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| 1 | 含天然气水合物土微观力学特性研究进展显示文摘天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源,受到了国内外的广泛关注,竞相研究安全高效、持续可控的开采方法.充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律,是实现天然气水合物资源产业化开发的重要前提.含天然气水合物土的力学响应行为本质上是其内部结构演化的宏观反映,相关的微观力学特性研究对于深化含天然气水合物土力学特性认识具有重要的意义.本文从天然气水合物晶体、天然气水合物与土颗粒界面、含天然气水合物土3个尺度对含天然气水合物土微观力学特性的研究现状进行了总结,系统归纳了天然气水合物的晶体结构类型及天然气水合物的孔隙微观赋存模式;重点介绍了计算机断层扫描、扫描电子显微镜、X射线衍射及原子力显微镜等微观测试技术原理与特点;简述了与计算机断层扫描联用的三轴剪切实验、颗粒流程序模拟及分子动力学模拟在天然气水合物微观力学特性研究方面的最新进展;综合现有研究结果对含天然气水合物土内颗粒界面剪切机理及微观力学理论模型进行了概述分析;最后探讨了含天然气水合物土微观力学研究目前仍存在的不足与挑战,并给出了针对性的建议以期促进含天然气水合物土的力学特性研究发展. | 赵亚鹏 刘乐乐 孔亮 刘昌岭 吴能友 | 2021 | 力学学报2021，53，8： | 7 |
| 2 | 考虑深海能源土结构性的统一硬化模型显示文摘从定性和定量两方面对能源土的力学行为进行描述和计算,是高效安全开发天然气水合物资源的重要前提。基于结构性突变屈服破坏机理,可认为能源土结构性突变前为弹性变形,突变后为弹塑性变形。在统一硬化模型(UH模型)的框架下,引入结构性屈服压力;采用统一硬化参数和关联流动法则,构建了一个可以考虑能源土结构性的本构模型。相对于UH模型,改进的模型只增加了结构性屈服压力这一个参数,用以反映初始固结压力和水合物饱和度的综合影响。通过模型探讨和试验对比,所提模型能够在定量上吻合能源土的应力-应变关系,能在定性上反映能源土的剪胀特点。 | 袁庆盟 孔亮 刘锐明 林星宇 | 2018 | 科学技术与工程2018，18，32： | 4 |
| 3 | 高饱和度下含瓦斯水合物煤体应力-应变特性试验研究显示文摘为了解含瓦斯水合物煤体的力学特性,利用自主研发的低温高压水合固化反应-三轴压缩一体化装置,开展了2种高饱和度条件下含瓦斯水合物煤体的三轴压缩试验。结果表明:1)含瓦斯水合物煤体的应力-应变曲线均呈软化型,分为峰前线弹性阶段和强化段、峰后应力软化段和残余变形段四个阶段;2)含瓦斯水合物煤体的初始屈服强度、峰值强度、残余强度随饱和度增加而增大,且随围压增加而线性增加;3)饱和度相同时,含瓦斯水合物煤体在初始屈服点、峰值强度点和残余强度的内摩擦角变化不大,而黏聚力则出现先增大后减小的趋势;4)含瓦斯水合物煤体呈现拉剪破坏以及单面剪切破坏2种破坏模式。 | 张保勇 高橙 高霞 刘文新 吴强 张强 | 2018 | 采矿与安全工程学报2018，35，2： | 4 |
| 4 | 考虑宽度与厚度的颗粒胶结模型理论分析显示文摘在深海能源土、岩石风化等问题离散元模拟中,颗粒间胶结物的增减将对材料宏观力学特性有显著影响,因此需要建立考虑胶结厚度和宽度的胶结模型。针对离散元理论中粒间真实形状胶结物在粒间力作用下的刚度和强度确定问题,基于原始的Dvorkin理论,给出高精度的胶结力学响应理论解。求解中将位移函数对称化,提出一种修正位移试函数的方法,提高了二维颗粒微观胶结模型应力场的对称性和精度,经验证解答在定性和定量上符合有限元模拟结果。根据所得解答对胶结物几何参数进行了分析,讨论了胶结宽度和厚度对胶结刚度的影响,并给出了针对一般常见材料的刚度拟合公式。采用双剪统一强度理论分析了脆性和塑性胶结材料的初始破坏区位置,给出拉/压剪复合受力状态的强度包线。本文解答可方便快捷地获得胶结模型的大量力学响应信息,可作为试验数据的验证和补充,协助建立胶结物在复杂荷载作用下的破坏判据,进而建立完整的离散元胶结模型。 | 王华宁 龚浩 李富根 蒋明镜 | 2017 | 岩土工程学报2017，39，5： | 4 |
| 5 | 基于统一硬化参数的深海能源土本构模型显示文摘深海能源土是指含天然气水合物(俗称“可燃冰”)的深海沉积物,其本构特性的模拟对可燃冰的安全开采至关重要。首先分析了水合物对能源土强度、剪胀和软化等力学特性的影响机理,水合物饱和度越大,对能源土力学特性影响越显著。然后在修正剑桥模型的基础上,通过引入水合物的饱和度和统一硬化参数来修正屈服函数,以反映水合物对能源土强度、剪胀、软化等特性的影响,建立了能考虑天然气水合物胶结作用形成及退化影响的深海能源土弹塑性本构模型,推导了相应的弹塑性矩阵。最后,通过模拟结果与已有能源土三轴试验数据对比分析,表明模型能很好地预测能源土强度、剪胀和软化等特性,验证了模型的合理性和有效性。 | 刘锐明 袁庆盟 孔亮 李凯 董彤 | 2019 | 工程地质学报2019，27，4： | 3 |
| 6 | 深海能源土地基承载特性离散元分析显示文摘天然气水合物以胶结形式广泛赋存于深海能源土中,水合物的饱和度对能源土地基的承载特性影响巨大,水合物的开采也必将使能源土的承载特性发生重大改变。采用考虑水合物胶结厚度的微观胶结模型,分别对3种不同水合物饱和度的能源土地基进行载荷试验离散元模拟。分析水合物开采前后能源土地基的承载特性,研究水合物开采对能源土地基承载特性的影响,探讨基底压力的分布规律。结果表明:水合物开采前,能源土地基的承载力随饱和度的增加而增大。开采后,地基的承载力急剧降低,且原有水合物的饱和度越大,开采后承载力的降低量也越大;水合物饱和度越高,达到极限承载力后,p–s曲线越接近于竖直向下;胶结破坏存在临界荷载,且不同水合物饱和度地基的胶结破坏规律不相同;水合物饱和度对基底压力的分布形状影响不大,但不同沉降量下基底压力的分布形状明显不同。 | 蒋明镜 李磊 周雅萍 | 2015 | 岩土工程学报2015，37，2： | 3 |
| 7 | 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 |
| 8 | 基于热力学方法的甲烷水合物沉积物本构模型显示文摘甲烷水合物沉积物的力学特性研究尚处于起步阶段,较系统的试验数据仍然不够充分,能够描述甲烷水合物沉积物力学特性的本构模型也不多.基于热力学原理和临界状态的概念的本构模型,可以自动满足热力学定律,其流动法则和屈服函数都可以很自然地从耗散函数中导出.首先介绍了基于热力学方法的甲烷水合物沉积物本构模型,并利用已有的甲烷水合物沉积物的三轴试验数据对模型进行了验证,进一步地应用该模型分析应力间距比对甲烷水合物沉积物力学特性的影响,强调应力间距比和屈服面形状在模型构造中的重要性.模型参数分析表明,应力间距比对甲烷水合物沉积物排水和不排水应力-应变关系、有效应力路径以及剪胀关系都有明显的影响. | 孙翔 郭晓霞 邵龙潭 李洋辉 | 2017 | 大连理工大学学报2017，57，2： | 2 |
| 9 | 深海能源土抗剪强度的理论研究显示文摘水合物的存在和分解对能源土的抗剪强度有双面影响。为了研究水合物对于海洋土抗剪强度的影响,考虑到水合物的存在增大了土颗粒之间的接触面积,引入胶结面积比的概念,采用理论推导的方法,修正了考虑水合物影响的有效应力表达式,并提出能够同时考虑水合物种类以及赋存模式的黏聚力表达式。根据摩尔-库伦准则,得到抗剪强度随着水合物饱和度变化的关系式。此外,考虑甲烷气体的溶解,修正了水合物分解后的孔隙压力表达式。最后,借助于沉积物三轴剪切试验和水合物分解的数值模拟结果来验证公式的合理性。结果表明:所提公式能较好地反映水合物含量、水合物赋存状态、高水压对强度的影响;同时修正孔压模型有助于更好地分析海底斜坡稳定。 | 于航 戚承志 朱守东 赵发 王晓娇 | 2022 | 长江科学院院报2022，39，5： | 0 |
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