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硫酸盐渍土气态水影响盐胀及抑胀机理研究

硫酸盐渍土气态水影响盐胀及抑胀机理研究

作者：刘泳樟中南大学

学位级别：硕士

全世界有超过8.33亿公顷的盐碱地,其中大部分分布在干旱或半干旱地区。大约有3600万公顷的盐碱地分布在中国的西北部,对工程用地的安全使用造成了不利影响。在干旱的硫酸盐盐土地区,盐胀的破坏是道路、铁路和地基工程的一个严重问题。... 详细信息

全世界有超过8.33亿公顷的盐碱地,其中大部分分布在干旱或半干旱地区。大约有3600万公顷的盐碱地分布在中国的西北部,对工程用地的安全使用造成了不利影响。在干旱的硫酸盐盐土地区,盐胀的破坏是道路、铁路和地基工程的一个严重问题。本文在已有的水-热-气-盐多场耦合模型下,将气态水对盐渍土盐胀影响考虑在内,提出了一种改进的基于热-水-气-盐的盐胀模型,通过实验验证了其准确性,并对非饱和硫酸盐渍土盐胀计算公式进行优化;在此模型基础上提出设置保温层来抑制硫酸盐渍土盐胀,并对设置保温层前后硫酸盐渍土路基盐胀进行了数值模拟,分析了不同保温层参数对抑胀效果的影响;通过试验研究,对比不同配比下早强水泥固化硫酸盐渍土的强度、XRD、CT等结果,分析了早强水泥固化硫酸盐渍土的抑胀机理:(1)通过考虑蒸汽水效应,在非饱和盐渍土实验中验证了改进的基于热-水-蒸汽-盐的盐胀模型的准确性。此外,还合理分析了温度、液态水、汽态水和溶解的硫酸钠分布的演变。(2)改进后的模型在预测盐分膨胀方面比现有模型更准确。当相对湿度达到60-90%时,盐分膨胀率增加到64%;一旦相对湿度超过90%,膨胀率将下降到0%。此外,盐分膨胀率沿相对湿度呈上凸曲线,随着液态水含量的增加而下降。当液态水含量高于10%时,盐的膨胀率稳定在0.3左右。改进后的模型可以为理解盐分膨胀的机理和预防盐碱地盐分膨胀方面提供较好基础。(3)硫酸盐渍土路基设置保温层可以有效抑制路基内部盐胀的发生,通过设置保温层,可以降低路基内部温度下降幅度,从而减少硫酸钠及十水硫酸钠晶体析出,从而可以有效减小路基盐胀量。且路基盐胀量随着保温层厚度的增加而降低,且盐胀量随着保温层密度的增加而降低。(4)早强水泥固化硫酸盐渍土可以有效抑制盐渍土的盐胀,且抑胀效果受多重因素影响,包括水泥掺量、水灰比、含盐量,还包括养护温度、湿度、养护时间等。在水泥砂浆水化反应过程中,早强水泥固化盐渍土可消耗土体内SO,不仅在初期可以增加早强水泥固化盐渍土强度,且可以抑制其盐胀的发生。图78幅;表4个;参考文献73篇

关键词：非饱和硫酸盐渍土水-热-气-盐-多场耦合盐胀率气态水抑胀早强水泥固化盐渍土

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气态水对路面结构力学响应模拟研究

科技和产业 2023年第16期23卷 220-225页

作者：李键罗传熙崔浩斌广州肖宁道路工程技术研究事务所有限公司广州510641 长沙理工大学交通运输工程学院长沙410114

为探究气态水对沥青路面力学响应的影响规律,利用有限元软件ABAQUS,建立考虑气态水的路面结构三维有限元模型。基于疲劳寿命计算公式与室内试验,分析常规水气浓度场与实际非均匀水气浓度场对路面疲劳寿命的影响差异。结果表明,气态水会... 详细信息

为探究气态水对沥青路面力学响应的影响规律,利用有限元软件ABAQUS,建立考虑气态水的路面结构三维有限元模型。基于疲劳寿命计算公式与室内试验,分析常规水气浓度场与实际非均匀水气浓度场对路面疲劳寿命的影响差异。结果表明,气态水会影响路面力学指标,常规水气浓度场在计算疲劳寿命时大于路面实际的疲劳寿命,高估了路面结构的抗疲劳能力。室内试验表明,沥青混合料经过气态水的侵蚀后同样会缩短其疲劳寿命,导致路面缺乏安全性,路面在设计及疲劳寿命预估时,引入实际非均匀水气浓度场可提高结果准确性。

关键词：沥青路面气态水有限元软件室内试验疲劳寿命

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含气态水凝析气藏气藏工程研究

含气态水凝析气藏气藏工程研究

作者：王玲西南石油大学

学位级别：硕士

凝析气田在世界气田开发中占有特殊重要的地位,随着石油与天然气的勘探开发向纵深方向发展,国内外发现了越来越多的高温高压凝析气藏。在高温条件下,随着气藏降压生产过程,地层中存在的边底水、孔隙水会大量蒸发,以气态的形式进入气藏... 详细信息

凝析气田在世界气田开发中占有特殊重要的地位,随着石油与天然气的勘探开发向纵深方向发展,国内外发现了越来越多的高温高压凝析气藏。在高温条件下,随着气藏降压生产过程,地层中存在的边底水、孔隙水会大量蒸发,以气态的形式进入气藏流体中。国内外高温高压凝析气藏生产实践及已经开展的相关实验和数值模拟研究表明,在高温条件下,必须考虑水对流体相态的影响,否则对凝析气藏相态参数、储量和生产动态评价会产生偏差。本文采用理论、实验及应用相结合的研究手段,取得了以下研究成果:(1)对同一凝析气藏地层流体进行了饱和气态水和不含气态水的地层流体相态实验研究,通过对实验结果进行对比分析,发现气态水的存在对井流物组成、露点压力、偏差因子、天然气膨胀能力及反凝析液量都会产生一定的影响。(2)对开发过程中凝析水产出机理及规律进行了研究,重点研究了温度、压力、凝析气中CO2含量、凝析气中重烃含量和储集层岩石性质等对凝析气中气态水含量的影响,明确了凝析气田产水上升的原因。(3)在上述实验数据的基础上,建立了生产过程中凝析水含量与地层压力、重烃含量、CO2含量的基本关系式,为后续研究提供了基本方法,结合气井生产数据,对气井产水机理及水源进行了分析。(4)以实验结果为基础,筛选并修订饱和气态水凝析气基本物性参数计算方法及近井带物性关系式,采用气田实测产能试井数据对气井产能进行评价,对比研究了考虑与不考虑气态水影响的气井产能差异,发现考虑气态水影响的气井产能降低。(5)以实验结果与文献调研为基础,建立考虑气态水的动储量评价方法,统计整理气田生产数据,对气藏动储量进行评价,并对比筛选了储量核算方法。

关键词：凝析气气态水相态产能储量

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沥青砂浆中气态水传输行为研究

沥青砂浆中气态水传输行为研究

作者：周晶哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

沥青路面耐久性易受到环境湿度影响,明确气态水在沥青路面中的迁移规律是揭示沥青路面使用寿命破坏机理的重要内容之一。气态水在沥青路面中的传输行为包括吸附/脱附与扩散两方面,但当前研究主要集中于运用菲克理论分析扩散速率及其影... 详细信息

沥青路面耐久性易受到环境湿度影响,明确气态水在沥青路面中的迁移规律是揭示沥青路面使用寿命破坏机理的重要内容之一。气态水在沥青路面中的传输行为包括吸附/脱附与扩散两方面,但当前研究主要集中于运用菲克理论分析扩散速率及其影响因素,尚不能较为全面地了解其传输特性。在其他多孔材料中,水气吸附与脱附行为研究积累了丰富成果,能够为本文提供理论与技术支持。因此,本文从吸附与脱附行为和扩散行为两方面开展气态水在沥青砂浆中的传输行为研究,分析吸附与脱附过程特性及吸附-脱附循环中的滞回行为,探讨水气扩散主导模式及扩散特性的影响因素。主要研究内容及成果如下:首先,开展恒定温、湿度条件下沥青砂浆中的吸附与脱附试验,探讨了水气吸附吸附量、吸附速率及脱附过程脱附量、脱附速率随时间的变化规律,分析了沥青种类、温湿度对吸附与脱附过程的影响。基于热力学参数分析了吸附与脱附过程的热力学性质,证明吸附与脱附过程中的主要吸附方式为物理吸附,两过程是不能自发进行的熵减过程,均需从环境中吸收热量,其中脱附过程吸热较少,比吸附过程更容易发生。其次,开展恒定温度、全湿度范围内的等温吸附-脱附循环试验,基于Guggenheim-Andersen-de-Bore(GAB)模型分析了各次循环中吸附与脱附过程单层吸附及多层吸附特性。基于吸附与脱附过程滞回面积分析了滞回特性,从而认识到因湿度反复升高或降低而导致水气滞留量增加。同时,在水气吸附-脱附循环中,普遍存在冷凝现象,但水分的主要存在相态仍为气相。随后,开展了穿透型水气扩散试验,明确了沥青砂浆中气态水扩散的主导模式为体相扩散,原材料种类及环境因素对扩散模式转化存在一定影响,但无法改变主导扩散模式。最后基于菲克方程和非菲克方程分析了水气扩散的不同特性及影响因素。扩散速率、自由水与结合水的相互转化及扩散过程时变特性受到集料种类、沥青岩性、环境温度与相对湿度的影响。其中温度对不同扩散特性均有显著影响,环境因素的影响效应比材料自身性质更为重要。

关键词：气态水沥青砂浆吸附与脱附行为吸附-脱附滞回行为扩散行为

四川紫色土吸附气态水特征及其热力学函数的研究

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西南农业大学学报（自然科学版） 1991年第4期13卷 429-433页

作者：魏朝富谢德体曾觉廷西南农业大学土化系

本文用平衡水汽压法研究了紫色土对气态水的吸附特征以及被吸附气态水的热力学函数.结果表明,紫色土对气态水的吸附属多分子吸附,在一定温定、湿度条件下,土壤具有一定吸附限量。最大平衡吸附量为中性紫色土>钙质紫色土>酸性紫色土,并... 详细信息

本文用平衡水汽压法研究了紫色土对气态水的吸附特征以及被吸附气态水的热力学函数.结果表明,紫色土对气态水的吸附属多分子吸附,在一定温定、湿度条件下,土壤具有一定吸附限量。最大平衡吸附量为中性紫色土>钙质紫色土>酸性紫色土,并与土壤物理性粘粒、粘粒、有机质、粘粒团聚度、阳离子代换量(CEC)密切相关.其中,以物理性粘粒含量及其团聚度和阳离子代换量影响最大.土壤吸附气态水是一个放热过程,被吸附气态水的相对偏摩尔焓(△(?))、自由能(△(?))和熵(△(?))比纯水低。当土壤含水量为6.00%时,相对偏摩尔焓、自由能和熵的大小顺序为中性紫色土<钙质紫色土<酸性紫色土。偏摩尔熵和焓受有机质的影响最大,物理性粘粒和CEC 对相对偏摩尔自由能(△(?))的作用较大。

关键词：紫色土特征热力学函数气态水

新疆沙吉海煤矿侏罗系软岩气态水吸附特性实验

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矿业工程研究 2019年第2期34卷 43-50页

作者：付金磊袁越秦坚湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201

针对软岩巷道围岩吸水发生变形、强度劣化及失稳破坏的现象,采用新疆沙吉海煤矿煤系地层侏罗系泥岩样品开展气态水吸附特性实验研究,得到了泥岩气态水吸附特性曲线Q-t.通过非线性拟合分析,建立了泥岩的吸水特征方程,分析了气态水吸附速... 详细信息

针对软岩巷道围岩吸水发生变形、强度劣化及失稳破坏的现象,采用新疆沙吉海煤矿煤系地层侏罗系泥岩样品开展气态水吸附特性实验研究,得到了泥岩气态水吸附特性曲线Q-t.通过非线性拟合分析,建立了泥岩的吸水特征方程,分析了气态水吸附速率的演化规律.结合电镜扫描与X射线衍射试验结果,探讨了全岩矿物、黏土矿物及微观结构等物理参数对泥岩气态水吸附特性的影响.结果表明:(1)5个泥岩样品的气态水吸附特性及变化规律相似,吸水量与吸水时间呈正相关;根据吸水特征方程求导分析,得出吸水速率与吸水时间呈负相关.(2)泥岩样品在吸水过程中速率降低,主要是由于内部孔隙壁面发生膨胀,泥岩孔隙过水通道变窄,吸水受到阻碍.(3)泥岩中含有的蒙脱石与伊/蒙混层具有强亲水性,间接造成泥岩吸附气态水能力强,其微裂隙在水及多应力场作用下扩大和贯通,进一步降低了围岩稳定性.研究结果为新疆沙吉海煤矿侏罗系地层软岩巷道的稳定性控制研究提供了理论依据.

关键词：沙吉海煤矿侏罗系软岩吸水实验气态水吸附特性

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土壤气态水扩散特征初探

西北农业大学学报 1994年第2期22卷 16-22页

作者：闵安成张一平西北农业大学农化系西北农业大学干旱半干旱研究中心

在室内模拟试验的基础上，对旱地不同土层土壤气态水扩散特征进行了探讨，初步推断：①在小于最大吸湿量时，土壤中也存在非气态的水分运移，但气态的水分扩散一般是主要机制；②粘粒含量较高、比表面积较大的土壤中非气态水分扩散所占... 详细信息

在室内模拟试验的基础上，对旱地不同土层土壤气态水扩散特征进行了探讨，初步推断：①在小于最大吸湿量时，土壤中也存在非气态的水分运移，但气态的水分扩散一般是主要机制；②粘粒含量较高、比表面积较大的土壤中非气态水分扩散所占比例较大；③温度升高，扩散系数增大，④扩散也明显存在滞后现象；⑤对供试土样，在相对水气压约４０％的含水量下，气态水分扩散系数达最大值。

关键词：气态水扩散系数滞后现象土壤

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麻织物对气态水吸湿、透湿性能的研究

纺织科学研究 2004年第1期15卷 45-48页

作者：李焰黄燕麦智媚湖南工程学院纺织工程系湖南湘潭411104

通过测试多种麻类织物对气态水的吸湿、透湿性能 ,分析影响麻织物吸湿、透湿性能的主要因素 ,同时与棉织物进行比较 ,探讨麻织物对气态水的吸湿、透湿特性。

关键词：麻织物气态水吸湿性能透湿性能测试

一种全新的铀矿勘查方法——大地气态水铀测量

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东华理工学院学报 2006年第1期29卷 12-16页

作者：谈成龙谢海宁核工业北京地质研究院北京100029

大地气态水是大地土壤的重要组分,借助于地球碳循环向上迁移的铀离子流积聚于大地土壤层,在松散的大地土壤空气中形成地球化学异常。铀离子流与下伏赋存的矿体相呼应,因此设法采集近大地土壤空气中离子流转化为新形成的固定相之前的组... 详细信息

大地气态水是大地土壤的重要组分,借助于地球碳循环向上迁移的铀离子流积聚于大地土壤层,在松散的大地土壤空气中形成地球化学异常。铀离子流与下伏赋存的矿体相呼应,因此设法采集近大地土壤空气中离子流转化为新形成的固定相之前的组分并分析测试之,从而发现隐伏的深埋铀矿体。该方法已在内蒙某地浸砂岩铀矿床上进行的两年初步试验工作(包括剖面性测量与面积性测量),结果表明,异常幅度明显高于常规铀金属量测量方法,地球化学异常衬度也大大好于常规铀金属量测量方法。该项技术在油气矿藏的勘查及其他金属矿产资源的勘查中也有重要的应用潜力。

关键词：铀勘查气态水