双重孔隙介质有效应力定律

通过对双重孔隙介质有效应力的研究, 建立了各向异性双重孔隙介质线弹性变形的有效应力定律. 并在此基础上, 分析了横向各向同性及结构各向异性、固体材料各向同性时的有效应力定律形式. 通过对该有效应力定律进行以下两种简化: (1) 简化成各向同性双重孔隙介质有效应力定律; (2) 简化成各向异性单重孔隙有效应力定律, 并将简化后的模型分别与已有的模型相比较, 说明该模型的合理性.     

基于灰度CT 图像的岩石孔隙分形维数计算

研究刻画岩石类材料中的孔隙结构特征对于揭示岩石的各种力学行为具有重要意义,为此将分形理论与数字图像处理技术相结合, 针对工业CT 扫描得到的岩石切片图像进行了分析, 从中提取研究了岩石的孔隙结构特点, 讨论了孔隙率和分形维数之间的关系. 岩石CT 图像中各像元的灰度值是对应岩石微元中各物质衰减系数的综合反映, 可以反映出岩石中各种尺度孔隙的影响. 结合实验测定的孔隙率, 采用逆分析的方法可以确定出分割阈值的大小, 从而得到岩石孔隙结构的二值化图像, 为进一步研究孔隙拓扑结构提供基础. 随着孔隙率的增大, 孔隙结构的分形维数也变大. 而且在孔隙率相同的情况下, 孔隙结构的分形维数也不尽相同. 孔隙结构越复杂, 其分形维数越大. 实验证实, 基于灰度CT 图像的岩石孔隙分形维数是岩石孔隙率等参数的有效补充, 可以更好地表征岩石孔隙结构的分形特征.     

各向异性双重孔隙介质有效应力定律

通过对双重孔隙介质有效应力的研究, 建立了各向异性双重孔隙介质线弹性变形的有效应力定律. 并在此基础上, 分析了横向各向同性及结构各向异性、固体材料各向同性时的有效应力定律形式. 通过对该有效应力定律进行以下两种简化: (1) 简化成各向同性双重孔隙介质有效应力定律; (2) 简化成各向异性单重孔隙有效应力定律, 并将简化后的模型分别与已有的模型相比较, 说明该模型的合理性.     

液体爆炸分散过程中界面破碎的实验研究

设计了一种有上下平面约束的液体爆炸分散装置, 通过阴影照相获得气液界面破碎形态变化的时间序列, 并应用平面激光诱导荧光(PLIF)得到了径向膨胀液体环内诱导的荧光照片. 采用二维图像处理、分形几何和数值模拟相结合的方法, 较系统地分析了实验结果. 最后, 讨论了液体环及其气液界面运动数学模型建立中的问题.     

变形条件下孔隙岩石CH_4微细观渗流的Lattice Boltzmann模拟

岩体开采变形对流体渗流性质的影响是煤瓦斯共采、油气资源开发、CO2地质封存及地下水资源保护等关注的重要问题.本文基于砂岩孔隙结构CT图像,发展了一种孔隙岩石CH4微细观渗流的LBM模拟方法及适合于大尺度孔隙模型的并行算法,运用此方法模拟分析了孔隙砂岩CH4微细观渗流性质及孔隙结构特征的影响,并与实验结果进行对比,验证了LBM方法的可靠性.利用LBM+FEM方法分析了应力作用下孔隙结构变形对CH4渗流的影响机制.结果表明:该方法可以直观定量地描述岩石微细观孔隙结构特征、渗流速度场空间分布、渗透率以及应力作用下孔隙结构变形对渗流速度场、有效孔隙度和渗透率的影响.不同孔隙度砂岩渗透率的LBM计算结果与实验值具有较好的一致性.     

正交各向异性介质波动问题的理论与实验

建立了正交异性动态光弹性实验方法,它利用正交异性双折射材料在宏观范围研究正交异性材料的动力行为,同时,基于弹性动力学基本理论,阐述了各向异性介质的时域边界元数值计算模型,提出了结构强度分析所关心的应力计算方法,并将上述两种方法综合应用于对各向异性介质波动问题的研究。     

金属沿晶断裂表面分维的随机分形研究

近年来,分形几何方法广泛应用于材料断口的定量分析.在材料断裂的理论分析中,分形几何方法也有应用.龙期威提出了金属沿晶断裂的裂纹“∧”形扩展的分形模型.苏辉讨论了晶角θ变化对分形维数的影响.然而,文献[7]在假设θ服从[θ_1,θ_2]上的均匀分布时,却导出“∧”形相似比在[1/2sin(θ_2/2),1/2sin(θ_1/2)]上服从均匀分布的错误推论.本文用随机分形与数值积分方法,分别计算并分析了θ取均匀分布和Gauss分布的分形维.     

关于分形维数计算的两种方法

本文分别利用广义体积和多分形自由能两种方法计算分形维数,其结果均与原来结果一致. 1.利用广义体积计算分形维数 把三维空间中的单位正方体的边长分别划为i,j,k等分,设所得小长方体的边长和体积为r_(i1),r_(i1),r_(k1)和v_1     

应用分形理论划分洪水分期的两种新途径

分析了水文现象的随机性、非线性、确定性和相似性, 在一定尺度范围内(如年内季节间)洪水表现出自相似性等分形特性, 以此作为应用分形理论的论据. 提出了用分形理论划分洪水分期的两种新途径: 按时间尺度容量维和空间尺度相似维划分洪水分期, 给出了两种分形维数测度具体步骤. 并以漳河水库历年汛期日最大流量为研究系列样本, 结果表明: 无论是用容量维数途径, 还是用相似维数途径划分的洪水分期一致, 且与经验统计方法划分的洪水分期基本一致, 但两种分形维数途径比经验统计方法划分洪水分期具有定量、客观计算简便等明显优点, 有利于在生产实际中推广应用.     

基于格子Boltzmann方法的复杂多孔介质内双扩散效应的对流传热传质机理研究

基于TD2G9不可压格子Boltzmnann模型, 通过引入第3个分布函数表征浓度场的演化, 并在标准演化方程后附加源项, 构造了用于模拟多孔介质内在多物理场(浓度场, 温度场)下交叉耦合效应的自然对流传热传质格子Boltzmann模型. 基于非平衡态不可逆热力学的基本原理, 引入Boussinesq假设, 在考虑了耦合扩散效应的基础上建立了可用于描述多物理场耦合效应下的自然对流传热传质的控制方程. 采用提出的格子Boltzmann模型结合多孔介质构造算法从孔隙尺度对规则以及随机多孔介质内双扩散效应的自然对流传热传质过程进行了模拟, 研究了不同瑞利数Ra, 不同孔隙率下的多孔介质内传热传质特征, 考察了温度梯度等因素对多孔介质内传质过程的影响, 创新地从孔隙尺度对多孔介质内的耦合对流扩散过程的传热传质机理进行了研究.     

中国大陆盐湖盆地成盐环境演化的分形理论研究

分形理论在地球科学的应用范围,目前涉及到地震走时、水系展布、海岸形态、盆地地质界面、矿物结构及元素迁移等领域,一般仅从系统过程的一个特征信息开始演绎其分形的量度,很少对系统过程的完整演化进行讨论,在盐湖科学领域,分形理论的研究尚处于空白地位,盐湖资源与环境的分形理论研究是盐湖地学的前沿方向,值得进行积极探索。本文运用分形及分维的理论和方法,分析了中国大陆盆地盐湖卤水演化的反应过程、终止形式、酸碱度状态和组分演化的多标度、多方向以及地域性等因素,演绎出了我国各大盐湖区的成盐矿物组合特征和成矿远景环境,并指明了区域找矿方向,为盐湖矿产资源的勘探和开发提供理论依据。     

表征孔隙及颗粒体积与尺度分布的两类岩土体分形模型

以Sierpinski垫片和Menger海绵模型为基础, 提出了由孔隙体积分形模型、颗粒体积分形模型及孔径或粒径分布分形模型组成的两大类岩土体分形模型, 指出了模型间的内在联系. 通过比较与分析, 发现该两类岩土体分形模型能将国内外岩土体分形模型统一起来, 从而形成了两类统一的模型. Katz对砂岩的实验结果表明砂岩的分形特性可采用第一类分形模型表示, 以软黏土微观孔隙数据为基础, 证明了软黏土满足第二类分形模型.     

离子边界半径的理论研究

在原子边界半径模型基础上 ,并利用MELD从头计算程序 ,对离子的边界半径做了进一步的研究 ,给出了前四周期一价正、负离子的边界半径 .这些离子边界半径与ShannonandPrewitt半径和Pauling离子半径有相当好的关联 ,显示了其合理性和可应用性 .     

离子边界半径的理论研究

在原子边界半径模型基础上 ,并利用MELD从头计算程序 ,对离子的边界半径做了进一步的研究 ,给出了前四周期一价正、负离子的边界半径 .这些离子边界半径与ShannonandPrewitt半径和Pauling离子半径有相当好的关联 ,显示了其合理性和可应用性.     

中国嘉陵江河曲的形态与成因

作为河系的基本范畴之一,对不同区域和类型河曲形态的定量参数进行比较研究,有助于识别其特征并探究其形成与演化,也可为河曲资源的保护与开发提供地貌学基础.基于Google Earth图像,定义了河曲参数并进行了测算,结果表明嘉陵江深切河曲是世界上最复杂、最不规则和最弯曲的河道之一.特殊的河流比降、地质结构、岩层、岩性以及地形的顶托是嘉陵江河曲发育的重要因素.嘉陵江河曲的演化遵循能量耗散极小-极大值原理;遥感数据的易得性使进行区域性乃至全球性的对比研究成为可能,进而才能探讨其成因的差异;河曲形态为先成河提供了证据,显示了河道的下切与地壳的抬升;河流地貌学"离堆山"术语名称源于嘉陵江畔孤山之称谓;深切河曲是一种需要保护的资源.     

煤纳米孔隙结构的原子力显微镜研究

煤纳米孔隙是认识煤中吸附气储集和运移的重要因素. 提出一种研究煤纳米孔隙结构的新方法, 该方法基于原子力显微镜(AFM)的纳米级分辨率, 可直观清晰地观察煤的纳米孔隙特征, 并可对煤纳米孔隙结构参数进行三维定量测量. 分析结果表明: 煤中纳米孔主要为变质气孔和分子间的链间孔, 变质气孔的形貌主要为圆形和椭圆形, 随煤化程度的提高, 变质气孔的发育程度不断增加; 链间孔的形态变化较大, 低煤级煤的链间孔大于高煤级煤, 链间孔随煤级的升高逐渐减少. 横切面分析可以有效地揭示煤纳米孔隙的几何学特征, 相分析的参数是表征煤微孔隙度的重要参数之一, 而粒度分析则可以检测煤纳米孔隙孔径分布特征. AFM 对煤纳米孔隙的研究, 将会给煤的微观结构和煤层气吸附机理的进一步深入研究提供新的研究手段.     

储层介质环境对深埋油藏原油热裂解影响的初步实验研究

温度和压力对于原油热裂解的影响已有大量研究, 然而, 油藏所处介质环境对于原油热裂解的影响研究长期以来并未得到足够重视. 本文主要以原油中-高分子量正构烷烃(nC₁₀₊)为研究对象, 重点考察实验过程中轻烃(nC_8–)的生成行为, 通过轻烃这个窗口, 以热压模拟实验为手段, 探视碳酸盐储层和碎屑岩储层环境碳酸盐矿物、黏土矿物、石英的含水体系对于原油热裂解的影响. 研究结果表明, 不同储层介质环境设定实验温度点热裂解后不同实验系统内nC₁₀₊残余量表现为: 原油+伊利石+水>原油+蒙脱石+水>原油+水>原油+石英+水>原油+方解石+水. 若以原油+水系统为基准, 则伊利石和蒙脱石含水系统对原油热裂解有抑制作用, 而石英、尤其方解石含水系统对原油热裂解具有促进作用. nC₁₀₊稳定碳同位素组成表现为: 从原油+伊利石+水、原油+方解石+水、原油+蒙脱石+水、原油+石英+水到原油+水逐渐亏损¹³C. 不同储层介质环境作用的差异性是导致nC₁₀₊含量与对应稳定碳同位素值之间无显著协变关系的重要原因. 不同实验系统内nC_8–生成量等也存在较为显著的差异显示储层介质环境对轻烃生成及其裂解生气和nC₁₀₊烃类C—C键断裂及异构化、环烷-芳构化反应均具有重要影响. 本项研究对于原油热裂解化学动力学模型准确建立具有一定启示意义.     

基于煤层气运移的煤孔隙分形分类及自然分类研究

根据中国146件煤样的压汞测试数据，基于煤层甲烷的扩散、渗流特征，通过比孔容与孔径结构的分形研究，将煤孔隙划分为小于65 nm的扩散孔隙和大于65 nm的渗透孔隙两级．扩散孔隙再根据孔表面积增量与孔径的关系，划分出小于8 nm的微孔、8～20 nm的过渡孔和20～65 nm的小孔3类；渗透孔隙根据孔容增量的突变孔径的自然显现规律再进一步细分为65～325 nm的中孔、325～1000 nm的过渡孔和大于1000nm的大孔3类．     

页岩压裂中压裂液返排率低的孔隙尺度模拟与解释

针对页岩压裂过程中,压裂液返排效率普遍很低的现象,基于高分辨率页岩岩样SEM(scanning electron microscope)电子显微镜扫描图像,利用马尔科夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo)方法重构得到页岩的三维数字岩心,采用具有高密度比的格子Boltzmann模型,从孔隙尺度来模拟页岩中气水两相驱替过程.首先通过计算表面张力和相对渗透率来验证模型的准确性,然后模拟页岩数字岩心中的油水两相流动,页岩中首先饱和水(气)相,然后从一端注入气(水)相,模拟终止条件为驱替相在出口端发生突破,气水运动黏度比和密度比分别设置为10:1和1:1000.水驱气过程中发生突破时,水相的饱和度为70%,而气驱水过程中发生突破时,气相的饱和度只有4.5%,给出了三维数字岩心中驱替相分布,在气驱水的过程中发生突破时,大部分水被滞留在页岩孔隙中,从而解释了页岩水力压裂中,压裂液返排效率低于10%的现象.     

水听器基阵障板影响和阵列流形的边界元计算及实验验证

在考虑障板对水听器基阵影响的基础上, 提出阵列流形获取的新方法, 即阵列流形的边界元计算方法. 首先将基阵障板视为一个散射体, 然后通过计算散射体表面声场分布, 求出基阵阵元位置处的声场响应, 最后得到整个基阵的阵列流形. 该方法可以获得与实验测量相吻合的阵列流形, 避免了理想阵列模型失配的问题. 对安装在半球形障板上的14元圆弧阵进行了仿真计算, 并在消声水池进行了实验验证. 仿真计算与实验结果表明, 由于障板对水听器基阵的影响, 阵元具有很强的指向性, 导致理想阵列流形与实测阵列流形差异很大, 利用本文方法可以获得与实测值相吻合的阵列流形.