围压对含瓦斯水合物煤体应力应变关系的影响

力学性质是基于水合原理预防煤与瓦斯突出的核心问题之一。以具有突出倾向煤体制备的型煤为研究对象,利用自主研发的瓦斯水合物生成与三轴压缩一体化装置,开展了围压影响下含瓦斯水合物煤体三轴压缩实验。结果表明:三种围压下,应力-应变曲线均为软化型;不同特征点(初始屈服点、峰值点及残余阶段)含瓦斯水合物煤体的黏聚力相差较大,而内摩擦角的变化较小;含瓦斯水合物煤体的初始屈服强度、峰值强度、残余强度和变形模量随着围压的增加呈线性关系增加,围压对含瓦斯水合物煤体的力学性质有所强化。     

含瓦斯煤体非线性应力-应变模型研究

含瓦斯煤体的应力-应变本构模型是煤岩工程领域研究的一个重要课题。结合不同含水率与围压下的含瓦斯煤体应力-应变曲线发展特点,采用邓肯-张双曲线模型、指数模型以及修正的邓肯-张模型对含瓦斯煤体常规三轴压缩试验的应力-应变曲线进行了拟合,并从强度与变形特征角度展开了对比分析。研究结果表明:相对于邓肯-张模型及指数模型而言,修正的邓肯-张模型能更好地反映含瓦斯煤体强度随围压与饱和度变化的规律,破坏强度理论值与实测值的相对误差都在5%以内;模型切线模量理论值虽较实测值偏低,但作为材料变形参数设计值是偏安全的。     

含甲烷水合物非固结沉积物三轴实验

利用自主研发的水合物合成与分解一体化三轴实验装置,以中细砂作为水合物赋存介质,在不同有效围压(1 MPa、2 MPa、4 MPa)条件下,对不同水合物饱和度(0%、13.3%、26.6%、39.9%)的松散沉积物进行三轴剪切实验,探讨了水合物饱和度和有效围压对沉积物应力应变曲线形态及不同抗剪强度指标的影响规律,得到不同强度参数的经验模型。结果表明:含甲烷水合物非固结沉积物的应力应变曲线形态是水合物饱和度和有效围压共同作用的结果;抗剪强度、起始屈服强度与水合物饱和度有关,而受温度和有效围压的影响较小;黏聚力和内摩擦角随水合物饱和度的增大而增大。     

等围压三轴压缩混凝土的强度分析

利用统一强度理论,对等围压三轴压缩混凝土强度进行了理论分析,得出的结论表明：等围压三轴压缩混凝土轴向极限压应力随着围压应力的增大和混凝土的拉压强度比的减小而增大。     

饱和度对混凝土三轴抗压强度的影响试验研究

混凝土结构服役环境非常复杂,其孔隙中自由水饱和度和受力状态因服役环境不同而有较大的区别．为研究不同含水饱和度混凝土在三向受力状态下的力学性质,本文通过干燥、真空饱水、自然蒸发3个步骤制作了0、50%和100%3种饱和度、2种强度等级的混凝土试件．试验采用了长径比2∶1的圆柱体和边长50 mm的立方体两种形状的试件．对总共60余个混凝土试件进行了无侧限单轴压缩试验和不同围压下的三轴压缩试验．试验结果表明：随着饱和度的增加,混凝土材料的单轴抗压强度逐渐降低,且普通强度混凝土的下降幅度比高强度混凝土高;在围压条件下,不同含水饱和度的混凝土试件轴向抗压强度均有所提高,普通强度混凝土的三轴强度比高强混凝土提高的幅度更大,且饱和度高的试件对侧向压力更为敏感,这主要是由于多向应力条件下产生的孔隙水压力作用;根据所得到的试验结果,基于Mohr-Coulomb强度准则建立了考虑饱和度影响的混凝土强度模型,用于指导混凝土结构在不同湿度服役环境下的设计,提高设计的可靠性.     

灰岩强度特性的三轴压缩试验分析

对灰岩进行三轴压缩试验，分析与比较了其应力、应变关系曲线，并进行了曲线拟合。结果表明，岩石的变形可分为5个不同的阶段，围压对岩石的应力、应变关系有一定影响，用多项式函数拟合应力、应变关系曲线是比较理想的。而依据岩石的应力、应变关系可以在一定的强度理论下得到强度参数c,φ值，能为有关工程提供参考与借鉴。     

含瓦斯软弱煤三轴力学特性试验

以由具有突出倾向的软弱煤制备的型煤试件为研究对象,对围压、瓦斯压力二因素对含瓦斯软弱煤的力学特性影响进行了系统研究.试验结果表明:围压对含瓦斯软弱煤的力学性质具有明显影响,随着围压的增大,含瓦斯软弱煤的压密阶段不明显且三轴强度逐渐增加;围压对含瓦斯软弱煤弹性模量影响不明显,对应力应变曲线形状影响亦不明显.随着瓦斯压力的增加,煤样强度呈减小趋势;围压较小时,含瓦斯软弱煤强度受瓦斯压力影响较显著,而围压较大时影响较小;瓦斯压力对含瓦斯软弱煤的杨氏模量影响不明显,且对煤样进入屈服阶段的变形量影响亦不明显;瓦斯压力对煤样具有显著的力学影响,而且也存在明显的化学作用;含瓦斯软弱煤的应力应变曲线可由二次曲线表征,并认为瓦斯压力影响可归结为等效围压效应.     

大理岩三轴压缩动态卸围压与岩爆模拟分析

对岩爆研究的现状进行较详细阐述，为分析岩爆形成机理，采用大理岩分别进行了三轴压缩峰前峰后动态卸围压实验，结合分岔过程，对三轴压缩过程的剪切断裂能进行分析，其结果表明：峰前卸围压过程听剪切断裂能远低于峰后卸围压过程和常规三轴压缩过程，而此过程岩体的破坏程度则强烈得多，由此也说明，张拉破坏是岩爆产生的根本内因。     

考虑裂缝影响的页岩三轴压缩实验研究

为了探究页岩的破坏特征以及力学性质与裂缝之间的关系以及影响机理,本文采用RTR-1000岩石三轴力学测试系统对含不同裂缝（控制单一变量,使裂缝的条数、倾角、深度、填充物分别不同）页岩实施三轴实验,研究了不同裂缝形态下页岩的峰值应力、弹性模量以及破坏形式。实验结果表明：随着裂缝深度的增大,试件的弹性模量和峰值应力越小,同时破裂面与轴向应力的夹角变小;随着试件所含的的裂缝角度逐渐增大,页岩样品的弹性模量以及峰值压力的变化均表现凹型,并且随角度增大破裂面形态发生变化,当倾角为45° 时峰值应力和弹性模量降至最低;随着裂缝条数的增加,试件的弹性模量和峰值应力越小,其破坏形式为张拉和剪切破坏共存;随着裂缝充填物中方解石含量的增大,试件的弹性模量和峰值应力先减小再增大,当充填物中方解石含量为50 % 时值最小,并且岩样破坏主要是剪切破坏,随着方解石含量的增加,破裂面越容易经过填充带。     

泡沫塑料三轴动静态压缩力学性能的试验研究

由于泡沫塑料在实际使用中往往处于三向受压力状态,环境温度也不同,因此这里研制了一套三向压缩性能测试试验装置,在准静态和中等应变速率下,从－３０℃到６０℃,对４种不同硬质聚氨酯泡沫塑料进行了三轴力学性能试验,得到了材料的弹性模量、屈取极限和泊桑比与密度、应变速率和温度的关系,测得了泡沫塑料的动静态三轴压缩力学性能参数,从而为研究泡沫塑料的力学性能提供了一种新的实验技术和方法。     

三轴压缩下突出煤粘弹塑性蠕变模型

煤与瓦斯突出是煤矿井下最严重的灾害之一,研究突出煤的蠕变特性是认识煤与瓦斯延迟突出机理的重要方向。采用自行研制的突出煤蠕变渗流试验装置,对取自松藻煤矿的煤样进行了突出煤三轴蠕变试验。蠕变试验数据分析表明,突出煤在低于其长期强度载荷条件下表现出一种衰减蠕变特性,在高于其长期强度载荷条件下则表现出非衰减蠕变特性。通过引入能描述非牛顿流体变形特性的粘弹塑性体,结合鲍埃丁-汤姆逊体建立了突出煤粘弹塑性蠕变模型。利用Matlab编程拟合出了模型的相关参数,并根据突出煤的三维蠕变试验结果对蠕变模型进行了验证。试验结果与理论结果对比表明,所提出的突出煤的蠕变模型能有效地反映突出煤各种蠕变阶段的变形特性,尤其是加速蠕变阶段,充分体现了所建立的突出煤粘弹塑性蠕变模型的正确性与合理性。     

不同饱和度的天然气水合物注热开采动态实验研究

天然气水合物(NGH)的饱和度与水合物藏绝对渗透率(流动性)、产气能力及毛管压力存在极大的相关性,从而影响水合物分解的进程、含水合物层的温度、压力分布及产气规律.本文基于我国实际天然气水合物藏的饱和度分布情况,为减少由于水合物渗透率过小而造成的流体流动性差所产生的影响,通过室内水合物生成动力学装置,采用间歇注气方法合成...     

泥质粉砂型能源土的三轴剪切试验研究

天然气水合物的开采会导致储层承载能力降低,可能诱发海底滑坡等地质灾害,并对地球生态环境造成严重影响,深入掌握能源土的力学性质是水合物安全开采的前提条件.依据南海神狐海域能源土的颗粒级配,配置近似粒径级配的泥质粉砂作为甲烷水合物的赋存骨架并开展三轴剪切试验,研究了有效围压、水合物饱和度、黏土含量对泥质粉砂型能源土力学性质...     

三轴应力作用下煤渗透率变化规律实验

通过变化的围压扣孔隙压力的作用,进行含瓦斯煤三轴压缩的实验,系统地研究了含瓦斯煤在变形过程中渗透率的变化规律;并根据大量的实验数据,拟合得到含瓦斯煤的渗透率随围压和孔隙压力变化的经验方程.研究结果表明,该经验方程可应用于双层系统煤层变形与煤层气越流耦合模型的数值分析,使邻近层(采空区)孔隙压力分布或瓦斯抽放率的数值模拟更逼近实际观测结果.     

含甲烷水合物松散沉积物超声波性质的实验研究

实验模拟海域含天然气水合物松散沉积物,并测量其声学性质变化规律,以期为天然气水合物地震勘探和资源评价提供科学依据。采用一套改进的水合物超声波速度测量装置,根据反应釜内部气体压力的变化,连续监测实验过程中甲烷水合物饱和度的变化,获得被水完全饱和的松散沉积物中甲烷水合物饱和度与声波速度的关系。模拟南海神狐海域SH-7钻孔的HY-3样品,进行多个轮次的甲烷水合物形成-分解实验,实测纵、横波的速度均落在水合物非胶结曲线与胶结曲线之间,表明甲烷水合物在沉积物孔隙中同时存在胶结和非胶结多种赋存形式,在分解和合成过程中均以呈悬浮状或作为支撑颗粒的水合物优先,但少量起胶结作用的水合物始终存在,并对沉积物声学性质有明显的提升作用。     

角砾岩常规三轴压缩试验研究及模拟

为了研究角砾岩压缩破坏机制,采用先进的岩石全自动三轴压缩伺服仪对角砾岩进行多种围压的常规三轴压缩试验,岩石经历压密阶段、弹性变形阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段、峰后破坏阶段这5个阶段.随着围压增大,峰值强度和残余强度增大,且残余强度比峰值强度增大的快,应力峰值对应的峰值应变与围压呈现出正线性关系.角砾岩试样破坏为剪切滑移破坏,且基本上呈对角破坏,存在主要贯通裂纹,在主贯通裂纹周围存在多条细小裂纹.从细观角度,建立细观损伤本构模型.运用该模型对角砾岩常规三轴压缩实验进行数值模拟,模拟结果表明,模拟值和实验值具有较好的一致性,从而验证了细观损伤模型对角砾岩模拟的适用性.     

煤岩三轴压缩损伤破坏声发射特征

在对MTS815岩石伺服试验系统通讯传输接口进行改造的基础上,实现了将检波器置于三轴室内的三轴压缩声发射试验,克服了检波器置于三轴室外壁无法监测到全面可靠声发射信号的弊端.煤岩三轴压缩声发射试验结果表明,与单轴压缩相比,围压增强了煤岩的整体性及刚度,使压密阶段声发射活动明显减弱.声发射振铃计数及能量出现最大值的时间均稍滞后于煤岩宏观破坏时刻,说明围压不但提高了其峰值强度,而且由于围压使煤岩内部裂隙的错动滑移受到抑制,提高了其峰后承载能力.振幅反映声发射的强度,三轴压缩条件下,轴向加载初期声发射振幅较小,宏观破裂前后出现大量高振幅声发射事件,残余塑性阶段仍然有较多振幅较大的声发射事件产生.声发射撞击计数率表征裂纹扩展的次数及速率,三轴压缩声发射撞击计数试验结果表明,弹塑性阶段是煤岩裂隙萌生扩展的主要阶段.岩石三轴压缩破坏声发射特征对于深刻理解矿山井下岩体破坏机理及采用微震监测技术预防相关动力灾害事故具有重要的理论及实际指导意义.     

含水合物沉积物二维声学特性实验研究

在研制含水合物沉积物二维声学模拟实验装置基础上,获取水合物形成分布及其二维声响应特征。实验结果表明,水合物饱和度小于15%时,随着水合物形成,各层位声速增长较快;水合物饱和度大于15%后,声速增长变慢。水合物形成初期,粗粒沉积物声速稍大于细粒沉积物;水合物形成末期,不同层位声速差异不大,水合物接近均匀分布。水合物形成过程的二维分布与声响应特征为:纵向上离气源较近层位优先形成水合物、声速较大,横向上反应釜周边优先生成水合物,沉积物两侧声速大于内部声速。实验获得含水合物沉积物纵横波速间的经验公式及纵横波波速比与水合物饱和度间的关系。     

含水合物阻聚剂的水合物浆液流动特性实验研究

水合物浆液技术作为一种新型油-气-水多相安全混输的方式逐渐受到油气生产和集输部门。利用一套近中试规模的模拟水合物循环管路,研究了在水合物阻聚剂存在条件下,不同初始含水率(20.0%~30.0%)水合物浆液的流动特性。实验结果表明,随着水合物颗粒的形成,体系流量伴随着波动逐渐下降,最终趋于稳定;而体系压差呈现先剧烈增加,而后逐渐下降并趋于稳定的趋势。与初始原料气组成相比,水合物浆液形成后体系内平衡气中轻烃组成存在不同程度的富集,从而导致平衡气水合物生成条件曲线向着低温高压区域偏移。由水合物浆液宏观形态演化过程可知,随着水合物颗粒的形成,原有的油水乳液结构遭破坏,最终形成的水合物浆液为固(水合物)-液(柴油)分散体系。另外,由不同时间(2 h、4 h和8 h)的停输/重启实验可知,水合物浆液表现出明显的触变性流体特征,且随初始含水率的增加,其触变性特征愈明显。     

含瓦斯煤带压解吸规律的实验研究

为获得含瓦斯煤带压解吸规律,提高瓦斯抽采效率,对含瓦斯煤的带压与常压条件下的解吸过程进行实验研究。研究表明：瓦斯抽采过程中含瓦斯煤中的瓦斯属于带压解吸,带压瓦斯的解吸量和解吸速度均小于常压下的瓦斯解吸量和解吸速度,带压解吸条件下的解吸终止时间明显滞后于常压下的解吸终止时间。评价含瓦斯煤中瓦斯的可采性和确定瓦斯抽采终止时间时应以带压解吸指标作为衡量指标。该研究对瓦斯资源抽采具有一定的指导意义。