白垩系砂岩宏细观冻融损伤特性试验研究

为研究人工冻结对白垩系砂岩物理力学特性的影响,以粗粒、中粒砂岩为研究对象,分别开展了一次冻融前后砂岩饱和吸水率试验、氮气吸附实验;并进行20,-30,20℃等不同冻结过程下的强度测试。试验结果表明:2种岩石经历冻融作用后饱和吸水率均有所增大,粗粒砂岩饱和吸水率增加幅度较大。一次冻融循环后粗粒砂岩比表面积和孔容都增大而平均孔径减小,而中粒砂岩区别于粗粒砂岩的是,其孔容呈现减小趋势。冻融作用下两种岩石单轴抗压强度和弹性模量均有不同程度的降低,粗粒砂岩单轴抗压强度和弹性模量降低幅度大于中粒砂岩。低温冻结提高了试验岩石的单轴抗压强度,粗粒砂岩单轴抗压强度提高幅度大于中粒砂岩。揭示了饱和砂岩物理力学特性劣化内在机理,指出了岩体结构特征及饱和状况是控制不同冻结过程损伤状况的主要指标。     

各向异性花岗岩的力学参数及相关性

对花岗岩块及试样进行纵波速度测试、单轴压缩和巴西劈裂试验,确定材料的力学性质参数之间的关系。研究结果表明:花岗岩具有均匀、各向异性特征;岩石内裂隙面存在优势方向,沿其法向的纵波速度、抗拉强度及压缩弹性模量均较低,但单轴抗压强度未受其影响反而较高;另一方向的抗压强度因试样易于沿裂隙面劈裂而偏低,其他参数则较高,由此引起试样单轴抗压强度与弹性模量、纵波速度呈负相关性。     

预制裂隙几何参数对类岩材料破坏模式及强度的影响

采用岩石力学伺服试验机,对混凝土材料预制裂纹试件进行单轴压缩试验,根据试验结果分析裂隙参数(裂隙倾角和岩桥倾角)对试件破坏模式和试件单轴抗压强度的影响规律。研究结果表明,当以岩桥倾角分组时,60°岩桥倾角试件组单轴抗压强度最小;当以裂隙倾角分组时,75°裂隙倾角试件组单轴抗压强度最大。裂隙参数变化对于试件的破坏模式及其单轴抗压强度影响显著,并且不同破坏模式中起主要影响作用的参数不同。对于预制裂隙贯通破坏的试件,其微裂纹的搭接贯通模式及试件的单轴抗压强度主要受岩桥倾角影响;对于单裂隙微裂纹贯通破坏和无微裂纹发育的整体脆性破坏的试件,其破坏模式及单轴抗压强度则主要受到裂隙倾角的影响。     

酸性环境对岩石力学特性影响的试验研究*

为研究酸性环境对不同岩石力学特性的影响,分别对大理岩及红砂岩进行酸性溶液作用下的腐蚀试验,获得岩样酸性腐蚀过程中相对质量变化规律;同时测量记录酸性溶液p H的变化,并对岩样进行抗压抗拉试验,探讨不同岩石在酸性溶液作用下的力学特性及腐蚀效应。试验结果表明:经酸性溶液浸泡,大理岩表面出现不同程度的斜截面裂纹,红砂岩外表面的薄膜保护层被逐渐融化,无明显的裂纹产生,岩样外体积变化不明显;岩样刚开始浸泡在酸性溶液中时,岩样与酸性溶液发生激烈的化学反应,溶液的pH大幅提升并接近中性;随着浸泡时间的增加,pH改变逐渐减少并趋于稳定;经酸性溶液浸泡后,岩石的质量均呈现不同程度的下降,且大理岩较红砂岩的质量下降更为明显,岩石的单轴抗压强度及抗拉强度均显著下降,单轴抗压强度较抗拉强度下降更为明显,且大理岩的力学性能比红砂岩变化的更为明显。     

含不同倾角裂隙类岩石试件力学参数试验研究

基于相似原理,制备出含不同角度裂隙类岩石试件及完整试件,分别对试件进行单轴压缩试验,测出其单轴峰值强度、弹性模量和泊松比;通过巴西劈裂法,测得含不同角度裂隙的试件及完整试件的抗拉强度;通过进行三轴压缩破坏试验,测出其三轴峰值强度,并结合单轴峰值强度,画出裂隙试件及完整试件的莫尔应力圆,从而计算出它们的内摩擦角、内聚力,然后分析这些力学参数的变化规律。     

动力扰动和高温联合作用下砂岩力学特性及破坏特征

为分析不同动力扰动和温度条件下砂岩的力学特性和破坏特征,开展了单轴压缩试验和声发射试验。首先,对中粒径砂岩试件进行不同温度的加热;其次,进行单轴压缩并全过程监测声发射信号;最后,结合峰值应变、单轴抗压强度等数据,分析砂岩的力学特性及破坏特征。研究结果表明：循环扰动和温度作用对岩石强度影响极大,无循环扰动的试件抗压强度随温度升高而先上升后下降,其余试件抗压强度与两者呈负相关,且受温度影响更为显著;砂岩峰值应变随着温度升高呈先降低后上升的趋势,200℃为该类砂岩的拐点,砂岩峰值应变与循环扰动幅度呈正相关,有加速上升趋势,且对温度变化更敏感;试件临近破坏时,内部裂纹发展情况存在突变,R_A(上升时间与幅值之比)和F_A(平均频率)的分布明显变化。F_A/R_A>K的声发射信号急剧减少、F_A/R_AA/R_A的波动与实际物理过程一致且更提前,可作为岩石破坏先...     

不排气条件下低渗透岩石力学特性试验

以低渗透致密红砂岩为研究对象,开展了不同围压和孔隙气压下的常规三轴不排气试验,分析了不同应力路径下,围压与孔隙气压对岩石力学特性的影响。试验结果表明：围压对砂岩具有强化作用;随着围压增大,抗压强度与延性明显增大,多呈现剪切破坏形式;孔隙气压使砂岩的抗压强度降低,脆性提高,砂岩内部张力增大,对砂岩内部连续结构产生破坏,易产生劈裂破坏面。     

岩石抗压强度与试件尺寸相关性试验研究

针对江苏宜兴抽水蓄能电站提供的石英砂岩、砂岩、灰岩岩石试样进行抗压强度特性试验研究．依据岩石单轴压缩试验结果,将灰色预测改进GM(1,1)模型与跳变灰过程理论耦合,建立了风干状态、自然状态、饱和状态下岩石的单轴抗压强度与试件高径比之间的非线性关系式,利用该关系式可以很方便地在相关岩土工程中为相似岩石估算其强度值提供参考、借鉴．     

内蒙古阿拉善地区红层砂岩力学试验特性研究*

针对阿拉善沙漠世界地质公园范围内的敖伦布拉格峡谷与额日布盖峡谷的红色砂岩进行了岩石单轴、三轴压缩变形试验和岩石抗拉试验。得到以下结论:红层峡谷不同位置抗压强度不同,与野外观察到的岩层凹凸变化趋势能够相吻合;同一样品不同段的测试结果中抗压能力是有差别的,这可能与胶结在砂砾岩中的砾石分布不均匀有关;阿拉善红层砂岩力学特性与强风化砂岩力学特性相近,砂岩的内摩擦角随着风化程度的加剧而增大,凝聚力则随着风化程度加剧而减小,这可能是风化造成砂岩力学特性发生变化的原因。此成果填补了阿拉善地区红砂岩的基本力学特征信息的空白,对于研究峡谷地貌形成中的水动力和风动力具有参考意义。     

致密砂岩加热过程单轴抗压强度变化

为保证电加热技术在致密砂岩气藏增产时的井下安全,分析致密砂岩地层井周砂岩的单轴抗压强度变化规律,利用自研的高温岩样应变与声速测试装置、箱式电阻炉及50 KN力学实验机对高温状态下及高温冷却后的致密砂岩进行了单轴抗压强度试验,并结合热重分析、X衍射试验进行分析,研究表明：就抗压强度大小而言,高温状态下的砂岩试件普遍大于高温后（300 ℃时相反）;就变化趋势而言,高温状态下和高温冷却后的砂岩平均单轴抗压强度都在26~200 ℃阶段呈现上升的趋势,以及400~600 ℃阶段急剧下降,而在200~400 ℃阶段两组试验的变化趋势差别较大。针对本文中砂岩,其单轴抗压强度随温度的变化阈值存在于300~500 ℃这一区间内;对于高温状态下砂岩试件,当加热温度为200 ℃,砂岩的单轴抗压强度随恒温时间的增加而增大,而400℃时单轴抗压强度整体变化不大。研究结果对比揭示了高温下和高温后致密砂岩单轴抗压强度的不同变化规律,可为探究砂岩气藏井下电加热工程可行性提供参考。     

新延安隧道层状页岩力学性能试验研究

为研究新延安隧道层状页岩的力学特性和破坏特征，分析层理面不同倾角对岩石力学参数的影响，本文分别进行了不同层理角度下的室内单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂试验及数值单轴压缩和三轴压缩试验。通过室内试验分析，峰值强度随倾角增加呈先减小后增大的趋势；抗压强度呈“U”型趋势，弹性模量呈“V”型变化。通过大量数值模拟试验拓展了室内试验范围并分别拟合了抗压强度和弹性模量随倾角变化关系式；围压的增大弱化了页岩各向异性，但随着围压的不断增大弱化程度减小；黏聚力对层状页岩强度的弱化程度远远大于内摩擦角；抗拉强度随倾角的增大逐渐减小；倾角不同层状页岩的破坏模式也不同，单轴压缩时，0°为张拉破坏，30°~60°时发生由弱面控制的沿层理面发生的剪切滑移破坏，90°时产生劈裂张拉破坏。三轴压缩时不同层理面倾角的页岩试件主要发生剪切破坏。     

水化学及冻融循环对砂岩物理力学特性试验研究

以寒区砂岩为研究对象,考虑水化学溶液的侵蚀和冻融循环的影响,开展不同酸性条件下岩石冻融循环试验,引入岩石损伤变量,定量分析砂岩力学损伤规律。结果表明:随着酸性增强及冻融循环次数的增大,砂岩的弹性模量、抗压强度逐渐减小,砂岩内部损伤逐渐增大;酸性条件与冻融循环的耦合作用加剧岩石的损伤,酸性最强条件下(p H=2),经历60次冻融循环试件弹性模量、抗压强度下降55.70%和54.57%;分析砂岩的弹性模量、抗压强度及损伤变量与冻融循环次数关系,定量关系可表征为指数变化关系。建立岩石力学参数损伤变量,对水化学冻融循环耦合机理进行研究,探究岩石力学性质的劣化机制。研究成果将为不同水化学条件下寒区工程长期稳定性分析提供试验依据。     

石膏颗粒接触试验研究

利用岩石双轴流变试验仪,研究了石膏试件在单轴压缩和颗粒接触条件下的力学特性和破坏模式.结果表明:圆柱单轴压缩试件破坏模式为均匀受力下的一次性剪切破坏,球形颗粒接触试件破坏模式为应力集中下的颗粒破碎多次破坏;在利用离散元模型进行模拟时,同种材料单轴压缩试验的细观参数与颗粒接触试验的细观参数相差较大,不同的受力情况需要分别进行标定.     

温度循环对岩石物理力学性质影响试验研究

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定,并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明：花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

温度循环对岩石物理力学性质影响

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定;并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明,花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

塔里木盆地克深前陆冲断带储层岩石力学参数研究

综合采用岩石单轴压缩试验、三轴压缩试验及测井资料计算,对塔里木盆地克深前陆冲断带单井的岩石力学参数进行分析,通过单轴-三轴校正及动态-静态校正,确定静态岩石力学参数的单井剖面,利用高斯插值对岩石力学参数空间分布特征进行研究,并分析岩石力学参数与地层深度的关系。结果表明:岩石力学参数的空间分布主要与岩相有关,并在一定程度上反映了储层物性特征,弹性模量、内聚力和抗压强度大而泊松比小的区域储层物性相对更好;随着地层深度的增加,弹性模量、内聚力和抗压强度逐渐增加而泊松比逐渐下降;利用岩石力学参数与地层深度的关系以及断层带岩石力学参数的经验比例,可以对不同地质单元的岩石力学参数进行取值,为后续的地应力场及储层裂缝数值模拟奠定基础。     

藏式毛石砌体抗压强度对其弹性模量和峰值应变预测

抗压强度与弹性模量和峰值应变是藏式毛石砌体力学性能的三个重要参数;通过毛石砌块和泥浆黏材获得毛石砌体抗压强度,但砌块不规则性和砌筑工艺随机性的影响导致该类砌体弹性模量、峰值应变较难获得。以抗压强度预测弹性模量和峰值应变是为了研究此类砌体变形特征和力学特性。采用西藏传统砌筑工艺砌筑8个毛石棱柱体试件,对棱柱体试件进行单轴压缩力学测试,获得毛石砌体抗压强度、位移-荷载曲线、破坏形态等。优化抗压强度表达式中砌块与泥浆相关影响系数,以抗压强度预测其弹性模量、峰值应变。试验结果表明,该类砌体抗压强度较低且具有阶段性变形特征,位移-荷载曲线与其他类型砌体对比存在差异。弹性模量和峰值应变预测值与其他毛石砌体对比发现吻合度较好,且三者间具有很强的关联性。本文可供毛石砌体单轴压缩性能研究参考。     

不同冻融状态下白垩系常见岩层物理力学特性对比分析

为研究冻融过程对白垩系常见岩层物理力学特性的影响,选取甘肃新庄煤矿白垩系富水层中揭露的粗粒砂岩、中粒砂岩和泥岩,分别开展了常温、冻结、解冻后饱和吸水率试验,并对岩石在常温状态(20℃)、冻结状态(-30℃)和解冻后(20℃)进行单轴压缩试验,分析了在常温、冻结和解冻条件下岩石的饱和吸水率、抗压强度、弹性模量的变化情况,探讨了岩石由于冻融作用而产生的物理力学性质损伤。试验结果表明:低温冻结对泥岩的单轴抗压强度提升程度最大,解冻后粗粒砂岩强度折减程度最大;冻结使粗粒砂岩的塑性增强,使泥岩和中粒砂岩的脆性增强,解冻后3种岩石的塑性均增强;粗粒砂岩在弹性模量方面对冻融作用最为敏感;在相同冻结温度下,孔隙率是影响冻融损伤程度的关键因素,对应的孔隙率最高的粗粒砂岩冻融损伤程度最为显著。     

基于正交试验的岩石细观力学参数数值研究

利用颗粒流程序,基于平直节理接触模型,进行了七因素三水平的正交数值试验,研究了接触面单元数N、平直节理模量Ec、平直节理刚度比kr、摩擦系数μ、平直节理抗拉强度σc、平直节理黏聚力c和平直节理内摩擦角θ等7种细观参数对岩石宏观力学参数的影响.研究结果表明:N、σc和c是影响岩石强度特性的显著性因素,岩石抗拉强度、单轴抗压强度和黏聚力与N呈负相关关系,与σc和c呈正相关关系;Ec和kr则是影响岩石变形特性的显著性因素,Ec主要对弹性模量起控制作用,kr主要影响岩石的泊松比和弹性模量,岩石的弹性模量与Ec呈正相关关系,与kr呈负相关关系,泊松比与kr呈正相关关系;摩擦系数对岩石宏观参数的影响与围压有关,围压可诱发颗粒间的剪切滑移机制;θ只对单轴抗压强度、黏聚力和内摩擦角产生一定的影响,但并不显著,对其余宏观参数几乎不产生影响;细观参数标定实例表明基于正交试验标定岩石细观力学参数的方法是可靠的.     

乌鲁木齐地铁隧道互层岩体力学特性的离散元数值分析

为了研究乌鲁木齐地铁隧道中强风化泥岩、砂岩组成的互层岩体力学特性,本文首先在乌鲁木齐泥岩、砂岩物理力学参数获取的基础上,对互层岩体物理力学参数进行微观参数标定,然后通过颗粒流数值模拟单轴压缩试验,分析了互层围岩层厚、层厚比、岩层倾角及层厚比与岩层倾角共同作用下互层岩体力学特性响应规律。分析结果表明：互层围岩的层厚与其单轴抗压强度呈负相关关系;随着互层围岩层厚比的增加,其单轴抗压强度在降低,且降低梯度逐渐减小;互层围岩倾角的增加使单轴抗压强度的变化大体呈U字形变化趋势,在岩层倾角为40时,单轴抗压强度达到最低;围岩倾角与层厚比的组合对单轴抗压强度的影响比较明显,且在围岩倾角为0、20及80,围岩层厚比为0~0.2的范围之间最为明显。研究成果对乌鲁木齐互层岩体稳定性评价与预测预报具有一定的理论指导意义。