甲烷水合物沉积物单轴强度研究

【摘要】：本研究采用大连理工大学自行研制的适用于水合物强度测试的天然气水合物低温高压三轴仪,对实验室人工合成的甲烷水合物沉积物进行了单轴强度试验。利用实验结果,对甲烷水合物沉积物单轴压缩力学特性参数进行了分析。 本文的主要研究工作如下： 以土力学中三轴压缩实验为基础,以天然气水合物低温高压三轴仪为实验平台,设计了甲烷水合物沉积物单轴压缩实验。主要包括：甲烷水合物生成、沉积物制样和压缩实验流程。 对φ40、φ60和φ80的应力-应变曲线进行分析,得出甲烷水合物沉积物的单轴变形特性,试样的变形随温度、应变速率和孔隙度的关系。对φ40和φ60沉积物,仔细分析了它们的变形在不同温度和应变速率下的特点。 对φ40和φ60甲烷水合物沉积物,分析了它们的起始屈服强度随温度和应变速率的变化,并且拟合出起始屈服强度分别关于温度和应变速率的函数关系。针对φ40和φ60试样,分别提出了起始屈服强度随温度和应变速率的预测方程。结合φ80沉积物的起始屈服强度,得出了起始屈服强度随孔隙度的变化关系。分析了不同孔隙度下沉积物起始屈服强度随温度和应变速率的敏感性。 分析了φ40和φ60甲烷水合物沉积物的起始屈服应变随温度和应变速率的变化关系。在φ40、φ60和φ80沉积物的基础上,分析了孔隙度对起始屈服应变的影响。 在起始屈服强度和起始屈服应变的基础之上,分析了沉积物的起始屈服模量。得出了φ40和φ60沉积物的起始屈服模量随温度和应变速率的变化关系,拟合出了起始屈服模量分别关于温度和应变速率的函数关系。提出了起始屈服模量随温度和应变速率的预测方程。分析了孔隙度对起始屈服模量的影响。 利用应力-应变曲线,计算了不同变形下的沉积物峰值强度。对φ40和φ60甲烷水合物沉积物,分别分析了峰值强度随温度和应变速率的变化关系,拟合了与温度和应变速率有关的单值函数关系。提出了峰值强度关于温度和应变速率的预测方程。分析了孔隙度对峰值强度的影响。 【关键词】：甲烷水合物沉积物 单轴 强度 模量
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-11
• 1.1.1 引言9
• 1.1.2 天然气水合物与温室效应9-10
• 1.1.3 天然气水合物与海底滑坡10-11
• 1.2 天然气水合物的结构和物性特点11-12
• 1.2.1 天然气水合物的分子结构11-12
• 1.2.2 然气水合物的物理特性12
• 1.3 天然气水合物沉积物强度特性研究进展12-17
• 1.3.1 天然气水合物及沉积物力学强度特性的电阻率测量13-14
• 1.3.2 天然气水合物及沉积物力学强度声学试验14-15
• 1.3.3 天然气水合物及沉积物力学强度三轴试验15-17
• 1.4 本文的主要内容及技术路线17-19
• 2 甲烷水合物沉积物变形特性分析19-32
• 2.1 实验设备及实验方法19-23
• 2.1.1 试验设备19-21
• 2.1.2 试样制备21-23
• 2.1.3 单轴压缩试验23
• 2.2 实验内容23-24
• 2.3 甲烷水合物沉积物变形特性分析24-30
• 2.3.1 温度对甲烷水合物沉积物变形特性的影响24-27
• 2.3.2 应变速率对甲烷水合物沉积物变形特性的影响27-29
• 2.3.3 孔隙度对甲烷水合物沉积物变形特性的影响29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 甲烷水合物沉积物起始屈服强度分析32-43
• 3.1 起始屈服强度的定义及起始屈服点的选取32-34
• 3.1.1 起始屈服强度的定义32
• 3.1.2 起始屈服点的选取32-33
• 3.1.3 影响起始屈服强度的因素33-34
• 3.2 φ60甲烷水合物沉积物的起始屈服强度分析34-36
• 3.2.1 应变速率对φ60甲烷水合物沉积物起始屈服强度的影响34
• 3.2.2 温度对φ60甲烷水合物沉积物起始屈服强度的影响34-36
• 3.3 φ40甲烷水合物沉积物的起始屈服强度分析36-39
• 3.3.1 应变速率对φ40甲烷水合物沉积物起始屈服强度的影响36-37
• 3.3.2 温度对φ40甲烷水合物沉积物起始屈服强度的影响37-39
• 3.4 孔隙度对甲烷水合物沉积物起始屈服强度的影响39-42
• 3.4.1 孔隙度对沉积物起始屈服强度随温度变化的影响39-40
• 3.4.2 孔隙度对沉积物起始屈服强度随应变速率变化的影响40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 甲烷水合物沉积物起始屈服模量分析43-54
• 4.1 起始屈服模量的定义及意义43
• 4.2 温度和应变速率对起始屈服应变的影响43-46
• 4.2.1 温度和应变速率对φ60甲烷水合物沉积物起始屈服应变的影响43-45
• 4.2.2 温度和应变速率对φ40甲烷水合物沉积物起始屈服应变的影响45-46
• 4.3 φ60甲烷水合物沉积物的起始屈服模量分析46-48
• 4.3.1 温度对φ60甲烷水合物沉积物起始屈服模量的影响46-47
• 4.3.2 应变速率对φ60甲烷水合物沉积物起始屈服模量的影响47-48
• 4.4 φ40甲烷水合物沉积物的起始屈服模量分析48-51
• 4.4.1 温度对φ40甲烷水合物沉积物起始屈服模量的影响48-49
• 4.4.2 应变速率对φ40甲烷水合物沉积物起始屈服模量的影响49-51
• 4.5 孔隙度对甲烷水合物沉积物的起始屈服模量的影响51-53
• 4.6 本章小结53-54
• 5 甲烷水合物沉积物峰值强度分析54-63
• 5.1 峰值强度的定义及取值54-55
• 5.2 φ60甲烷水合物沉积物峰值强度分析55-58
• 5.2.1 温度对φ60甲烷水合物沉积物峰值强度的影响55-56
• 5.2.2 应变速率对φ60甲烷水合物沉积物峰值强度的影响56-58
• 5.3 φ40甲烷水合物沉积物峰值强度分析58-60
• 5.3.1 温度对φ40甲烷水合物沉积物峰值强度的影响58-59
• 5.3.2 应变速率对φ40甲烷水合物沉积物峰值强度的影响59-60
• 5.4 孔隙度对甲烷水合物沉积物峰值强度的影响60-62
• 5.5 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

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