膨润土水化膨胀行为简化计算

在已有膨润土微观结构研究的基础上,假设其中蒙脱石的膨胀完全填充土中孔隙,得到蒙脱石膨胀体积应变sεv的表达式.根据sεv计算出水化后蒙脱石矿物层距离的一半和基于Gouy-Chapman理论的扩散双电层的厚度,并对二者进行了比较.在给定的计算参数下,当饱和含水量为80%~90%时,膨润土的孔隙完全由结合水填充.     

高压实膨润土膨胀力预测研究

作为高放射性核废物深地质处置库缓冲回填材料,高压实膨润土的膨胀力是其缓冲性能的关键指标.在详细阐述膨润土水化膨胀过程的基础上,系统总结了膨胀力的预测机理、理论模型及试验验证的最新研究成果.国内外学者主要基于扩散双电子层理论,建立了膨润土膨胀力的预测模型;通过室内试验,研究了初始干密度、初始含水率等因素对膨润土最终膨胀力的影响规律.理论模型与试验结果对比分析表明,现有模型对蒙脱石含量较高、初始干密度较大的膨润土拟合性较差.实际上,高压实膨润土的膨胀过程包括晶层膨胀和扩散层膨胀,而现有理论模型仅适用于膨润土扩散双电层膨胀阶段,无法涵盖膨润土晶层膨胀阶段.同时,现有理论模型仅适用于预测膨润土的最终膨胀力,难以反映出处置库长期运营期间环境变化所导致的膨胀力演化过程.     

基于PFC3D的膨胀岩湿胀变形研究

为研究不同过程含水率下膨胀岩的湿胀变形特性,以侧限无荷载膨胀试验和双电层理论为依据,通过PFC^3D软件建立计算模型,对万州地区的膨胀岩地基进行研究.结果表明：数值模拟与室内试验结果吻合较好,整个湿胀变形过程按时程特征可划分为变加速“蠕变”、匀变速上升和变减速“蠕变”3个阶段;增大膨胀岩内部的含水率后,首先会引起其内部黏土矿物颗粒的膨胀,当颗粒膨胀累计到一定阶段时会导致宏观层面上的湿胀变形;湿胀变形与湿胀变形速率的关系本质上反映的是膨胀应变与膨胀应力之间的“应力-应变”本构;膨胀岩湿胀变形速率与细胞吸水膨胀速率相似,即随内部含水率的增大而呈现“Λ”字形的变化趋势;K₀应力状态下的侧限膨胀试验不能充分释放膨胀岩的膨胀潜势,因此后期需要三轴应力状态下的膨胀试验来进行进一步研究.     

粘土矿物的结构及其层间膨胀

粘土矿物的层间膨胀与其晶层结构有关．高岭石的相邻晶层间除分子引力外．还形成氢键．其膨胀度很小．蒙脱石与伊利石晶层间结构相同，但伊和石晶层间Ｋ＋对晶层有特殊的静电联接效应．本文通过计算．提出Ｋ＋能恰好嵌在两个相对的硅氧四面体片的六氧环孔穴中，通过静电引力将两晶层紧密联接．从而使伊利石的膨胀度小于蒙脱石．     

圆柱形胶粒双电层中剪切面电势与电荷密度的计算

本文从双电层的Poisson-Boltzmann方程求解入手,以建立在Gouy-Chapman扩散理论上的Stern模型为基础,应用了高阶微扰理论的成果和淌度因子,在定义Stigter函数之后,依次导出了ζ电势、剪切面电荷密度与电泳淌度之间的若干关系式,并对它们的适用范围进行了对比和评价.其中的两个方程,可应用于圆柱形胶粒的计算.     

石膏质岩膨胀性及其对隧道仰拱影响研究

研究石膏质岩的膨胀性,对确保穿越石膏质岩层隧道的仰拱稳定具有重要的实践意义.采用WG型固结仪及TWJ数据采集处理系统,对脱水石膏、硬石膏和石膏进行侧限自由膨胀试验;对脱水石膏和硬石膏进行膨胀力试验.试验结果表明:脱水石膏和硬石膏膨胀应变-时间曲线都表现出"S"形特征;两者膨胀变形明显,膨胀600min时脱水石膏和硬石膏测得的最小膨胀应变分别为9%和0.4%,而石膏膨胀变形不明显,膨胀40d内测得最大膨胀应变只有0.12%;脱水石膏和硬石膏的膨胀应变都随膨胀应力的增大而减小,且膨胀应力与膨胀应变曲线都表现出凹型特征.基于侧限自由膨胀试验结果,建立了脱水石膏和硬石膏的"S"形膨胀应变-时间模型,经验证,该模型优于传统的指数模型;基于膨胀力试验结果,建立了脱水石膏和硬石膏膨胀应力-应变模型;综合实验结果及特征线理论,建立了硬石膏围岩的特征线,用以指导仰拱抗膨胀设计.     

混凝土材料动态球形空腔膨胀的数值模拟

为了验证固体中的空腔膨胀理论,基于混凝土三段式本构模型,用有限元方法对混凝土材料动态球形空腔膨胀进行了数值模拟.数值模拟结果表明,当空腔膨胀压力超过一定阈值后,空腔边界将以该压力对应的恒定速度膨胀,符合空腔膨胀理论中膨胀压力与边界膨胀速度的函数关系.进一步分析表明膨胀压力阈值与混凝土强度呈线性关系.混凝土中空腔边界到弹性波阵面之间的径向应力场分布与理论计算相符,证实了数值模拟的可靠性,揭示了空腔膨胀的物理过程.     

单轴偏心基础隔震结构的振动台试验及理论分析

为准确把握单轴偏心隔震结构的动力学特性并建立相应的理论简化分析方法,文中对三层两跨基础隔震钢框架模型进行了不同偏心工况下的振动台试验,研究了结构扭转效应与偏心工况的关系,分析了隔震前后结构层间剪力、层间扭矩、层间转角以及不同偏心距下结构隔震层扭转角加速度和扭转角位移的变化规律.运用层单元模型建立了偏心隔震结构动力简化分...     

黏土矿物水化膨胀及无机盐溶液对其抑制作用

为揭示富有机质页岩水化膨胀机理,借助于X射线衍射仪对富有机质页岩中主要黏土矿物水化膨胀规律及无机盐溶液对其抑制效果进行了物理实验研究。结果表明：随着去离子水浸泡时间的增加,蒙脱石、伊利石和绿泥石都可以发生一定的膨胀,表明三种黏土矿物都可以发生水化反应,但蒙脱石晶层间距的膨胀程度远高于伊利石和绿泥石。无机盐溶液可以抑制蒙脱石和伊利石的水化膨胀,且对伊利石水化膨胀抑制性更好。不同类型无机盐的抑制效果受到无机盐溶液浓度的影响,在无机盐溶液浓度小于1.2 mol/L时,随着浓度的增加,同种类型无机盐溶液的抑制作用逐渐增强。加入无机盐溶液后随着时间的推移,黏土矿物水化作用始终在进行,晶层间距仍在增大,即无机盐溶液不能完全杜绝黏土矿物水化反应的发生。该研究成果可为页岩气水平井井壁稳定、水力压裂设计及现场工程应用提供技术参考。     

袋装膨胀土组合体渗透特性大型模型试验

为探究袋装膨胀土组合体的渗透演化规律,研制了大型渗透试验模型箱,针对土工袋排列方式、袋体缝间填土、渗透水流方向和渗透水头大小等实际修复工程关注的主要因素开展渗透试验。试验结果表明:袋装膨胀土组合体的水平向渗透系数大于竖向渗透系数,入渗的水分能够沿土工袋水平层间缝隙快速排出,不易进入下卧层的压实膨胀土渠坡;袋装膨胀土组合体的渗透性主要取决于袋间缝隙的大小,排列方式对袋装膨胀土组合体结构渗透性的影响实质是改变了袋间缝隙的数量和形状大小;袋装膨胀土组合体的袋间缝隙填土后,竖向的渗透系数变化较小,而水平向的渗透系数明显减小;袋装膨胀土组合体在实际运行时,若不在缝间填土,则对水平向层间排水有利。     

酒石酸插层水滑石层间距的可控性研究

采用本室创制的返混沉淀法制备了酒石酸插层水滑石(LDHs),采用X射线衍射(XRD)、红外光谱 (FT.IR)电感耦合等离子光谱 (ICP)对其结构和层板组成进行表征。考察了层间距与制备条件 pH值的关系,发现插层产物层间距随pH值增加存在先增加后减小的变化趋势,这是由于酒石酸离子在层间的排列发生变化造成的。     

稀浆封层路面层间黏结性能试验研究

为了对稀浆封层层间黏结性能进行评价,自行设计了以改进的剪切仪为基础的试验方法,能较好地模拟路面真实受力情况.试验结果说明,随着温度的升高,稀浆封层与沥青碎石下面层之间黏结强度在减小;不同的路面层间处理措施对黏结强度均有明显的影响;采用较大公称粒径的沥青混合料,或者对路面做凿毛处理均可以有效提高层间黏结强度.     

胜坨油田坨7块沙二段91夹层随机建模研究

以胜坨油田坨7断块沙二段9¹层为例,进行夹层三维空间分布随机建模研究,以探索夹层分布与剩余油分布关系。综合研究区内的钻井、测井资料,共识别出泥质夹层、钙质夹层和物性夹层3种夹层。通过对各种模拟方法进行对比研究和分析,优选序贯指示模拟方法在研究区内建立夹层三维空间分布模型。模型分析显示,钙质夹层分布范围最广,泥质夹层次之,物性夹层最少。泥质夹层平均厚0.6m,延伸距离50～105m,分布面积一般为0.01～0.05km2,分布密度范围为0.11～0.63m/m,分布频率范围为0.52～1.24个／m;钙质夹层平均厚0.4m,延伸距离40～180m,分布面积一般为0.01～0.08km²,夹层分布密度范围0.15～0.76m/m,分布频率范围为0.61～1.39个／m;物性夹层分布范围小,数量少,对剩余油产生作用小。在2-163、3-33、5-228、4-10、7-221、5-213等井区,剩余油饱和度较高。在这些井区剩余油富集。     

基于聚酯玻纤布的层间粘结力学性能研究

在道路工程中基层与面层之间设置聚酯玻纤布夹层,可以有效的延缓反射裂缝病害的发生,而夹层的黏附性影响着防治反射裂缝效果;采用斜剪试验法对聚酯玻纤布夹层的黏结力进行对比试验,分析乳化沥青、改性沥青、基质沥青等不同黏结剂与垂直、水平剪应力的相互关系,得到基层与面层最佳黏结剂的种类;通过分析不同用量的沥青黏结剂与垂直、水平剪应力的关系,构建了黏结剂滑移模型,并确定了最佳黏结剂用量,为沥青路面病害的预防提出了一种新的研究思路。     

双层辉光离子渗钼工艺及其组织性能研究

采用双层辉光离子渗金属技术对纯铁,10,40,45,60,T8等碳素钢进行了渗钼工艺的研究,探讨了加热温度,保温时间以及阴极－栅极间距对渗层厚度的影响,同时还研究了渗钼层的显微组织,渗钼层浓度分布,实验表明,双层辉光离子渗钼技术是一种新的离子渗金属技术,是离子渗钼的新发展。     

膨胀性软岩水腐蚀损伤断裂力学效应实验研究

采用INSTRON1342电液材料伺服试验机和Taylor Horbson Surf CLI2000形貌仪对膨胀性软岩双扭试件进行相同pH溶液(pH=7.7)、不同浸泡时间的亚临界裂纹扩展和膨胀特性的试验研究,分别得到膨胀性软岩亚临界裂纹扩展速度v与应力强度因子KI之间的关系、膨胀性软岩的断裂韧度KIC以及不同浸泡时间下的岩石试样吸水膨胀的变化,通过采用双对数坐标空间对常位移松弛法所测试的不同浸泡时间的膨胀性软岩亚临界裂纹扩展速度v与应力强度因子KI之间的关系进行研究。研究结果表明：lgKI-lgv关系具有良好的线性相关性,膨胀性软岩水腐蚀作用对岩石裂纹的断裂指标影响显著并具有时间效应,而且水腐蚀损伤对膨胀性软岩断裂力学性质有弱化作用,能加快膨胀性软岩亚临界裂纹的扩展。     

考虑透水夹层作用下富水山区隧道涌水量预测

为了实现对隧道侧面存在透水夹层时隧道涌水量的精准预测,以“圆岛模型”和映射原理为理论基础,推导了透水夹层作用下隧道涌水量预测公式。通过改变围岩渗透系数、透水夹层厚度、隧道与透水夹层中心距等因素,分析了各个因素对隧道涌水量的影响规律。结果表明：理论计算值与实际勘测值基本吻合,误差为10.4%;随着围岩渗透系数或者透水夹层厚度的增大,隧道涌水量值呈线性增大,趋于稳定时增幅分别约为30%和20%;随着隧道与透水夹层中心距的增大,隧道涌水量值呈非线性下降,最大降幅为27.7%,稳定时降幅约为8%;若同时改变围岩渗透系数、透水夹层厚度、隧道与透水夹层中心距中的任意两种,通过分析可知,围岩渗透系数对隧道涌水量的影响最明显,透水夹层厚度次之,隧道与透水夹层中心距最弱。     

层间干扰实质与再认识

受各储层段岩性、物性以及开采过程中各层段地层压力与流体物性差异等因素影响,多层油藏在采用合注合采开发时,始终存在层与层之间相互制约和干扰的问题。不恰当的注水开发模式会导致各层吸水能力、出油状况及水淹程度差异加剧,生产动态上表现出较大的层间矛盾,从而影响各层段和油藏整体的均衡动用及最终采收率。目前定义的多种层间干扰系数能定量表征层间干扰现象,但其物理内涵与实际注水开发渗流过程不符。针对前期层间干扰研究存在的不足,以海上某油田典型多层油藏X为例,结合室内实验方法、油藏工程方法和数值模拟方法,剖析了多层合采早期实验测试及理论研究中存在层间干扰的根源和实质,确定了分段测试与整体测试之间表现出的层间干扰实质是油藏压力场与渗流场的非均衡性所致,并基于层间干扰实质研究成果,建立了考虑层间干扰的油井产能计算新方法。实例应用结果表明,基于层间干扰实质的层间矛盾定量评价及油井产能计算新方法更符合油藏实际情况,为多层油藏合注合采产能的预测及降低层间干扰对实际生产效果影响的策略制定提供了理论依据。     

冷等离子体聚合制备的过渡层粘接性能

首次采用等离子体聚合改性技术,以有机单体为原料,成功地在两种类型的双基推进剂上制备出了与推进剂结合牢固均匀致密的超薄过渡层。过渡层的性能测试表明,此项技术解决了现有过渡层制备技术中存在的许多问题,获得了强界面层和高表面能的表面,使推进剂与乙基纤维素包覆层粘接体系的粘接性能有显著的提高。