天然气水合物分解超孔隙压力研究

针对海洋油气资源开采和海洋工程施工过程中天然气水合物分解所引发的工程风险问题,展开了天然气水合 物分解超孔隙压力理论模型研究。研究中采用理论解析方法,基于水合物分解前后的相态模型和热力学中的通用气 体定律,推导了水合物分解导致的沉积物体积膨胀模型,进一步采用土力学中土体的压缩和回弹特性,最终获得了水 合物分解超孔隙压力理论解析模型。采用典型的海底滑坡工程案例,验证了模型的合理性与正确性,并针对模型中复 杂的影响参数展开参数考察,获得了不同参数的影响效应。研究对认识水合物分解产生的超孔隙压力的演变机理,保 证水合物的储层稳定性,规避水合物分解带来的工程灾害具有重要的理论价值和现实意义。     

软弱路基填土中地基超孔隙水压力变化探讨

为了研究软土地基在填土荷载作用下超孔隙水压力的变化特性,利用大型有限元分析软件ADINA,以实际工程条件为例建立数值计算模型,分析了填土荷载变化与超孔隙水压力的关系.结果表明:路基土体中超孔隙水压力由于分级填土加载缘故,在7级加载完成时,土中水来不及排出,超孔隙水压力骤升,之后随着路基土体固结,超孔隙水压力逐渐消散;填土加载完毕时超孔隙水压力增加到最大值;填土结束300d时,超孔隙水压力逐渐降低,超过33％的超孔隙水压力消散完毕.     

超深基坑地下连续墙外侧孔隙水压力监测及分析

对地铁车站超深基坑地下连续墙外侧孔隙水压力进行监测,综合分析孔隙水压力随时间、深度的分布规律及特点.利用最小二乘法原理,以多项式函数提取相对隔水层孔隙水压力监测曲线的趋势项和随机项,并对其孔隙水压力进行预测分析,预测结果与实际监测数据接近说明预测效果良好.通过对超深基坑施工过程中孔隙水压力的监测及分析可得结论,当围护结...     

饱和软土地基中群桩施工引起的超孔隙水压力

通过对挤土桩桩基施工过程中实测资料的分析和理论研究,认为群桩施工时的超孔隙水压力与单桩情况下的不同.虽然群桩的影响因素更为复杂,但在各桩施工时的相互影响和“水裂”作用的限制下,孔隙水压力值仍会趋于稳定.为此对饱和软土中桩群范围内超孔隙水压力的产生、分布和变化趋势进行了探讨,对桩群外超孔隙水压力的分布规律和影响范围也进行了讨论.     

基于有限差分基础上研究孔隙水压力对边坡安全系数影响

本文以澳大利亚计算机应用协会(ACADS)的典型考题为基础,首先对该边坡在不考虑孔隙水压力情况下,采用FLAC程序进行了安全系数的求解,求解的结果和ACADS给出的参考答案非常接近,可见FLAC法的准确性。然后又分别对该边坡施加了不同的孔隙水压力,分别得到对应条件下的安全系数值,发现孔隙水压力对边坡的安全系数的大小是有影响的,但这种影响程度并不一样,当孔隙水压力在小于某个值时候,影响是非常小的,而孔隙水压力突破了这个值以后,孔隙水压力对边坡安全系数的影响就非常巨大。     

考虑孔隙水压力的土质边坡稳定性分析

水位变化是影响土质边坡稳定性的重要因素．通过分析孔隙水压力对滑动面土体应力状态的影响,可以发现：孔隙水压力减小了土体的强度指标,使滑动面上一点最终的应力状态由临界稳定状态变为稳定状态．而采用基于刚体极限平衡理论的传递系数法计算滑动面的稳定系数,则可以发现：在孔隙水压力作用下,边坡稳定系数存在先降低后增加的变化过程。但滑坡初期稳定性的降低仍然是滑坡事故的重要因素．     

盾构施工引起的超孔隙水压力解析解

基于MohrCoulomb屈服准则,在考虑土体的内摩擦角φ的情况下,推导了盾构通过时引起的超孔隙水压力的公式并与φ=0的情况作了比较,表明φ值使得塑性区范围和超孔隙水压力值变大.塑性区的范围和塑性区内超孔隙水压力的主要影响因素是盾构土舱压力,但弹塑性区交界处的超孔隙水压力值为a6ccosφ(a为Henkel系数,c为土的粘聚力),与土舱压力无关.以上海地铁10号线同济大学站—国权路站区间隧道为实例,对此进行现场监测,结果显示解析解与实测值吻合较好;提出开孔释放超孔隙水压力对策,经实践检验非常有效.     

沉桩引起的初始超孔隙水压力理论解的修正

通过对Vesic、徐永福、王伟等人推导出的超孔隙水压力理论解的分析,发现这些理论解都存在一定的缺陷,在Vesic和王伟推导出的理论解中,考虑土体的应变软化和圆孔扩张,结合Henkel公式推导出修正后的超孔隙水压力理论解。结合工程实例进行比较验证,结果表明,修正后的理论值更符合工程实际情况,可为桩基工程提供设计和施工参数。     

天然气水合物的研究现状和前景

天然气水合物是继煤、石油和天然气等能源之后的一种潜在的新型能源，是在高压、低温条件下形成的冰状固体物质，它广泛存在于极地地区，通常与永冻土带的近海和深海以及陆架和岛屿边缘密切相关。本文介绍天然气水合物的概念，物化性质等，综述了国内外天然气水合物的研究现状并指出其发展趋势，最后得出，天然气水合物的研究意义重大。     

连续多孔材料孔隙水压力系数的推导

进行连续多孔材料的应力计算对分析其上部建筑物变形及稳定有着重要意义。连续多孔材料的实际应力及孔隙水压力系数是计算整体连续多孔材料受力的关键参数。利用弹性力学方法对饱和连续多孔材料进行受力分析,推导了连续多孔材料的实际应力与孔隙水压力的关系表达式,对连续多孔材料在轴对称应力状态下的两种受力情况进行了变形分析,分别推导了两种情况下材料的孔隙水压力系数表达式,并给出了试验验证方法。研究成果对连续多孔材料在基础工程中的应用具有指导意义。     

煤层气水合物分解动力学实验研究

为了揭示水合物在不同条件下分解特性,通过实验室对水合物样品在常压下不同温度的分解过程,并运用动力学模型对实验数据进行分析,提出了水合物常压分解的理动力学模型,与实验结果基本一致,验证了Kim等的假设,可以用来预测不同温度下水合物分解情况,对水合物加工储运煤层气具有指导意义,将促进水合物储运气体的工业化应用.     

Massive dissociation of gas hydrate during a Jurassic oceanic anoxic event

In the Jurassic period, the Early Toarcian oceanic anoxic event (about 183 million years ago) is associated with exceptionally high rates of organic-carbon burial, high palaeotemperatures and significant mass extinction. Heavy carbon-isotope compositions in rocks and fossils of this age have been linked to the global burial of organic carbon, which is isotopically light. In contrast, examples of light carbon-isotope values from marine organic matter of Early Toarcian age have been explained principally in terms of localized upwelling of bottom water enriched in 12C versus 13C (refs 1,2,5,6). Here, however, we report carbon-isotope analyses of fossil wood which demonstrate that isotopically light carbon dominated all the upper oceanic, biospheric and atmospheric carbon reservoirs, and that this occurred despite the enhanced burial of organic carbon. We propose that--as has been suggested for the Late Palaeocene thermal maximum, some 55 million years ago--the observed patterns were produced by voluminous and extremely rapid release of methane from gas hydrate contained in marine continental-margin sediments.     

考虑孔隙水压力不利影响的沥青路面结构组合分析

为研究水对不同路面结构的影响程度,基于多孔介质理论,选取16种典型高速公路沥青路面结构组合方案,建立动载作用下饱水沥青路面有限元模型,对路面结构内部层间最大孔隙水压力进行分析,并以孔隙水压力不利影响最小化建议适用于不同地区沥青路面结构的组合方案.结果表明,方案八(OGFC-13+AC-20+ATPB-25+水泥稳定碎石+级配碎石)的路面结构孔隙水压力最小;设置ATPB路面结构层能够有效减小孔隙水压力;贫混凝土作为基层的孔隙水压力较水泥稳定碎石的小.据此建议:在我国南方多雨地区,采用方案八的结构组合方案;在我国少雨地区,采用AC型沥青混合料为表面层和二灰土为基层;在我国降雨集中、重交通且经济较发达地区,采用SMA为表面层和贫混凝土为基层;重点考虑沥青路面水损坏时,需综合不同的路面结构方案确定底基层类型.     

甲烷浓度对瓦斯水合物生长速率的影响

为提高瓦斯水合物生成速率,利用可视化水合物实验设备,研究了四种不同甲烷体积分数的高浓度瓦斯气样在0.3 mol/L四氢呋喃（THF）和0.2 mol/L十二烷基硫酸钠（SDS）复配溶液中水合固化过程,获取了瓦斯水合物生成过程的压力-时间曲线,结合水合物生长速率模型对数据进行计算和分析。结果表明：随着甲烷体积分数的提高,瓦斯水合物生长速率呈增大趋势,最大可达5.40×10~（-6）m~3/min;THF-SDS复配体系在一定程度上提高了瓦斯水合物生长速率,促进了水合物的形成。该研究为应用水合物技术进行瓦斯固化储存提供了参考数据。     

游离气作用下的渗漏型甲烷水合物形成

为了准确评估海洋水合物的资源潜力,必须研究水合物在沉积层里的形成过程。渗漏体系里往上运移的甲烷气(游离)、原位孔隙水(包括溶解气及溶解盐)与固体骨架共同作用,在动态相平衡条件下形成甲烷水合物并在孔隙里沉淀胶结,形成含水合物藏。游离气迁移能改变沉积层的地质属性,根据规律建立了多相流模型,并以南海北部为背景,以反应开始和结束两个时刻演绎了水合物形成过程中,孔隙毛细压力、渗透率、各相饱和度和盐度的联动变化关系,表明游离气含量是渗漏型水合物成藏的控制性因素之一。     

天然气水合物固定井压开采过程数值模拟

采用数值模拟方法研究天然气水合物在压降条件下的开采过程.在井压固定的前提下,建立了轴对称结构下的物理与数学模型.通过计算获得了储藏层中的天然气水合物在不同环境条件下的温度、压力、分解锋面与井间距离,以及以时间为函数的产气率.计算结果表明:天然气水合物的分解程度对井压、储藏层温度的变化十分敏感;大范围的分解并不会带来产气率的大幅度提高;较高的储藏层温度、较低的井压将增大产量;产气率随时间缓慢降低.     

软土灰砂桩加固后加载引起的超静孔隙水压力

研究了湖相沉积软土在灰砂桩加固后随着上部结构的分级加载及后期地基中超静孔隙水压力的变化情况。以银川地区广泛分布的湖相沉积软土的地质条件为背景,利用灰砂桩加固软土地基,其原理是基于生石灰吸水膨胀发热吸收土中的水来对桩周土起挤密作用。模拟中使用了改进的Mohr-Coulomb强度准则,计算了软土灰砂桩加固后随着上部结构施工过程及施工完成后超孔隙水压力的增长与消散过程。计算显示超静孔隙水压力变化引起基础中的有效应力能够承受上部荷载,说明湖相沉积软土采用灰砂桩加固在实践和理论上是可行的。     

考虑井筒热效应的气体井底压力计算

将井筒热效应考虑成一维热对流,将地层简化成热传导,使用Ramey定义的综合换热系数将井筒温度与地层温度联系起来,从而建立温度方程,通过解析求解得到温度变化函数.由气体状态方程将温度与压力联系起来,得到由于温度变化而产生的附加压力,将这一附加压力通过内边界条件加入到气体渗流方程中,最终得到考虑井筒热效应的井底压力表达式.比较了考虑热效应与不考虑热效应井底压力的不同,并使用某油田一个实例验证了考虑热效应时井底压力表达式的正确性.     

Stable methane hydrate above 2 GPa and the source of Titan's atmospheric methane

Methane hydrate is thought to have been the dominant methane-containing phase in the nebula from which Saturn, Uranus, Neptune and their major moons formed. It accordingly plays an important role in formation models of Titan, Saturn's largest moon. Current understanding assumes that methane hydrate dissociates into ice and free methane in the pressure range 1-2 GPa (10-20 kbar), consistent with some theoretical and experimental studies. But such pressure-induced dissociation would have led to the early loss of methane from Titan's interior to its atmosphere, where it would rapidly have been destroyed by photochemical processes. This is difficult to reconcile with the observed presence of significant amounts of methane in Titan's present atmosphere. Here we report neutron and synchrotron X-ray diffraction studies that determine the thermodynamic behaviour of methane hydrate at pressures up to 10 GPa. We find structural transitions at about 1 and 2 GPa to new hydrate phases which remain stable to at least 10 GPa. This implies that the methane in the primordial core of Titan remained in stable hydrate phases throughout differentiation, eventually forming a layer of methane clathrate approximately 100 km thick within the ice mantle. This layer is a plausible source for the continuing replenishment of Titan's atmospheric methane.     

冻土带天然气水合物稳定性研究

针对全球气候变暖的现状结合青藏高原冻土带下水合物的特点,运用水合物生成相平衡原理,预测了基于0．04℃／a升温梯度背景下的青藏高原冻土带水合物的稳定性。预测结果显示：温室效应导致的温度变化和冻土层剖面压力条件的变化会直接影响水合物的分布和稳定性,造成冻土带水合物的分解释放出大量CH4强烈温室效应气体,从而对高原环境造成直接的负面影响。