黏土矿物微观孔隙结构的分形特征

以深部软岩中黏土矿物为研究对象,运用Image-proplus专业图像分析软件,对黏土矿物微观结构SEM图像进行处理,提取孔隙信息,结合分形理论,对微观孔隙结构进行分形数值分析。研究表明：软岩中黏土矿物微观孔隙结构分布具有分形特征,试样的分形维数在1~2。具有不同微观结构形态的相同类型黏土矿物和具有同种微观结构形态的不同类型黏土矿物,其分形维数均有差异。孔隙分布均匀程度与分形维数成反比。     

不同应力路径下贵阳红黏土固结不排水试验及微观机理研究

为揭示贵阳红黏土不同应力路径、固结不排水试验条件下宏观力学特性及微观作用机理,通过分别施加300 kPa、400 kPa、500 kPa不同围压,在增P、减P、等P加载路径下,研究其应力-应变关系。结合SEM电镜扫描测试结果,分析了贵阳红黏土颗粒形态和孔隙结构等对宏观力学特性的影响规律。研究结果表明:三种应力路径下贵阳红黏土的应力-应变关系不同,应变速率也具有较大差异,但均表现出不同程度的应变软化现象。不同围压下,红黏土发生剪切破坏的峰值应力与围压呈正相关关系。SEM扫描电镜下,贵阳红黏土内部为片状黏土矿物、少量针状分散矿物及微小不定形物质,按一定的分布规律,进行接触、联结与排列组合形成特殊的微观结构,直接影响着宏观力学特性。     

锌污染红黏土的力学性质与微观结构试验

通过三轴试验和扫描电镜试验,分析了污染红黏土的力学特性与锌离子掺量的关系,探讨了不同锌离子掺量下污染红黏土的微观结构变化。研究结果表明:重塑红黏土应力-应变关系曲线呈硬化型,围压和抗剪强度呈正比,土颗粒主要以叠片状、块状单元等凝聚形式搭建结构骨架。锌离子掺量越高,红黏土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角越小,整体孔隙逐渐增多,孔隙率和分型维数越大,结构越不稳定。     

千枚岩土掺入红黏土微观结构与压缩特性试验研究

千枚岩土和红黏土均为高液限土,不宜直接作为路基填料。为充分利用两种特殊土,通过在千枚岩土中掺入0、20%、40%、60%、80%、100%红黏土配制混合土,研究混合土的液塑限、微观结构与固结试验。试验结果表明:混合土的液限随掺合比的变化规律可以用三次函数表达,当掺合比为13%～52%时混合土的液限低于40%,填料为C组填料,符合该工程基床底层及以下层的应用标准。电镜试验结果表明,千枚岩土颗粒较均匀,红黏土颗粒较小且可以有效地嵌入千枚岩土空隙而改变原有的土的级配,因此混合土干密度较千枚岩土大。固结试验表明,混合土压缩系数随压实度的增加而减小,随红黏土掺合比呈二次函数减小,加入红黏土可以有效降低千枚岩土的压缩性。因此建议碾压方案为红黏土掺入50%,含水率为16%。     

基于压汞试验及氮气吸附试验下柳州红黏土微观结构分析

土体微观结构是影响其变形破坏、强度等特性的内因,为探究土中孔隙分布特点,针对柳州红黏土的原状样和重塑样进行压汞试验、氮吸附试验,通过探究发现：红黏土中发育有大小不一的团粒,由于游离氧化铁的胶结作用,团粒内部具有高的稳定性,在一般的荷载作用或扰动下不会发生破坏,且团粒内部存在大量尺寸较小的孔隙,与团粒间孔隙一起构成红粘土的孔隙空间;红黏土中孔径分布的双峰结构非常明显,团粒内的孔隙由于强胶结作用而保持稳定。不同制样方法形成的土体的团粒内孔隙是稳定的,重塑土样相对原状土样,孔隙体积更大,结构松散;压汞试验孔隙测量比较全面,含盖广,包括了大孔隙和微孔隙,整体孔隙分布和孔隙累积体积展示清晰,而氮气吸附试验更侧重于微孔隙体积的测量,且测量精确度高,故两者结合能更为详细、精确。     

碱污染下红黏土强度指标变化的微观角度分析

为了研究碱性环境条件下桂林红黏土强度指标变化机制,对不同质量分数NaOH溶液污染下的红黏土开展直剪试验、物化分析试验、颗粒分析试验以及比表面积试验,进而探究地基土体宏观力学指标与微观结构之间的关系.研究结果表明:随着NaOH质量分数的增加,黏聚力逐渐增大,内摩擦角逐渐减小.随着孔隙溶液中Na+质量分数的增加,微小土颗粒...     

蜀南地区五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构及分形特征

南方上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组海相页岩是中国页岩气主力开发层位,页岩微观孔隙结构特征的研究对于页岩含气性和开发储量的评价有重要意义。采用场发射扫描电镜和低温氮气吸附实验方法对蜀南地区长宁区块五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构进行了定性评价和定量表征。实验结果表明,蜀南地区五峰-龙马溪组页岩以有机质孔隙为主,局部可见粒间孔和粒内孔发育。氮气吸附回滞环属于H4型,对应纳米级孔隙类型为狭缝型;五峰-龙马溪组页岩平均比表面积17.35 m~2/g,平均孔体积16.70 mm~3/g,平均孔径9.82 nm;页岩纳米级孔隙表面具有分形特征,分形维数平均值为2.681;有机碳含量的增加使得纳米级孔隙数量增多,页岩分形维数增大,孔隙表面粗糙程度增大,页岩比表面积增大,页岩吸附能力增强。     

基于图像处理的压实红黏土裂隙特征

通过室内试验研究了内蒙古压实红黏土在不同干燥温度条件下干缩裂隙的发展规律,探讨了红黏土产生裂隙时含水率的变化情况,采用图像处理技术定量分析了压实红黏土在干燥过程中裂隙的几何特征(平均裂缝宽度、裂缝总长度、裂隙率)与分形特征(分形维数).结果表明:不同干燥温度下,试样含水率随干燥时间的变化趋势相似,试样在初始干燥阶段失水较快,呈线性变化趋势,随着干燥时间的延续,水分蒸发速率逐渐减缓,最终达到稳定;温度对试样收缩裂隙的发展影响显著,温度越高试样裂隙发育达到稳定状态所需时间越短,且裂隙几何特征值与分形维数越大,温度低则相反;裂隙分形维数与裂隙长度、裂隙平均宽度以及裂隙率呈指数函数关系.     

NH3·H2O污染桂林红黏土的微观结构演化

为了探究碱污染红黏土微观结构演化规律,利用桂林地区氨水(NH3·H2 O)污染红黏土的扫描电镜图像来研究在不同浓度(0、4.5％、9.0％、13.5％、18.0％)、不同时间效应(0、1、7、14 d)下,污染红黏土的微观结构图像的变化特征,利用MATLAB软件处理图像,统计分析NH3·H2 O污染红黏土微观结构参数(...     

冻融循环下纳米黏土改性滨海水泥土的微观结构

为探究冻融循环下纳米黏土对滨海水泥土微观结构的改性效果,通过扫描电子显微镜微观测试对土体微观结构变化规律进行分析,探讨了土体的微观结构定量化参数与宏观力学特征的关联性.以纳米滨海水泥土为对象,利用扫描电子显微镜和Image Pro Plus软件获取土体在0、1、5、7、9、11次的冻融循环下的微观结构特征和量化参数.结果表明:①在未冻融的环境下,纳米黏土改善滨海水泥土微观结构效果明显,孔隙明显减小.②在冻融环境下,纳米黏土在冻融循环初期对滨海水泥土微观结构的改性效果好,表现在冻融循环0～5次内孔隙面积平均减少14.3％,而冻融循环7～11次时仅平均减少4.3％的孔隙面积.通过概率密度函数的分布可知纳米黏土抑制了滨海水泥土超大孔隙的发育.③纳米滨海水泥土的压缩系数对颗粒面积变化比较敏感,颗粒的数量、不均匀系数等微观结构参数对压缩系数的影响较小.     

多孔介质微观孔隙结构分形特征及分形系数的意义

依据孔隙结构的球体模型和毛管束模型,推导出两种模型的孔隙体积表达式和两种模型分形维数间的关系式。计算结果表明,基于毛管束模型的分形维数总比基于球体模型计算的分形维数小1,分形系数的物理意义在于它反映了孔隙的发育程度。基于毛管束模型,利用压汞数据计算了西峰油田长8储层多孔介质微观孔隙的分形维数,同时给出了分形维数与孔隙度、渗透率等地层参数的关系曲线。分析结果表明,该区孔隙结构具有分形特征,分形维数为1～2。分形维数越大,多孔介质微观孔隙分布的非均质性越强;分形系数越大,孔隙越发育,储层物性越好。     

外掺剂对红黏土微观结构及脆性指数影响

为了研究外掺剂对红黏土的影响,对掺入氧化钙、氧化铝、氧化钙与氧化铝联合掺入的红黏土重塑样进行三轴不固结不排水试验;通过分析在不同外掺剂以及不同掺入率下改性红黏土的应力-应变曲线、抗剪强度峰值曲线,得出三种外掺剂对红黏土的力学性质的影响,并建立模型对红黏土脆性指数进行量化分析。采用场发射扫描电镜对改性红黏土的微观结构变化进行比对分析。试验结果表明:红黏土的强度随着氧化钙掺入率的增大而增大,氧化钙在显著提高红黏土强度的同时降低其脆性指数,导致其延展性变差;氧化铝的单独掺入对红黏土的力学性质影响甚微;氧化钙与氧化铝联合掺入能够提高红黏土的脆性指数,使红黏土的延展性能变好的同时提高了红黏土的强度。     

含裂隙红黏土土水特征与强度特性研究

红黏土边坡在干湿循环作用下极易产生裂隙,裂隙发育将对土体水力学特性及强度造成不利影响,从而降低边坡稳定性。以长沙红黏土为研究对象,制备具有不同裂隙数量的红黏土试样,开展了渗透试验、土水特征曲线试验和直剪试验,揭示了红黏土饱和渗透系数、土水特征曲线和抗剪强度指标随裂隙数量和干密度的演化规律,建立了相应函数表达式。结果表明：红黏土渗透系数量级为10^-5～10^-7 m/s,饱和渗透系数随干密度的增加而减小,随裂隙数量的增加呈指数型增长,裂隙增加5条,饱和渗透系数提高66.4倍;干密度低和裂隙数量多的试样饱和体积含水率更高,脱湿过程中体积含水率随基质吸力降低速率更快,残余含水率更低,持水能力更差;红黏土抗剪强度指标与干密度呈正比,与裂隙数量呈反比,当干密度增加0.28 g/cm³,黏聚力和内摩擦角分别提高2.35倍和0.94倍,而当裂隙增加5条,黏聚力和内摩擦角分别降低57.09%和49.59%。     

贵州红黏土路用工程性能研究

从红黏土的成因出发,对它的物质组成与结构特性进行了分析,揭示了其所具有的特殊工程性能.同时通过大量的土工实验,验证并评价了它的物理与力学性质.研究和实践表明,只要措施得当,将红黏土用作路基填料是可行的.     

水泥-纤维改良昆明地区红黏土动力特性试验

为了研究水泥-玄武岩纤维对于昆明地区红黏土的动力特性的改良效果,在已有的室内试验基础上,分别对未改良红黏土和12%掺量的水泥、0.5%玄武岩纤维的改良红黏土,在一定围压和加载频率条件下进行室内动三轴试验,着重分析了围压、频率和干湿循环对动力学变形性质与动力学强度性质的影响。试验结果表明：改良前后的红黏土动力特性有所不同,改良前动应力幅值与动应变幅值符合双曲线模型,而改良后的红黏土动变形整体呈现出线弹性,符合线性回归模型与Logistic回归模型。改良后红黏土的最大动弹性模量明显增加、阻尼比会明显下降、动力破坏形式发生改变、动强度明显增大,并分析了围压、频率和干湿循环次数对改良前后红黏土的动力特性的影响,拟合并得出相关参数。     

红黏土三维孔隙结构建模与渗透性能分析

为探讨土的微观孔隙网络和渗流,通过高斯随机场二相化理论来表征孔隙介质基质与孔隙的方法,构建了满足真实土体孔隙率和孔径分布,且具有随机形态的三维孔隙模型。基于所建模型,采用数学形态学图像分析方法,提取与渗流有关的参数,并采用Kozeny-Carman方程计算了模型的渗透率。结果表明：与实验数据相比结果相近,验证了该方法的可行性。研究结果为孔隙介质微观建模与渗流分析提供了一种新的思路与方法。     

水泥-红黏土注浆堵水性能试验及现场应用研究

为解决纯水泥浆注浆成本高、结石率低及凝结时间长等问题,对水泥-红黏土注浆材料进行研究。通过试验,分析水固比和红黏土掺量对浆液析水率、结石率、流动度、黏度及凝结时间的影响规律。结果表明,水固比一定时,浆液中红黏土掺量与析水率呈负相关,与结石率呈正相关;纯水泥浆液中掺入红黏土,流动度减弱,掺入红黏土可有效降低浆液凝结时间,浆液凝结时间与红黏土掺量呈负相关。浆液水固比为0.8,红黏土掺量为50%时,效果较优,初始黏度低,流动度接近纯水泥浆液,与传统水泥浆液相比,凝结固化时间低,析水率低,结石率达95%以上;通过现场工业试验,单孔每米注浆可节省水泥量约213 kg,大大减少水泥用量,降低注浆成本,检查孔检测注浆后透水率为3.52 Lu,防渗堵水效果较好,对地下水进行有效拦截,保证矿山安全可持续开采。     

多孔介质微观孔隙结构分形特征及分形系数的意义

依据孔隙结构的球体模型和毛管束模型 ,推导出两种模型的孔隙体积表达式和两种模型分形维数间的关系式。计算结果表明 ,基于毛管束模型的分形维数总比基于球体模型计算的分形维数小 1,分形系数的物理意义在于它反映了孔隙的发育程度。基于毛管束模型 ,利用压汞数据计算了西峰油田长 8储层多孔介质微观孔隙的分形维数 ,同时给出了分形维数与孔隙度、渗透率等地层参数的关系曲线。分析结果表明 ,该区孔隙结构具有分形特征 ,分形维数为 1～ 2。分形维数越大 ,多孔介质微观孔隙分布的非均质性越强 ;分形系数越大 ,孔隙越发育 ,储层物性越好。     

致密砂岩储层微观孔隙结构的分形研究

针对鄂尔多斯盆地陇东地区长7致密储层孔隙结构复杂、储层有效性评价困难的问题,基于分形理论,分别利用压汞曲线及CT图像对分形维数求解。通过计算的分形维数求解分形孔隙度,并与实验孔隙度对比。结果表明,两类分形维数的计算结果能反映其与孔隙结构间的关系,均表明该样品为中等非均质性。研究后认为,分形维数可以用于孔隙结构类型的表征。     

湖北省城市体系分形特征及其规律结构研究

在简要介绍分形理论的基础上,利用哲夫法规计算了湖北省城市体系三项规模指标－非农业人口数,全部工业总产值和社会商品零售总额的分维值,分析了分维值的变化和规模结构自反现状特征,提出了湖北省城市体系培育的方向。