天然氣水合物被認(rèn)為是本世紀(jì)最具潛力的新能源，其巨大的能源儲量吸引了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，目前室內(nèi)模擬原位含水合物沉積物的制樣方法依然沒有得到有效解決。

　　原位土中經(jīng)過長時間的地質(zhì)作用，水合物的飽和度較高，由于甲烷氣體的溶解度太低，水氣界面的限制使水合物合成極其緩慢，在室內(nèi)使用飽和法制備含水合物土?xí)r，很難合成和原位一樣高飽和度的試樣，但通過水合物粉混合法制樣可解決該問題。然而傳統(tǒng)制備純水合物的方法只是通過機(jī)械攪拌水體形成氣泡的方法增大氣體與水的接觸面積來合成水合物，但這種方法合成水合物的時間較長且制備的效率很低，合成后也不易與土樣混合制備土樣。

　　中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所韋昌富研究團(tuán)隊圍繞該問題研制了氣體水合物噴射合成裝置（圖1），該裝置通過在高壓低溫的環(huán)境中噴射水霧，氣體在與水霧接觸后會快速合成水合物粉末，如何控制水壓和氣壓的大小，如何控制水霧的粗細(xì)才能使噴出的水霧合成水合物是該裝置主要解決的問題，在噴射合成水合物的過程中，可通過反應(yīng)釜上的視窗觀察水合物合成的過程，水合物制備過程耗時短，效率高，隨用隨制，為制備純水合物提供了便利。

　　使用合成的水合物粉制備含水合物土進(jìn)行直剪試驗，試驗結(jié)果表明，與非飽和制樣法相比，水合物粉混合法表現(xiàn)出明顯的摩擦材料的特性（圖2），相同水合物飽和度下，水合物粉混合法制備土樣的強(qiáng)度低于非飽和法制備土樣的強(qiáng)度。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表于《巖土力學(xué)》，相關(guān)技術(shù)已申請專利，研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目的資助（51939011）。

　　論文鏈接：http://ytlx.whrsm.ac.cn/CN/10.16285/j.rsm.2020.1847

圖1  水合物噴射合成裝置及其水合物噴射過程 

　　　　  圖2 不同賦存模式下含水合物土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線對比

（文/圖 土動力學(xué)組）