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| 1 | 含水合物沉积物强度特性的三轴试验研究显示文摘针对含水合物沉积物基础力学试验数据相对缺乏的现状,分别采用通气法和预冻结法制备了含甲烷水合物和含四氢呋喃(THF)水合物的砂性沉积物试样,并通过低温高压三轴试验系统研究了含水合物沉积物的强度特性及其影响因素,重点分析了试样强度在不同水合物饱和度情况下的发展规律,并证实了试验反压的重要影响。结果表明:试样黏聚强度随水合物饱和度增加呈指数型增长。当水合物饱和度不高时(<50%),试样内摩擦角变化不大;当饱和度较高时(>80%),由于土颗粒咬合作用不能充分发挥,试样内摩擦角降低。另外,反压有助于提高水合物强度,从而提高含水合物沉积物的强度。 | 刘芳 寇晓勇 蒋明镜 熊巨华 吴晓峰 | 2013 | 岩土工程学报2013，35，8： | 33 |
| 2 | 天然气水合物开采相关的安全性研究进展显示文摘天然气水合物分解会改变原来海底地层的物性和力学性质并产生超静孔压、进而引起地层和海洋工程结构物基础的不稳定性、甲烷泄露等地质与环境灾害,对海洋工程与人类赖以生存的环境构成潜在严重威胁.这个问题引起了国际社会各界的广泛关注.正因为此,各国对天然气水合物开采均采取很谨慎的态度.本文介绍了天然气水合物分解可能导致的地质与环境灾害类型以及影响水合物分解的主要因素;列举了历史上与水合物分解相关的6个典型滑坡案例并进行了分析;阐述了水合物分解引起的层裂和喷发灾害现象及发生的机制和临界条件;分析了水合物分解对井壁、海底管道等结构物及其基础稳定性的影响;针对水合物分解的土层响应与环境影响监测技术的研究进展进行了评述;总结了与水合物分解引起的地质灾害密切相关的水合物地层的物理和力学性质研究现状;最后提出了目前水合物分解相关的安全性研究所存在的问题和需要深入研究的方向. | 鲁晓兵 张旭辉 王淑云 | 2019 | 中国科学:物理学、力学、天文学2019，49，3： | 15 |
| 3 | Methane hydrates:A future clean energy resource显示文摘Natural gas has been considered as the best transition fuel into the future carbon constraint world.The ever-increasing demand for natural gas has prompted expanding research and development activities worldwide for exploring methane hydrates as a future energy resource.With its vast global resource volume(~3000 trillion cubic meter CH4)and high energy storage capacity(170 CH4 v/v methane hydrate),recovering energy from naturally-occurring methane hydrate has attracted both academic and industry interests to demonstrate the technical feasibility and economic viability.In this review paper,we highlight the recent advances in fundamental researches,seminal discoveries and implications from ongoing drilling programs and field production tests,the impending knowledge gaps and the future perspectives of recovering energy from methane hydrates.We further emphasize the current scientific,technological and economic challenges in realizing long-term commercial gas production from methane hydrate reservoir.The continuous growth of the corresponding experimental studies in China should target these specific challenges to narrow the knowledge gaps between laboratory-scale investigations and reservoir-scale applications.Furthermore,we briefly discuss both the environmental and geomechanical issues related to exploiting methane hydrate as the future energy resource and believe that they should be of paramount importance in the future development of novel gas production technologies. | Zhenyuan Yin Praveen Linga | 2019 | Chinese Journal of Chemical Engineering2019，27，9： | 12 |
| 4 | 水合物沉积物力学性质的三维离散元分析显示文摘水合物沉积物力学特性研究是天然气水合物开采领域中的热点问题。为深入了解水合物对沉积物力学特性的影响,在提出一个新的水合物沉积物离散元数值试样制备方法的基础上,模拟了不同水合物饱和度沉积物试样的三轴排水试验,并从其应力-应变关系、体变特性、弹性模量及峰值强度等方面对模拟结果及已有室内三轴试验结果进行了对比,然后利用该方法对具有不同微观胶结参数的水合物沉积物样进行了三轴离散元数值试验。研究结果表明:所提出的离散元模拟方法能较好地反映水合物沉积物的主要力学特性;天然气水合物与土颗粒间胶结性能的改变会对水合物沉积物的力学响应产生一定的影响;水合物沉积物强度和模量的增加是孔隙填充水合物和粒间胶结水合物共同作用的结果。 | 杨期君 赵春风 | 2014 | 岩土力学2014，35，1： | 10 |
| 5 | 含水合物沉积物力学性质及影响因素显示文摘天然气水合物作为未来潜在的能源资源,广泛存在于海底沉积物中。海底水合物的大量分解将造成含水合物地层的力学性质发生变化,导致海底滑坡等灾害。从实验介质、水合物种类、水合物饱和度以及温度、压力、应变率等方面介绍了含水合物沉积物力学性质的研究进展,并评述了其存在的问题,指出了其研究方向与趋势。 | 张磊 刘昌岭 李淑霞 业渝光 张剑 | 2011 | 海洋地质前沿2011，27，6： | 9 |
| 6 | 考虑水合物胶结厚度的深海能源土粒间胶结模型研究显示文摘天然气水合物被公认是解决当前能源危机的潜在新型能源而备受关注。含水合物的海底土体称为深海能源土。水合物在能源土中有不同的赋存形式(如填充型水合物和胶结型水合物等),由于胶结型水合物对整体强度的贡献比其他存在形式更大,尤其是饱和度较低的情况。针对于胶结型水合物的赋存形式进行研究,水合物作为胶结物质存在于土颗粒之间,胶结厚度会在一定范围内变化。为真实地反映此现象,通过对能源土试样的电镜扫描图片整理分析,获得水合物饱和度与粒间胶结厚度的函数关系。基于前期已经完成的不同粒间胶结厚度下胶结力学特性的试验研究成果,为探究胶结厚度变化对能源土体宏观力学特性的影响,建立了考虑水合物胶结厚度的能源土粒间胶结模型,并介绍此模型中相关胶结参数及其确定方法。 | 蒋明镜 贺洁 周雅萍 | 2014 | 岩土力学2014，35，5： | 9 |
| 7 | 裹覆型能源土力学特性真三轴试验离散元数值分析显示文摘甲烷水合物被公认是有望解决当前及未来能源危机的潜在新型能源而备受关注.含甲烷水合物的土体称为能源土.目前室内试验中多采用气饱和法人工合成能源土,并在简单应力路径下进行力学测试.以气饱和法合成能源土时,甲烷水合物倾向于在颗粒表面及弯液面处生成固态物质,形成裹覆型能源土.为研究裹覆型能源土在复杂应力路径下的力学性质,本文采用考虑裹覆型能源土三大微观机制(胶结、颗粒扩大和增大土颗粒表面粗糙度作用)的离散元模拟方案,结合纯水合物力学性质与温压相关的试验资料,对裹覆型能源土在真三轴条件下进行离散元数值模拟.模拟结果表明:(1)考虑裹覆型能源土微观机制的离散元模拟方案可有效对能源土力学特性进行模拟;(2)裹覆型能源土胶结作用较弱,真三轴剪切中表现出的力学特性非常接近无胶结散粒体材料;(3)真三轴试验中相同剪应变条件下,随中主应力系数b增大能源土峰值及残余偏应力减小,与Lade-Duncan强度准则基本吻合. | 蒋明镜 刘俊 申志福 | 2019 | 中国科学:物理学、力学、天文学2019，49，3： | 8 |
| 8 | 不同温-压条件下含水合物沉积物的损伤本构关系显示文摘环境温度和孔隙压力对含水合物沉积物的力学特性存在重要影响,深刻揭示温度和孔隙压力对含水合物沉积物力学特性的影响机制并对其进行有效地模拟是含水合物地层稳定性评估的前提。在分析温度和孔隙压力变化对含水合物沉积物的力学特性影响机制的基础上,引入温压条件参数来考虑温度和孔隙压力变化对含水合物沉积物力学特性的影响,建立了考虑温度和孔隙压力影响的损伤本构模型。模型假设含水合物沉积物微元强度服从Weibull分布,采用Drucker-Prager强度准则描述微元强度,建立了损伤因子的演化规律。此外,还提供了一套模型参数的确定方法。通过一系列不同温度压力条件下的含水合物沉积物的三轴压缩试验结果对模型进行校核和验证,结果表明,该模型能很好地模拟含水合物沉积物的应力-应变关系,并且能较好地考虑水合物含量、环境温度和孔隙压力对含水合物沉积物的力学特性的影响。 | 颜荣涛 张炳晖 杨德欢 李杨 陈星欣 韦昌富 | 2018 | 岩土力学2018，39，12： | 8 |
| 9 | 甲烷水合物三维离散元模拟参数反演初探显示文摘含填充型水合物的砂性能源土可视为特殊的散粒体材料(砂粒和水合物颗粒混合物),具有明显的非连续特征。在离散元中若采用团粒(胶结成团的颗粒组)模拟填充水合物颗粒则需合理确定团粒结构内颗粒间胶结模型参数。为此,基于前人的室内纯水合物三轴试验资料进行离散元建模与参数反演。结果表明,宜采用松散且颗粒间摩擦系数较小的试样模拟水合物块体,当颗粒间摩擦系数小于等于0.04时,可确保无胶结试样的内摩擦角小于室内试验获得的纯水合物内摩擦角。胶结刚度只需在较小范围变化即可反映相同温度不同围压条件下的弹性特性,且微观刚度参数与胶结强度参数的相互作用较小,可以假定二者相互独立。通过选取不同的微观胶结强度值进行不同围压下的三轴压缩试验,建立微观胶结强度参数与宏观参数(内摩擦角和黏聚力)之间的关系,从而确定与室内试验强度特性相符合的微观胶结强度值,实现甲烷水合物三轴试验离散元模拟;由体变规律可知,甲烷水合物在发生剪胀前均存在一个初始的体积收缩阶段,且剪胀特性随着围压的减小而呈现增强趋势。通过微观变量颗粒接触方向组构的分布图可知,随着轴向应变增大,颗粒间接触主方向朝竖直方向偏转,表现出明显的各向异性特性。随着轴向应变的增大,颗粒间胶结残余率变小,表明试样逐步破坏。 | 蒋明镜 贺洁 申志福 | 2014 | 岩土工程学报2014，36，4： | 7 |
| 10 | 天然气水合物岩石物理实验进展显示文摘天然气水合物在资源与环境领域的重要性已受到世界各国的广泛关注。目前实验室将多种检测与分析技术用于水合物的本征特性研究;并从电学、声学及力学等方面对水合物沉积物的物性特征进行研究,取得了一系列较为显著的研究成果。对实验室水合物本征特性及水合物沉积物物性特征研究成果与进展进行了梳理;并对今后的研究工作提出了展望,旨在为我国天然气水合物相关研究提供借鉴与参考。 | 董怀民 孙建孟 | 2017 | 科学技术与工程2017，17，18： | 7 |
| 11 | 纯水合物力学性质研究进展显示文摘纯水合物力学性质是含水合物沉积物力学性质研究的基础, 它与水合物开采、海底地质灾害防治、CO2埋藏、气体储运等诸多方面都密切相关. 然而受水合物形成条件和样品本身影响, 目前对纯水合物力学性质研究还存在很多争议和不足, 其中最主要的问题就是难于获取高纯度的水合物实验样品. 据此本文从实验和理论计算两个方面对当前纯水合物力学性质的研究进展进行了总结和分析, 提出可从宏观实验技术改进和微观分子动力学模拟两方面结合来尽可能消除水合物样品本身的影响, 揭示纯水合物力学性质与冰异同的内在原因, 掌握水合物样品残余水气和微孔隙对其力学性质的影响机理, 从而实现水合物微观力学本质与宏观力学特性间的衔接, 为今后含水合物沉积物力学性质及水合物力学性质相关领域研究奠定坚实的理论基础. | 余义兵 宁伏龙 蒋国盛 张凌 | 2012 | 力学进展2012，42，3： | 6 |
| 12 | 试验反压对深海能源土宏观力学特性影响的离散元分析显示文摘在饱和土体三轴试验中,反压常被用于提高试样饱和度,其对常规土体强度特性无影响已广为认同,而已有试验资料表明反压对深海能源土强度、弹性模量等宏观力学参数均存在一定影响,成为困扰国际岩土界的一个难题。首先探讨了试验反压对能源土力学特性的影响机理,通过引入能源土微观接触模型的离散元双轴试验检验上述机理的合理性;然后结合20组离散元双轴试验,进一步探究能源土宏观力学特性随反压的变化规律。结果表明:试验反压对能源土力学特性的影响与水合物作用相关;反压能提高能源土强度,使应变软化和剪胀特性更加明显,并对其弹性参数有一定的影响;试验反压较大时,反压变化对能源土强度参数的影响难以忽略,但对弹性参数的影响可忽略。 | 蒋明镜 朱方园 申志福 | 2013 | 岩土工程学报2013，35，2： | 6 |
| 13 | 含水合物沉积物合成方法及其对热、力学性质影响的研究进展显示文摘研究含水合物沉积物的热学和力学性质对保障天然气水合物的有效安全开采具有重要和应用意义。鉴于现场保压取样研究非常困难,目前常用的方法是利用实验室人工合成含水合物沉积物样品进行试验。首先总结了孔隙填充型、骨架(颗粒)支撑型、胶结型和颗粒包裹型的水合物在沉积物中的4种常见生长模式,以及不同生长模式下含水合物沉积物物理性质的差异;然后,介绍了溶解气法、部分水饱和法和种冰法3种实验室水合物合成方法及其对水合物生长模式的影响;最后,指出含水合物沉积物的热学性质和力学性质受到水合物饱和度、水合物生长模式等因素的综合影响,而水合物饱和度又受到水合物合成方法和水合物形成物的影响。因此,在开展实验研究过程中,应根据研究目的,选择合适的水合物形成物和水合物合成方法,以使得实验结果能够更好符合实际情况,从而指导生产实践。 | 张金华 魏伟 肖红平 彭涌 张巧珍 | 2017 | 科学技术与工程2017，17，26： | 6 |
| 14 | 水合物沉积物的力学本构模型及参数离散元计算显示文摘为有效描述水合物沉积物在不同水合物饱和度与围压情况下的力学行为,该文基于广义Hooke(胡克)定律建立了水合物沉积物的应力-应变关系方程和弹性模量弱化方程;基于三轴压缩试验确定了水合物沉积物的软化系数和软化指数,基于颗粒流程序(PFC^(3D))开发了水合物沉积物初始弹性模量的离散元算法(DEM).利用建立的应力-应变关系方程、弹性模量弱化方程和初始弹性模量DEM,数值模拟了水合物沉积物在6种不同水合物饱和度与围压情况下的力学行为.数值模拟结果与三轴压缩试验结果的对比表明,建立的应力-应变关系方程、弹性模量弱化方程和初始弹性模量DEM,能有效预测水合物沉积物的力学行为,可为水合物井筒设计与安全开采提供理论基础和计算方法. | 周博 王宏乾 王辉 薛世峰 | 2019 | 应用数学和力学2019，40，4： | 6 |
| 15 | 三维离散元单轴试验模拟甲烷水合物宏观三轴强度特性显示文摘填充型水合物的砂性能源土试样可视为特殊的散粒体材料,即砂粒和水合物颗粒混合物,具有明显的非连续特征。为研究填充型水合物的能源土力学特性,初步探索了甲烷水合物在不同温度、反压条件下加荷模式的离散元模拟方法。离散元模拟中,将水合物块体视为由大量颗粒通过强胶结作用凝聚而成的整体,室内试验中的内部孔隙水压作用转化为水合物颗粒间的胶结力,故需要合理确定颗粒间胶结模型参数来实现反压的影响作用。通过参数反演建立了宏观强度、刚度参数与平行胶结模型的微观胶结参数间的宏、微观关系,基于已有室内甲烷水合物三轴试验资料,确定了给定温度和反压条件下的微观胶结参数取值,随后进行离散元单轴压缩试验。离散元单轴压缩试验模拟获得的水合物强度特性,与室内三轴试验结果符合较好;通过建立的宏、微观参数间的关系,实现了不同温度、反压下的水合物加荷模式的模拟。为进一步提出深海能源土离散元数值试验成样方法——孔隙填充水合物生成技术,形成含填充型水合物的能源土试样,研究其力学和变形特性奠定基础。 | 蒋明镜 贺洁 | 2014 | 岩土力学2014，35，9： | 5 |
| 16 | 围压对含瓦斯水合物煤体应力应变关系的影响显示文摘力学性质是基于水合原理预防煤与瓦斯突出的核心问题之一。以具有突出倾向煤体制备的型煤为研究对象,利用自主研发的瓦斯水合物生成与三轴压缩一体化装置,开展了围压影响下含瓦斯水合物煤体三轴压缩实验。结果表明:三种围压下,应力-应变曲线均为软化型;不同特征点(初始屈服点、峰值点及残余阶段)含瓦斯水合物煤体的黏聚力相差较大,而内摩擦角的变化较小;含瓦斯水合物煤体的初始屈服强度、峰值强度、残余强度和变形模量随着围压的增加呈线性关系增加,围压对含瓦斯水合物煤体的力学性质有所强化。 | 张保勇 高橙 高霞 刘文新 吴强 张强 | 2015 | 黑龙江科技大学学报2015，25，2： | 4 |
| 17 | 一个深海能源土的温度–水压–力学二维微观胶结模型显示文摘天然气水合物以胶结形式赋存时,对深海能源土的强度和变形特性影响显著,且其影响程度与所处温度、水压与力学环境密切相关。旨在建立可考虑温(温度)–压(水压)–力(力–位移与胶结破坏准则)耦合影响的深海能源土微观胶结模型。首先,依据能源土中水合物胶结可发生于两种接触形式(直接接触与有间距)的土颗粒间,提出适用于两种胶结模式的力–位移准则和胶结破坏准则。其次,提出温压距离参数L(表示在无量纲化处理后的温度–水压坐标平面,土体所处温度与水压点到水合物相平衡线的最小距离),并依据文献资料分析,建立水合物胶结强度、刚度与参数L间的关系。最后,建立由水合物饱和度确定的粒间水合物胶结尺寸计算方法,并据此进一步建立了胶结强度与刚度同水合物饱和度间的关系。该模型可以方便地植入离散元程序,从而用于深海能源土的宏微观力学分析。 | 蒋明镜 朱方园 | 2014 | 岩土工程学报2014，36，8： | 4 |
| 18 | 降压开采过程中含水合物沉积物的力学特性研究显示文摘天然气水合物是一种潜在的能源资源,开采过程中,水合物的分解会造成工程和地质等安全隐患。为研究降压开采过程中多因素综合影响条件下沉积物的力学性质,在自主研发的低温高压三轴仪上进行了不同围压条件下含水合物沉积物的剪切试验。试验结合常规三轴剪切及一个试样多级加荷的方法,并加入了水合物的降压分解过程。结果表明:水合物的存在可以显著提高沉积物的抗剪强度。在降压分解过程中,含水合物沉积物试样的力学强度受到有效围压和孔隙中水合物含量的综合影响。前期试样由于孔隙压力降低导致有效围压大幅增加,试样抗剪强度增大,后期由于水合物含量的大幅降低,试样在较高有效围压下抗剪强度下降。有效围压对含水合物沉积物试样的体积应变有较大的影响,较高的有效围压会导致含水合物试样产生显著的剪缩现象。 | 吴起 卢静生 李栋梁 梁德青 | 2018 | 岩土力学2018，39，12： | 4 |
| 19 | 不同开采方法下深海能源土离散元模拟显示文摘天然气水合物以胶结及孔隙填充等形式存在于深海能源土中,开采时因其分解会劣化地层力学特性进而引发海底事故,使得人们对能源土开采过程进行中力学特性的变化愈发重视。在前期室内试验的基础上,将一个温度-水压-力学二维微观胶结模型引入离散元商业软件PFC2D中,通过对排气、排水性较好的土体进行升温及降压法开采进行数值模拟,并将模拟结果与相同条件下的室内试验结果对比,验证了该胶结模型的适用性。进一步分析了颗粒接触分布与颗粒平均纯转动率(averaged pure rotation rate,APR)在水合物分解时的变化情况。升温分解过程中随温度升高,颗粒总接触分布各向异性程度增大;胶结接触逐渐减少并始终保持主方向为水平方向,无胶结接触增多并始终保持主方向为竖直方向;APR值逐渐增大且正负值分布逐渐趋于集中。降压分解过程中随反(水)压降低,颗粒总接触由各向同性分布逐渐发展为主方向为竖直方向的各向异性,APR值较小且分布均匀;恢复反压后,试样进一步破坏,颗粒总接触各向异性更加明显,APR值增大且正负值呈集中分布。 | 蒋明镜 付昌 贺洁 申志福 朱方园 | 2015 | 岩土力学2015，36，S2： | 3 |
| 20 | 天然气水合物沉积物的强度模型显示文摘建立有效描述含天然气水合物(以下简称'水合物')沉积物强度特性的强度模型是水合物开发前必须解决的关键问题之一。在调研前人对含水合物沉积物强度试验结果的基础上,分析了水合物存在对土体强度的两种影响机理,分别是水合物作为持力体分担土骨架部分应力以及土颗粒之间的胶结作用。在此基础上,把含水合物沉积物视为复合材料(土颗粒骨架相和水合物相复合)进行考虑,建立了含水合物沉积物的强度模型,该模型能较好地反映不同水合物赋存模式、不同水合物含量、不同围压作用下的含水合物沉积物的强度特性。同时,该模型还能很好地反映细粒土中水合物形成后内摩擦角的减小。然而,由于前期相关试验数据的缺乏,该模型的一些关系式还有所欠缺,在后期的工作中需要进一步的优化。 | 颜荣涛 赵续月 杨德欢 肖桂元 梁维云 文松松 | 2016 | 桂林理工大学学报2016，36，3： | 2 |
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