岩石孔隙结构的统计模型

中国科学 E辑: 技术科学 2008年 第38卷 第7期: 1026~1041 https://www.doczj.com/doc/fe2875944.html, https://www.doczj.com/doc/fe2875944.html,

1026 《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS

岩石孔隙结构的统计模型

鞠杨①②*, 杨永明①, 宋振铎①③, 徐文静①④

①中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室, 北京 100083;

②Department of Mechanical and Manufacturing Engineering, The University of Calgary, 2500 University Drive NW Cal-

gary, AB T2N 1N4;

③中国煤矿机械装备有限责任公司, 北京 100011;

④Department of Materials and Metallurgy, The University of Utah, Salt Lake City, Utah 84112

* E-mail: juy@https://www.doczj.com/doc/fe2875944.html,

收稿日期: 2007-05-31; 接受日期: 2007-07-03

国家重大基础研究规划项目(批准号: 2002CB412705)和教育部“新世纪优秀人才支持计划(批准号: NCET-05-0215)资助

摘要通过砂岩CT扫描实验研究了岩石孔隙的几何特征与分布规律, 给出了孔隙的形心坐标, 孔隙间距、孔隙数和孔径的统计特征与各自分布的概率密度函数. 利用Monte Carlo法和随机数算法生成了具有相同统计参数和概率密度函数的随机数序列来模拟孔隙位置、数量和孔径的随机分布. 借助FLAC3D程序按照随机数序列分配的孔隙位置和统计特征构建了岩石三维孔隙结构模型. 在此基础上, 应用该模型研究了巴西圆盘劈裂破坏时的应力分布、单元破坏方式以及破裂单元的连通情况. 研究表明: 孔隙模型具有与真实岩石孔隙结构一致的孔隙统计特征和较好的几何相似性, 该模型可以直观地反映孔隙特征对应力分布、破坏方式以及破裂连通性的影响. 关键词孔隙结构统计模型重构

岩石

应力分布

天然岩石含有大量不同尺寸的孔隙或孔洞, 这些孔隙直接影响着岩石的物理、力学和化学性质, 如强度、弹性模量、渗透性、连通性、电导率、波速、颗粒吸附力、岩石储层产能等. 认识和定量刻画孔隙结构对岩石性质的影响, 对于解决石油、地质、采矿、冶金、土木和水利工程中的实际问题具有十分重要的意义.

然而, 天然孔隙跨尺度无序分布, 数量多且形态复杂, 准确地描述孔隙结构特征, 并从理论上建立这种定量描述与岩石宏观性质之间的关系十分困难. 人们更多地利用实验手段来观察孔隙岩石的表观物理、力学和化学性质的变化, 从而间接地反映孔隙结构特征及其影响. 孔隙岩石就像一个“黑箱”, 人们更多关注的是各种表观物理、力学和化学过程“经过”这个“黑箱”后的变化. 但是, 这种表观描述无法定量地解析岩石孔隙连通性、毛细管压力、渗透系数变化、孔隙多相流与孔隙相互作用、浸透性质、孔壁应力分布等一系列对孔隙岩石表观性质起决定作

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用的内部机制. 人们需要一个可靠的孔隙结构模型, 利用这个模型, 上述内部机制以及决定孔隙岩石表观性质的本构关系就可以定量地确定出来, 而这一点仅靠表观实验观测是得不到的.

就我们所知, 孔隙结构模型的研究已有多年的历史, 特别是在冶金、化工、生物、地质、石油以及地下工程领域, 相继提出过毛细管模型(capillary models)[1~4], 基于过程模型(process- based models)[5~7]、随机堆积模型(random packing models)[8~11]、孔隙网络模型(pore-scale network models)[12~16]以及统计模型(statistical models)[17~23]来描述孔隙结构及其物理、力学和化学性质. 粗略地讲, 这些模型可分为重建模型(reconstruction models)和非重建模型(non-reconstruction models)两大类, 重建模型目的在于构建真实的三维孔隙结构, 如过程模型和统计模型; 而非重建模型的目的则是利用虚拟模型来阐述或解释实验所观察到的表观性质, 如毛细管模型和网络模型. 随着计算机的计算和存储能力的提高, 统计模型吸引了人们越来越多的注意力, 一些基于统计分析的三维孔隙模型相继出现, 与真实孔隙结构相比, 这些模型具有很好的几何相似性[17~23]. 然而, 最近的研究发现, 尽管一些三维孔隙结构模型与真实孔隙结构相比具有很好的几何相似性, 但是, 基于模型所获得的相对渗透率、成形系数和传输性质等物理力学量与实验值相比有非常大的差别, 目前绝大多数孔隙结构模型尚不足以准确地分析和预测孔隙介质的物理力学性质[24~26].

产生这些矛盾的原因, 作者认为可能有以下几个方面. (1)真实孔隙结构十分复杂, 它们无序地分布在各个尺度范围内, 通过实验获得完备的孔隙结构信息, 并从理论上准确地刻画孔隙极为困难; 同时, 孔隙形状不规则, 边界粗糙, 数学和物理上很难处理. (2)孔隙结构模型和原型之间的相关性并没有被完备地确定下来, 采用少数几个基于统计特性相似的控制方程来确定孔隙结构, 并不能确保模型与原型结构相吻合. (3)目前大多数孔隙结构模型是在二维平面信息的基础上构建的, 然而, 很多情况下, 二维平面信息与实际的三维结构信息具有完全不同的几何和物理含义[23]. 在多大程度上我们可以依赖二维平面信息来构建真实的三维孔隙结构是一个尚待研究的问题[17,18]. 因此, 建立一个可靠的岩石孔隙结构模型来满足工程应用的需要尚有相当长的距离, 无论是在模型理论方面还是在计算机实现方面, 均有许多关键问题有待解决.

针对上述问题, 本文通过CT扫描实验获得岩石孔隙的CT图像, 研究了岩石孔隙的几何特征及分布规律, 建立了孔隙的概率密度函数和累积分布函数. 在此基础上, 利用统计学方法和计算机随机生成技术, 构建了一个具有相同孔隙统计特征和概率分布函数的岩石三维孔隙结构模型. 同时, 为了校验模型的有效性, 我们利用模型分析了岩石的劈裂破坏和应力分布, 并与实验值和解析解进行了对比. 该研究为探索建立反映真实孔隙结构特征的孔隙岩石模型提供了一条途径.

需要说明的是, 本文目的是探索岩石三维孔隙结构的模拟与生成方法, 并非要解决上述分析谈到的所有问题, 更深入的分析会在后续文章中进行讨论.

1孔隙的CT扫描实验

采集同样地质条件下的红砂岩制作10个圆柱体试件, 应用113型氦孔隙率仪测试了全部样品的孔隙率, 实测值为22.9%~23.8%. 同批4个试件用于CT扫描, 以探明孔隙几何特征及其分布规律, 6个试件用于测试单轴抗压强度和弹性模量等参数. CT扫描所用的4个圆柱体试

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件的直径为24.54~24.77 mm, 平均值为24.65 mm; 高度为43.51~47.71 mm, 平均值为45.96 mm; 孔隙率范围为23.0~23.6%, 平均值为23.3%. 加载条件4‰ mm/s 下平均单轴抗压强度为37.2 MPa. 每个试件扫描范围为试件中部1/3高度, 自上而下间隔80 μm, 连续扫描200层. 横截面CT 图像为512×512像素的灰度图, 如图1(a)所示. CT 图像中每个像素点的灰度在0~255内变化, 不同灰度值反映了图像各点不同的物理状态.

为了提取孔隙结构信息, 我们首先对CT 图像进行二值化处理, 即对图像进行阈值分割. 选取某个灰度值T 为阈值, 灰度值大于或等于阈值T 的像素点, 其灰度均被重新设置为1, 小于阈值T 的像素点, 其灰度均被重新设置为0, 即

1(,),(,)0(,),f i j T g i j f i j T ??=?

一个关键的问题是如何确定合适的阈值T 使得二值化的CT 图像能够合理地反映孔隙群体构成, 确保我们能够获得建模所需要的孔隙结构参数. 为解决这个问题, 本文采取以下方法. 1) 从200张横截面CT 图像中, 按照一定的间距选取扫描图像, 使得任意相邻的两个图像所截取的孔隙相互独立, 即没有被两个相邻横截面同时截取的孔隙. 2) 设置多个阈值, 应用Particle 图像程序[27]对所选取的CT 图像进行多次阈值分割, 分别计算给定阈值下图像的“计算孔隙率”, 即黑色像素面积与试件横截面积之比. 假设孔隙数量和平均粒径沿样品高度方向(Z 方向)均匀分布, 则易知“计算孔隙率”等于样本孔隙率. 3) 对比“计算孔隙率”与样本实测孔隙率, 取与实测孔隙率最接近的“计算孔隙率”所对应的阈值作为T , 由此得到的黑白图像可认为是孔隙图像. 孔隙初始CT 图像与二值化图像如图1所示

.

图1 岩石CT 图像与二值化

(a) 原始CT 扫描图像, 实测孔隙率23.2%; (b) 二值化图像, 计算孔隙率23.0%

2 孔隙参数及概率分布

2.1 孔隙统计参数

二值化孔隙CT 图像给出了孔隙平面内的分布状态, 如图1(b). 从CT 图像中提取孔隙结构参数, 如孔隙位置、间距、数量、粒径以及它们的统计性质, 对于利用计算机生成相似的孔

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隙结构至关重要. 为此, 本文应用上述方法, 对间隔15个

扫描层、两两相互独立的CT 图像逐一进行二值化处理, 得

到各层孔隙分布的黑白图像. 通过Particle 程序[27]和MatLab

编程[28]分别计算得出各扫描层内孔隙的位置坐标, 包括单个孔隙的形心坐标和孔隙群的形心坐标(,)i j 、

孔心距R (即单个孔隙形心坐标到孔隙群形心坐标的距离)、孔隙圆心角

θ (即单个孔隙形心与孔隙群形心的连线与参考坐标轴的夹

角)以及孔隙间距L (即两两孔隙形心之间的距离), 这些参数

完整地描述了孔隙的相互位置关系. 图2给出了孔心距R 、

孔隙圆心角θ 以及初始参考坐标轴的几何定义. 孔隙群的形心坐标(,)i j 可表示为 ,,,,, ,i j i j i j i j

A i A j i j A A ??==∑∑ (2) 其中A i ,j 表示像素点(,)i j 的面积. 实际上每个像素点放大后是具有一定宽度和高度的微正方形, 如图3所示, 每个像素点代表约0.00238 mm 2的实际面积. 每个孔隙包含一定数目的像素点, 孔隙面积等于所包含的所有像素点的面积之和. 由于i , j 分别表示像素点的横纵坐标, 因此孔隙群的形心坐标(,)i j 是以像素点位置来表示的

.

图3 孔隙图像结构与像素点

(a) 灰度图像; (b) 二值化图像

图2 孔隙群的形心坐标、圆心角、参考坐标轴的定义

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单个孔隙形心到孔隙群形心的距离即孔心距为R , 可表示为

R =

(3) 面内孔隙孔心距的平均值和均方差写成

R μ=, (4)

R σ= (5)

这里孔心距也是采用像素点的数目来表示的.

类似地, 孔隙圆心角的均值θμ和均方差θσ可表示为

11,N i i N

θ

μθ==∑ (6) θσ=, (7) 与孔心距不同, 这里孔隙圆心角的单位为度.

表1列出了#1~#4号试件各层孔隙群的形心坐标),(j i 、孔心距R 和孔隙圆心角θ 均值和均方差的计算结果, 该数据给出了各扫描层内孔隙相对于整个圆形截面的位置关系.

为获得孔隙数的分布规律, 本文将360°圆周角划分为20个等间隔区间, 利用自编程序计算出每个角度区间内孔隙的数量, 以及占整个圆形截面孔隙总数的比例, 即圆周孔隙密度, 得到孔隙数沿周向的概率密度分布. 图4~7绘出了#1~#4号试件各层孔隙数沿周向的概率密度分布.

对于孔隙间距的分布情况, 考虑到孔隙间距的范围为0

为获得孔隙孔径的分布规律, 我们再利用二值化CT 图像, 如图3(b), 根据每个孔隙包含的像素点的数目确定出各个孔隙的面积, 假设单个孔隙为圆形, 则可以得到孔隙的“等效半径”r , 由此确定最大的“等效半径”为0.9 mm. 将孔隙“等效半径”r 按照0.05 mm 间隔分成18个相等的区间, 计算出不同孔径区间内孔隙的个数及其占整个图像孔隙总数的比例, 即孔径密度. 图12~15绘出#1~#4号试件各扫描层孔径r 的概率密度分布情况.

2.2 概率分布函数

CT 实验结果与统计分析的结构如下.

1) 各层孔隙群的形心基本位于像素点(,)i j (2562,2562)=±±范围内, 十分接近圆形截面的中心. 孔心距R 和孔隙圆心角θ 的均值以及较大的均方差表明, 各层孔隙均匀地散布在一个较宽的范围内, 基本覆盖圆形截面.

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表1 孔隙群的形心坐标,()i j 、孔心距R 和孔隙圆心角θ 的均值和均方差 孔心距R 孔隙圆心角θ 扫描层编号 i j μR σR μθ σθ

1015 256.0 256.3 158.98 70.07 178.41 104.67 1030 254.3 254.6 159.90 62.81 183.94 103.81 1045 253.8 254.1 158.64 62.81 178.32 104.03 1060 261.5 261.8 158.42 61.62 179.67 104.89 1075 255.8 256.0 156.86 60.06 176.26 103.83 1090 254.8 255.0 159.39 59.00 178.28 103.92 1105 257.0 257.2 157.75 57.16 180.25 104.34 1120 252.0 252.2 154.18 58.29 178.17 103.02 1135 253.6 253.8 154.09 58.66 172.43 102.48 1150 253.3 253.6 153.88 58.27 176.94 103.30 #1 号 试 件

平均值 255.2 255.5 156.91 60.88 178.27 103.83 2015 257.4 257.6 156.51 65.34 178.61 104.84 2030 254.7 254.9 157.19 67.03 177.85 103.99 2045 257.0 257.2 157.44 65.91 180.33 104.72 2060 255.8 256.0 157.79 66.05 182.26 104.54 2075 257.4 257.6 156.99 68.43 183.83 104.59 2090 254.3 254.5 160.00 67.20 177.29 104.47 2105 263.9 264.0 161.74 65.66 182.77 105.59

2120 259.4 259.6 160.01 67.02 183.66 104.93 2135 253.1 253.3 160.92 69.18 174.76 103.46 2150 253.7 253.9 158.30 68.50 174.50 103.63 #2

号

试

件 平均值 256.7 256.9 158.69 67.03 179.59 104.48 3015 252.0 252.1 161.34 72.51 180.75 102.72 3030 256.8 257.0 160.85 69.35 176.81 103.89 3045 254.7 254.9 160.36 66.16 179.85 104.18 3060 256.5 256.7 158.31 63.94 183.25 104.93 3075 253.2 253.3 161.99 62.01 177.26 105.01 3090 258.8 257.9 157.34 61.09 178.95 105.07 3105 254.7 254.8 157.26 62.01 174.97 104.62 3120 256.1 256.3 158.53 62.07 177.44 105.57 3135 257.3 257.5 155.84 60.99 181.01 105.14 3150 256.3 256.5 158.59 61.02 180.83 104.56

#3 号 试 件 平均值

255.6 255.7 159.04 64.12 179.11 104.57 4015 253.6 253.8 159.81 70.07 174.77 104.08 4030 255.0 255.2 159.05 67.64 173.76 103.81 4045 255.9 256.1 157.15 70.22 177.83 104.48 4060 256.3 256.5 156.74 67.38 176.76 104.73 4075 257.7 257.8 156.64 64.21 179.05 105.25 4090 252.9 253.1 155.76 62.89 173.47 102.85 4105 252.6 252.8 156.01 61.51 175.99 103.38 4120 251.8 251.9 155.63 63.04 177.45 103.11 4135 252.4 252.5 156.42 63.53 174.50 103.80 4150 254.7 254.9 156.53 64.75 178.51 104.08

#4 号 试 件

平均值 254.3 254.5 156.97 65.52 176.21 103.96

鞠杨等: 岩石孔隙结构的统计模型

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图4 #1试件各层孔隙数沿周向的概率密度分布图5 #2试件各层孔隙数沿周向的概率密度分布

图6 #3试件各层孔隙数沿周向的概率密度分布图7 #4试件各层孔隙数沿周向的概率密度分布

图8 #1试件扫描层内孔隙间距的累计分布图9 #2试件扫描层内孔隙间距的累计分布

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图10 #3试件扫描层内孔隙间距的累计分布 图11 #4试件扫描层内孔隙间距的累计分布

图12 #1试件各层孔隙孔径的概率密度分布 图13 #2试件各层孔隙孔径的概率密度分布

图14 #3试件各层孔隙孔径的概率密度分布 图15 #4试件各层孔隙孔径的概率密度分布

鞠杨等: 岩石孔隙结构的统计模型

1034 2) 各层孔隙数沿周向的概率密度分布集中在一个很窄的范围内(见图4~7), 近似为一个常量, 表明孔隙数沿圆周近似于均匀分布.

3) 孔隙间距的分布曲线以均值为中心, 左右对称; 间距分布的峰值由中央向两侧逐渐均匀递减, 间距在10~13 mm 的孔隙数量居多. 随着各层孔隙数目的增多, 孔隙间距分布曲线的峰值增大. 表明: 孔隙间距的分布符合高斯正态分布.

4) 孔隙孔径由小到大其密度呈递减趋势, 其概率密度为指数分布规律.

针对这些特征, 本文以下给出孔隙数沿周向均匀分布的概率密度函数, 孔隙间距的高斯分布函数以及孔隙孔径的指数概率密度函数.

孔隙数沿周向分布的概率密度函数可表示为 1, (),()0, ().a x b f x b a ??=????

≤≤其他 (8) 由于随机孔隙数目沿圆周方向均分为20个等长区间, 若孔隙数均匀分布, 则应满足 1()0.05, (020).200

f x x ==?≤≤ (9) 我们对各层孔隙数进行拟合, 得到随机孔

隙数沿周向均匀分布的概率密度函数近似为

()0.05150.0000189,f x x =? (10)

其中()f x 表示周向分布的孔隙数的概率密度;

x 为随机变量(孔隙数). 公式右边第二项系数很

小, 可以忽略不计. 对比(9)和(10)式表明, 孔

隙数沿周向的均匀分布条件得到满足. 作为例

子, 图16给出了#1试件#1060层孔隙数周向分

布的拟合结果.

对于孔隙间距L 分布, 采用如下高斯分布

函数对图8~11所测得的孔隙间距进行拟合.

2020,L L B y y e ????????????=+ (11) 其中y 0、L 0、A 和B 均为统计参数. 研究发现, 对于本文实验而言, 公式中的统计参数随砂岩各层孔隙数量呈线性变化, 可以统一地采用孔隙数N 来表示, 即

N L 002.04.150?=, (12)

0525763.4213.2,y N =?+ (13)

1.98476791,A E N =?

(14)

图16 #1试件#1060层孔隙沿周向分布的拟合

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54.740.0183.B N =+ (15) 代入(11)式即可得到孔隙间距的分布函数y . 作为例子, 图17给出了#1试件#1120层孔隙间距的拟合结果, 表明高斯函数(11)~(15)式较好地反映了孔隙间距的分布状况.

考虑到孔隙孔径r 的指数分布规律, 经对各层孔隙孔径数据的拟合, 采用如下的概率密度函数g (r )来反映孔隙孔径的分布. ()exp ,r g r C E D ??=×?+????

(16) 其中C , D 和E 为统计参数, 本文条件下各层孔隙的统计参数的平均值为C =0.6832, D =0.0988, E =?0.0025. 作为例子, 图18给出了#3试件#3135层孔隙孔径的概率密度分布的拟合情况, 概率密度函数g(r )与实测数据相吻合

.

图17 #1试件#1120层孔隙间距分布的拟合 图18 #3试件#3135层孔隙孔径的概率密度分布的拟合

3 统计模型与计算机生成

为了模拟岩石三维孔隙结构, 根据所得到的各层孔隙的位置、间距、孔隙数和孔径的统计参数及概率分布函数, 应用Monte Carlo 方法、随机数生成算法和自编程序, 首先生成两个与实测统计参数和分布函数相一致的随机数序列. 一个是N 行3列的随机数序列, 反映孔隙的空间位置和间距分布, 统计参数和概率密度函数符合表1特征、均匀分布((10)式)和高斯分布((11)~(15)式), 该随机数序列控制着孔隙的三维空间分布. 另一个是1行M 列的随机数序列, 反映孔隙孔径的随机分布, 统计参数和概率密度满足指数规律((16)式). 同时, 孔隙个数按照实测孔隙率和孔径分布确定, 孔隙数分布满足周向均匀分布规律.

由于孔隙的空间位置、尺寸和数量随机变化, 有限元程序在网格划分、单元尺寸和单元数量的控制方面存在很大困难, 三维孔隙结构的力学计算难以进行. 为解决此问题, 我们利用自编程序将生成的随机数序列导入FLAC 3D 中, 利用NULL 模型命令, 在随机数序列“分配”的单元位置处, “挖空”单元形成孔隙; 再利用FLAC 3D 内嵌的FISH 语言, 按照指定的位置和间距, 不断地循环执行“挖空”命令, 形成包含N 个孔的孔隙网格模型, 这样生成的孔隙结构与真实孔隙结构具有相同的孔隙统计分布特征和规律.

鞠杨等: 岩石孔隙结构的统计模型

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图19为应用该方法生成的孔隙率分别为3%, 7%, 15%和23%的岩石三维圆盘模型及其横截面图. 考虑到FLAC 程序对单元最小尺寸的限制, 我们将CT 实验实测的孔隙半径按等比例放大, 保持孔隙率和孔隙统计分布特征不变, 取圆盘模型直径为200 mm, 高100 mm, 最大孔隙半径5.5 mm. 对比发现: 孔隙岩石模型与实际孔隙岩石具有较好的几何相似性

.

图19 三维孔隙岩石的计算机重建模型

上排为孔隙结构的三维全貌图, 下排为对应位置处的横截面图; 孔隙率从左至右分别为3%, 7%, 15%和23%

需要注意的是, 圆盘模型中的孔隙位置、间距和孔径大小均由计算机程序按照给定的随机分布函数随机生成, 当孔隙率较大时(>20%), 由于单元最小尺寸和网格划分的原因, 部分孔径较大的孔隙单元在随机“挖空”时出现了相互接触或交叉现象, 导致视觉上部分孔隙单元的尺寸大于试验的砂岩孔隙的尺寸. 此外, 横切面的厚度也会影响孔隙的显示效果和视觉尺寸. 4 孔隙圆盘的劈裂过程模拟

为校验模型的有效性, 我们利用FLAC 3D 模拟和分析了巴西圆盘的劈裂破坏过程. 圆盘模型中的孔隙单元被赋予Null 材料, 固体介质被赋予Mohr-Coulomb 材料, 剪切模量为7 Gpa, 体积模量26.9 Gpa, 单轴抗拉强度1.2 MPa. 模型左右两端沿X 轴方向施加线荷载, 边界为无约束边界. 为探讨孔隙对岩石劈拉性能的影响, 本文分别计算了3%, 7%, 15%和23%四种孔隙率下圆盘模型的劈拉应力及其分布, 并与无孔巴西圆盘的理论值和数值解进行了对比. 图20分别给出了不同加载时刻下无孔和四种不同孔隙率下圆盘的应力分布、单元破裂状态以及破裂单元的连通情况. 这里所说的加载时刻由荷载比来定义, 所谓荷载比是指某种孔隙率下模型各个阶段实际施加的劈裂荷载与模型发生劈裂破坏时的最大荷载之比. 图20显示了荷载比5%、20%、50%、70%和100%时模型的破坏情况.

计算模拟表明, 高拉应力和材料单元破坏总是首先出现在邻近加载端的表面上, 随后拉

应力和单元破坏开始在试件内部扩展. 孔隙显著影响试件劈裂破坏时的应力分布、

单元破坏方式以及破裂连通区的分布.

对于无孔圆盘而言, 试件的应力和单元破坏对称分布. 拉应力区和破坏单元首先出现在加载端附近, 随后开始在试件内部由两端沿圆盘X 轴方向对称地向中心扩展. 劈裂过程中出

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(a)

(b)

(c)

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(d)

(e)

图20 不同孔隙率岩石圆盘的劈拉应力分布、单元破坏状态与破裂单元的连通情况

(a) 孔隙率0%的无孔圆盘; (b) 孔隙率3%的圆盘; (c) 孔隙率7%的圆盘; (d) 孔隙率15%的圆盘; (e) 孔隙率23%的圆盘. 第一种孔隙率情况下, 上、中、下排分别显示了试件表面、中间横截面以及中部纵向剖面的应力分布、单元破坏

状态以及破裂单元的连通情况, 从左至右各个级段的荷载比依次为5%, 20%, 40%, 50%, 70%和100%

现了两种类型的单元破坏方式, 即拉应力引起的破裂, 图中深红色区域所示, 以及拉应力引起的屈服, 图中的粉红色区域所示. 随荷载增大, 拉应力引起的单元破裂区按“沙漏”形状不断地扩展连通, 即表面破裂单元的连通速度高于内部单元, 这种扩展连通一直延续到试件中部的纵向剖面完全破坏, 试件劈裂成两部分. 图20(a)深红色和粉红色区域直观地显示了破裂单元和屈服单元的连通情况. 试件最终破坏时在表面形成一个较窄的对称于X 轴的破裂带. 观察表明: 无孔圆盘的单元破坏只有拉应力引起的破裂和屈服两种类型.

孔隙率3%时, 在峰值劈裂荷载的30%以前, 高应力和破坏单元的出现与无孔圆盘的相类似. 但随荷载增加, 应力分布和单元破坏的对称性消失, 开始显现孔隙的影响. 材料单元的破坏方式仍然是拉应力引起的破裂和屈服两种. 拉应力引起的破裂单元分布逐渐远离圆盘中部的纵向剖面, 如图20(b)深红色区域, 破裂单元区逐个相互连通, 并非如无孔圆盘所观察到的

中国科学E辑: 技术科学 2008年第38卷第7期

由两侧逐步向中间扩展, 不再出现“沙漏”状的破裂连通区. 最终破坏时圆盘表面的破裂带不对称、粗糙且偏离表面中心轴. 图20(b)由拉应力引起的破裂区显示了这种破坏方式与无孔时的差别. 同样地, 伴随破裂区的发展, 试件中部的纵向剖面附近出现了不规则的由拉应力引起的塑性屈服破坏区.

孔隙率7%时, 由于孔隙的影响, 当荷载增加至峰值劈裂荷载的20%时, 试件加载端附近就开始出现不对称的应力和单元破坏现象. 破坏单元连通和扩展的模式与孔隙率3%时的情形十分类似. 试件表面以及中间横截面上的粗糙破裂带的范围与孔隙率3%的相接近. 与孔隙率3%的情形相比, 一个显著的差别是由拉应力引起的粉红色的塑性屈服区的扩展范围明显增大, 如图20(c). 材料单元的破坏模式仍然是由拉应力引起的破裂和屈服两种类型.

孔隙率达到15%时, 当施加的荷载小于峰值劈裂荷载的10%时, 试件加载端邻域开始出现了不对称应力和单元破坏现象. 与低孔隙率情况相比, 试件较大范围内出现了不对称应力和由拉应力引起的破裂连通区. 劈裂破坏发生时, 试件表面和中间横截面上破裂带的范围分布更宽、形状更粗糙. 这些特征体现了孔隙对应力分布和破坏规律的影响. 大孔隙率对材料性能的另一个显著影响是劈裂过程中部分单元出现了剪切失效, 如图20(d)中的绿色区域所示, 表明孔隙数量较多时部分孔隙周边出现了较大的剪应力, 这部分单元破坏可能是拉应力或剪应力作用的结果.

孔隙率增至23%时, 同样, 试件荷载小于峰值劈裂荷载的10%时, 试件加载端邻域出现了不对称应力和单元破坏现象. 当荷载进一步增至峰值劈裂荷载的40%时, 与低孔隙率情况相比, 无论在试件表面还是在中间横截面上, 由拉应力引起的单元破坏, 包括破裂和屈服两种模式, 均占据了较大的面积. 当所施加的荷载接近峰值时, 破裂单元在中部纵向剖面内完全连通, 试件劈裂成两部分. 与此同时, 试件外表面和内部中间横截面出现了大面积的由拉应力引起的屈服区, 如图20(e). 这些特征均体现了孔隙对岩石劈裂力学性质的影响. 此外, 由于高孔隙率的影响, 该阶段更多的单元出现了剪切失效的现象. 单元破坏形式表现为拉伸与剪切共同作用的方式.

除了影响材料内部的应力分布、单元破坏与失效机制外, 数值模拟还表明: 孔隙也直接影响岩石的强度. 孔隙率3%时模型劈裂破坏时的最大拉应力1.04 MPa; 孔隙率7%时该值降为0.97 MPa; 孔隙率15%时最大拉应力计算值0.82 MPa; 孔隙率23%时最大拉应力计算值0.76 MPa. 与无孔岩石介质劈裂破坏时的最大拉应力相比分别下降了11%, 17%, 30%和35%, 表明孔隙率的增加降低了岩石的劈裂抗拉强度.

上述观测和分析表明: 孔隙显著影响孔隙岩石的应力分布、单元破坏方式、破裂单元的连通性质以及劈裂抗拉强度. 孔隙岩石劈裂过程中材料单元的破坏方式主要表现为拉应力引起的破裂和屈服, 当孔隙率达到15%时, 少量单元出现了剪切失效模式. 也就是说, 当孔隙率达到15%时, 材料单元破坏表现为拉伸与剪切共同作用, 而不仅仅是由拉应力引起的破坏. 显然, 这些性质不同于弹性理论假设岩石为无孔连续介质的计算结果, 这可以解释岩石劈裂抗拉强度实验值总是小于弹性理论值的原因. 此外, 所得到的破裂单元的连通情况及分布区域有助于分析孔隙岩石的连通性、浸透性以及多相流与孔隙相互作用的机制.

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鞠杨等: 岩石孔隙结构的统计模型

5结论

通过砂岩CT扫描实验获取岩石孔隙的几何信息和统计分布特征后, 尝试利用Monte Carlo方法和随机数生成算法, 通过自编程序和FLAC3D重建了一个具有相同孔隙统计特征和概率密度函数的岩石三维孔隙结构模型. 研究得到以下结论.

1) 各层孔隙的形心十分接近于圆形截面中心, 孔隙数沿圆周近似于均匀分布; 孔隙间距符合高斯正态分布; 孔隙孔径由小到大其密度呈指数递减规律. 本文给出了各自分布的统计参数和概率密度函数.

2) 应用Monte Carlo法和随机数算法生成的随机数序列可以模拟出孔隙的位置、间距和孔径的随机分布. 借助FLAC3D程序的单元“挖空”功能, 在随机数序列指定的单元位置处, 按照孔径和孔隙数的统计分布规律, “挖空”单元形成所需要的孔隙网络. 这样生成的孔隙结构与真实岩石的孔隙结构具有一致的统计分布特征和较好的几何相似性, 且便于进行力学性能的模拟和分析.

3) 巴西圆盘劈裂模拟表明: 孔隙结构模型可以直观地显示荷载作用下孔隙周围区域应力场的分布和变化、材料单元的破坏方式以及破裂单元的连通情况, 它直观地反映了孔隙对岩石劈裂破坏性质的影响. 拉应力引起的单元破裂和屈服是导致材料单元失效的两种主要机制. 孔隙率越大, 不对称应力和不规则的拉伸破坏区出现得越早; 表面和中间横截面上由拉应力引起的破裂带和塑性屈服区的范围也就越大. 当孔隙率超过15%时局部单元出现较大的剪应力, 单元发生剪切失效. 表明当孔隙率足够大时, 单元可能出现由于拉应力或剪切应力引发的破坏. 孔隙数量显著地影响岩石劈裂破坏时的应力分布、单元破坏方式、破裂连通区状况以及劈裂抗拉强度. 孔隙模型为定量地揭示孔隙结构及其对应力传递和介质传输性质的影响提供了一个手段.

需要指出的是, 尽管本文方法可供模拟和重构其他类岩石的孔隙结构时参考, 但一个颇具挑战性的问题是, 如何通过实验来验证孔隙模型的模拟结果. 目前由于实验条件和测试手段的限制, 通过实验直接地观测孔隙周边的应力分布、单元破坏方式以及破裂连通状况有相当大的困难. 加载条件下的CT实时扫描和应力冻结技术为解决此困难提供了一个途径. 限于篇幅, 作者将另文介绍最新的实验研究进展.

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第二章岩石中的孔隙与水分

第二章岩石中的空隙与水分 一、名词解释 1．岩石的透水性：岩石允许水透过的能力。 2．孔隙：松散岩石中，颗粒或颗粒集合体之间的空隙。 3．孔隙度：松散岩石中，某一体积岩石中孔隙所占的体积。 4．裂隙：各种应力作用下，岩石破裂变形产生的空隙。 5．裂隙率：裂隙体积与包括裂隙在内的岩石体积的比值。 6．岩溶率：溶穴的体积与包括溶穴在内的岩石体积的比值。 7．溶穴：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞。 8．给水度：地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积。 9．重力水：重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力作影响下运动的那部分水。 10．毛细水：受毛细力作用保持在岩石空隙中的水。 11．支持毛细水：由于毛细力的作用，水从地下水面沿孔隙上升形成一个毛细水带，此带中的毛细水下部有地下水面支持。 12．悬挂毛细水：由于上下弯液面毛细力的作用，在细土层会保留与地下水面不相联接的毛细水。 13．容水度：岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值。 14．孔角毛细水：在包气带中颗粒接点上由毛细力作用而保持的水。 15．持水度：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。 二、填空 1．岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地下水的分步和运动具有重要影响。 2．岩石空隙可分为松散岩石中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙、和可溶岩石中的溶穴。3．孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。 4．松散岩层中，决定透水性好坏的主要因素是孔隙大小；只有在孔隙大小达到一定程度，

隧道结构计算

一．基本资料 惠家庙公路隧道，结构断面尺寸如下图，内轮廓半径为 6.12m ，二衬 厚度为 0.45m 。围岩为 V 级，重度为19.2kN/m3，围岩弹性抗力系数为 1.6×105kN/m3，二衬材料为 C25 混凝土，弹性模量为 28.5GPa ，重度 为 23kN/m 3。考虑到初支和二衬分别承担部分荷载，二衬作为安全储备，对其围岩压力进行折减，对本隧道按照 60%进行折减。求二衬内力，作出内力图，偏心距分布图。 1）V1级围岩，二衬为素混凝土，做出安全系数分布图，对二衬安全性进行验算。 2）V2级围岩，二衬为钢筋混凝土，混凝土保护层厚度 0.035m ，按结构设计原理对其进行配筋设计。 二．荷载确定 1.围岩竖向均布压力:q=0.6×0.45?1 2-S γω 式中: S —围岩级别，此处S=5； γ--围岩重度，此处γ=19.2KN/3m ； ω--跨度影响系数，ω=1+i （m l -5），毛洞跨度m l =13.14+2?0.06=13.26m ，其中0.06m 为一侧平均超挖量，m l =5—15m 时，i=0.1,此处ω=1+0.1?(13.26-5)=1.826。 所以，有：q=0.6×0.451 -52 ??19.2?1.826=151.456（kPa ）

此处超挖回填层重忽略不计。 2.围岩水平均布压力：e=0.4q=0.4?151.456=60.582（kPa ） 三．衬砌几何要素 5. 3.1 衬砌几何尺寸 内轮廓线半径126.12m , 8.62m r r == 内径12,r r 所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角1290,98.996942φφ=?=?； 拱顶截面厚度00.45m,d = 墙底截面厚度n 0.45m d = 此处墙底截面为自内轮廓半径2r 的圆心向内轮廓墙底做连线并延长至与外轮廓相交，其交点到内轮廓墙底间的连线。 外轮廓线半径： 110 6.57m R r d =+= 2209.07m R r d =+= 拱轴线半径： '1200.5 6.345m r r d =+= '2200.58.845m r r d =+= 拱轴线各段圆弧中心角： 1290,8.996942θθ=?=? 5.3.2 半拱轴线长度S 及分段轴长S ? 分段轴线长度： '1 1190π 3.14 6.3459.9667027m 180180S r θ? = = ??=?? '2228.996942π 3.148.845 1.3888973m 180180S r θ?==??=?? 半拱线长度： 1211.3556000m S S S =+= 将半拱轴线等分为8段，每段轴长为： 11.3556 1.4194500m 88 S S ?= ==

微观孔隙结构类型划分及特点

第二章微观孔隙结构类型划分及特点 2.1 微观孔隙结构类型的研究方法 随着油田开采技术的发张，从一开始单纯依靠天然能量驱油逐渐发展到用注水注气疯方法开采石油，于是开始出现了多相渗流，贝克莱—勒弗莱脱关于水驱油非活塞式驱替理论的提出，奠定了多相渗流的基础，拟压力方法的引入使油气两相渗流得到了有效的解决。 油气储集层是油气储集的场所和油气云翳的通道。它有着极其复杂的内部空间结构和不规则的外部集合形状，它是渗流的前提条件，所以必须对其进行了解。按其成因可分为：原生孔隙、次生孔隙、混合空隙。 （1）原生孔隙 指原始沉积物固有的空隙，如（陆源碎屑）粒间孔、（陆源碎屑）粒内孔等。原生粒间孔经机械压实作用改造后变小，习惯上称之为原生缩小粒间孔，此类孔隙在本区不甚发育（图2-5, 图2-6）。 图2-5少量原生缩小粒间孔；单偏光10×10 Fig. 2-5 Fine-grained arkose lithic sandstone 图2-6少量原生粒间孔；单偏光：10×10 Fig. 2-6 Fine-grained arkose lithic sandstone （2）次生孔隙 经次生作用（如淋滤、溶解、交代、重结晶等成岩作用）所形成的空隙称为次生孔隙。构成本区砂岩主要储集空间的次生孔隙由溶解成岩作用形成。主要包括粒内溶孔、铸模孔隙和胶结物内溶孔。

图 2-7长石粒内溶孔；单偏光10×10 Fig. 2-7 Arcosic intergranular dissolved pore, plainlight 10×10 图2-8岩屑粒内溶孔；单偏光10×10 Fig. 2-8Lithic intergranular dissolved pore， plainlight 10×10 粒内溶孔见于易溶的陆源长石颗粒、岩屑和内源介形虫骨壳。其中长石粒内溶孔常依长石颗粒的解理缝、双晶缝、裂隙外延伸展（图2-7）。陆源岩屑遭受部分溶蚀后形成岩屑粒内溶孔，粒内见有难溶组分（图2-8）。本区还可见介形虫化石，体腔内先期充填的碳酸盐胶结物后来发生溶解，形成溶蚀孔隙。特征是介形虫壳体基本完整，体内见有残余的碳酸盐矿物（图2-9）。 图2-9 介形虫体腔内溶孔；单偏光10×10 Fig. 2-9 Within mussel-shrimp dissolved porem plainlight 10×10 图2-10长石铸模孔隙., 单偏光10×20 Fig. 2-10 Arcosic matrix pore, plainlight 10×20 溶解作用强烈可使陆源碎屑、内源颗粒（如生物介壳、鲕粒等）被全部溶解掉，若该颗粒外形轮廓、解理缝、岩石结构等自身特征尚可辨识时，称此种空隙为铸模孔隙。本区的铸模孔隙有长石铸模孔隙和岩屑铸模孔隙，前者发育（图2-10）。

实测实量相关标准

金科股份华东区域公司实测实量实施细则 （2015年版） 第一章目的及适用范围 第一条为强化对监理和施工单位的过程管理力度，提高质量管理效率，全面提升实测实量机制执行效果，根据《金科股份工程管理制度汇编》，特制订本细则。 第二条本细则适用于华东区域公司管理范围内在建住宅项目。 第二章职责与分工 第三条华东区域公司工程技术部 负责实测实量管理细则的编制、修订、完善；负责对各项目实测实量工作进行日常巡查、抽查和考核。并配合集团工程管理职能部门对区域公司工程项目部进行实测实量日常抽查、季度检查、考核及管理。督促区域公司工程项目部对集团提出的实测实量问题进行整改、复查、上传集团备案。 第四条华东区域公司所辖工程项目部 负责贯彻执行国家法律、法规及金科股份工程管理制度；负责制定本项目实测实量管理目标及要求。督促监理、施工单位对其承包的楼栋(标段)按照比例要求进行实测及标记，并书面完成各项数理统计分析报告，进行动态纠偏，留档备查。 第三章实测实量管理要求及细则 第五条管理架构保障 区域公司工程项目部应根据在建项目实体检测量，设专人或偏重一人（工程师）统筹项目实测实量工作；监理单位设置专人督促施工单位按工程进度完成实测工作，并对施工单位数据进行独立复测,每月10日前反馈工程项目部;施工单位设置专职实测实量人员或实测小组进行现场实测，并汇总数据每月

5日前报监理部。 第六条实测合格标准 一、合格标准： 各项目主体阶段实测合格率≥85%，初装修阶段实测合格率≥90%，安装实测合格率≥85%。 二、整改标准： 实测超出国家及地方规范标准的必须无条件整改，超出允许偏差的1.5倍又未达到质量锤运用标准的，须编制整改方案报监理部总监理工程师、工程项目部负责人审核批准后实施。整改时监理部、项目部工程师、施工质检员先对不合格部位进行数据标识取证记录，然后按照方案要求处理并在整改过程中对同一部位拍照记录。整改完成且施工单位自检合格后报监理、项目部工程师验收签字做好记录（包括影像、隐蔽记录、数据等）备查。 三、锤砸标准： 对照《金科股份江苏地产质量锤使用实施细则》的各项要求，对实测最大偏差达到质量锤标准的工程实体，可运用质量锤。例如：现浇板砼厚度偏差超过-15㎜和+25㎜以上（规范-5mm~+8㎜）的（三个点）。 第七条实测实量检查内容、比例及要求 一、施工单位对各分项工程进行100%实测，以楼层为单位对各实测部位进行数字自编号和实测数据记录，交房项目根据一户一档原则建立分户质量实测档案。对于检查中出现的不合格项，在整改完毕后需及时把整改后的实测数据补充进去，保证资料的可追溯性。 二、监理单位对项目各分项工程按照不低于70%的比例对施工单位实测数据进行独立复测，复测应对照施工单位的实测部位数字自编号，同时将实测结果上墙，并定期进行实测数据统计分析和督促施工单位进行整改。 三、区域公司工程项目部每月20日前，对项目各分项工程按照不低于30%的比例对施工单位、监理单位实测数据进行独立复测。 同时，华东区域公司工程技术部可按照附件2、附件3内容，对各项目进行日常和季度实测抽查，抽查结果纳入季度排

(1++)火山岩气藏微观孔隙结构特征参数

第28卷增 刊 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2009年4月 V ol.28 Suppl Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ） Apr. 2009 收稿日期：2008-11-20 作者简介：杨正明 （1969-），男，河北 廊坊人 ，博士，高级工程师，主要从事渗流力学方面研究。 本文编校：杨瑞华 文章编号：1008-0562(2009)增刊Ⅰ-0286-04 火山岩气藏微观孔隙结构特征参数 杨正明1,2，郭和坤1，姜汉桥2，刘 莉1，张玉娟1 （1.中国科学院 渗流流体力学研究所，河北 廊坊 065007; 2.中国石油大学 石油工程学院，北京 102249） 摘 要：针对火山岩气藏已成为中国石油重要的天然气勘探和开发的主要领域之一，利用恒速压汞技术研究了大庆徐深火山岩气藏岩芯的微观孔隙结构及其分布规律。研究表明：不同渗透率的低渗气藏岩心，其孔道半径基本相同，而喉道半径不同，对于所测得的不同渗透率的火山岩气藏岩芯来说，大约60%的喉道半径小于0.8μm 。这与低渗透砂岩油藏岩芯的恒速压汞测试结果不同。平均喉道半径与渗透率有很好的相关关系。提出用平均喉道半径作为低渗气藏储层评价指标参数，来表征气体通过储层的难易程度。该研究成果对低渗气藏的分类评价和合理高效开发提供科学的决策依据 关键词：火山岩气藏；孔隙结构；储层评价；参数；气田开发 中图分类号： 文献标识码：A Characteristic parameters of microcosmic pore configuration in volcanic gas reservoir YANG Zhengming 1,2，GUO Hekun 1，JIANG Hanqiao 2，LIU Li 1，ZHANG Yujuan 1 （1.Institute of Porous Flow & Fluid Mechanics,Chinese Academy of Sciences, Langfang 065007,China ； 2.College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China ） Abstract ：The volcanic gas reservoir has become one of the main fields of gas prospecting and development in China. The volcanic gas reservoir exceeds 3,000 billion m3.It is discovered in Songliao Basin, Zhunger Basin and Bohai Bay Basin recently, and is the point of recent prospecting and development. This paper studied the microcosmic pore configuration and distribution of Xushen volcanic gas reservoir by using constant rate mercury penetration technology. The research indicates pore radius is basically the same and throat radius is different for cores of different permeability.Sixty percent of throat radius are lower than 0.8m μ in different permeability samples from volcanic gas reservoir. The result is different from low penetration sandstone reservoir core tested by constant rare mercury penetration technique. There sixsts a very good correlation between the average throat radius and the permeability. On this basis, the average throat radius is used as a volcanic gas reservoir evaluation parameter to characterize difficulty of gas through the reservoir. The study results offer the scientific decision making for classification evaluation and rational and efficient development of volcanic gas reservoir. Key words ：volcanic gas reservoir ；reservoir evaluation ；parameter ；pore structure ；development 0 引 言 火山岩气藏已成为中国石油重要的天然气勘探和开发的主要领域之一。目前在松辽、准噶尔、渤海湾等地都有所新发现，火山岩气藏资源量已超过3万亿方，是当前勘探和开发关注的热点之一[1-2]。火山岩气藏储层复杂，存在不同的岩性，有流纹岩、角砾熔岩、熔结凝灰岩、晶屑凝灰岩和火山角砾岩等岩性，储集空间复杂多样，发育气孔、裂缝和溶洞。火山岩储层物性变化也比较大，储层非均质性 强，孔隙度一般为3 %～20 %，渗透率一般为0.01×10-3 μm 2～10×10-3 μm 2，开发难度大。今后将较多地面临火山岩气藏。如何经济有效地开发好火山岩气藏，不但关系到中国天然气工业快速发展急需解决的重大课题，更是中国21世纪能源得以持续发展的战略问题。大量的勘探开发实践表明, 储层的微观孔隙结构直接影响着储层的储集渗流能力, 并最终决定着气藏产能的大小。因此，研究火山岩气藏的微观孔隙结构具有重要的现实意义。 孔隙在结构上可划分为孔道和喉道。油层物理中压汞法是专门用于探测孔隙结构的实验技术[3-6]。

隧道工程课程设计70946

隧道工程课程设计说明书The structural design of the Tunnel 作者姓名：黄浩刘彦强 专业、班级：道桥1002班道桥1003班 学号：311007020711 311007020815 指导教师：陈峰宾 设计时间：2014/1/9 河南理工大学 Henan Polytechnic University

目录 目录 (3) 隧道工程课程设计 0 一．课程设计题目 0 二．隧道的建筑限界 0 三．隧道的衬砌断面 0 四．荷载确定 (1) 4.1围岩压力计算 (1) 4.2围岩水平压力 (1) 4.3浅埋隧道荷载计算 (2) (1)作用在支护结构上的垂直压力 (2) 五．结构设计计算 (3) 5.1计算基本假定 (3) 5.2内力计算结果 (4) 5.3 V级围岩配筋计算 (5) 5.4偏心受压对称配筋 (6) 5.5受弯构件配筋 (7) 5.6箍筋配筋计算 (7) 5.7强度验算 (7) 5.8最小配筋率验算： (9)

取 50 s a mm = ，有 ()() 942 0.02092% 100050050 s s A b h a ρ===> ?-?- 满足规范要求. (9) 六．辅助施工措施设计 (9) 6.1双侧壁导坑施工方法 (9) 6.2开挖方法 (9) 6.3施工工序 (10)

隧道工程课程设计 一．课程设计题目 某单车道时速350Km/h高速铁路隧道Ⅴ级围岩段结构及施工方法设计 二．隧道的建筑限界 根据《铁路隧道设计规范》有关条文规定，隧道的建筑限界高度H取6.55m，宽度取8.5m，如图所示。 三．隧道的衬砌断面 拟定隧道的衬砌，衬砌材料为C25混凝土，弹性模量Ec=2.95*107kPa，重度γh=23kN/m3，衬砌厚度取50cm，如图所示。

储层微观孔隙结构研究

储层微观孔隙结构研究进展 1.储层微观孔隙结构的影响因素和成因分析 储层微观孔隙结构受多因素影响，成因分析是储层孔隙结构研究的最基本的内容，它能帮助研究者从深层次准确把握储层孔隙结构的特征，受到研究者的高度重视。 1.1地质作用对储层微观孔隙结构的影响 储层物性受沉积作用、成岩作用、构造作用的共同控制。沉积作用对碎屑岩结构、分选、磨圆、杂基含量等起到明显的控制作用，不同的沉积环境对碳酸盐岩的结构组分影响很大。从沉积物脱离水环境之后，随着埋藏深度的不断加深，一系列的成岩作用使得储层物性进一步复杂化。一般而言，压实作用、压溶作用、胶结作用对储层物性起破坏性作用；交代作用、重结晶作用、溶蚀作用对储层物性起到建设性作用。而构造作用产生的裂缝等对物性的改造有较为显著地影响，使储层的非均质性更加明显，而这一点在碳酸盐岩储层中尤为突出。 1.2油气田开发对储层微观孔隙结构的影响 储层孔隙结构影响着储层的注采开发，同时，随着注水、压裂等一系列油气田开发增产措施的实施，储层孔隙结构也相应发生了变化。王美娜等研究了注水开发对胜坨油田坨断块沙二段储层性质的影响，发现注水开发一定程度上改善了储层孔隙结构。唐洪明等以辽河高升油田莲花油层为例，研究了蒸汽驱对储层孔隙结构和矿物组成的影响。结果表明，蒸汽驱导致储层孔隙度、孔隙直径增大，喉道半径、渗透率减小，增强了孔喉分布的非均质性。 2．储层微孔隙结构研究方法 2.1成岩作用方法 该方法通过对各种成岩作用在储层孔隙结构演化中的作用进行梳理，从而了解储层孔隙结构对应发生的变化。该方法的优点是对孔隙结构的成因可以有比较深入的认识，缺点是偏向于定性分析，难以有效的定量化表征。刘林玉等对白马南地区长砂岩成岩作用进行了分析，认为压实作用和胶结作用强烈地破坏了砂岩的原生孔隙结构，溶蚀作用和破裂作用则有效地改善了砂岩的孔隙结构。 2.2铸体薄片观察法 该方法是将带色的有机玻璃或环氧树脂注入岩石的储集空间中，待树脂凝固

微观孔隙结构类型划分及特点

第二章 微观孔隙结构类型划分及特点 2.1 微观孔隙结构类型的研究方法 随着油田开采技术的发张，从一开始单纯依靠天然能量驱油逐渐发展到用注水注气疯方法开采石油，于是开始出现了多相渗流，贝克莱—勒弗莱脱关于水驱油非活塞式驱替理论的提出，奠定了多相渗流的基础，拟压力方法的引入使油气两相渗流得到了有效的解决。 油气储集层是油气储集的场所和油气云翳的通道。它有着极其复杂的内部空间结构和不规则的外部集合形状，它是渗流的前提条件，所以必须对其进行了解。按其成因可分为：原生孔隙、次生孔隙、混合空隙。 （1）原生孔隙 指原始沉积物固有的空隙，如（陆源碎屑）粒间孔、（陆源碎屑）粒内孔等。 原生粒间孔经机械压实作用改造后变小，习惯上称之为原生缩小粒间孔，此类孔隙在本区不甚发育（图2-5, 图2-6） 。 图2-5少量原生缩小粒间孔；单偏光10×10 Fig. 2-5 Fine-grained arkose lithic sandstone 图2-6少量原生粒间孔；单偏光：10×10 Fig. 2-6 Fine-grained arkose lithic sandstone （2）次生孔隙 经次生作用（如淋滤、溶解、交代、重结晶等成岩作用）所形成的空隙称为次生孔隙。构成本区砂岩主要储集空间的次生孔隙由溶解成岩作用形成。主要包括粒内溶孔、铸模孔隙和胶结物内溶孔。

图2-7长石粒内溶孔；单偏光10×10 Fig. 2-7 Arcosic intergranular dissolved pore, plainlight 10×10 图2-8岩屑粒内溶孔；单偏光10×10 Fig. 2-8 Lithic intergranular dissolved pore， plainlight 10×10 粒内溶孔见于易溶的陆源长石颗粒、岩屑和内源介形虫骨壳。其中长石粒内溶孔常依长石颗粒的解理缝、双晶缝、裂隙外延伸展（图2-7）。陆源岩屑遭受部分溶蚀后形成岩屑粒内溶孔，粒内见有难溶组分（图2-8）。本区还可见介形虫化石，体腔内先期充填的碳酸盐胶结物后来发生溶解，形成溶蚀孔隙。特征是介形虫壳体基本完整，体内见有残余的碳酸盐矿物（图2-9）。 图2-9 介形虫体腔内溶孔；单偏光10×10 Fig. 2-9 Within mussel-shrimp dissolved porem plainlight 10×10 图2-10长石铸模孔隙., 单偏光10×20 Fig. 2-10 Arcosic matrix pore, plainlight 10×20 溶解作用强烈可使陆源碎屑、内源颗粒（如生物介壳、鲕粒等）被全部溶解掉，若该颗粒外形轮廓、解理缝、岩石结构等自身特征尚可辨识时，称此种空隙为铸模孔隙。本区的铸模孔隙有长石铸模孔隙和岩屑铸模孔隙，前者发育（图2-10）。

隧道工程课程设计

1初始条件 某高速公路隧道通过III 类围岩(即IV 级围岩)，埋深H=30m ，隧道围岩天然容重γ=23 KN/m3，计算摩擦角ф=35o ,变形模量E=6GPa,采用矿山法施工；衬砌材料采用C25喷射混凝土，材料容重322/h KN m γ=，变形模量25h E GPa =。 2隧道洞身设计 2.1隧道建筑界限及内轮廓图的确定 该隧道横断面是根据两车道高速公路IV 级围岩来设计的，根据《公路隧道设计规范》确定隧道的建筑限界如下： W —行车道宽度；取3.75×2m C —余宽；因设置检修道，故余宽取为0m J —检修道宽度；双侧设置，取为1.0×2m H —建筑限界高度；取为5.0m2L L —左侧向宽度；取为1.0m R L —右侧向宽度；取为1.5m L E —建筑限界左顶角宽度；取1.0m R E —建筑限界右顶角宽度；取1.0m h —检修道高度；取为0.25m

隧道净宽为1.0+1.0+7.50+1.50+1.0=12m 设计行车速度为120km/h,建筑限界左右顶角高度均取1m ；隧道轮廓线如下图： 图1 隧道内轮廓限界图 根据规范要求，隧道衬砌结构厚度为50cm （一次衬砌为15cm 和二次衬砌35cm ）通过作图得到隧道的尺寸如下： 图2 隧道内轮廓图 得到如下尺寸:11.2m R 5.6m R 9.47m R 321===，， 3隧道衬砌结构设计 3.1支护方法及衬砌材料 根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），本设计为高速公路，采用复合式衬砌，复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间防水层组合而成的衬砌形式。 复合式衬砌应符合下列规定： 1初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土，锚杆，钢筋网和钢筋支架等支护形式单独或组合使用，锚杆宜采用全长粘结锚杆。 2二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连结圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。 IV 级围岩：

隧道 结构计算分析

一、计算原则和依据 1、采用ANSYS有限元通用程序（注：该程序是目前唯一通过 ISO9001国际认证的有限元计算分析程序）对竹篱晒网隧道进行结构受力及变形分析。 2、采用地层-结构模型对暗挖隧道的受力和变形进行分析。 3、分析对象为纵向宽1m的隧道结构和地层。 4、依据《竹篱晒网隧道施工图设计文件》、《公路路隧道设计规范》等建立计算模型。 二、计算内容 对竹篱晒网隧道的计算，分别取洞口段、洞身段中V、IV、III级围岩进行计算，取断面计算如下： 1、出洞段KY2+760（V级围岩，采用双侧壁法施工）； 2、洞身段KY2+480（IV级围岩，采用环形台阶法施工）； 3、洞身段KY2+500（III级围岩，采用台阶法施工）。 三、结构计算模型、荷载 1、计算模型 采用隧道与地层共同作用的地层-结构模式，模拟分析施工过程地层和结构的受力及变形特点。计算模型所取范围是：水平方向取隧道两侧3倍洞跨，而竖直方向，仰拱以下地层，以洞跨的3倍为限，即从

仰拱至地层下3倍洞跨深度范围，隧道拱顶以上地层：V级围岩1 级围岩根据计算高度取值。计算中地层及初期支护III取至地面，IV、材料的弹塑性实体单元模拟，而DP（初衬喷砼及钢架除外）采用了、二次衬砌采用弹性梁模拟，为使点和点之间位移初衬（钢架喷砼）初衬和二衬之间用只传递轴初衬和地层之间用约束方程联系、协调，向压力的链杆连接。）来死”（ALIVE生”（KILL）、“ANSYS程序中，采用单元的“时，受力体系模拟衬砌和临时支撑的施作和拆除过程，当单元“死”，而后被激单元的应力、应变不计（即内力为0）不受其影响，“死”的单元只对以后的单元不计以前自身应变，也就是说，“活”“活”应力发生变化时产生作用。2、计算荷载毛洞”模拟开挖过程中，先计算初始应力，每开挖一步形成“时，释放一部分初始应力，施作支护时释放余下的初始应力。采用莫尔—库仑屈服准则对结构的开挖过程进行有限元计算中，）模型计算结构非线形（DP 弹塑性分析。也即采用Drucker-Prager 的变形特性。其等效应力为：??????T?????SMS3??m2??1????????T式中；11??2 ?????????00S1?11?0zymxm3??so2sin6c c；????????y??ni3s3sin33?? —材料的内聚力，MPa；—材料的内摩擦角。?c屈服准则为： 2 ??????T????0?3M?S?FS???ym2??计算时将地层以岩性和11??2 地质特点划分为几个不同的类别，各层计算时围岩的物理力学指标依据施工图中《地质详勘报告》加以选取。具体如表1所示。 有限元计算围岩物理力学参数 表1

储层岩石微观孔隙结构的实验和理论研究

储层岩石微观孔隙结构的实验和理论研究 张雁 （大庆石油学院地球科学学院黑龙江大庆１６３３１８） 【摘要】储层岩石的微观孔隙结构直接影响着储层的储集渗流能力，并最终决定油气藏产能分布的差异。因此，对其详细地研究，探寻各种储层岩石的微观孔隙结构的特点及其分布规律，从而为油气藏的勘探、开发及准确确定注水开发油田不同开发阶段剩余油分布提供科学的依据，具有重要的研究意义。本文介绍了实验上和理论上研究储层岩石微观孔隙结构的方法及进展，并且对其研究的发展趋势和用纳米科技关键仪器－扫描探针显微镜表征储层岩石微观孔隙结构进行了展望。 【关键词】储层岩石；微观孔隙结构；扫描探针显微术 大量的勘探开发实践表明，储层岩石的微观孔隙结构直接影响着储层的储集渗流能力，并最终决定着油气藏产能的差异分布。不同类型的储层具有不同的微观孔隙结构特征，储层岩石孔隙结构参数、含油气性是储层评价的重要指标，如何客观地确定这些参数，是很多石油学家一直努力解决的问题。储层岩石的微观孔隙结构不仅对油气储量，而且对油气井的产能和最终采收率都有影响。详细研究储层的微观孔隙结构特征，有利于对储层进行合理的分类评价，有助于查明储层的分布规律，从而为油气藏的勘探开发提供科学的理论依据。在油气田开发后期，储层的渗流能力的强弱直接受微观孔隙结构特征及其分布规律的影响，因此，确定储层内部微观孔隙结构的特征及分布对了解剩余油形成机理，查明剩余油分布规律具有极为重要的意义。 １．岩石孔隙结构特征的描述方法 孔隙结构是岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系的总和。孔隙反映了岩石对流体的储集能力，而喉道的形状、大小、孔喉比则控制了孔隙对流体的储集和渗透能力。由于不同沉积相的水动力条件不同，导致砂体的粒度、分选、组成以及发育程度的差异性，加之后期成岩作用对沉积物原始孔隙改造强烈，因此，微观孔隙结构具有复杂多样性。尤其对于孔渗性差、非均质性强的储层而言，详细研究微观孔隙结构特征一方面有利于经济有效地开发低渗透油气资源，另一方面在开发后期的油气挖潜工作中，有助于查明剩余油分布规律，设计提高采收率方案。因此该项研究对石油工业乃至整个国民经济的发展均具有重要意义。这项工作中，由于储层岩石孔隙极其微小和结构的变化，很大一部分流体在渗流过程中被毛管力和粘滞力所束缚不能参与流动，因此客观评价低渗透油田和驱后油田储层的微观孔隙结构特征，研究微观孔隙结构对油气分布的影响具有极为现实的意义。目前评价工作主要集中在利用勘探开发资料的实验和理论模拟两个方面。 １．１储层微观孔隙结构实验分析常规岩石孔隙结构特征的描述方法主要包括：测井资料现场评价法和室内实验方法。室内实验方法是目前最主要，也是应用最广泛的描述和评价岩石孔隙结构特征的方法，主要包括：毛管压力曲线法（半渗透隔板法、压汞法和离心机法等）、铸体薄片法、扫描电镜法、Ｘ－ＣＴ扫描法及核磁共振法等。 传统的压汞资料分析表明，中孔细喉结构主要发育在水下分支河道及滩坝砂体中；低孔细喉结构主要发育在前缘席状砂及扇三角洲前缘滑塌浊积砂体中［１］。而通过对压汞曲线进行重新变换，以汞饱和度除以压力为纵坐标，汞饱和度为横坐标，绘制成图，会发现峰点，所对应的孔喉半径称为峰点孔喉半径，该值对油气圈闭具有重要意义［２］。而先进的核磁共振实验结果表明，微裂缝发育程度、粘土充填孔隙程度及原生孔隙发育程度等微观孔隙结构特征是低渗透油田可动流体的主要影响因素［３］。而在某些地区，次生孔隙发育带也是天然气高产富集带［４］。同时利用这项技术，可以实时观察渗透和高渗透沉积岩的渗流情况［５］。而这种微观的流体在油气混合地带的运动是极其不能忽视的，否则会得出错误的储层评价结论［６］。经过长期注水开发的储集层的孔隙结构将发生改变，注水冲刷使微观喉道特征变好，退汞效率增高，因此随着冲刷的不断进行，会使大孔隙越来越大，对小孔隙影响则不明显。喉道分选性对驱油效率影响机理较为复杂。总体上储层驱油效率随储集物性的变好而增加［９］。但是驱油效率并不总是和渗透率呈正相关关系，它还受储层孔喉分布和孔喉结构非均质性的影响［１０］。扫描电镜可用于研究孔隙和喉道的立体形态及配置关系［１１］，可以证实储层低孔、低渗并不是造成注水开发效果差的主要原因，而较强的微观孔隙结构非均质性，是造成注入水波及效率不高、水驱油效率较低的主要原因［１２］。 １．２储层微观孔隙结构理论解释－分形特征储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征，孔隙结构的分形维数可以定量描述孔隙结构的复杂程度和非均质性。应用分形几何的原理，对低渗透储层岩石的孔隙结构进行研究，可以建立毛管压力和孔隙大小概率密度分布的分形几何模型。并根据毛管压力曲线资料计算孔隙结构的分形维数和孔径大小概率密度分布。计算结果表明，用该方法研究孔隙结构不仅简单易行，而且精度很高［１３］。另外，利用分形理论可以模拟各种岩石毛管压力曲线，从而解释岩石之间物性的不同［１４］。用岩样孔喉分布的分形维数能更合理地描述多孔介质微观孔喉分布的非均质性［１５］。Ｋｒｏｈｎ提出小尺度的孔隙体积具有分形特征，并受孔隙间矿物和胶结物生长控制，研究微观孔隙分形特征可用来表征成岩过程中岩石表面蚀变和改性的程度［１６］。同时结合扫描电镜和小角中子散射（Ｓｍａｌｌ－ＡｎｇｌｅＮｅｕｔｒｏｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ，ＳＡＮＳ）可以确定岩石微观孔隙在１０Ａ。～５０μｍ范围内是分形的［１７］。并且这种分形的维度随着岩石的种类不同而发生从２．８～２．３的变化［１８］。对于砂岩来讲，分形的维度应介于２与３之间。当其接近于２时，砂岩储集性能极好；而接近于３时，砂岩储集性能极差［１９］。大量的研究表明，利用分形理论进行储层岩石微观孔隙结构的表征，与目前不同开发阶段实际效果基本吻合，因此这种方法可以作为评价储层油气藏孔隙结构及储集性的一个主要手段。 ２．储层岩石微观孔隙结构研究发展趋势 虽然储层岩石微观孔隙结构的研究取得了很大进展，但是还有很多亟待解决的问题，主要集中在以下几个方面： （１）微米或亚微米孔隙结构的表征以往的研究主要集中在几微米以上的孔隙或孔喉的表征，而客观评价储层产能规律，需要进行这方面的研究，尤其是孔隙－岩石界面的形态分布，包括曲率，粗糙度等的评价，因为这是影响储层渗流特征的本质属性。 （２）利用微观孔隙结构分布特性解释储层反常现象例如水驱油效率与渗透率之间不存在密切关系，甚至出现驱油效率与渗透率呈反比关系的现象。到目前为止，这些由实验发现的反常现象还没有得到合理的解释。 （３）储层岩石分形维度的研究岩石孔隙的分维值是岩石孔隙结构的一个重要的独立参数，它与岩石的渗透率有复杂的关系，需要进一步深入研究。 （４）三维孔隙结构成像三维孔隙结构在微米或亚微米分辨尺度上快速成像技术的研究。目前用同步辐射、Ｘ－ＣＴ和激光共聚焦等三维成像技术只能达到几微米分辨，不能满足微观孔隙结构评价的要求，因此，需要开发新的实验手段和方法。 这些问题的解决，用目前现有的仪器和方法都有一定都困难，因此需要先进的仪器、实验方法和理论去实现。 ３．扫描探针显微术表征储层岩石微观孔隙结构的展望 目前，国内外采用的常规描述岩石孔隙结构特征的测井资料现场评价方法及实验方法各有优缺点。比如测井资料现场评价方法虽然具有纵向上的连续性，但由于受到仪器、环境、流体等多种因素的影响，同时测井资料数据繁多，解释起来人为因素较大，描述储层宏观特征尚可，但用于微观孔隙结构研究其数据精度和解释精度都无法保证。一例［２１］）研究储层岩石微观孔隙结构。寻找一种能够弥补上述方法缺点的表征手段成为必然要求。 扫描探针显微术（ＳｃａｎｎｉｎｇＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＳＰＭ）是上世纪八十年代中期发展起来的区别于以往显微手段（包括扫描电子显微镜）的 ４２

公路隧道设计规范

公路隧道设计规范（JTG D70-2004） 1 总则 (1) 2 主要术语与符号 (2) 3 隧道调查及围岩分级 (5) 4 总体设计 (11) 5 建筑材料 (17) 6 荷载 (22) 7 洞口及洞门 (25) 8 衬砌结构设计 (27) 9 结构计算 (33) 10 防水与排水 (40) 11 小净距及连拱隧道 (42) 12 辅助通道 (44) 13 辅助工程措施 (48) 14 特殊地质地段 (51) 15 隧道内路基与路面 (54) 16 机电及其它设施…………………………………………………………………６８ 附录A围岩分级有关规定 (60) 附录B隧道标准内轮廓 (63) 附录C型钢特性参数表 (65) 附录D释放荷载的计算方法 (69) 附录E浅埋隧道荷载的计算方法 (71) 附录F偏压隧道衬砌荷载的计算方法 (74) 附录G明洞设计荷载的计算方法 (75) 附录H洞门土压力荷载的计算方法 (77) 附录I荷载结构法 (78) 附录J地层结构法 (80) 附录K钢筋混凝土受弯和受压构件配筋量计算方法 (88) 附录L本规范用词说明 (94) 在编制过程中，编制组对全国已建和在建的公路隧道进行了较广泛的调查研究，搜集并分析了大量设计文件、工程报告、营运管理报告，就有关专题进行了研究，并听取了全国有关设计院和专家的意见。考虑到我国公路隧道技术起步较晚，其经验和基础性工作不足，因此在我国经验的基础上又采用或借鉴了国外公路隧道的成功经验和先进技术。 本次修订中，充分考虑了与其它相关标准、规范的协调性，并保持一致。同时，在全面修订的原则下，尽量按原《规范》的风格编排撰写。本次修订的重点为调查、围岩分类、总体设计、锚喷支护与衬砌、洞口段工程、结构计算、特殊构造设计、特殊地质地段设计等，并增加了三车道隧道、连拱隧道和小净距隧道等内容。 关于强制性条款 《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）中第1.0.3、1.0.5、1.0.6、1.0.7、3.1.1、3.1.3、7.1.2、8.1.2、10.1.1、15.1.1、15.1.2、16.1.1条为强制性条款，必须 按照国家有关工程建设标准强制性条文的有关规定严 格执行。《工程建设标准强制性条文》（公路工程部

隧道衬砌计算

第五章隧道衬砌结构检算 5.1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。5.2 隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。 5.3 隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ANSYS10.0。 取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定： ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 ②围岩的约束采用弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的COMBIN14单元，只保留受压的COMBIN14单元。

图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程 ③衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。 ④衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。 ⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 ⑥衬砌结构单元划分长度小于0.5m。 隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。

5.4 结构检算及配筋 本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。 5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩 围岩重度318.5/kN m γ=，弹性抗力系数300/k MPa m =，计算摩擦角 045?=o ，泊松比u=0.4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=，截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?，弹性模量29.5Pa E G =。轴心抗压强度：12.5cd a f MP =；弯曲抗压强度：13.5cmd a f MP =；轴心抗拉强度: 1.33cd a f MP =;泊松比u=0.2； (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度：37800/s kg m ρ=； 抗拉抗压强度：188std scd a f f MP ==； 弹性模量： 210s a E GP =； 5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段） 5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 （1）配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算：

微观孔隙结构特征研究-editing1

摘要：微观孔隙结构是控制特低渗、超低渗砂岩储层驱油效率、最终开发效果的关键因素之一。利用铸体薄片、扫描电镜、铸体图像分析、高压压等多种技术手段,对鄂尔多斯盆地吴旗地区延长组长6储层的孔隙结构进行深入分析和研究，结果表明：1） 2）。。。。，； 对其储层分为。。类，及亚类；探讨了其控制因素主要是， 通过物性分析、扫描电镜、铸体薄片、高压压汞等资料分析，对鄂尔多斯盆地陕北地区吴旗地区延长组长6油层组特低渗、超低渗砂岩储层样品的微观孔隙结构进行了详细研究。研究表明，特低渗、超低渗砂岩储层岩石孔隙和喉道类型多样，孔隙结构非均质性强，分选较差是储层渗透性差的主要原因。毛管压力曲线特征表明，曲线平坦段不明显，上升幅度比较小，歪度中等偏细；进汞量递增的幅度及峰值总是滞后于渗透率贡献值递增的幅度和峰值，说明细小孔道对储层储集能力的贡献较大，但决定和改善储层渗透性的是较大孔喉，反映了特低渗与超低渗透砂岩储层具有有效喉道半径分布范围窄，孔隙结构差，储层致密的特征。因此，研究微观孔隙结构的差异是深入剖析孔喉特征参数的差异以及储层物性参数的差异的重要依据。 关键词：鄂尔多斯盆地；特低渗、超低渗砂岩储层；微观孔隙结构；毛管压力 除沉积作用外，成岩作用显著控制了储层质量。 特低渗储层在石油勘探中的地位、微观孔隙结构的定义及控制储层发育机理、研究方法的综述利用。。。资料， 1983在年陕甘宁盆地发现的安塞油田为典型的低渗低产油田,其储层为三叠系延长组,埋藏深度1000~1300 m,是以内陆淡水湖泊三角洲为主的沉积体系。在三叠系延长组内四个油组(长2、长3、长4+5、长6)均发现油层,储量绝大部分集中在长6、长4+5油层组内。安塞油田区域构造背景为一平缓的西倾单斜,倾角仅0.5°左右。 储层孔隙结构是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通状态，是影响储集岩渗透能力的主要因素。由于实际多孔介质孔隙结构的复杂性，通常采用不同的方法从不同角度加以测定和描述，如孔隙铸体、测毛细管压力分布，薄片分析、显微图象分析仪、扫描电镜等是储层微观物理研究的核心内容。在我国，对于中、高渗透砂岩储层的微观孔隙结构特征研究已取得了大量的研究成果(添加具体内容,参考文献)，但对于特低渗、超低渗砂岩储层的孔隙结构特征研究尚不多见[2~6],(且存在哪些问题) 。 为深入研究此类储层的孔隙结构特征，采用铸体技术、扫描电镜技术、高压压汞技术对取自鄂尔多斯盆地AS油田延长组长6油层组特低渗、超低渗砂岩储层样品进行测试分析，从而解剖此类储层的孔隙结构特征，为特低渗、超低渗储层制定合理的油田探勘开发方案，提高油气采收率具有重要意义。 1、地质背景 (位置/区域构造/地形单元构成/沉积类型/平均埋深/生产现状/存在问题) 研究区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡，区域构造背景为平缓的西倾单斜，主要含油层系为三叠系