膨润土改性泥浆的抗渗性能与孔隙特征研究

采用碱激发混合法,制备4种不同膨润土掺量的固化泥浆,用于防渗衬里材料的改性研究,对养护过程中的固化泥浆试样开展柔性壁渗透(FWPT)试验、核磁共振(NMR)测试与电子显微镜(SEM)扫描。结果表明,改性固化泥浆的渗透系数随膨润土掺量增加呈先减后增趋势,膨润土掺量为4%时渗透系数达到极小值;试样的核磁共振T_2谱为双峰分布,代表小孔隙的P1峰占比超过80%,代表大孔隙的P2峰占比随养护时间增加逐渐降低。SEM分析表明,一定含量的钙基膨润土能促进水化反应发生,使材料孔隙显著减少;当钙基膨润土掺量为4%时,泥浆密实度最好,抗渗性能最佳。     

造浆用粘土分析鉴定与造浆试验方法的探讨(下)

二、造浆试验方法的探讨用作钻井泥浆之粘土的造浆率高低是很重要的。试验发现有些膨润土造浆率不高，即使用纯碱改为钠型膨润土后，造浆还是不高，仍小于6米~3/吨土。相反，有些非膨润土的造浆率还比它高。笔者初步分析认为，造浆率高低与粘土分散度和水化程度等有关。小于1微米以下的细颗粒越多且水化程度又好的粘土，其造浆率较高。     

孔压静力触探确定软粘土地基强度方法分析

基于先进的静力触探设备,根据锥尖阻力和灵敏的孔压进行了土层划分.贯入过程中,在土层不同深度处进行孔隙水压力消散试验,分析了砂性土和粘性土孔压消散特征,推算出的土体固结系数符合实际情况.分别采用理论和经验公式计算了软粘土的不排水抗剪强度,对各类方法的计算精度进行了对比分析,在此基础上确定了软粘土地基强度计算经验参数的取值范同,为该区域静力触探勘察设计工作提供了地区性经验指标.     

高庙子膨润土矿勘探与钠基膨润土开采

高庙子膨润土矿是我国高放废物地质处置库缓冲回填材料首选供应基地,国内对高庙子钠基膨润土进行了大量试验研究和理论分析。随着研究工作的深入,需开采天然钠基土样品以满足试验需求。通过施工3个勘探孔,发现主矿区8~24勘探线的膨润土矿石质量好,层位稳定,与已掌握的资料相符。对比两个拟开采位置的矿石质量、矿层厚度、开采条件等,确定使用露天剥离的方式开采膨润土样品,并对开采出的矿石进行初步加工提纯,完成了开采未来5~10年缓冲回填材料试验研究所需样品的任务。     

矸石在恒载变形试验过程中的渗透特性研究

采用变形渗流试验和渗流试验2种试验方案,对比研究矸石在时效性变形过程中的渗透特性,并得到了各级应力水平下渗流稳定时矸石的渗透系数.研究表明:对质量和初始堆积高度相同的散体矸石,由于初始孔隙结构的差异,渗流试验中岩样在各级应力水平下的位移都高于变形渗流试验中的位移;随着岩样的压密及破碎,岩样中孔隙压力的量级从千帕增加到兆帕,在相同的渗流速度下,孔隙压力-时间曲线不易达到稳定状态;在相同的轴向应力及渗流速度作用下,岩样的变形对其渗透系数有很大影响,2种试验中岩样的渗流试验渗透系数小于变形渗流试验系数.     

高压喷射注浆法产生的超孔隙水压分析

介绍了高压喷射注浆法的作用机理 ,探讨了在施工过程中高压喷射注浆法引起的超孔隙水压。根据半无限土体中小孔扩张问题的解 ,分析了在超孔隙水压作用的瞬时 ,土体中的应力、变形等 ,并提出了经验公式。结合一具体工程事故的成功处理 ,验证了所建议超孔隙水压公式的可行性 ,同时提出了减少超孔隙水压的对策和方法。     

抚河中游冲积砂砾类土颗粒组成与渗透试验研究

通过钻孔变水头管内注水试验,以取得冲积砂砾类土的渗透系数,并采取试段冲积砂砾类土进行室内颗粒分析试验,以获得颗粒组成和特征粒径;根据特征粒径对渗透系数的影响因数,拟合砂砾类土特征粒径与渗透系数的经验公式K=m(d10 Cc /d30d50Cu).计算结果表明,经验公式能很好的表征冲积砂砾类土特征粒径与渗透系数的相关性.     

几种非金属矿缓冲回填材料性能研究

研究了膨润土、海泡石粘土、凹凸棒石粘土、累托石粘土、高岭土及沸石等六种非金属矿的表面电荷、阳离子交换容量、比表面积、渗透系数、导热系数等性能参数，进行了各非金属矿材料对Cs^＋、Sr^2＋、Co^2＋的静态吸附实验。结果表明，沸石和膨润土的表面电荷和阳离子交换容量较大，对Sr^2＋、Cs^2＋、Co^2＋的吸附能力较强。膨润土和累托石渗透系数小，隔水性和膨胀性好，可以作为吸附材料和隔水材料。沸石渗透系数大，隔水性差，不宜作为隔水材料，可以作为吸附材料，与其它材料联合使用，构成复合矿物障壁，阻滞放射性核素的向外迁移。几种非金属矿物材料的导热系数均较小，需要通过添加其它材料来提高导热性能。     

不同固结压力与级配条件下尾矿砂孔隙比特征

渗透系数对尾矿坝渗透破坏有直接影响,其主要受孔隙比大小的影响,而孔隙比受固结程度与颗粒级配2种因素双重影响。通过对尾矿坝原状样固结压力与颗粒级配进行分析,确定原状尾矿砂不具备结构性,其孔隙比主要受固结压力与颗粒级配的双重影响,当固结压力逐渐增大时,孔隙比逐渐减小;当尾矿砂分维值逐渐增大时,孔隙比逐渐减小。     

颗粒堆积型多孔介质非线性渗流的试验研究

采用SLB-1型应力应变式三轴剪切渗透试验仪对颗粒型多孔介质试样进行了恒围压与恒轴压不同孔隙压力条件下的渗流试验,考虑到颗粒型多孔介质渗透系数依赖于孔隙改变的特点,提出渗透系数的非线性数学模型。研究结果表明,渗流过程分为非稳定与稳定渗流两个阶段;渗透系数随着轴压和围压的减小由非线性逐渐趋于线性;一维稳定渗流问题的理论推导表明试样内部孔隙压力梯度具有非均匀性。结合试验数据,采用最小二乘法确定了渗透系数理论模型的待定参数,利用非线性数学模型与Darcy定律计算得到的渗透系数之比约为2.5倍。     

煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。     

基于分形表征的粗糙微纳米孔隙瓦斯气体传输方程

为揭示煤体孔隙内表面粗糙微结构对瓦斯传输的影响机制,准确研究粗糙孔隙中的瓦斯气体传输规律,运用自相似特性分形理论推导出了微纳米孔隙内壁面粗糙元有效平均高度和孔隙有效半径的精确数学表达式;采用Optical Tensiometer设备对取自煤体孔隙内壁表面进行3D形貌结构量化分析,将所得关键参数代入相对粗糙度表达式求得对应值为0.352;结合流体速度滑移效应和分子扩散传输机理,推导出了粗糙微纳米孔隙中的瓦斯气体滑流修正传输方程和非连续流扩散传输方程,再通过等效转换原则推导出微纳米孔隙内的视渗透率模型;考虑到煤体纳米级孔隙难以进行精确测量表征和规避孔隙连通性对气体传输的影响,选取结构规整的纳米级圆孔阳极氧化铝薄膜作为气体流动通道载体;基于气体压差穿透实验原理,利用实验室PMI微渗透率设备进行了纳米级孔隙薄膜的渗透性实验,将实验结果所测得的渗透率数据与本文理论模型计算值进行了对比分析。研究结果表明:基于分形表征建立的粗糙微纳米孔隙瓦斯气体传输方程合理可靠,考虑孔隙粗糙度对瓦斯流动的影响是应该且必须的,以分形理论表征的孔隙相对粗糙度公式比前人所提出的孔隙粗糙度经验性公式更为精确,研究结果可为在分形拓扑领域中构建自仿射粗糙微通道的气体流动模拟研究工作中提供借鉴。     

高庙子膨润土作为缓冲/回填材料的研究进展

随着核科学的发展,核工业所产生的高放射性废物的处置问题得到人们的重视。深地质处置现在被普遍接受为最安全有效的方法。通过研究,内蒙古兴和县高庙子膨润土矿床被确定为我国高放废物处置库缓冲/回填材料的首选矿床。本文主要对高庙子膨润土作为缓冲/回填材料的研究进展作了简要的综述,并指出了今后研究工作的方向。     

基于微观结构分形表征的钼-氧化锆材料导电导热性能研究

金属陶瓷物理性能与材料组分和空间组织结构密切相关,其组成相的形态分布具有分形特征。基于渗流理论和分形理论,通过对材料微观结构图像的二值化处理进行导通相分形维数计算,建立分形维数与导通相微观形貌、渗流临界指数之间的定量表征,研究Mo-ZrO2金属陶瓷全组分范围内材料微观结构与电导率和热导率之间的关系。结果表明：导通相面积分形维数随着Mo体积分数的增加而增加,电导率与分形维数遵循渗流转变特征。采用通用有效介质(GEM)方程建立基于导通相分形维数的金属陶瓷电导率和热导率模型,实现材料微观组织定量分析结果与金属陶瓷的渗流模型相结合,有效预测材料宏观物理性质的梯度变化。     

中—高煤阶煤层气系统物质能量动态平衡机制

基于中—高煤阶煤储层欠饱和特性及煤层气井生产数据,以临界解吸压力为关键参数节点,揭示了中—高煤阶煤层气系统物质能量动态平衡机制及其对煤层气开发过程的控制作用。结果表明:基于上述机制可以实现储层压力和含水饱和度实时监测、煤层气井单井可采储量计算、储层渗透率(包括绝对渗透率、相对渗透率、有效渗透率)动态预测、产能动态数值模拟等4方面现场需求;煤储层相对含气量(吸附态气体饱和度)越高,储层压力与含水饱和度下降越快,煤层气越容易解吸产出;临界解吸压力后,煤层气井生产时间越长,储量计算准确性越高;在整个煤层气生产过程中,煤储层渗透率被统一为储层压力的函数,欠饱和相渗曲线能更好地反映煤储层正负效应及气体滑脱效应;在产能预测方面,欠饱和相渗模型较饱和相渗模型更加准确,精确度更高。     

多孔有机膨润土颗粒研制及对PO4^3-的吸附研究

将易燃微粉按一定比例混入膨润土中，挤压造粒，高温灼烧，再用阳离子表面活性剂改性．得到多孔有机膨润土颗粒。将其用于对PO4^3-离子的吸附，研究了酸度、吸附时间、PO4^3-离子的初始浓度对吸附反应的影响．指出该吸附过程符合Langmuir吸附等温方程。     

有机膨润土对水中硫氰根离子的吸附性能

采用有机膨润土对水中硫氰根离子进行了吸附研究,探讨了吸附时间、有机膨润土用量、吸附溶液的pH值等因素对吸附效果的影响。结果表明,有机膨润土能有效地吸附水中的硫氰根离子,等温吸附符合Langmuir模型。     

页岩黏土孔隙气-液-固三相作用下甲烷吸附模型

实际储层条件下含水页岩的甲烷吸附量低于实验室测定的干燥页岩吸附量,致使页岩气资源量被高估。在考虑页岩黏土孔隙含水的基础上,基于气-固界面Langmuir吸附理论、气-液界面Gibbs吸附理论及土壤吸附学,针对狭缝孔及圆管孔两类黏土孔隙,建立了气-液-固三相作用下甲烷吸附理论模型。该模型可以计算孔隙含水饱和度0~100%的吸附曲线,验证表明:计算结果与分子模拟结果吻合。并进一步揭示了甲烷在黏土水膜表面的气-液界面吸附特征:在低压下,吸附量与压力呈线性变化;在高压下,吸附量趋于饱和。     

壳聚糖改性膨润土及其对水中Pb2+的吸附性能

用壳聚糖改性膨润土,制备了一系列不同原料配比的改性膨润土,运用扫描电镜、红外光谱和X-衍射对其结构进行表征,表征结果表明,壳聚糖吸附在膨润土的表面,形成了复合吸附剂.考察了壳聚糖改性膨润土对水中Pb2+吸附性能,通过单因素影响吸附实验,确定了壳聚糖改性膨润土吸附水中Pb2+的适宜反应条件.实验结果表明:当Pb2+初始浓度为20mg/L时,膨润土和壳聚糖质量比为1︰0.01,反应时间为45min,pH值为5.5,吸附剂用量为1g/L,Pb2+去除率达到90%以上.与膨润土相比,吸附性能得到了很大的提高.运用Langmuir和Freundlich方程对该吸附过程进行拟合,吸附行为符合Langmuir和Freundlich吸附等温式.经多次再生,吸附容量基本不变.通过计算不同温度下各热力学参数△G,△H,△S的值,表明该吸附过程是一个自发的吸热过程.