【摘 要】
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含水合物的沉积物力学参数是水合物储层稳定性评价的基础数据.我国南海神狐海域含水合物的沉积物中含大量的黏土,深入了解黏土矿物对沉积物力学特性的影响对水合物开采具有十分重要的意义.基于PFC三轴压缩模拟,首先分析了沉积物中不含水合物时,黏土矿物颗粒特征的力学效应,然后分析了水合物对颗粒的胶结作用和围压对沉积物力学特性的影响.结果表明,不含水合物模型的偏应力-应变曲线呈明显的应变硬化特征.黏土矿物的含量、颗粒形状和排列对沉积物三轴压缩特性具有显著影响.黏土矿物含量的增多对沉积物力学强度具有明显的降低作用,黏土矿
【机 构】
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中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院页岩气与地质工程重点实验室,北京100029,中国;北京工业大学,北京100124,中国;中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院页岩气与地质工程重点实验室
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含水合物的沉积物力学参数是水合物储层稳定性评价的基础数据.我国南海神狐海域含水合物的沉积物中含大量的黏土,深入了解黏土矿物对沉积物力学特性的影响对水合物开采具有十分重要的意义.基于PFC三轴压缩模拟,首先分析了沉积物中不含水合物时,黏土矿物颗粒特征的力学效应,然后分析了水合物对颗粒的胶结作用和围压对沉积物力学特性的影响.结果表明,不含水合物模型的偏应力-应变曲线呈明显的应变硬化特征.黏土矿物的含量、颗粒形状和排列对沉积物三轴压缩特性具有显著影响.黏土矿物含量的增多对沉积物力学强度具有明显的降低作用,黏土矿物形状为条形的沉积物强度和弹性模量要明显高于圆颗粒模型,在细观上受颗粒平均接触数影响,条形黏土颗粒的定向排列使模型的力学参数具有各向异性.水合物对颗粒的胶结作用可显著提高模型的峰值强度和弹性模量,随着颗粒胶结程度的增大和围压的减小,含水合物的沉积物的破坏方式由塑性破坏向脆性破坏转换.
其他文献
为了探究分布于某岛礁珊瑚骨架灰岩的微观孔隙结构特征及其定性定量分析,选取6块有代表性的珊瑚骨架灰岩岩样,开展CT扫描试验,建立珊瑚骨架灰岩三维立体数字模型,获得三维数据体并开展孔隙结构特征的研究.结果表明:6块岩样整体孔隙率均值仅为3.30％,孔隙发育程度较小;岩样逐层面孔隙率有较大程度波动,面孔隙率较小,但其标准差却较大,体现了岩样较强的非均质性;对岩样三维模型中所提取的孔隙进行标记筛分,同时对孔隙体积与数量进行概率统计,结果表明珊瑚骨架灰岩中大孔隙数量虽少,但体积占比很大,存在极个别超大孔隙;通过球棒
针对岛礁大型构筑物修建过程中由于高应力而导致作为地基材料的钙质砂发生破碎,进而引发地基沉降变形问题.本文采用高压固结仪对钙质砂开展了一系列终止压力为16 MPa的侧限压缩试验,研究了高应力水平下钙质砂的压缩破碎特性.同时基于显微图像采集和处理技术对钙质砂颗粒的形状参数(圆度和完整度)进行了定量化表征,研究了钙质砂的形状分布规律.最终分别探讨了级配特征(如平均粒径、不均匀系数)、形貌特征等因素对钙质砂压缩和破碎特性的影响.结果表明:随着平均粒径的增大,钙质砂颗粒的形状不规则程度逐渐增加,其棱角也越发育.随着
为了揭示钙质砂在一维压缩回弹作用下的压缩变形、颗粒破碎特性以及声发射规律,对钙质砂进行了3种相对密实度下不同粒组的一维压缩回弹实验和声发射实验.通过对不同粒组、不同相对密实度的钙质砂进行一维压缩实验和同步的声发射实时监测,获得其压缩、回弹和声发射特性,最后通过筛分获得实验后的颗粒粒径分布,得出相对破碎势Br.实验结果表明:钙质砂的压缩变形由颗粒位置调整和破碎两部分组成,其中颗粒破碎是产生压缩变形的主要因素,回弹曲线近似一条直线,表明压缩变形为不可恢复的塑形变形;压力相同时颗粒粒径越大,相对破碎势Br越大.
本文针对静力荷载作用的情况,对比了4种黏土中水平受荷大直径单桩的设计方法,包括基于p-y弹簧模型的API规范方法,以及新近发展的基于p-y弹簧模型的Zhang et al.(2017b)、基于双弹簧模型的Wang et al.(2020)方法以及基于三弹簧模型的Fu et al.(2020)方法.考虑两种大直径单桩常用的长径比(L/D=5和10),通过与三维有限元结果比较,对现有设计方法进行了对比,分析了不同参数对预测结果的影响.结果表明:(1)对于大直径单桩的水平位移和转角,现行API规范的预测值最大,
波致瞬态液化渗流导致海床内细粒沉积物向海水中运移,这一过程对海底沉积物再悬浮的贡献率不容忽视,但是贡献率的准确估计和预测比较困难.本研究将黄河水下三角洲的观测数据(包括水深、有效波高、有效波周期、实验舱内悬沙浓度、实验舱外悬沙浓度)作为模型输入数据集,基于长短时记忆循环神经网络建立了瞬态液化对再悬浮贡献率的深度学习预测模型.为了客观评价模型的性能,以平均绝对百分比误差、均方根误差和平均平方误差-标准偏差为评判标准,将该深度学习模型与其他预测模型(支持向量回归模型、人工神经网络)的预测结果进行了比较.结果表
波浪导致的海床液化是埋置管线失稳的一个重要因素.超静孔隙水压力累积引起的液化深度较深,对海底管线稳定性的影响较大,因此波浪作用下管线-海床系统的累积响应特征一直受到研究者的重点关注.本文基于考虑孔压累积与海床应力耦合发展的数值计算模型,对非线性行进波作用下含埋置管线的海床累积响应特征进行了模拟计算,并与非耦合模型的计算结果进行了对比分析,结果表明,当考虑孔压累积与海床应力的耦合效应时,管线附近累积孔压在水平方向上的不均匀分布会导致海床循环剪应力的增大,从而会极大地促进管线周围海床累积孔压的发展,增大管线的
波流作用于海床产生动态孔隙水压力,如不能及时消除会在其内部产生累积孔隙水压力,相邻两点间的孔隙水压力差值造成的水力梯度产生渗流力,渗流力引起水流动,海床表面为排水界面,从而会在海床内部形成向上的渗流力作用于泥沙颗粒上,使泥沙发生启动向海床表层运移,从而形成一定范围的粗颗粒层.本文采用数值模拟对不同流速下的海床累积孔隙水压力进行了研究,同时分析了硬壳层的存在对海床累积孔隙水压力的影响规律,根据取得的不同流速下海床内部的累积孔隙水压力值,计算海床任意位置处的渗流压力梯度,采用王虎等(2014)推导建立的海床临
海洋浅基础设计所遇地层条件通常由于基础大尺寸的特点而涉及多土层剖面,其中“硬-软-硬”三层黏土是最常见的地层条件之一.现行海洋浅基础设计常用的API和ISO规范尚无针对“硬-软-硬”黏土竖向承载力的计算方法.本文基于自升式平台基础设计规范推荐的“bottom-up”预测模型,假定“硬-软-硬”黏土上基础的承载力为“硬-软”黏土冲剪破坏产生的侧向摩阻力与“软-硬”黏土挤压破坏提供的承载力之和.通过有限元模拟分析,验证了“bottom-up”方法所假定破坏模型的合理性,但由于规范推荐的相关公式忽略了上覆土层对