低强度相似材料正交配比试验

为准确地配出满足相似模拟试验需求的低强度相似材料,以沙子为骨料,粉煤灰和石膏为胶结料,采用正交试验的方法进行配比试验研究.试验结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,能满足不同比例模拟试验对相似材料的要求;相似材料的抗压强度和弹性模量皆随砂胶比和胶结物比例的增加呈现明显的减小趋势,砂胶比与材料的抗压强度和弹性模量近似呈线性关系,胶结物比例与材料的强度和弹性模量近似呈现乘幂关系;采用极差分析法分析了砂胶比和胶结物比例的敏感度,并作出了其对相似材料力学参数影响的直观分析图,胶结物比例较砂胶比对材料的抗压强度和弹性模量的影响皆更为显著.该成果对相似模型材料配比的选取具有定的参考价值和指导意义.     

固结作用粘土与重塑土剪切破坏特性实验研究

实验材料和配比对模型实验规律影响很大,配制合理的强度参数和选取准确的材料配比是至关重要的。利用直剪实验装置,研究固结条件下黏土与重塑土剪切破坏特性,得到不同材料和配比试样剪切破坏特征及对剪切强度参数的影响规律,确定合理的抗剪强度参数材料配比,为进一步研究模型实验规律提供科学依据。     

不同煤岩组合体力学特性的数值模拟研究

为研究不同煤岩组合体力学特性和声发射特征,利用RFPA2D数值模拟软件,对不同围压和不同组合倾角条件下的泥岩煤组合体,粉砂岩煤组合体及石灰岩煤组合体进行了模拟。结果表明,单轴压缩时不同煤岩组合体应力应变曲线相似,其峰值强度均接近煤体的单轴抗压强度;煤岩体强度随着组合体间倾角的增大而减小,煤岩体中岩体的强度越高,煤岩体越早出现强度的迅速衰减;煤岩组合体的内摩擦角随着组合体倾角的增大而减小,而内聚力随着倾角增大先增大后减小;随着围压的升高,煤岩组合体的声发射振铃计数最大值经历了一个先减后增的过程,组合体中岩石强度越高,声发射最大振铃计数值越高。     

新近系软岩模拟材料的单轴抗压实验特性

采用相似材料模拟的方法对新近系(原上第三系)软岩的力学特性进行研究.选择了4种模拟材料方案,制作成重塑样,研究其力学特点是否符合软岩的特征.对制作好的模拟材料式件进行单轴抗压实验,采集实验曲线,分析其力学特征.得到材料了的弹性模量,泊松比,密度等力学参数.得出影响材料强度及变形特征的主要因素是水胶比和胶结材料.从这些方案中选出符合软岩特征的方案及配比.运用多项式拟合方法分析出所选材料单轴本构关系,并与已有关系方程进行对比,验证实验及拟合方程的准确性.得出了所选材料应力-应变关系的经验公式.     

急倾斜煤层沿空留巷的巷旁充填技术

针对急倾斜煤层沿空留巷巷旁充填技术难题,分析了新强煤矿巷旁充填材料合理配比及充填体承载特性,利用FLAC3D数值模拟软件分析了巷旁充填体及巷道围岩变形规律。结果表明:试件在一定的充填料配比条件下,随着水灰比的增加其抗压强度明显降低,新强煤矿充填材料水、水泥、沙子、矸石理想配比为1∶2∶4∶4;留设巷道顶底板的活动剧烈程度与距工作面距离相关,导致巷道顶板移近量不同;巷旁充填材料配比强度高于10 MPa,可以满足新强煤矿巷道围岩变形及充填体强度要求。     

煤岩组合体分级循环加卸载力学特性的实验研究

使用MTS815岩石力学实验系统,对煤岩组合体进行单轴分级循环加卸载实验,对煤岩组合体在分级循环加卸载实验条件下的力学特性进行分析。研究结果表明:在单轴分级循环加卸载实验条件下,煤岩组合体破坏以剪切破坏机制为主;与单轴抗压强度实验结果相比,在单轴分级循环加卸载作用下,煤岩组合体内部微观裂纹得到扩展,试样的整体强度降低,试样破坏更彻底;在分级加卸载过程第1阶段中,煤岩组合体单循环应变曲线及能耗曲线呈现先骤然下降然后平缓下降的趋势,初始应力与耗散能和应变呈现正相关关系。     

固化夯土材料强度特性与耐久性能试验

随着生态建筑的大力推广,夯土技术被广泛应用.基于改良夯筑方法,针对含有不同黏土矿物的膨润土、高岭土和天然土的夯土试样,开展以水泥和石灰为固化剂的11种不同配比,4种养护龄期(3、7、28、56d)条件下的无侧限抗压强度(un-confined compressive strength,UCS)试验和吸水试验,研究固化夯土材料强度特性以及耐久性能.研究结果表明:随养护龄期的增加,膨润土试样的强度逐渐增强,高岭土试样的强度先增加而后小幅衰减,而对于天然土试样,仅当水泥和石灰等量配比时,其强度先增加而后减小,其余配比条件下,试样强度逐渐增强;对于同一类试样,水泥在试样耐久性和抗风化能力方面相较于石灰表现出更好的固化作用,但石灰含量的变化对试样强度的影响效果各不相同;整体而言,3种试样中高岭土表现出最优的强度和耐久度,其次是天然土,膨润土试样的强度和耐久度最差.进一步对实验结果进行了拟合并得到固化夯土试样无侧限抗压强度增长函数模型,该函数能良好地描述其夯土材料强度增长规律.     

组合煤岩结构体冲击倾向演化数值模拟

针对单纯以煤层或顶板岩层进行煤层冲击倾向性判定存在"低估"问题,采用RFPA2D模拟软件开展不同高度比和不同顶板强度、厚度、均质性及接触面角度下组合煤岩结构体的冲击倾向性数值试验.研究结果表明:组合煤岩结构体冲击倾向性高于纯煤层或岩层测定结果,更接近实际.随着顶板强度、厚度、均质性的增加,组合煤岩结构体冲击倾向性增强,随接触面角度的增大,其单轴抗压强度降低,峰后塑性变形阶段越来越明显.在接触面角度一定的情况下,随着顶板岩体强度的增加,组合煤岩结构体冲击破坏声发射累计释放能量减弱.     

煤岩声发射机理及实验研究

利用煤岩损伤理论和煤岩材料的固有缺陷分布特征,推导了煤岩破坏过程中的声发射理论模型,建立了岩石声发射率与应变过程、加载速率、材料均质度、初始损伤、材料固有特性等的理论关系;通过实验验证了该模型的正确性;理论推导、计算机模拟和实验室试验证实,均质度不同的岩石等材料应变过程中,声发射率变化规律有3种模式,即随应变增加,声发射率(指数)上升型、先升后降型和平稳型.工程实际应用中,应根据岩石等材料具体分析,掌握岩石等材料破坏前兆规律,才能根据声发射变化特征判断材料破坏动态.图4,参8.     

煤岩组合体破坏过程RFPA~(2D)数值模拟

为研究不同组合条件下煤岩组合体的力学特性及破坏过程,使用RFPA~(2D)软件,采用位移加载方式,对不同倾角、围压下的煤岩组合体进行数值模拟,研究单轴和三轴条件下不同煤岩组合体的破坏机制,分析了围压、倾角对煤岩组合体强度的影响.研究表明:单轴压缩时煤岩组合体的强度接近煤体的单轴破坏强度.三轴压缩时煤岩组合体的强度随着倾角的增大先缓慢降低后迅速降低.围压越大组合体强度越高,但强度提高值随着围压的增大降低.煤岩组合体的内摩擦角随着倾角的增大减小,内聚力随着倾角的增大均先增大后减小.组合体单轴压缩破裂情况基本相同,破坏基元主要分布于煤体中,三轴压缩时组合体的破裂出现了3种情况.     

基于平行黏结模型的类岩石材料宏细观参数影响

为了研究材料宏观力学特性与细观参数的关系并进行细观参数标定,将平行黏结模型作为颗粒的接触模型,对颗粒流程序中的细观参数进行正交试验设计,结合室内试验确定类岩石材料的细观参数。结果表明:类岩石材料宏观弹性模量主要由颗粒模量、平行黏结模量以及半径乘子影响;法向黏结强度与切向黏结强度共同影响抗压强度,且不同黏结强度比对裂纹的分布有影响;泊松比主要由颗粒刚度控制,且颗粒刚度越大,剪切裂纹占比越大。物理试验与数值模拟的峰值应力接近,应力-应变曲线基本吻合,裂纹扩展形态一致,表明细观参数结果可靠,为其他岩石材料颗粒流模拟提供借鉴。     

冲击载荷作用下砂岩的动力学特性及能耗规律

采用分离式霍普金森(SHPB)压杆装置对砂岩进行动态冲击压缩试验,通过不同的加载气压实现不同应变率条件下对煤矿区的砂岩进行冲击压缩,以此来分析煤矿区砂岩的动力学特性以及能量损耗规律。根据试验结果分析可得,应力-应变曲线反映出砂岩的动态弹性模量及峰值应力都表现出明显的应变率效应,动态压缩强度表现出很强的应变率效应,两者之间呈现线性关系;在动态冲击压缩中,动态抗压强度高于静态抗压强度,通过动态强度增长因子DIF可以反映岩石在动载条件下的强度指标;随着应变率的增大,砂岩试样单位体积吸收破碎耗能增加,试样破坏更严重,破坏程度与单位体积破碎耗能之间形成很好的对应关系。同时借助SEM扫描电镜分析冲击压缩后试样微观条件下的破坏模式,结合宏观上的破坏形态共同分析岩石的损伤特性。     

Microstructure and properties of mullite-based porous ceramics produced from coal fly ash with added Al_2O_3

Using coal fly ash slurry samples supplemented with different amounts of Al_2O_3,we fabricated mullite-based porous ceramics via a dipping-polymer-replica approach,which is a popular method suitable for industrial application.The microstructure,phase composition,and compressive strength of the sintered samples were investigated.Mullite was identified in all of the prepared materials by X-ray diffraction analysis.The microstructure and compressive strength were strongly influenced by the content of Al_2O_3.As the Al/Si mole ratio in the starting materials was increased from 0.84 to 2.40,the amount of amorphous phases in the sintered microstructure decreased and the compressive strength of the sintered samples increased.A further increase in the Al_2O_3 content resulted in a decrease in the compressive strength of the sintered samples.The mullite-based porous ceramic with an Al/Si molar ratio of 2.40 exhibited the highest compressive strength and the greatest shrinkage among the investigated samples prepared using coal fly ash as the main starting material.     

点荷载试验确定煤岩抗压强度的研究

点荷载试验是较常用的测定岩石抗压强度的一种方法。为了探究点荷载试验确定抗压强度的相关性,对取自黄陵2号煤矿410巷道顶底板的煤岩试样分别进行点荷载试验与单轴抗压试验,统计分析表明：点荷载试验结果准确合理,有较强统计性;不规则煤岩试样尺寸对点荷载强度标准值具有微弱影响,试样长度满足要求前提下不宜过大,宽度以60~80mm最优,高度以45~55mm最优;点荷载试验在该工程中得到较好应用,确定了通过点荷载强度标准值与抗压强度值之间的强度转换系数K=21.76,为该工程后期设计参数的取值提供参考借鉴意义。     

Using HyperCoal to prepare metallurgical coal briquettes via hot-pressing

HyperCoal was prepared from low-rank coal via high-temperature solvent extraction with N-methylpyrrolidone as an extraction solvent and a liquid-to-solid ratio of 50 mL/g in a high-temperature and high-pressure reactor. When HyperCoal was used as a binder and pulverized coal was used as the raw material, the compressive strength of the hot-pressed briquettes(each with a diameter of 20 mm and mass of 5 g) under different conditions was studied using a hot-pressing mold and a high-temperature furnace. The compressive strength of the hot-pressed briquettes was substantially improved and reached 436 N when the holding time period was 15 min, the hot-pressing temperature was 673 K, and the HyperCoal content, was 15 wt%. Changes in the carbonaceous structure, as reflected by the intensity ratio between the Raman G-and D-bands(IG/ID), strongly affected the compressive strength of hot-pressed briquettes prepared at different hot-pressing temperatures. Compared with cold-pressed briquettes, hot-pressed briquettes have many advantages, including high compressive strength, low ash content, high moisture resistance, and good thermal stability; thus, we expect that hot-pressed briquettes will have broad application prospects.     

锦屏大理岩相似材料制备及其力学性能分析

基于深埋隧洞围岩岩爆模拟实验的需要,以锦屏大理岩为工程背景,采用石英砂、重晶石砂、重晶石粉、松香和酒精研制了一种新型的以松香作为胶结剂的岩石相似材料。通过多次试配总结了相似材料的制备方法,以粗细骨料质量比例和松香用量2个参数为主要变量,制作了16组不同配比的试样,开展了单轴压缩实验,并测算了试样的重度。实验结果表明,相似材料的抗压强度和弹性模量受松香用量的影响较大,拟合得到了抗压强度-松香掺量关系式,并计算得到了模拟锦屏大理岩的材料配比。为提高相似材料的适用性,对材料比重和弹性模量的调整方法进行讨论得出,可以将重晶石砂替换为石英砂以调节材料重度,在材料中掺入少量的硅油或橡胶粉,可以调节其弹性模量。     

基于煤演化程度的煤储层渗透率发育机理初探

探讨渗透率的发育机理,将为煤层气的勘探选区提供重要的理论基础。本文以煤岩力学性质为切入点,分析了地应力和煤储层渗透性的相关关系,探讨了不同煤阶演化阶段岩石力学参数（弹性模量、泊松比、体积模量）,提出了煤阶与地应力联合作用下的煤储层渗透率的发育特征。研究表明：地应力控制煤储层天然裂隙开启程度和方向,改变储层的孔隙结构;而煤岩热演化可以改变岩石力学性质。二者共同控制煤储层裂隙的大小,进而影响煤储层渗透率的发育。     

深部开采岩爆预测的神经网络方法

岩爆是深部高地应力岩石地下工程中的一种常见灾害,其影响因素之间存在着极其复杂的非线性关系。在综合分析基础上,选取开采深度、围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值、岩石单轴抗压强度和抗拉强度比值、岩石冲击性倾向指数作为岩爆预测的评判指标。应用人工神经网络方法,建立了岩爆预测的计算模型,利用国内外一些深部开采、岩石地下工程资料作为学习样本和测试样本对模型进行训练。该模型成功应用于某矿巷道的岩爆预测,预测结果与实际情况一致,此研究为深部开采岩爆预测提供了新的途径。     

基于离散元和全析因实验设计的BPM力学参数

为研究岩石微观力学参数与宏观力学性能之间关系并提高岩石破碎离散元仿真效率,从破碎原理出发,基于EDEM进行单轴压缩数值分析,研究摩擦系数、材料剪切模量、微观颗粒个数、平行键强度和刚度对岩石抗压强度和宏观刚度的影响.再通过全析因实验设计得到影响岩石力学性能关键的主效应和交互效应,并以此为变量运用回归方法对黏结颗粒模型(bonded particle model,简称BPM)的宏观力学参数进行预测并进行方差、拟合优度和残差分析.仿真及物理实验结果证明该预测模型可行,误差率小于10%.