页岩声学参数与力学参数相关性的试验研究

用实验方法探讨了页岩的波速和衰减系数与抗压强度、弹性模量,泊松比的相关性。结果表明:1纵波波速建立的力学参数模型比横波波速模型的相关性要好;2除纵波波速与弹性模量模型的相关性较好外,纵波波速反演抗压强度、泊松比的误差较大;3纵波衰减系数与弹性模量、泊松比、抗压强度分别呈正相关指数、负相关线性和负相关多项式关系,且纵波衰减模型比波速模型的拟合效果好;4综合考虑波速和衰减系数建立的抗压强度模型、弹性模量模型、泊松比模型比单一因素模型反演精度更高,纵波波速和衰减系数。综合模型的相关性系数均大于0.85,完全能满足工程需要。其中横波的波速、衰减系数的抗压强度模型与纵波的波速、衰减系数模型预测结果相近,可用以验证纵波抗压强度预测效果。     

闪长岩力学性能实验

针对燕山期的蚀变闪长岩静动态基础力学参数缺乏的问题.采用现场取样、现场试验及实验室实验的方法,分别对闪长岩岩石样本进行了密度测试、点载荷仪的点载荷试验、压力机的单轴抗压强度试验和声波测试仪的纵横波测试试验.得到了该燕山期蚀变闪长岩的密度为2 848 kg/m3、点载荷强度为7.12 MPa,单轴抗压强度为140.68 MPa,纵波平均波速为4 797 m/s,横波平均波速为2 705 m/s,并在此试验数据基础上运用弹性波理论计算公式得出了该闪长岩试件的动弹性模量52.8GPa和动泊松比0.267.该试验结果为制定井筒爆破方案设计及确定脆性岩石材料本构模型参数提供参考数据.     

西沙群岛珊瑚礁灰岩物理力学特性试验研究

珊瑚礁灰岩是一种特殊的岩土类型,由于其物质组成、结构和发育环境的特殊性,导致其具有独特的物理力学特性.文章通过对西沙群岛珊瑚礁灰岩的室内物理力学特性展开试验,设定试验流程,分析珊瑚礁灰岩的纵波波速试验、密度试验、孔隙率试验及单轴抗压强度试验等结果,采用回归分析方法,提出珊瑚礁灰岩岩块密度ρ与纵波波速V_P、孔隙率n与干燥波速V_P以及单轴抗压强度R与岩块纵波波速V_P的回归方程.     

片岩损伤裂隙系统定量表征方法适宜性分析

岩石损伤过程实质上是内部裂隙系统发育、扩展的过程,定量表征岩石裂隙率是间接获得岩石力学特性损伤劣化规律的关键。首先,通过冻融循环试验和压缩试验,得到武当群片岩单轴抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角等力学参数与冻融循环次数关系。采用CT扫描和超声波测试方法,分别得到试样CT数与冻融循环次数、纵波波速与冻融循环次数之间的关系。对CT数、纵波波速变化规律与力学参数变化规律进行相关性分析,结果表明,纵波波速与片岩力学参数相关性更显著,主要原因可能是超声波更适合于测试微观损伤裂隙。研究结果对于岩石损伤裂隙系统定量化表征具有一定参考价值。     

片岩损伤裂隙系统定量表征方法的适宜性

岩石损伤过程实质上是内部裂隙系统发育、扩展的过程,定量表征岩石裂隙率是间接获得岩石力学特性损伤劣化规律的关键。首先,通过冻融循环试验和压缩试验,得到武当群片岩单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角等力学参数与冻融循环次数关系。采用CT扫描和超声波测试方法,分别得到试样CT数与冻融循环次数、纵波波速与冻融循环次数之间的关系。对CT数、纵波波速变化规律与力学参数变化规律进行相关性分析。结果表明,纵波波速与片岩力学参数相关性更显著,主要原因可能是超声波更适合于测试微观损伤裂隙。研究结果对于岩石损伤裂隙系统定量化表征具有一定参考价值。     

岩石动力学参数的随机性研究

通过单轴SHPB实验,对大量花岗岩和大理岩试样的动态抗压强度、纵波波速进行了测试,对实验数据的计算表明:抗压强度的离散性较小,偏离系数只有20%左右,纵波波速和动弹性模量的离散性较大,达到了40%以上.     

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。     

三轴应力下饱和水砂岩动静态弹性参数的试验研究

建立了一套试验装置，以解决含水岩样变形的电阻应变片测量问题，并实现有孔隙压力的三轴应力下饱和水岩样纵、横波速度和变形的同步测试，通过时８块砂岩岩样的测试，初步得出了饱和水砂岩波速和动静态弹性参数随应力状态变化的基本规律，给出了岩石静态弹性模量和静态泊松比随岩石密度、孔隙度和围压等参数变化的多元线性回归关系式，并对动、静态弹性参数间的关系进行了初步分析。     

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。     

制备岩石试样的高温预损伤方法及应用

通过高温加热预损伤试验,分析花岗岩密度、纵波波速、单轴抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量随温度的变化规律,提出岩石加热损伤效应评价方法,并将高温损伤后的岩样应用到滚石碰撞试验中,以检验该方法的可行性。研究结果表明:随着加热温度升高,花岗岩的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、纵波波速逐渐降低,当温度低于400℃时,变化幅度较小;在400~600℃时,试样的强度和弹性模量降低程度加剧;在800℃以上时,试样损伤严重,抗压强度、抗拉强度、弹性模量仅为常温下的10%~35%。因此,采用控制温度加热方法,可获得不同质量和不同物理力学性质的预损伤岩石试样。加热温度越高,滚石碰撞越破碎,高温损伤效应越显著。     

水平层理棱柱形灰岩抗压强度尺寸效应

为研究得到棱柱形含水平层理岩石试样与标准圆柱形岩石试样在单轴压缩试验下物理力学性质变化规律及破坏形态之差别,制备9组不同高径比棱柱形灰岩试样进行室内单轴压缩试验,并基于灰色理论GM(1,1)模型对试验数据进行拟合。研究表明:水平层理棱柱形岩石试样破坏过程与圆柱形岩石试样破坏过程基本相同但破坏形式存在差异;当高径比小于2∶1时抗压强度、弹性模量随高径比的减小而减小,泊松比、峰值应变随高径比的减小而增大,破坏形式从简单的对顶锥型劈裂发展到对顶锥型劈裂+沿层面拉裂破坏;相反高径比大于2∶1时抗压强度、峰值应变随高径比的增大而显著减小,而弹性模量、泊松比减小微弱且破坏形式主要为贯通试样的劈裂破坏;研究结果可为非标准形试样及岩石加筋材料工程试验抗压强度换算提供依据。     

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。     

川东北飞仙关组岩石动力特性的试验

以川东北飞仙关组岩石(砂岩、灰岩)为实验试件,利用自行设计的声波测试装置,应用声波测试技术对川东北飞仙关组岩石的动力特性进行了室内试验研究,测出了岩石试件的弹性波速(纵波波速Vp、横波波速Vs),并获得该类岩组的一系列动弹性参数(动弹性摸量Ed、动泊松比Vd、动剪切模量G、动体积模量K).并根据试验结果分析了岩石的物理力学性质.结果表明,该实验的原理和方法可为相关工程所利用.     

酸化作用下页岩超声波透射试验研究

为了探索碳酸（H2CO3）对页岩酸化作用引起的声学特性变化特征,以修武盆地海相页岩为研究对象,通过超声波透射试验方法研究了页岩试样被H2CO3处置后的时域信号、频域信号、波速、衰减系数等特征。研究结果表明,页岩试样被H2CO3处置后,超声波纵波和横波在页岩中的传播时间延长,纵波与横波幅值均呈现明显的下降特征;超声波频域内最大振幅下降,主频向低频方向发生偏移,部分页岩试样主频发生畸变;超声波纵波与横波波速均下降,纵波与横波衰减系数均增大。页岩试样被H2CO3处置后呈现的声波特性变化特征,反映出H2CO3酸化作用导致页岩孔隙度增大或者产生了破坏裂隙。     

冻融循环条件下灰岩力学性能试验研究

为研究灰岩在不同冻融循环条件下岩石物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2 000 KN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明：随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,随着冻融次数的继续增加,塑性特征逐渐明显,岩样脆性逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。     

冻融循环条件下灰岩物理力学性能试验

为研究灰岩在不同冻融循环条件下物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2 000 kN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明:随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,进一步增加冻融循环次数,岩样塑性特征越来越明显,脆性特征逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。     

层状岩石动静态力学参数相关性的各向异性

本文在系统测试分析层状岩石单轴抗压强度、弹性横量及弹性纵波波速各向异性规律的基础上，研究了层状岩石单轴抗压强度及弹性模量与弹性波速间相关性的各向异性规律，从而为工程实践过程中建立合理的相关方程提供了科学依据。     

塔里木X区古近系膏泥岩层力学性质分析

对塔里木X区古近系膏泥岩进行取样,镜下鉴定表明其主要成分为硬石膏和泥质,进行室内声波测试和力学测试,结果表明：85℃范围内波速的温度效应可以忽略不计;硬石膏泥岩的波速值比膏质泥岩大（约1.4倍）,但泥质含量高的膏质泥岩在有效围压不断增加过程中波速平均增量约为硬石膏泥岩的2倍;膏泥岩动模量变化规律与波速类似;泊松比变异系数为21.7%,离散度高,各阶段增减变化比较杂乱,但变化量级较小;单轴条件下膏泥岩为脆性变形,三轴条件下为弹-塑性变形,硬石膏泥岩的抗压强度、静弹性模量及静泊松比都比膏质泥岩大得多,温度条件对两类岩性岩石力学参数的影响程度不大;岩样抗张强度与三轴抗压强度线性正相关,内聚力和内摩擦角与波阻抗线性正相关;通过动静参数对比,表明两种岩性服从相似的变化规律,可以对整体进行拟合。最后计算出该区正常压实关系式,并根据Eaton法与相关地层压力测试对比计算出古近系地层压力系数,结果表明古近系压力系数大约在1.1~1.2左右变化,该压力系数表明膏泥岩层的压力梯度变化要大于一般压实层,按此压力系数近似计算该区古近系剩余压力在3.5~7.2MPa左右。该研究可以为深入分析古近系膏泥岩层力学性质、制定合理钻井液密度、高效钻探及制定完井方案等方面提供一些参考。     

陶瓷纤维增强混凝土高温损伤的超声特性

通过超声波检测和抗压强度试验对高温后陶瓷纤维增强混凝土（CFRC）的损伤特性进行了研究,分析了加热温度和冷却方式对抗压强度、纵波波速和主频带来的影响。分析表明,随着温度的升高,CFRC性能不断劣化,抗压强度、纵波波速及主频总体呈下降趋势;400 ℃为CFRC性能突变的临界温度,400 ℃之前,其劣化程度较小,且抗压强度与主频在400 ℃时有所回升,400 ℃之后,劣化速率明显增大,结构性能急剧下降;同自然冷却情况相比,浇水冷却后CFRC各项性能指标下降更为严重;纵波波速在1.0～3.5 km/s内与抗压强度具有正相关性,在3.5～4.5 km/s内两者相关性不确定。利用纵波波速定义的损伤变量能较好地反映高温后CFRC内部损伤的演化规律。     

初始损伤对脆性岩石抗压力学性质的影响

基于现有各向同性损伤本构理论,提出岩石初始损伤定义及其计算方法。初始损伤表示为加载前的损伤岩石弹性模量相对无损岩石弹性模量的劣化程度。对不同初始损伤的玄武岩试样进行单轴抗压试验,定量分析初始损伤对玄武岩的应力与应变关系、强度、破坏应变、初始泊松比和应变软化性质等的影响,给出单轴抗压强度、初始泊松比等力学参数随初始损伤变量变化的规律及拟合公式。研究结果表明:只有当岩石初始损伤超过损伤门槛值即无损岩石破坏时对应的损伤值时,岩石抗压强度随初始损伤增大而显著减小;与峰值应力对应的应变随初始损伤增大而近似呈线性增大趋势;岩石初始泊松比随初始损伤增大近似呈指数增大;初始损伤越小,应力峰值后的岩石破坏越显脆性。