流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性

研究流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性,分析孔隙介质孔隙率等参数对频散曲线的影响。理论上建立了无限大流体包裹孔隙介质圆柱界面波的模型,利用孔隙介质弹性波动理论,通过数值模拟计算得到流体-孔隙介质圆柱的频散曲线及时域波形,并分析了孔隙介质为开孔和闭孔状态下孔隙介质圆柱半径、孔隙率及渗透率对频散曲线的影响。结果表明,时域上斯通利波可以被明显区分开,孔隙介质圆柱半径的变化改变了圆柱尺度,孔隙率的变化改变了孔隙介质的纵、横波波速,因此对于斯通利波频散曲线的影响较大。而渗透率的变化既不改变圆柱的尺度也不改变孔隙层的纵、横波速度,因此对斯通利波频散曲线影响较小。      

一种考虑液相惯性的一维准静力固结模型

经典Terzaghi一维固结理论不考虑孔隙流体惯性影响,且该理论在不同时期模型推导和表述结果差别较大,导致当前仍存在诸多困惑甚至认识混乱的现象. 在笔者前期研究大变形动力固结理论框架内,忽略固相惯性而重点考虑液相惯性影响,经过合理简化建立反映孔隙流体惯性的一维小变形固结波动模型. 该固结波模型具有频散和耗散特性. 采用分离变量法,可得到单面排水和瞬时加载条件下无量纲形式固结波解析解答. 算例分析结果表明:固结波发展规律受无量纲数D_{\mathrm{c}}变化影响而呈现不同性态;D_{\mathrm{c}}数值较大时固结波响应会出现阶跃和正负波动现象;当D_{\mathrm{c}}值较小时,可能出现Mandel-Cryer效应等特殊现象. 通过对早期和后期Terzaghi固结模型的分析和对比,初步探明Terzaghi固结理论模型内部的矛盾性,在普通土体坐标和固相体积坐标两种不同解读条件下,早期Terzaghi (1923,1925)模型可以分别诠释为具有小变形和大变形属性的不同固结模型. 在经典一维固结理论模型的不同诠释背景下,固结波模型也可以据此作出相应拓展和表述. 固结波理论揭示缩尺固结试验中土体物理力学参数与固结波响应两种因素之间存在一种不确定性矛盾,据此建议微观土力学研究重视尺度效应. 固结波模型的意义还在于,可为Terzaghi经典固结模型理论精度分析提供新的依据.      

开裂孔隙材料渗透率的细观力学模型研究

采用细观力学方法对含随机裂纹网络的孔隙材料渗透性进行研究.开裂孔隙材料渗透性的影响因素包括裂纹网络的密度、连通度、裂纹的开度以及孔隙材料基体渗透性.对于不连通的裂纹网络,该文采用已有的相互作用直推法(interaction direct derivative,IDD)的理论框架,引入裂纹的密度$\rho$和裂纹开度比$b$,提出了裂纹夹杂$\!$-$\!$-$\!$基体两相复合材料渗透率的IDD理论解.对于部分连通裂纹网络,考虑局部裂纹团内部各个裂纹对有效渗透率的相互放大作用,引入裂纹网络的连通度$f$,定义与连通度相关的水平裂纹密度$\rho^{h}$,按照增量法将表征连通特征的水平裂纹嵌入有效基体中,以此方式来考虑裂纹夹杂间的相互搭接,提出了考虑裂纹连通特征的扩展IDD理论解,分别考虑了基体材料渗透率$K_{m}$、裂纹密度$\rho $、裂纹开度比$b$以及与连通度$f$相关的$\rho ^{\rm h}$.最后通过对有限区域内含随机裂纹网络孔隙材料渗透过程的有限元模拟分别验证了不连通和部分连通裂纹网络扩展IDD模型的适用性:(1)当裂纹不连通时,由于基体对流体渗透的阻隔作用,裂纹的开度对有效渗透率影响不大;(2)当裂纹部分连通时,裂纹密度分别小于1.1(无关联裂纹网络,分形维数为2.0)、1.2(关联裂纹网络,分形维数为1.75)时,扩展IDD模型能够很好地估计开裂孔隙材料的有效渗透率,但是随着裂纹进一步扩展,最大裂纹团主导作用凸显,扩展IDD模型不再适用.      

饱和多孔介质化学-热-弹性模型及应用

本文基于热局部非平衡(LTNE)条件和加权平均温度概念,并假设孔隙流体由溶质和溶剂两组元组成,对页岩（饱和多孔介质）,推导给出了一种LTNE条件下的化学-热-弹性模型,同时讨论了耦合方程组的解耦求解问题．作为模型的应用,考虑无限大平面含一圆形孔的情况,研究了冷/热对流以及溶质摩尔分数突变边界条件下圆孔附近的孔隙压力和化-热应力问题,用Laplace变换得到了平面轴对称情况下有关力学变量的表达式．数值分析了圆孔边界上冷/热对流的Biot数和溶质摩尔分数改变量对圆孔附近孔隙压力和化-热应力的影响．结果表明：在Biot数为中等值(1~5)范围内,LTNE效应是非常明显的;化学作用对孔隙压力和固相应力的影响不可忽视．     

页岩储层纳微米孔隙CO2/CH4吸附及驱替特性研究进展

利用CO₂开采页岩气不仅能够提高页岩气采收率, 还能够节省水资源并且对CO₂进行地质封存, 有助于实现页岩气开采过程的碳中和. 富有机质页岩储层纳微米孔隙中气体运移机制不同于常规储层, CO₂在储层中具有超临界特性, 致使开采机理复杂, 无法得到CO₂开采页岩气微观机理的准确认识, 所以研究CH₄, CO₂及其二元混合物在页岩储层纳微米孔隙中的吸附及驱替特性对准确评估和高效开采页岩气至关重要. 本文从实验、理论以及模拟方面对页岩储层纳微米孔隙中CH₄的吸附特性、CO₂/CH₄二元混合物竞争吸附特性以及驱替特性进行了综合分析, 对气体在纳微米孔隙中吸附及驱替特性的基础研究及关键问题进行讨论分析并提出了展望. 研究表明CH₄在页岩储层中表现为物理吸附, 有机质特征(丰度、成熟度、类型)、孔隙结构、无机矿物组成、温度和压力、含水率对页岩的CH₄吸附能力均有一定程度的影响. 在相同条件下, CO₂比CH₄更易被页岩储层吸附, 在页岩储层中注入CO₂可以促进CH₄的解吸, 并有利于CO₂的地质埋存. 开采方案的部署可采用井网形式的注采方式, 可以通过调整注入井的位置、数量以及CO₂注入速率对开采方案进行优化.      

多孔介质中化学反应对非等粘流体混合过程影响的格子Boltzmann研究

利用格子Boltzmann方法和GPU计算技术,在孔隙尺度上模拟多孔介质中包含界面化学反应的粘性指进现象,定量分析化学反应对流体混合的影响.采用单浓度变量的双稳态模型来描述界面反应,而各向同性的多孔介质则通过四参数法生成.研究发现化学反应能减小指进界面厚度,抑制流体的混合,甚至会出现反混合现象,并且随着反应速率的增加,影响越明显.     

渗透固结试验装置的改进

针对传统固结仪不能进行渗透试验的不足,对固结仪进行了改装。改装后的固结仪不仅可以交叉进行固结、渗透试验,以研究不同荷载作用下土样的渗透特性,而且可以通过三通阀控制排水条件,进行双面排水固结试验,或在单面排水条件下量测固结过程中试样不排水面处的孔隙水压力,也可通过串联固结仪分别研究试样不同截面处孔隙水压力的消散规律。新仪器具有构造简单,密封性能好的特点。通过与常规固结、渗透试验的结果对比,验证了采用改装固结仪测定固结模型参数的可靠性。另外,通过单面排水固结试验发现了孔压滞后现象。     

焙烧水滑石对含氯中性化混凝土孔隙液中钢筋腐蚀行为的影响

研究了碳酸根型镁铝水滑石(LDH-MgAl-CO3)焙烧产物(CLDH)在含氯离子的中性化混凝土模拟孔隙液中对钢筋腐蚀行为的影响.极化曲线电位监测以及EIS测试表明,经CLDH处理后的孔隙液中钢筋的极化曲线出现明显的钝化区间,其腐蚀电位较未处理的有一定提高,表面的阻抗也有较大增加.此外,离子浓度分析发现,较未处理时,经CLDH处理后的孔隙液其[Cl-]/[OH-]值降低了4～5个数量级.     

挡土墙填土边坡水文响应过程分析——以赖屋山挡土墙填土边坡为例

深圳赖屋山的一挡墙表面出现数条裂缝,为了深入研究其变形破坏机制,在挡墙背后填土区布置自动监测仪器,主要包括渗压计、张力计与水分计及固定式测斜仪。通过对渗压计、张力计和水分计的监测数据分析表明：填土内地下水位埋深大,降雨对其影响小; 土体中孔隙压力和体积含水量对强降雨响应随着埋深存在不同程度的滞后性,强降雨入渗深度大于3m,并且在3m处形成瞬态饱和地下水,抗剪强度降低,易于引起边坡的浅层变形破坏。
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核磁共振T2谱换算孔隙半径分布方法研究

岩芯核磁共振T2谱和压汞分析数据均在一定程度上反映了岩石的孔隙结构特征,理论分析和二者频率分布图对比表明,这两组数据有较好的相关性,核磁共振T₂谱能够换算为反映岩石孔隙结构特征的孔隙半径分布图. 本文应用最大相关性原理、最小二乘法及插值算法等数学方法,给出了一个改进的将T2谱换算为孔隙半径分布图的实用有效新方法,求得了T2弛豫时间与岩芯孔隙半径r之间的换算系数C,计算过程中着重对比了T₂谱与压汞数据的主要分布区间,并考虑了压汞进汞饱和度小于100%对换算结果的影响. 天然砂岩岩芯核磁共振T₂谱换算为孔隙半径分布图的实际应用效果表明,着重对比T₂谱与压汞数据的主要分布区间,同时考虑压汞进汞饱和度小于100%对换算结果的影响是必要的,换算结果更加真实可信.