砂土中不同产状甲烷水合物形成和分解过程研究

为了研究不同的产状对沉积物中甲烷水合物形成和分解过程的影响,在砂土中开展了块状、层状、结核状和分散状4种不同产状甲烷水合物的形成和分解实验。实验结果表明,产状对砂土中甲烷水合物形成和分解过程的影响比较明显。在形成过程中,块状甲烷水合物的甲烷气体转化率最高,其次是层状,再次是分散状,结核状最低。分散状甲烷水合物的形成速率最快,其气体消耗速率峰值也最高;块状甲烷水合物的形成过程耗时最长,层状甲烷水合物次之,结核状甲烷水合物再次之,形成过程耗时最短的是分散状甲烷水合物。在分解过程中,块状甲烷水合物的稳定性最好,其次是层状甲烷水合物,接下来是结核状甲烷水合物,稳定性最差的是分散状甲烷水合物。     

冰点以下甲烷水合物分解实验对天然气储运的影响

天然气水合物储运技术涉及水合物的生产、运输和再气化等过程,其中水合物的生产过程、运输过程是要解决的关键问题。实验采用6种不同粒径的冰颗粒形成甲烷水合物,并且在不同的温度条件下开展甲烷水合物分解实验。通过分析认为,冰颗粒对甲烷水合物形成过程有一定的影响,冰颗粒粒径越小越容易形成水合物,形成时间也较短;而在分解过程中,大粒径的冰颗粒形成的甲烷水合物在2种温度条件下均表现出较强的自保护效应,能长时间保持亚稳定状态而不发生分解反应。根据实验中出现的这些特性,提出对天然气水合物储运技术的设想,在水合物形成过程中选取一个最佳的粒径冰颗粒合成水合物,并且在-4℃的温度条件下进行储运。      

青藏铁路块石路基结构的冷却效果监测分析

块石路基是青藏铁路积极保护多年冻土极为重要工程措施之一,60%的高温高含冰量路段采用了这种工程措施。通过对青藏铁路沿线块石路基下部土体温度监测分析,块石路基正在积极地发挥冷却路基的工程效应,极大地促进了多年冻土上限的抬升,但也引起了多年冻土温度升高。多年冻土温度升高随着工程热扰动的降低和块石路基"冷量”积累,已逐渐被抑制。然而,对于低温多年冻土来说,块石路基下部多年冻土上限附近温度有了较大的“冷量”积累,多年冻土正在朝着有利于热稳定方向发展。对于高温多年冻土来说,尽管多年冻土上限也得到了较大幅度的抬升,但升温过程和土体年收支的不平衡都在朝着不利于多年冻土热稳定方向发展。块石路基结构在高温多年冻土区适应性问题仍值得讨论,应采取相对应的补强措施,确保高温多年冻土区路基稳定性。     

冰颗粒粒径对冰点以下甲烷水合物自保护效应的影响

针对冰颗粒粒径对甲烷水合物自保护效应的影响问题,开展了6种冰颗粒粒径和2个温度条件下的甲烷水合物分解实验,分析了不同粒径的冰颗粒对甲烷水合物分解气体体积、分解速率及对甲烷水合物自保护效应的影响.结果表明,冰颗粒的大小对甲烷水合物的分解有明显的影响,甲烷水合物分解速率和体积与冰粒径成反比,冰颗粒越小,甲烷水合物分解速率越大,这一特征在甲烷水合物的分解初期表现得尤为显著;较大冰颗粒所形成的甲烷水合物具有更强的自保护效应.     

退化性多年冻土地区公路路基地温和变形规律

 青藏高原多年冻土地区公路路基地温、变形监测资料表明,在工程活动和气候变暖双重作用下,路基下多年冻土普遍存在着上限下降和地温升高等特征退化,从而产生了以融沉为主的公路路基病害。基于青藏公路唐南段和青康公路K369段路基地温和变形的现场监测资料,总结退化性多年冻土地区路基的两类典型变形——横向不均匀变形和横向均匀变形规律,并分析路基地温、变形特征及其相互关系。结果表明,多年冻土地区路基的稳定性,最终取决于路基下伏冻土的地温变化和含冰量状况,其温度状况和路基路面的变形紧密相关。对于横向不均匀变形路基,多年冻土地区路基温度场的不对称性导致路基下多年冻土人为上限在路基下差异巨大,土层冻融状态的不对称最终引发路面变形在横向上的差异。退化性多年冻土区横向变形不均匀路基全年以沉降变形为主,且左、右沉降量差异较大,易于诱发纵向裂缝病害。对于横向变形均匀路基,退化性多年冻土地区公路路基变形以下沉变形为主,绝大部分路段没有明显的冻胀变形过程或冻胀变形很小,基本表现为年际的均匀沉降变形。横向变形均匀路基横向上变形比较均匀,年变形量相差不大,路基变形对路基稳定性和路面的影响较小。由于沿路基走向工程地质条件的差异,可能会形成局部沉降或波浪沉降变形病害。     

冻结砂金矿的水针解冻法室内试验研究

一、概述季节冻土区和多年冻土区砂金矿床,往往因冻结增大了土的抗切削强度,给砂金矿的开采带来了很大的困难,随着冬季来临早及自然解冻慢,使挖掘开采期大大缩短。为了提高冻结砂金矿的开采效率和延长开采期,核心问题就是要解决冻土层的解冻问题,减少其抗切削强度。解冻技术是通过人为地升高冻土层内的温度,达到冻土体融化的目的。目前常用的方法有:1.逐层剥离法用地表和大气间的自然热质交换条件,逐层融化剥离,从而加速冻土层的融化。2.水针解冻法该方法利用水力针注入冷水或热水,升高冻土层内的温度,使冻土体提前融     

压力扰动对丙烷水合物生成过程的影响

气体水合物的快速生成与分解是水合物技术广泛工业化应用的关键,因而进行气体水合物生成过程和生成特性的研究具有重要的意义,但目前关于气体水合物生成过程的研究主要集中在温度梯度、降温速率、温度扰动等方面,而针对压力扰动对气体水合物生成过程影响的研究还较鲜见。为此,进行了压力扰动条件下C3H8水合物的生成实验,研究了压力扰动对C3H8水合物静态生成过程的影响。结果表明:1与无压力扰动的条件相比,压力扰动有效地促进了C3H8水合物的生成过程,提高了C3H8水合物的生成速率和生成量;2在100h的静态水合物生成过程中,压力扰动条件下C3H8水合物的平均生长速率达到了0.052 6mm/h,是无压力扰动条件下C3H8水合物平均生长速率(0.013 2mm/h)的4倍;3静态体系中水合物的生成过程比较困难且水合反应不完全,在压力扰动条件下,0.1MPa的压力差可导致0.4kJ/mol的生成驱动力,可使停滞的水合反应重新开始。     

块石通风性能实验研究

青藏铁路广泛采用的块石护坡和块石路基是通过空气对流降低路基的温度起到保护冻土的作用。块石的粒径、孔隙率、通风能力直接影响块石路基的空气对流作用。孔隙率试验测试结果表明:孔隙率与粒径大小有关,随粒径增大而增大。粒径0.10～0.25m的块石,孔隙率大致在38%～48%。通过风洞试验发现,块石层内风压梯度与风速存在非线性关系,与速度的平方成正比;阻力系数随块石粒径增大而减小。通过青藏高原天然风速条件下块石通风基础通风能力分析,块石层起到很好的通风作用。因此,对于温度场的计算,建议考虑块石路基中风的强迫对流作用。     

青藏铁路主要冻土路基工程热稳定性及主要冻融灾害

在介绍青藏高原多年冻土退化背景及其工程影响的基础上,通过主要冻土路基现场监测和沿线调查,对青藏铁路冻土路基2002年以来的地温发展过程、热学稳定性及次生冻融灾害进行了分析。结果表明:青藏铁路自2006年通车后冻土路基整体稳定,列车运行速度达100km/h,达到设计要求,但不同结构路基的热学稳定性不同,采取“主动冷却”方法的路基稳定性显著优于传统普通填土路基。管道通风路基、遮阳棚路基及U型块石路基冷却下伏多年冻土的效果显著,块石基底路基左右侧对称性较差,而处于强烈退化冻土区和高温冻土区的普通路基热稳定性差,需结合路基所在区域局地气候因素予以调整或补强。以热融性、冻胀性及冻融性灾害为主的次生冻融灾害对路基稳定性存在潜在危害,主要表现为路基沉陷、掩埋、侧向热侵蚀等,其中目前最为严重的病害是以路桥过渡段沉降为代表的热融性灾害。     

不同体系中丙烷水合物的生成过程

为了解C3H8水合物的生成特性,加快其生成过程,在可视化实验装置上分别研究了在纯水、十二烷基硫酸钠(SDS,浓度1950′10-6)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS,浓度400′10-6)中C3H8水合物的诱导时间、生成速率等. 结果表明,在0.8~1.2℃温度范围内,纯水体系中C3H8水合物的诱导时间最长,SDS体系中C3H8水合物的生成速率最快,达0.0224 mm/h. 与纯水体系相比,表面活性剂明显缩短了C3H8水合物的诱导时间,提高了其生成速率.