沟谷坡面风沙起动规律研究

根据坡面风沙受力情况,以滚动模式建立了坡面风沙起动的风速公式.计算分析了相同风向条件下不同坡度风沙的起动风速和相同坡度条件下不同风向风沙的起动风速,并与平面风沙起动计算风速和实测风速进行了比较.计算分析表明,在风向一定时,坡面风沙更容易起动,风沙起动速率随着坡度的变陡而变小.在坡度一定时,风沙起动风速受到风向的影响很大,起动风速随风力与水平面垂线夹角的增大而增大.与平面相比,当风力与水平面垂线夹角小于90°时,坡面风沙起动流速比平面为小.在当风力与水平面垂线夹角大于90°时,起动风速比平面为大.当坡面为平面时,风沙起动公式与平面拜格诺起动公式完全一致.     

单轴条件下砂岩三维破裂过程的CT观测

岩石破裂过程研究一直是岩石力学专家关注的重要问题。本文采用特制的三轴压力仪与医用西门子SOMATOM -plusCT扫描仪结合 ,对砂岩进行了室内单轴压缩试验。通过对砂岩的CT图像和密度损伤增量与应力关系曲线分析 ,结果显示 ,砂岩的破裂演化过程可分为初始损伤的压密、裂纹出现—扩展、裂纹归并—分岔、裂纹重分岔—扩展以及裂纹惯通—宏观破坏等五个阶段。在初始损伤的压密阶段 ,砂岩的密度损伤增量为正值 ,速率也为正 ;在裂纹出现—扩展阶段 ,砂岩出现局部密度损伤增量减小 ,并随应力增加而由正值转为负值 ,速率也由正变负 ;在裂纹归并—分岔阶段 ,砂岩的密度损伤增量全为负值 ,速率也变快 ;在裂纹重分岔—扩展阶段 ,砂岩的密度损伤增量继续变负 ,但速率变慢 ;在裂纹惯通—宏观破坏阶段 ,砂岩的密度损伤增量继续变负 ,速率变的更快。     

重庆地区露天石刻早期封护材料老化产物及其影响研究

重庆市市委会办公大楼旧址前有一组露天存放的清代砂岩石狮子,表面覆盖着黑色硬壳状物质,发生大面积脱落,起翘和卷曲。为了揭示黑色硬壳状结构组成,研究其形成过程及对文物产生的影响,利用环境扫描电子显微镜(SEM),X-射线衍射仪(XRD),X-射线荧光光谱仪(XRF),傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)对黑色硬壳及文物表层砂岩样品进行了检测分析研究。结果发现:黑色硬壳断面Mapping元素分布图显示其分为底漆层,中间层和表层,系石刻早期封护层的老化产物;中间层含有立德粉(硫化锌和硫酸钡),黑色外观源于表层中含铅颜料(铅白)变色形成黑色硫化铅及树脂碳化所致;红外光谱与光电子能谱显示出黑色硬壳中含有强的羟基(—OH)特征峰,说明封护层中有机物老化后形成了大量羟基,从而增强了自身亲水性,造成易吸水溶胀与干燥收缩情况,导致大面积脱落,起翘和卷曲现象;黑色硬壳起翘和卷曲部位与下层石刻表面之间形成了易于积水的微空隙,能够聚集雨水中的有害物质,造成石刻表层岩石发生腐蚀,例如黑色硬壳背面及下层岩石表面中高含量硬石膏(CaSO4),经生水化作用后转化为石膏(CaSO4·2H2O),发生体积膨胀造成岩石表面松动和酥粉。因此,当露天文物表面上封护层已老化时,及时地进行清除是十分必要的。     

不同温度热处理后砂岩三点弯曲的断裂特性

通过三点弯曲试验研究了不同温度影响下小尺度砂岩试件的断裂特性,证实温度的影响是明显的.125℃是个临界温度点,此时不仅砂岩的平均断裂韧性达到最大值,而且这时砂岩的裂纹扩展模式也发生了根本性的变化,即低温(低于125℃)热处理后砂岩的断裂以沿颗粒断裂机制为主;而高温(大于125℃)热处理后的砂岩的断裂以破断颗粒和沿颗粒的混合断裂机制为主.在100℃-150℃的温度范围内,砂岩的力学特性变得不稳定,这可能是由于粘土物质内部部分吸附水及层间水的蒸发使得粘土物质孔隙结构发生了变化及力学行为变得不稳定所造成的.从125℃到600℃,砂岩的断裂韧性整体有下降趋势,有约50%的降幅,这不仅与温度影响了粘土物质与矿物的胶结情况有关,也与高温处理后砂岩表面出现的热开裂有关,还与因矿物颗粒及粘土物质的热学性质差异导致冷却后存在的残余应力相关.     

二氧化碳在砂岩透镜体中充注封存的盖层岩石抗断裂性能分析

把CO2这一主要的温室气体注入到地下深处具有适当封闭条件的地层中进行封存和隔离，已被公认为是有效减少CO2排放量的一种比较安全的技术途径。砂岩透镜体油气藏具有良好的圈闭构造和储层物性，油气濒临枯竭的砂岩透镜体是较理想的CO2地质封存箱。基于币形裂纹模型和水力致裂原理，将纵向厚度和横向展布长度均远小于盖层岩石尺度的水平产状砂岩透镜体简化为盖层岩石中的I型币形裂纹，从岩石断裂力学角度分析封存箱盖层岩石的抗断裂性能。采用叠加原理给出了盖层岩石币形裂纹尖端（砂岩透镜体尖灭部位）应力强度因子的计算公式，在此基础上提出了断裂力学判别准则（K=KIC）和临界有效压应力判别准则（P=PC），从岩石断裂力学角度为砂岩透镜体封存箱盖层岩石抗断裂性能分析和评价提供了一种新的研究思路。     

波尔兹曼数字岩芯致密砂岩渗透率研究

致密砂岩渗透率在油气勘探开发、地应力测量及水库地质灾害等领域具有重要意义,但鉴于目前实验技术局限性,温压耦合渗透率测量尚无法通过实验手段实现. 在已有研究工作基础上,首次建立了基于D3Q27数字岩芯模型,并计算了高温压耦合低渗砂岩渗透率问题. 首先,以鄂尔多斯盆地某油田延长组致密砂岩为例,利用X射线CT断层成像技术岩芯获取10μm, 5μm, 2μm分辨率致密砂岩内部结构数据,应用基于量子力学第一性原理的D3Q27格子波尔兹曼数字岩芯模型建立数值模型. 进而,利用自编3DLBM程序分别计算了不同分辨率渗透率随围压(0～200MPa)、孔隙压(0～65MPa)和温度(25℃～180℃)变化规律,通过与Inc AUTOLAB2 000C岩石测试分析系统实验结果对比,验证了程序的可靠性,得到低渗砂岩断层最佳分辨率;最后,在并行CPU-GPU平台上计算了高温高压耦合(0℃～400℃, 0～1.4 GPa)下致密砂岩渗透率值及其各向异性随温压变化规律,并讨论了致密砂岩中水在达到超临界状态后对致密岩石内部结构的影响.     

偶极子声波在疏松砂岩地层井孔中的传播特性研究

对偶极子声源在疏松砂岩井孔中的声波传播机制进行研究具有重要的理论和实际应用价值,可以指导实际测井过程中仪器工作参数的选择及提高资料的处理和解释水平。本文针对实际正交偶极子声波测井中遇到的疏松砂岩超软地层横波测量问题进行了理论分析与数值模拟,计算模拟了偶极子声源在一般软地层和疏松砂岩地层井孔中的传播情况,并对比分析了声场波形与井孔中激发的弯曲波和激发谱的特征之间的内在联系,还根据疏松砂岩地层井孔中的声波传播特点,提出了在这类地层条件下应用偶极子声波测井应注意的若干问题,并指出,在超软地层横波测量中,偶极子声源的中心频率应适当降低,但也不是越低越好,否则达不到预期的效果。本文的研究结果无疑对正交偶极子声波测井声源的设计具有指导作用。     

致密砂岩气藏纳微观结构及渗流特征

随着常规油气资源的减少, 致密砂岩气藏逐渐成为勘探开发的热点. 然而致密砂岩气高效产出机理研究还相对滞后, 已经成为目前制约致密砂岩气大规模经济有效开发的瓶颈. 致密砂岩由于其特殊的地质特征, 基质微观结构复杂, 天然裂缝一定程度发育, 投产一般需要水力压裂等增产措施, 气体在其中渗流存在跨尺度效应. 研究揭示出致密砂岩气在多孔介质中的流动分为解吸、扩散、渗流等几个方式, 包括浓度场下的扩散、压力场中的渗流等. 综述了致密砂岩存在的非常规地质特征及其研究描述方法, 并依据克努森数大小, 对致密砂岩气的渗流状态进行流态区域划分, 为更好的理解和模拟致密砂岩气的流动状态提供了理论依据, 并指出建立一种高效、简洁的微观结构精细描述方法, 以及解决致密砂岩气在多尺度条件下的传质优化等是今后研究的重点方向.     

表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面粘结应力模型的试验与理论研究

为研究寒冷地区饱和砂岩的冻融损伤机理,采用DMA450伺服压机,在静载100N、动载80N、波动频率5～200Hz、温度-40～40℃的条件下,进行了饱和砂岩在不同频率正弦波单轴载荷作用下杨氏模量随温度变化的实验研究,获得滞(粘)弹性的弛豫衰减,以及有衰减引起的砂岩样品微结构变化情况。结果表明：饱和砂岩的杨氏模量和弹性波速度随温度升高而降低,随频率提高而增大; -40～20℃温度范围是冻融损伤最严重的区域。同时,在三种低频条件下(1.6Hz、2.8Hz和5.0Hz)用共振法在0℃获得相变衰减峰,反映了饱和砂岩的冻胀融缩效应,其产生的应力导致了饱和砂岩的损伤。从机理来看,前者是微观缺陷的演变,长期积累会导致破坏;后者是一种物理风化作用造成的宏观损伤。本文结果可为研究寒冷地区饱和岩石冻融损伤的机理及规律提供一定的参考。