基于高速3D-DIC技术的砂岩动力特性粒径效应研究

利用分离式霍普金森压杆（SHPB）,对粗砂岩、中等粒径砂岩和细砂岩进行了应变率为69～83 s–1的动态单轴抗压实验,研究了粒径尺寸效应对砂岩动力特性的影响。通过三维数字图像相关（3D-DIC）技术分析高速摄像图像,获得了砂岩的实时应变场,据此分析了动态荷载下3种粒径砂岩的动力变形特性和裂纹开展行为。结果表明,砂岩弹性应变储能可逆释放的临界应变率随着粒径的减小而升高,动态压缩强度随着粒径减小而增大,动态强度应变率敏感度则与强度规律相反。相较于静态条件下,中等粒径砂岩和细砂岩的动态弹性模量增长了2～3倍,粗砂岩的动态弹性模量增长达5倍以上。细砂岩的动态泊松比相较于静态提高了约25%,中等粒径砂岩的动态泊松比约为静态时的70%。动态裂纹首先出现于试件内部,然后传播至表面,呈现出应变局部化,动态荷载下岩石裂纹的孕育和扩展相比静态条件下均有所提前,其中细砂岩在动态荷载条件下的归一化裂纹起裂阈值仅为峰值强度的10%。微观分析表明,矿物粒径大小和黏土矿物含量分别在砂岩的动力力学性质和裂纹开展行为方面发挥主要作用。     

粉末压片-X-射线荧光光谱法分析砂岩型铀矿制样中粘结剂用量的探讨

由于砂岩型铀矿的成矿特性,样品粉末的内聚力小,采用直接压片法有时难以成型,样片表面常见裂纹,上机测量易碎裂。混合压片法适应性强,制样成功率高,但常见的问题是样品经粘结剂稀释会影响元素的检出限及结果的准确性。本文对粉末压片-X射线荧光光谱法测定砂岩型铀矿地质样品时,前期制样中添加粘结剂的比例进行了研究。试验按照不同比例在铀矿石标准物质GBW04101、GBW04102中添加粘结剂,在扫描电镜下观察到随着粘结剂用量的增加样片表面的光滑度及致密度都呈上升趋势,在X-射线荧光光谱仪上对主量元素进行测定后发现X射线强度在粘结剂添加量大于0.2 g时明显下降,经与GBW04101、GBW04102标准值进行对比后优选出粘结剂与样品的最佳比例为1：20,在此比例下制成的样片光滑平整,不易碎裂,用粉末压片-X射线荧光光谱法进行测定,标准物质测定结果的相对误差为0.56%～6.76 %,相对标准偏差(RSD,n=12)为0.013 %～7.68 %,均达到了《地质矿产实验室测试质量管理规范》DZ/T 0130-2006的要求。本文为粉末压片-X射线荧光光谱法分析砂岩型铀矿地质样品提供了可靠的实验参考依据。     

导电环氧树脂消除扫描电子显微镜图像荷电问题的原理与实践

荷电问题常造成扫描电子显微镜(SEM)图像上产生亮度不均、条纹等伪影.提出一种利用导电环氧树脂镶嵌样品以消除SEM图像荷电的方法,并与传统导电胶粘贴制样方法对1000℃高温混凝土、瓷土与河南双槐树考古土三种样品的适应性进行了对比研究.结果表明,利用铜粉与环氧树脂混合制备导电环氧树脂并将样品镶嵌其中所制备样品的SEM图像基本无荷电问题,而传统导电胶粘贴方法所制备样品的SEM图像存在较严重的荷电问题,通过增加导电层厚度并不能对此进行改善,且易造成微纳结构被掩盖.最后对传统制样方法导致荷电问题的原因与导电环氧树脂对荷电问题的改善原理进行了分析.     

产水气井井筒温度压力计算方法

应用考虑气液相间滑脱与流体沿井筒截面非均匀分布的漂移模型,结合动量守恒、能量守恒和井筒传热学,建立考虑井斜变化的气井井筒温度、压力耦合预测模型,通过15口实测井数据对模型进行验证.结果表明:所建模型可以准确计算产水气井井筒的温度和压力,计算结果平均绝对误差3.60%,满足工程计算要求.     

Boundary conditions for porous solids saturated with viscous fluid

Boundary conditions are derived to represent the continuity requirements at the boundaries of a porous solid saturated with viscous fluid. They are derived from the physically grounded principles with a mathematical check on the conservation of energy. The poroelastic solid is a dissipative one for the presence of viscosity in the interstitial fluid. The dissipative stresses due to the viscosity of pore-fluid are well represented in the boundary conditions. The unequal particle motions of two constituents of porous aggre~ gate at a boundary between two solids are explained in terms of the drainage of pore-fluid leading to imperfect bonding. A mathematical model is derived for the partial connec- tion of surface pores at the porous-porous interface. At this interface, the loose-contact slipping and partial pore opening/connection may dissipate a part of strain energy. A numerical example shows that, at the interface between water and oil-saturated sandstone, the modified boundary conditions do affect the energies of the waves refracting into the isotropic porous medium.     

基于Lemaitre原理改进砂岩蠕变损伤模型研究

以煤矿巷道围岩（砂岩）为研究对象,采用MTS815.02岩石力学试验系统,对流固耦合蠕变过程中孔隙水压力作用机制展开研究,以伯格斯模型为基础,基于Lemaitre原理建立改进的伯格斯非线性蠕变损伤模型,可以得到如下主要结论：当围压越大,岩石蠕变最后一级荷载作用持续时间越长,相对经历衰减蠕变和稳定蠕变时间越长;且由最终一级破坏蠕变变形值可知,孔隙水压较小时,蠕变变形量相对较大,此时围压增大提升了岩石延性特性,但是孔隙水压增大却削弱了围压作用,由于孔隙水压使得岩石力学性能劣化,因而减少了岩石在破坏时蠕变变形量;随后基于Lemaitre原理建立的伯格斯非线性损伤蠕变模型,可以较好地描述岩石的衰减蠕变、稳定蠕变与加速蠕变阶段;且试验曲线与拟合曲线吻合度高,验证了本文所建立损伤流变模型的合理性．     

多孔隙流固耦合砂岩的冲击损伤效应

采用分离式霍普金森压杆冲击实验系统,对流固耦合的多孔隙红砂岩试样进行了不同冲击速率下 的损伤效应对比实验,得到反复冲击作用下多孔隙砂岩试件的损伤演化本构关系曲线。通过检测不同冲击速 率作用前后流固耦合砂岩试样的声波速度变化和冲击损伤破坏结果,探讨多孔隙流固耦合砂岩的冲击损伤 演化的主要影响因素,得出冲击损伤强度随声波速度和孔隙率的变化曲线;提出不同耦合介质和孔隙率对多 孔隙砂岩冲击损伤效应的影响关系。     

不同含水量砂岩的中红外光谱特征与预测模型研究

水对岩石具有软化、溶蚀等作用,准确预测岩石的含水量对岩土工程的地下深部开采至关重要。该文将中红外光谱技术应用于砂岩的含水量分析,研究了不同砂岩样品的中红外光谱特征与其含水量之间的关系。通过多种预处理方法提取有效特征向量,构建了针对砂岩含水量的中红外光谱预测模型。结果表明,多元散射校正+偏最小二乘法、归一化特征向量提取+随机森林及一阶微分+支持向量机3种模型在测试集上预测的含水量与实测值之间的相关系数（R2）分别为0.985、0.995和0.951,均方根误差分别为0.074、0.022和0.137,即特征向量提取+随机森林的预测模型效果最佳。该方法通过中红外光谱技术实现了砂岩含水量的无损、快速分析,为地质工程中砂岩的水分预测提供了参考。     

真三向应力作用下深部储层砂岩渗透率各向异性实验研究

渗透率各向异性是沉积岩层理结构中一个非常典型的现象,一方面它由原生沉积结构决定,即原生各向异性,另一方面它受到总应力和孔隙压力影响,即诱发各向异性.为研究真三向应力条件下储层砂岩渗透率原生与诱发各向异性,以中国东北部S6储气库储层砂岩为研究对象,采用东北大学自主研制的硬岩真三轴应力-渗流耦合装置对储层砂岩进行渗流实验,通过稳态法完成同一砂岩3个相互垂直方向的渗透率测试.实验结果表明:储层砂岩在施加的应力和孔隙压力范围内,平行层理方向的渗透率k x为100.94～113.98 m D,k y为98.34～111.41 mD,垂直层理方向的渗透率k z为54.98～63.29 mD;储层砂岩3个正交方向渗透率均随主应力增加而减少,随孔隙压力加载而递增;与气体渗流方向垂直的应力对渗透率的影响大于与气体渗流方向平行的应力对渗透率的影响;当外部应力方向都垂直于气体渗流方向时,与层理垂直的应力对渗透率的影响大于与层理平行的应力对渗透率的影响;孔隙压力对储层砂岩渗透率的线弹性响应并不是各向同性的,孔隙压力对水平层理方向所产生的渗透率增量超过了垂直层理方向.研究结论为地下储气库储层砂岩渗透率准确预测提...     

边切斜裂缝岩石单轴压缩缝尖起裂机理试验研究

为研究岩石在压剪荷载作用下的断裂特性，在岩石试样侧边切斜裂缝，预制角度分别为30°、45°、60°的初始裂纹，利用TAW-2000微机控制电液伺服岩石三轴试验机进行单轴压缩断裂试验。试验结果表明：边切斜裂缝岩石单轴压缩试样表现为明显脆性，其峰值荷载随初始裂纹角度的增大而增大，大角度初始裂纹具有更高的安全性；试样从预制裂纹尖端开始起裂，并产生向荷载作用方向扩展的翼型裂纹或反翼裂纹，缝尖裂纹扩展初期先受到压剪应力作用，随着裂纹逐渐扩展过程转变为拉应力作用，试样的最终破坏由张拉裂纹主导破坏，初始裂纹角度为45°、60°时伴随部分剪切破坏；裂纹起裂角度随初始裂纹角度的增大而呈现增大趋势，且在初始裂纹角度为60°时，同时出现了反翼裂纹与翼裂纹，起裂模式及角度的控制因素为沿扩展路径方向上法向应力值的相对大小。