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渗流作用下风化壳淋积型稀土矿细观孔隙结构演化特征

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工程科学学报 2021年第10期43卷 1283-1294页

作者：陈勋尹升华严荣富王雷鸣北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为研究风化壳淋积型稀土矿浸出过程中溶液渗流作用对孔隙结构的影响,以去离子水为溶浸液开展浸矿实验.对浸出前后矿样进行显微ct扫描,获取了试样内部结构图像,利用阈值分割算法得到了浸出前后稀土矿样的孔隙结构图像.进而,研究了溶液渗... 详细信息

为研究风化壳淋积型稀土矿浸出过程中溶液渗流作用对孔隙结构的影响,以去离子水为溶浸液开展浸矿实验.对浸出前后矿样进行显微ct扫描,获取了试样内部结构图像,利用阈值分割算法得到了浸出前后稀土矿样的孔隙结构图像.进而,研究了溶液渗流作用下试样孔隙结构的变化特征,分析了渗流作用对试样孔隙率、孔隙体积、孔隙长度、孔隙宽度和孔隙方位角等参数的影响.结果表明:稀土矿孔隙形状和尺寸在渗流作用下发生显著变化,且在粗细颗粒接触区最为明显;溶液渗流作用使得稀土矿孔隙率增大,孔隙总数量减少,孔隙总体积增大.渗流作用下矿样中小孔隙数量减少,大孔隙数量增多,各尺寸区间的孔隙数量变化率随孔隙尺寸的增大呈现先增大后减小的趋势.溶液渗流作用下孔隙长宽比分布更加集中,孔隙方位角在各角度区间的分布更加均匀,孔隙各向异性增强.

关键词：风化壳淋积型稀土矿浸出体系显微ct扫描溶液渗流孔隙结构演化

热力耦合作用下有机类岩石渗透率演化规律及机理

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煤炭学报 2024年第9期49卷 3798-3809页

作者：冯增朝石建行太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024

在原位改性流体化采矿中,利用高温对矿床进行处理是一种有效方法。探明原位条件下有机类矿层的热解特性、细观结构、渗透率、变形等随温度的演化规律对资源的高效开采具有重要意义。利用高温高压三轴试验机结合含应力显微ct扫描技术,研... 详细信息

在原位改性流体化采矿中,利用高温对矿床进行处理是一种有效方法。探明原位条件下有机类矿层的热解特性、细观结构、渗透率、变形等随温度的演化规律对资源的高效开采具有重要意义。利用高温高压三轴试验机结合含应力显微ct扫描技术,研究了热力耦合作用下3种有机类岩石(油页岩、烟煤及页岩)的渗透率、热解产气、细观结构及轴向变形随温度(≥300℃)的演化规律,同时结合热解产气、轴向变形及细观结构对渗透率演化机理进行了探究。结果表明:热力耦合作用下,有机类岩石的渗透率演化存在阈值温度,在轴压10 MPa,围压7 MPa的应力条件下,油页岩、烟煤及页岩的阈值温度分别为400、450及500℃;当热解温度小于阈值温度时,有机类岩石的渗透率由岩石强度主导,孔裂隙随温度的升高而闭合,渗透率与温度呈负相关变化;当热解温度大于阈值温度时,有机类岩石的渗透率由岩石的热解程度主导,孔裂隙随温度的升高逐渐发育并沟通,渗透率与温度呈正相关变化;进行阈值温度前后特性比较,油页岩热解程度与岩石强度在3种岩石中提升幅度最大,有机质热解并排出促进了孔裂隙的新生及连通,岩石强度的增大减弱了应力对岩石孔裂隙的压缩闭合作用,油页岩的渗透率呈现大幅度的提升。

关键词：有机类岩石渗透率细观结构高温高压岩石强度热解程度显微ct扫描

基于显微ct的泥岩单轴压缩破坏特征的声发射表征

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振动与冲击 2020年第16期39卷 163-170,195页

作者：段东赵钰铤张睿哲赵凯雷太原理工大学矿业工程学院太原030024 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室太原030024

研制了基于实时声发射采集和实时加载ct扫描同步进行的加载控制系统,组建了对岩石损伤、破坏过程进行声发射表征的实验系统和实验方法。研究表明:①在峰值载荷28%前,原生裂纹宽度基本无变化,而后经历先变窄再变宽的过程。在峰值载荷47%... 详细信息

研制了基于实时声发射采集和实时加载ct扫描同步进行的加载控制系统,组建了对岩石损伤、破坏过程进行声发射表征的实验系统和实验方法。研究表明:①在峰值载荷28%前,原生裂纹宽度基本无变化,而后经历先变窄再变宽的过程。在峰值载荷47%前,原生裂纹长度基本无变化,而后开始增长,原生裂纹在宽度上先进行扩展从而引起原生裂纹在长度上的增长;②在峰值载荷65%前,裂纹的延伸发生在裂纹尖端的软弱介质中,而后才是真正的原生裂纹起裂,并快速延伸扩展;③新生裂纹易产生在软硬夹层交界处,新生裂纹产生时的载荷约为峰值载荷的56%~75%,在峰值载荷84%前,裂纹处于稳定扩展阶段,三条裂纹同时各自发展;④裂纹宽度变大、原生裂纹在其尖端软弱介质中延伸、软硬交界处新生裂纹的产生过程中声发射较少,当这些过程连在一起时,便形成了声发射平静期;⑤建立了岩石孔隙率、裂纹长度和宽度与声发射能量、振铃计数之间的表征方程,并提出不同加载阶段岩石状态评价的判据。

关键词：实时加载显微ct扫描裂纹演化过程声发射表征评价判据

饱水-失水循环劣化条件下泥岩层理裂隙演化特征

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第6期55卷 2198-2207页

作者：屈文航贾鹏飞陈子浩李瑞珂王勇西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

为了研究饱水-失水循环劣化条件下膨胀性泥岩的裂隙演化特征,首先,对制备的圆柱体泥岩样品进行5次饱水-失水循环试验;然后,对原状样、1次和5次循环后的泥岩样品进行ct扫描;最后,结合图像分析技术对泥岩内部层理裂隙网络进行三维数字重构... 详细信息

为了研究饱水-失水循环劣化条件下膨胀性泥岩的裂隙演化特征,首先,对制备的圆柱体泥岩样品进行5次饱水-失水循环试验;然后,对原状样、1次和5次循环后的泥岩样品进行ct扫描;最后,结合图像分析技术对泥岩内部层理裂隙网络进行三维数字重构,对泥岩层理裂隙演化特征进行定性和定量分析。研究结果表明:重构的三维数字模型体积与真实泥岩样品体积相近,能够准确地表征样品体积特征和变化情况;随着饱水-失水循环次数增加,泥岩在不同部位上呈现出不同的发展趋势,即上部的裂隙增长速率较快,而下部的增长速率相对较慢;随着饱水-失水循环次数增加,裂隙总体积和连通裂隙体积不断增大,而独立裂隙的体积基本保持不变;随着饱水-失水循环次数增加,孔隙网络模型中各参量都呈增大趋势,裂隙的宽度和连通性都逐渐增大;在饱水-失水循环中,楔裂压力作用形成连通的层理主裂隙,失水收缩作用形成矩形裂隙网络。

关键词：泥岩层理裂隙饱水-失水循环显微ct扫描

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不同压实度花岗岩残积土的渗流模拟

科学技术与工程 2021年第14期21卷 5913-5921页

作者：王志兵谈勋勋王远孙广刘金明桂林理工大学土木与建筑工程学院桂林541004 广西岩土力学与工程重点实验室桂林541004

以桂东南地区不同压实度的花岗岩残积土为研究对象,结合显微ct(micro computed tomography,微计算机断层扫描技术)扫描试验与Avizo软件中先进的数字图像处理技术提取孔隙网络模型。然后基于流体力学的传统方法(computational fluid dyna... 详细信息

以桂东南地区不同压实度的花岗岩残积土为研究对象,结合显微ct(micro computed tomography,微计算机断层扫描技术)扫描试验与Avizo软件中先进的数字图像处理技术提取孔隙网络模型。然后基于流体力学的传统方法(computational fluid dynamics,CFD),将孔隙结构的数字岩心模型导入Comsol进行微观尺度的渗流模拟,从微观角度研究水在不同压实度花岗岩残积土孔隙中的渗流特性,并与实测渗透率对比,检验数字岩心模型准确性、代表性。研究结果表明:花岗岩残积土渗流过程中,最大速度出现在连通性好的孔隙中心区域,且远超其他部位,沿着孔隙中心向外壁的方向,渗流速度逐渐减小;在连通性差的区域,流速近乎为0。随着压实度的增加,花岗岩残积土的孔隙连通性变差,各个截面上的孔隙结构发生变化,且各截面的平均渗流速度逐渐减小,这表明压实度对花岗岩残积土的渗流特性有重要影响。压实度为90%、100%、110%花岗岩残积土的平均渗透率模拟值分别是实测值0.9、1.35、0.77倍,该数字岩心模型能较准确地代表压实土体内部真实的孔隙渗流特征。

关键词：压实度花岗岩残积土孔隙网络模型渗流模拟显微ct扫描绝对渗透率

压实花岗岩风化土的微观结构及其渗流特征研究

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压实花岗岩风化土的微观结构及其渗流特征研究

作者：谈勋勋桂林理工大学

学位级别：硕士

花岗岩风化土广泛分布于我国南方地区,因此它作为廉价工程材料被用于高速铁路和公路等项目的填料。然而,在降雨和外部压力的作用下会导致干密度较低的花岗岩风化土发生路基变形、边坡失稳、滑坡。因此使用花岗岩风化土作为建筑填料需要... 详细信息

花岗岩风化土广泛分布于我国南方地区,因此它作为廉价工程材料被用于高速铁路和公路等项目的填料。然而,在降雨和外部压力的作用下会导致干密度较低的花岗岩风化土发生路基变形、边坡失稳、滑坡。因此使用花岗岩风化土作为建筑填料需要通过压实处理来改善土体性能,以满足工程需要。本文以桂东南地区的花岗岩风化土为对象,研究干密度对花岗岩风化土的微观结构及其渗流特征的影响。通过显微ct扫描试验与Avizo软件中先进的数字图像处理技术提取孔隙网络模型,该模型能直观呈现孔隙及喉道的大小、形态、连通性及分布,并进行定量表征。然后基于流体力学的传统方法(CFD),将实际孔隙结构的数字重构模型导入Comsol进行微观尺度的渗流模拟,从微观角度研究干密度对花岗岩风化土渗流特征的影响,分析其压力及速度的分布规律,算出沿X、Y、Z方向的饱和渗透系数,并与实测饱和渗透系数对比,检验实际孔隙结构数字重构模型的准确性与代表性。得出主要结论如下:1.从曲折度、平均配位数、配位数分布的均匀程度三方面表明,随着干密度的增加,花岗岩风化土的连通性逐渐变差。随着干密度的增加,花岗岩风化土的孔隙曲折度逐渐增加,且平均配位数逐渐减小,配位数分布的均匀程度逐渐变差。花岗岩风化土连通孔隙的平均配位数在3-7之间,配位数主要分布在1-10之间。2.随着干密度的增加,花岗岩风化土中小孔隙数量呈指数增长,大于52μm孔隙体积的占比逐渐减小,孔径分布范围变窄;孔隙体积主要是由较大的等效直径的孔隙提供。花岗岩全风化土的孔隙平均体积、喉道半径、喉道长度随着干密度的增加逐渐减小,而花岗岩残积土的孔隙平均体积、喉道半径、喉道长度与干密度无明显相关性。花岗岩风化土的喉道半径和长度呈单峰分布,均质性良好。3.花岗岩风化土在渗流过程中,各截面的平均渗流速度及平均渗流压力变化范围、变化趋势大致相同,平均渗流压力随着至渗流入口距离的增大而减小;最大速度出现在连通性好的孔隙中心区域,且远超其它部位,沿着孔隙中心向外壁的方向,渗流速度逐渐减小;在连通性差的区域,流速近乎为0。随着干密度的增加,花岗岩风化土的孔隙连通性变差,各个截面上的孔隙结构发生变化,且各截面的平均渗流速度逐渐减小,这表明干密度对花岗岩风化土的渗流特性有重要影响。4.干密度为1.485、1.65、1.815 g/cm花岗岩残积土的平均饱和渗透系数模拟值分别是实测值0.9、1.35、0.77倍,干密度为1.674、1.86、2.046 g/cm花岗岩全风化土的平均饱和渗透系数模拟值分别是实测值1.25、5.2、1.66倍。该孔隙空间模型能较准确地代表土体内部真实的孔隙渗流特征。

关键词：干密度花岗岩风化土渗流模拟显微ct扫描饱和渗透系数

显微ct技术在油层伤害机理研究中的应用初探 ——以胜利临南油区为例

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显微CT技术在油层伤害机理研究中的应用初探 ——以胜利临南油区...

作者：吴洁东华理工大学

学位级别：硕士

低渗透砂岩储层经工艺改造后，各井储层产能差异明显，关键在于没有根据储层本身特性制定有效的试油改造方案。对于低渗透油气田开发，储层岩石孔隙度及渗透率是两项非常重要的物性参数。在传统的地质实验方法中，我们一般采用称重法和... 详细信息

低渗透砂岩储层经工艺改造后，各井储层产能差异明显，关键在于没有根据储层本身特性制定有效的试油改造方案。对于低渗透油气田开发，储层岩石孔隙度及渗透率是两项非常重要的物性参数。在传统的地质实验方法中，我们一般采用称重法和孔隙度仪法来计算求得，求得结果为所取岩石样品的平均值，而岩样内部的实际孔隙分布是不均匀的，尤其是对岩样微区孔隙结构及特性的研究，采用常规的实验方法难以获得。显微ct三维立体成像技术，基于X射线对不同原子序数矿物的衰减程度来重构一种反应真实结构的数字岩心分析技术。显微ct扫描技术可用来观察储层岩石微观特征、孔隙分布及流体路径模拟等，最重要的是评估对象-实际岩心保留了其原始性，反映地下状况的多相平衡系统保持了其原有性。因此，提出了数值模拟方法作为对传统实验方法的补充，这是石油地质实验领域的一项创新。本人在了解胜利临南油区地质特征及储层低渗特点的基础上，采用常规实验方法光学显微镜、电子探针并结合显微ct三维立体重构技术，对研究区采样岩石进行岩石矿物相、粒度结构、杂基充填物空间赋存状态、孔隙空间网络结构的分析，描述了研究区储层岩石三维空间内矿物构成、分布特征、岩石矿物颗粒接触关系、孔隙填充胶结物等，分析了储层低渗伤害机理。主要取得了以下三点创新成果：（1）根据ct图像的灰度差异，利用偏光显微镜和电子探针等常规分析技术，初步建立了常见矿物和孔隙的电子探针与显微ct二维切片图像的对应关系图谱，探讨了可利用显微ct技术对岩石成分进行表征。（2）利用显微ct技术可观察单一矿物结构及空间展布特征，分析各矿物三维接触关系类型及孔隙结构特点。（3）利用显微ct技术提取了微区孔隙构架，评价了孔隙连通性，从微观结构特征上对砂岩的储集性进行评价和分类，可深入探讨导致储层原油产出率降低的原因。

关键词：显微ct扫描数字岩心低渗储层孔隙特征临南洼陷

GMZ膨润土基缓冲/回填材料的胀缩特性研究

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GMZ膨润土基缓冲/回填材料的胀缩特性研究

作者：李胜杰南京大学

学位级别：硕士

缓冲/回填材料是高放废物处置库中的重要工程屏障,能有效保障处置库的长期安全稳定运行。在距地表500-1000m的深地质体中,缓冲/回填材料极易受到地下水的侵蚀,产生吸水膨胀现象。同时,高放核废物在进行放射性衰变时会散发出大量的辐射热... 详细信息

缓冲/回填材料是高放废物处置库中的重要工程屏障,能有效保障处置库的长期安全稳定运行。在距地表500-1000m的深地质体中,缓冲/回填材料极易受到地下水的侵蚀,产生吸水膨胀现象。同时,高放核废物在进行放射性衰变时会散发出大量的辐射热,蒸发缓冲/回填材料中的水分,使材料发生收缩变形,进而产生安全隐患。此外,在上述水分场变化过程中,材料的持水特性也可能发生改变。因此,掌握缓冲/回填材料在吸水、失水过程中的胀缩特性对评价处置库的长期安全性具有重要意义。本文的主要研究工作和取得的成果如下:（1）采用WP4对不同初始干密度、不同初始含水率和掺砂率下的高庙子（GMZ）膨润土基缓冲/回填材料压实试样在脱湿过程中的持水能力进行了探究。研究结果表明:初始干密度和初始含水率对试样持水能力的影响具有相似的特性,即在低吸力阶段（s＜7MPa）,试样持水能力随初始干密度增加或初始含水率升高而增强,但在较高吸力阶段（s＞7MPa）,上述因素对持水能力的影响甚微,说明初始孔隙结构仅会影响低吸力阶段的持水特性,而对高吸力阶段的影响不明显;无论在低吸力还是高吸力阶段,试样持水能力均随掺砂率的增大而减弱。（2）通过试验探究了三种边界条件（恒应力、柔性等刚度和恒体积）和不同掺砂粒径条件下GMZ膨润土基缓冲/回填材料的膨胀特性。结果表明:边界条件对试样的膨胀指标具有重要影响。不同边界条件下,试样饱和后测得的最终膨胀指标呈现较大的差异。对于最终膨胀率,不同边界条件下测得的结果为:恒应力＞柔性等刚度＞恒体积;对于最终膨胀力,测得的结果为:恒体积＞柔性等刚度＞恒应力。根据试样膨胀平衡后的最终孔隙比和膨胀力,可确定试样的膨胀平衡极限（swelling equilibrium limit,SEL）曲线。该曲线反映了土体膨胀达到平衡时的最终应力-应变状态,对预测土样在复杂边界条件下水化时的膨胀指标有重要参考意义。砂粒径对试样的膨胀指标具有明显影响,砂粒径越大,对试样膨胀的抑制效果越强。采用显微ct试验对不同砂粒径下试样的三维空间结构进行了分析,发现砂粒径越大,膨润土在混合物中的分布越不均匀。（3）探究了初始干密度、初始含水率和掺砂率对试样蒸发干燥过程的影响。研究表明:初始干密度越大,试样减速率阶段的蒸发速率越小,蒸发时间越长,最终残余含水率较为接近;初始含水率越高,试样减速率阶段的蒸发速率越大,蒸发时间越长,但最终残余含水率也无明显变化;掺砂率越高,试样在减速率阶段的蒸发速率越大,蒸发时间越短,且不同掺砂率下试样的残余含水率随着掺砂率的增大而降低。（4）研究了试样在不同初始干密度、初始含水率和掺砂率下的收缩特性,结果表明:试样的最终收缩应变随初始干密度的增大而减小,这是由于干密度越大,试样孔隙比越小,土颗粒排列越紧密,颗粒间发生重排需要克服的摩擦阻力越大;最终收缩应变随初始含水率的升高而明显增大,这是由于初始含水率越高,试样饱和度越高,土颗粒之间的摩擦力和连接刚度也随之降低,有利于颗粒重排;最终收缩应变随着掺砂率的增大而减小,但当掺砂率大于30%以后,最终收缩应变随掺砂率的改变越来越小。采用显微ct试验对不同掺砂率下的试样进行了三维结构分析,发现当掺砂率达到30%后,砂颗粒的连接密度将急剧增加,形成骨架,对试样的整体收缩变形产生限制。（5）采用收缩几何因子定量分析了 GMZ膨润土基缓冲/回填材料在收缩过程中的各向异性,结果表明:含水率对收缩过程中的各向异性具有显著影响,含水率越高,试样径向收缩在体积总收缩过程中占的比重越大。径向收缩过大,易造成土体在收缩过程中开裂。随着含水率的降低,试样收缩有各向同性的趋势,径向收缩和轴向收缩对总体积收缩的贡献基本一致。

关键词：核废物地质处置缓冲/回填材料持水特性膨胀特性蒸发过程收缩特性显微ct扫描

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应用Micro ct骨板厚度解剖学研究

应用Micro CT骨板厚度解剖学研究

作者：姜玲滨州医学院

学位级别：硕士

实验目的：利用高分辨率Micro ct对上、下颌骨进行扫描,通过三维成像利用计算机软件确定测量位点从而进行解剖学测量,研究根尖至颊侧和舌、腭侧骨板距离,进一步建立相关解剖数据库,为临床医师提供临床操作的理论依据,减少术前术中并发... 详细信息

实验目的：利用高分辨率Micro ct对上、下颌骨进行扫描,通过三维成像利用计算机软件确定测量位点从而进行解剖学测量,研究根尖至颊侧和舌、腭侧骨板距离,进一步建立相关解剖数据库,为临床医师提供临床操作的理论依据,减少术前术中并发症的发生,推进牙种植技术以及其他口腔手术更好的应用于临床。观察Micro ct三维成像效果,促进Micro ct在基础研究和临床上的应用。实验方法：1)材料：上下颌骨标本,所有材料标本保持牙齿结构完整和完整的上下颌骨结构,颌骨没有病理性的吸收和缺损,所得上、下颌骨标本由福尔马林液浸泡保存。实验过程中没有任何解剖结构的破坏,并由同一人员完成相关操作。2)方法：运用Micro ct(Skyscan1072, SKYSCAN, Antwerpen, Belgium)对上下颌骨进行扫描,部位牙颈部至根尖,层厚间距14μm,将获得的影像通过Minics8.1软件进行拟合,再利用逆向工程软件建立三维断面图像。应用软件测量所有根尖至颊、舌侧骨板的厚度。实验结果：1)上颌：上颌前牙区除第一前磨牙腭根之外其余的牙根尖至颊侧骨皮质的距离均小于3mm,尤其是切牙与尖牙均在2mm之内(表1)。上颌磨牙区腭侧根尖至腭侧骨板的距离明显的小于腭侧根尖至颊侧骨板的距离,根尖手术时可考虑腭侧入路(表2)。在上颌颊侧根中,颊侧牙根尖至颊侧骨板的距离由前牙至后牙呈递增趋势,最薄厚度为女性第一前磨牙1.08 mm,最厚为第二磨牙融合根情况5.76mm。2)下颌：整体来看,下颌骨颊侧骨板较上颌骨厚。前牙部位颊侧骨板的距离在1.53mm至2.98mm之间。下颌磨牙区唯一有舌侧根的为下颌第一磨牙,且舌侧根尖至颊侧骨板的距离大于其他颊侧根尖至颊侧骨板的距离,距离最大为7.91mm(男性)和7.43mm(女性)。女性牙根尖至颊侧骨板的距离相对比男性的较近,但差异并无统计学意义。3) Micro ct扫描所得图像及经重建所得三维图像均显示出清晰的成像效果。利用图像处理软件进行根尖至颊、舌侧骨板的厚度测量结果准确可靠、快速。实验结论：1) Micro ct是一种快速、准确、无破坏内部结构的有效评价方法。可以很好的应用于口腔基础研究和临床。2)实验所得根尖至颊侧、舌侧、腭侧骨板厚度的解剖学测量结果将为口腔临床医师更好开展牙种植技术提供更多准确的信息,提高口腔颌面外科其他相关手术的成功率,有助于进一步建立相关解剖数据库。

关键词：显微ct扫描骨板厚度牙根尖解剖学研究