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基于CT扫描的滨海土壤孔隙空间网络表征与渗流模拟

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农业机械学报 2023年第5期54卷 308-315,323页

作者：佘冬立韩笑孙枭沁唐胜强王洪德河海大学农业科学与工程学院南京210098

以江苏省沿海地区不同围垦区剖面土层原状土样为研究对象,基于CT扫描技术,通过构建孔隙网络模型,对土壤孔隙分布及其拓扑关系进行定量表征,统计分析了土壤孔喉参数,包括孔径分布、配位数、喉道半径及喉道长度;运用提取的孔隙网络实现土... 详细信息

以江苏省沿海地区不同围垦区剖面土层原状土样为研究对象,基于CT扫描技术,通过构建孔隙网络模型,对土壤孔隙分布及其拓扑关系进行定量表征,统计分析了土壤孔喉参数,包括孔径分布、配位数、喉道半径及喉道长度;运用提取的孔隙网络实现土壤中单相水的渗流模拟,分析土壤的绝对渗透系数(饱和导水率)及其主要影响因素。结果表明,围垦活动对改良土壤孔隙活动起到积极作用,随围垦年限的增加,连通孔隙的半径范围、平均配位数、喉道半径趋于增大,喉道长度趋于减小;浅层土壤的孔隙结构较为良好。单相水模拟中,模拟计算的土壤绝对渗透系数和试验测定的饱和导水率结果吻合度较好,呈现出一致的变化规律。灰色关联度显示喉道半径对土壤渗透性能的影响最大。

关键词：滨海土壤 CT扫描技术孔隙结构孔隙网络模型渗流模拟

某铀矿区表层石膏矿物微观孔隙结构定量分析及渗流模拟

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冶金分析 2023年第7期43卷 45-51页

作者：周磊习向玉周琳代群威韩颖董发勤西南科技大学核废物与环境安全国防重点学科实验室西南科技大学生命科学与工程学院西南科技大学环境与资源学院/固体废物处理与资源化教育部重点实验室

天然岩石孔隙及裂缝的形态结构和导流特性对于采矿、选矿、冶金、石油工程、碳封存、水污染控制、核废料/有害物质隔离都具有极为重要的意义。实验通过X射线三维显微成像系统，经数据采集、数据重建、数据体切割、算法分析、渗流模拟，... 详细信息

天然岩石孔隙及裂缝的形态结构和导流特性对于采矿、选矿、冶金、石油工程、碳封存、水污染控制、核废料/有害物质隔离都具有极为重要的意义。实验通过X射线三维显微成像系统，经数据采集、数据重建、数据体切割、算法分析、渗流模拟，对某铀矿区表层石膏矿物微观结构孔隙半径、孔隙分布、喉道半径、连通性、渗透性等系列关键孔隙结构参数进行了定量表征。该矿区表层石膏的孔隙半径主要集中在5.0～40.0μm范围，近90%的孔隙都是与一个喉道相连接，平均孔喉比约为1.33;喉道半径与孔隙半径大小在相同数量级，孔喉半径比不大，孔隙空间发育比较均匀，孔隙截面和喉道截面主要为三角形。在入口压力为0.5 MPa下，绝对渗透率模拟中单相水在X、Y、Z 3个方向上的渗流速度相同，绝对渗透率接近于零。

关键词：铀矿区石膏微观结构参数渗流模拟 X射线三维显微成像系统

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东北苏打盐碱地输水渠道渗流模拟与试验研究

中国农机化学报 2022年第3期43卷 170-177页

作者：王景立孙佳张航孟宪东吴世懿冯伟志吉林农业大学工程技术学院长春市130118 中科佰澳格霖农业有限公司吉林白城137000

我国土地资源与水资源短缺,合理开发与利用东北苏打盐碱地、提高水资源利用率对国家粮食安全和社会稳定具有重要意义。基于渠道渗流基本理论,结合吉林省大安市海坨乡苏打盐碱地水稻种植项目区建设实践,建立混凝土渠、玻璃钢渠渗流模型,... 详细信息

我国土地资源与水资源短缺,合理开发与利用东北苏打盐碱地、提高水资源利用率对国家粮食安全和社会稳定具有重要意义。基于渠道渗流基本理论,结合吉林省大安市海坨乡苏打盐碱地水稻种植项目区建设实践,建立混凝土渠、玻璃钢渠渗流模型,进行有限元模拟分析及测渗试验。研究结果表明:混凝土渠渗流模型呈现底部渗漏较大并向渠道两侧扩散的规律,玻璃钢渠模型渗漏小,防渗性好;通过动水法测渗试验可知,玻璃钢渠较混凝土渠输水损失利用系数降低73.4%,渗漏强度仅为混凝土渠的四分之一,研究结果可为苏打盐碱地渠道输水提供新方法。

关键词：苏打盐碱地玻璃钢渠道渗流模拟测渗试验

基于格子玻尔兹曼和有限差分方法的页岩气升尺度渗流模拟

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大庆石油地质与开发 2019年第3期38卷 144-151页

作者：李江涛汪志明魏建光赵岩龙中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京102249 东北石油大学石油工程学院黑龙江大庆163318

格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)是模拟页岩气微观渗流的一种重要方法,能够在孔隙尺度上比较精确地模拟页岩气的多种渗流机理,但是该方法模拟尺度小,计算量大,限制了其在储层尺度上的渗流模拟和在产能预测中的应用。为... 详细信息

格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)是模拟页岩气微观渗流的一种重要方法,能够在孔隙尺度上比较精确地模拟页岩气的多种渗流机理,但是该方法模拟尺度小,计算量大,限制了其在储层尺度上的渗流模拟和在产能预测中的应用。为了既能保留LBM的模拟精度,又能快速准确地模拟较大尺度渗流,将LBM和有限差分方法相结合形成一种新方法,进行页岩气的升尺度渗流模拟。该新方法同时具有LBM的模拟精度和较快的运算速度,适用于模拟页岩气在宏观尺度的渗流和产能预测。利用新方法进行渗流模拟可得,滑脱效应和气体解吸能提高气体流动速度,补充地层能量,从而提高气井产量。

关键词：格子玻尔兹曼有限差分升尺度页岩气渗流模拟

新疆512矿床砂岩型铀矿孔隙特征及渗流模拟

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地质科技通报 2024年第4期43卷 205-218页

作者：刘亚玲黎广荣周义朋孙占学赵凯刘金辉徐玲玲东华理工大学核资源与环境国家重点实验室南昌330013 东华理工大学地球科学学院南昌330013

地浸采铀工艺是溶浸液在含矿含水层中与铀矿物发生反应,铀元素随溶浸液迁移至地表的一种提铀工艺,精确了解矿区岩石内部结构及金属矿物的分布,对地浸工艺应用具有重要的指导意义。为了解512矿床岩石内部结构及渗流路径,选取该矿床代表... 详细信息

地浸采铀工艺是溶浸液在含矿含水层中与铀矿物发生反应,铀元素随溶浸液迁移至地表的一种提铀工艺,精确了解矿区岩石内部结构及金属矿物的分布,对地浸工艺应用具有重要的指导意义。为了解512矿床岩石内部结构及渗流路径,选取该矿床代表性围岩和矿石岩心进行CT扫描,经过图像降噪滤波、图像分割提取孔隙、构建孔隙网络模型等处理与分析,获得各孔喉参数;通过Avizo软件模拟得到绝对渗透率、迂曲率和渗流速度变化。结果表明:围岩和矿石的孔隙度相近,分别为15.42%,15.18%;连通孔隙度分别是9.61%,13.82%。围岩中高密度物质为一些金属矿物,体积分数约为0.54%,矿石中高密度矿物多为次生铀矿物,体积分数为1.06%,其在浸出过程中可与溶浸液充分接触。孔隙内部具有强烈的非均质性,导致流速在流动路径中逐渐降低。围岩和矿石连通的大孔数量多于小孔,指示大孔是决定孔隙发育程度的主要因素。根据速度流线推断围岩和矿石中虽然存在堵塞区,但流通区域占主导地位。

关键词：砂岩型铀矿地浸采铀 CT扫描孔隙特征渗流模拟新疆512矿床

基于CT扫描的草炭土孔隙结构分析及渗流模拟

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工程地质学报 2021年第5期29卷 1354-1365页

作者：杨圣涛吕岩贺元源刘婷婷马晓祯吉林大学建设工程学院长春130026

草炭土是在地表积水环境下植物残体经氧化和部分分解作用而堆积形成的一种特殊的腐殖质土。含大量植物纤维的草炭土具有高渗透性、高孔隙比、高含水率等不良工程地质特性。为了探究草炭土的孔隙特征与其孔隙内部的渗流规律,本文以吉林... 详细信息

草炭土是在地表积水环境下植物残体经氧化和部分分解作用而堆积形成的一种特殊的腐殖质土。含大量植物纤维的草炭土具有高渗透性、高孔隙比、高含水率等不良工程地质特性。为了探究草炭土的孔隙特征与其孔隙内部的渗流规律,本文以吉林省敦化地区草炭土为研究对象,通过CT扫描技术获取草炭土样的CT序列图像。采用试凑法,通过Mimics的mask体积计算功能并结合土体的真实孔隙率确定了图像二值化的最优阈值,并得到了更接近土体的细观结构的三维重构模型。同时基于Lattice Boltzmann Method原理,在PALABOS代码库的基础上改编程序进行草炭土样的单相渗流模拟,研究了恒定压差下的土体的模拟渗透率值与渗流场的性质,并结合Paraview可视化软件分析了流线与流速在孔隙内的分布情况。研究结果表明:草炭土内部孔隙孔径大小不一,大孔径孔隙与小孔径孔隙形态各异,而植物纤维的架空状分布以及根状孔隙是土体内部形成大孔径孔隙通道的主要原因;流体在其内部流动时,优先以大孔径通道渗流,流线也集中于大孔径渗流通道,流体在大孔径通道内部的流速也高于散布的细小孔径,草炭土的渗透率主要取决于其内部大孔径的数量,因此草炭土的渗透率受到土中植物纤维的含量以及分解度的影响,植物纤维的含量越多,分解度越低,草炭土的渗透率越高,反之则越低。

关键词：草炭土 CT扫描三维重构植物纤维 LBM 渗流模拟

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改进分水岭算法的煤岩孔隙重构及渗流模拟

中国安全科学学报 2019年第9期29卷 144-149页

作者：吴鑫彭雅雯晏巧赵红霞王雪梅四川师范大学工学院四川成都610101 四川大学水利学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

为更加真实地还原出煤的数字孔隙网络结构,模拟煤孔隙中瓦斯微观渗流过程,开展基于形态学改进分水岭算法的煤岩孔隙重构研究。首先基于改进型分水岭算法,提出识别煤基质颗粒分布参数与孔隙网络的方法,通过中值滤波和数学形态学变换降低... 详细信息

为更加真实地还原出煤的数字孔隙网络结构,模拟煤孔隙中瓦斯微观渗流过程,开展基于形态学改进分水岭算法的煤岩孔隙重构研究。首先基于改进型分水岭算法,提出识别煤基质颗粒分布参数与孔隙网络的方法,通过中值滤波和数学形态学变换降低信号噪声的影响,减少“过分割”现象;然后以5~10、10~40和40~80目粒径型煤为例,识别颗粒分布参数,构建型煤孔隙网络结构;最后基于格子玻尔兹曼方法(LBM)渗流模拟检验孔隙网络瓦斯。结果表明:改进型分水岭算法降低了噪声干扰,重建的煤孔隙结构具有较高的复杂性和连通性;利用LBM算法模拟孔隙结构渗流,能展示出瓦斯渗流速度和方向等局部细节。

关键词：分水岭分割(WS) 孔隙网络粒径渗流模拟格子玻尔兹曼方法(LBM)

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现浇植被混凝土细观孔隙结构分析及渗流模拟

中国农村水利水电 2020年第10期 88-93,105页

作者：刘婷婷温福胜赵村罡范华峰刘福胜张坤强山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271000

以目标孔隙率24%,水胶比0.32,粗骨料粒径16~26 mm的现浇植被混凝土为研究对象,通过计算机断层(CT)扫描技术获取试件的序列图像,采用Image J软件从细观角度分析二维平面孔隙特征;采用Avizo软件重建孔隙三维细观模型,分析孔隙空间结构并... 详细信息

以目标孔隙率24%,水胶比0.32,粗骨料粒径16~26 mm的现浇植被混凝土为研究对象,通过计算机断层(CT)扫描技术获取试件的序列图像,采用Image J软件从细观角度分析二维平面孔隙特征;采用Avizo软件重建孔隙三维细观模型,分析孔隙空间结构并进行单相渗流模拟。结果表明:孔隙直径、孔隙面积均呈单峰分布,孔隙大小比较均匀;孔隙形状接近一个正圆;平面孔隙率平均值与实测孔隙率相差不大;计盒维数法测得的分形维数表明孔隙具有较好的分形特征;三维孔隙空间分布范围与二维定量分析具有一致性;孔喉尺寸呈正态分布,表明孔隙间连通性良好;压力梯度分布及流线分布有利于分析植被混凝土的渗流机理,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了重建的三维模型的可靠性。

关键词：现浇植被混凝土 CT扫描孔隙特征三维重建渗流模拟

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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