300 ℃后,在热应力和热分解化学反应的共同作用下,油页岩中的裂纹广泛发育,起裂条件是油母质化学分解反应所产生的扩张压力大于岩石的临界扩张压力;油页岩在两种起裂机制的作用下,最终在600 ℃时形成相互连通的裂隙网络,汇聚为油气的渗流通道,为油页岩的原位开采提供了可行性条件.     

航空润滑油基础油热裂解的时温等效性

采用润滑油高温氧化实验与GC/MS分析联用技术,模拟聚α-烯烃航空润滑基础油在高温下的氧化裂解,并检测其结构组成随反应温度、反应时间变化的关系,同时探讨时温等效效应在润滑油高温衰变的适用性.结果表明:在反应温度200~300℃、反应时间2~100h之间,时温等效效应是适用的.利用这些信息,可以通过提高试验温度在较短时间内得到润滑油在较低温度下长期工作的衰变规律,为分析航空润滑基础油的高温安定性以及主滑油性能变化以确定合理换油周期提供重要信息.     

花岗岩多次高温水冷热冲击后力学试验

为了研究多次高温水冷产生的热冲击作用对花岗岩力学性能、开裂特征的影响,将花岗岩在300℃高温下进行不同循环次数的高温水冷热冲击处理,并对处理后的花岗岩分别开展静态压缩试验与静态巴西劈裂试验,测试其相关力学参数的变化.结果表明:①随着循环热冲击次数的增加,花岗岩的抗压强度、抗拉强度都呈现下降趋势,且抗压强度与抗拉强度之间存在线性函数关系,根据拟合公式,可以较好地预测花岗岩的强度变化特征.②花岗岩的压缩弹性模量、变形模量经过15次循环热冲击后,分别下降了25.18％、35.20％;拉伸弹性模量下降了46.76％,采用多项式拟合结果较好.③随着循环热冲击次数的增加,花岗岩延性增加,表现为单轴压缩应力-应变曲线形式从塑-弹性形式向塑-弹-塑性形式过渡;巴西劈裂试验应力-应变曲线基本分为压密阶段、弹性变形阶段和峰后破坏3个阶段.④花岗岩单轴压缩破裂模式从竖向劈裂破坏逐渐向锥形剪切破坏过渡,破坏角度逐渐减小.可见循环高温水冷热冲击对花岗岩力学性能的劣化具有较大的影响.     

稠油蒸汽吞吐热裂解行为研究

为探讨稠油热采降黏机理,对国内3种典型稠油———草桥稠油、辽河稠油及新疆轮古稠油在蒸汽吞吐过程中发生的热裂解行为进行了室内研究.用GSHA型高压反应釜模拟热采时的井下条件,分别考察了温度、时间、加水量对3种油样热降黏效果的影响.结果表明:3种稠油在蒸汽吞吐过程中重质组分均会发生热裂解,实现永久性降黏;在250~300℃之间,稠油开始发生裂解;在同一温度下,时间越长,降黏效果越好;在同一时间下,温度越高降黏效果越好,温度与时间具有互补性;3种稠油在同一温度下降黏规律相同,可以用同一公式表示;水的存在对稠油裂解有影响,当加入的水完全汽化时为最佳.