基于有效比表面积修正的Kozeny-Carman方程在黏土渗透中的适用性研究
发布时间：2020-12-22 03:50
黏土中含有较多的黏土矿物。黏土矿颗粒表面带电使黏土颗粒表现出活泼的水理性质,这种性质会使土体表面形成双电层。因此,黏土颗粒在沉积过程中受各种力的作用而相互堆叠形成孤孔、盲孔之类的非连通孔隙结构。实际上在黏土的渗流过程中,流体不能流过非连通孔,只能流过连通孔隙表面。而Kozeny-Carman方程（K-C方程）计算时将颗粒的比表面积作为渗流的过流比表面积,所以K-C方程在计算黏土渗透系数时会出现偏差。因此,允许流体流过的连通孔隙的比表面积作为渗流有效比表面积,进而对K-C方程中的颗粒比表面积进行修正。相关试验表明,修正后的K-C方程较未修正的K-C方程在描述黏土渗流规律时具有明显的优势。
【文章来源】：岩土力学. 2020年08期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
土体孔隙简化流管示意图Figu.3DiagramofsimplifiedflowtubeofsoilporesL
及伊利石等黏土矿物组成。大多数黏土矿物会发生同晶置换而使得黏土颗粒表面出现多余的负电荷。这些负电荷会吸附周围的阳离子以及极性水分子，进而形成双电层[19]。土体颗粒受到电场力，重力以及范德华力之间的相互作用而堆叠形成结构。黏土颗粒多为细小的片状体，受表面电荷的影响更明显，因此，颗粒堆叠时黏土内部更容易形成复杂的孔隙结构。受黏土颗粒表面双电层的影响，液体不能从片状体接触面间隙流过而只能从较大孔隙流过，因此黏土中的有些孔隙可以被认为是不连通的，对渗流是无效的，如孤孔、盲孔等。图4展示了几种常见的黏土沉积结构形式，同时图5展示了由环境扫描电镜得到的黏土絮凝状的内部结构。图4常见黏土结构Fig.4Classicstructureofclay图5黏土结构扫描电镜Fig.5StructureofclaybySEM2.2渗流有效比表面积effS综上可见，由于黏土矿物出现同晶置换而产生多余负电荷，多余电荷在颗粒间形成电场，进而形成双电层。黏土矿物带电属性和黏土颗粒之间的聚集特征使得黏土具有独特的孔隙特性：孔隙曲折、孔隙性质各异，同时有大量的盲孔和孤孔，所以流体在黏土中流过时会表现出与砂石土明显不同的性质。目前K-C方程中使用的比表面积通常采用试验测试确定或通过经验公式计算得到。其中经验公式主要是根据土体颗粒的级配、形状以及塑限进行计算，而试验测试方法主要有乙二醇乙醚吸附法（EGME）和氮气吸附法（BET）[20-25]。黏土颗粒粒径较小积聚效应明显，所以经验计算公式不再适用。实际上EGME方法是通过分散的黏土颗粒外表面以及矿物晶体内表面对乙醇乙二醚和氮的吸附量换算而得到，而BET方法是通过黏土颗粒外表面对氮气的吸附量换算得到。?
?е没欢?沟?黏土颗粒表面出现多余的负电荷。这些负电荷会吸附周围的阳离子以及极性水分子，进而形成双电层[19]。土体颗粒受到电场力，重力以及范德华力之间的相互作用而堆叠形成结构。黏土颗粒多为细小的片状体，受表面电荷的影响更明显，因此，颗粒堆叠时黏土内部更容易形成复杂的孔隙结构。受黏土颗粒表面双电层的影响，液体不能从片状体接触面间隙流过而只能从较大孔隙流过，因此黏土中的有些孔隙可以被认为是不连通的，对渗流是无效的，如孤孔、盲孔等。图4展示了几种常见的黏土沉积结构形式，同时图5展示了由环境扫描电镜得到的黏土絮凝状的内部结构。图4常见黏土结构Fig.4Classicstructureofclay图5黏土结构扫描电镜Fig.5StructureofclaybySEM2.2渗流有效比表面积effS综上可见，由于黏土矿物出现同晶置换而产生多余负电荷，多余电荷在颗粒间形成电场，进而形成双电层。黏土矿物带电属性和黏土颗粒之间的聚集特征使得黏土具有独特的孔隙特性：孔隙曲折、孔隙性质各异，同时有大量的盲孔和孤孔，所以流体在黏土中流过时会表现出与砂石土明显不同的性质。目前K-C方程中使用的比表面积通常采用试验测试确定或通过经验公式计算得到。其中经验公式主要是根据土体颗粒的级配、形状以及塑限进行计算，而试验测试方法主要有乙二醇乙醚吸附法（EGME）和氮气吸附法（BET）[20-25]。黏土颗粒粒径较小积聚效应明显，所以经验计算公式不再适用。实际上EGME方法是通过分散的黏土颗粒外表面以及矿物晶体内表面对乙醇乙二醚和氮的吸附量换算而得到，而BET方法是通过黏土颗粒外表面对氮气的吸附量换算得到。可见，这两种方法分别测试的是黏土颗粒的总比表面
本文编号：2931081
【文章来源】：岩土力学. 2020年08期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
土体孔隙简化流管示意图Figu.3DiagramofsimplifiedflowtubeofsoilporesL
及伊利石等黏土矿物组成。大多数黏土矿物会发生同晶置换而使得黏土颗粒表面出现多余的负电荷。这些负电荷会吸附周围的阳离子以及极性水分子，进而形成双电层[19]。土体颗粒受到电场力，重力以及范德华力之间的相互作用而堆叠形成结构。黏土颗粒多为细小的片状体，受表面电荷的影响更明显，因此，颗粒堆叠时黏土内部更容易形成复杂的孔隙结构。受黏土颗粒表面双电层的影响，液体不能从片状体接触面间隙流过而只能从较大孔隙流过，因此黏土中的有些孔隙可以被认为是不连通的，对渗流是无效的，如孤孔、盲孔等。图4展示了几种常见的黏土沉积结构形式，同时图5展示了由环境扫描电镜得到的黏土絮凝状的内部结构。图4常见黏土结构Fig.4Classicstructureofclay图5黏土结构扫描电镜Fig.5StructureofclaybySEM2.2渗流有效比表面积effS综上可见，由于黏土矿物出现同晶置换而产生多余负电荷，多余电荷在颗粒间形成电场，进而形成双电层。黏土矿物带电属性和黏土颗粒之间的聚集特征使得黏土具有独特的孔隙特性：孔隙曲折、孔隙性质各异，同时有大量的盲孔和孤孔，所以流体在黏土中流过时会表现出与砂石土明显不同的性质。目前K-C方程中使用的比表面积通常采用试验测试确定或通过经验公式计算得到。其中经验公式主要是根据土体颗粒的级配、形状以及塑限进行计算，而试验测试方法主要有乙二醇乙醚吸附法（EGME）和氮气吸附法（BET）[20-25]。黏土颗粒粒径较小积聚效应明显，所以经验计算公式不再适用。实际上EGME方法是通过分散的黏土颗粒外表面以及矿物晶体内表面对乙醇乙二醚和氮的吸附量换算而得到，而BET方法是通过黏土颗粒外表面对氮气的吸附量换算得到。?
?е没欢?沟?黏土颗粒表面出现多余的负电荷。这些负电荷会吸附周围的阳离子以及极性水分子，进而形成双电层[19]。土体颗粒受到电场力，重力以及范德华力之间的相互作用而堆叠形成结构。黏土颗粒多为细小的片状体，受表面电荷的影响更明显，因此，颗粒堆叠时黏土内部更容易形成复杂的孔隙结构。受黏土颗粒表面双电层的影响，液体不能从片状体接触面间隙流过而只能从较大孔隙流过，因此黏土中的有些孔隙可以被认为是不连通的，对渗流是无效的，如孤孔、盲孔等。图4展示了几种常见的黏土沉积结构形式，同时图5展示了由环境扫描电镜得到的黏土絮凝状的内部结构。图4常见黏土结构Fig.4Classicstructureofclay图5黏土结构扫描电镜Fig.5StructureofclaybySEM2.2渗流有效比表面积effS综上可见，由于黏土矿物出现同晶置换而产生多余负电荷，多余电荷在颗粒间形成电场，进而形成双电层。黏土矿物带电属性和黏土颗粒之间的聚集特征使得黏土具有独特的孔隙特性：孔隙曲折、孔隙性质各异，同时有大量的盲孔和孤孔，所以流体在黏土中流过时会表现出与砂石土明显不同的性质。目前K-C方程中使用的比表面积通常采用试验测试确定或通过经验公式计算得到。其中经验公式主要是根据土体颗粒的级配、形状以及塑限进行计算，而试验测试方法主要有乙二醇乙醚吸附法（EGME）和氮气吸附法（BET）[20-25]。黏土颗粒粒径较小积聚效应明显，所以经验计算公式不再适用。实际上EGME方法是通过分散的黏土颗粒外表面以及矿物晶体内表面对乙醇乙二醚和氮的吸附量换算而得到，而BET方法是通过黏土颗粒外表面对氮气的吸附量换算得到。可见，这两种方法分别测试的是黏土颗粒的总比表面
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