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深埋复杂条件下钠蒙脱石水化的分子动力学模拟研究
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作者 王跃鹏 唐世斌 +4 位作者 刘向君 王培峰 高永伟 杨赟 梁利喜 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第3期599-607,共9页
黏土矿物水化作用引发的岩石结构解体现象与边坡滑坡、隧道塌方及钻井井壁坍塌等工程安全问题息息相关。为揭示深埋复杂条件下钠蒙脱石水化机理,运用分子模拟技术,开展了不同埋藏深度条件下钠蒙脱石水化过程的分子动力学模拟实验,验证... 黏土矿物水化作用引发的岩石结构解体现象与边坡滑坡、隧道塌方及钻井井壁坍塌等工程安全问题息息相关。为揭示深埋复杂条件下钠蒙脱石水化机理,运用分子模拟技术,开展了不同埋藏深度条件下钠蒙脱石水化过程的分子动力学模拟实验,验证了钠蒙脱石的水化膨胀特性,实现了对其水化过程中关键物理化学参数的定量分析。模拟结果表明,晶层间距随着层间含水率的增加而阶梯型上升,呈现分层现象。随着埋藏深度和层间含水率增加,钠蒙脱石体积增大,而密度相应减小。层间含水率增加,促进氢键增多,并显著提升水分子和Na^(+)离子的自扩散系数。深埋条件下,水分子及Na^(+)离子自扩散系数较常温常压显著增大。随着水分子层数的递增,Na-Ow、Na-Hw、Ow-Hw(水分子间),Ow-Ow以及Os-Hw的主峰峰值,呈现出逐渐减弱的趋势,而在不同埋藏深度条件下,这些主峰峰值则表现出差异性。随着水分子层数的增加,水的聚合程度先增加后有所降低,Na^(+)离子的配位数降低、聚合程度下降、离子水化数和水化半径变小。随着埋藏深度的增加,水的聚合程度差别很小,Na^(+)离子对应水化特征仅有微小降低趋势。该研究成果可用于指导石油钻井、煤层安全开采、边坡稳定性评估及隧道工程开挖等关键领域的理论分析与工程实践。 展开更多
关键词 钠蒙脱石 水化机理 分子动力学模拟 径向分布函数 自扩散系数 离子配位数
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