不同饱水度下红砂岩动静态力学试验

基于φ100 mm SHPB试验平台和液压伺服试验机,对4种饱水度下红砂岩进行动、静态压缩试验,探究了饱水度对岩石强度、峰值应变、峰值模量及应变率效应的影响规律,并从细观角度对实验结论进行分析,得出:饱水度对岩石强度的影响存在临界值S_l,饱水度小于临界值S_l时,强度随饱水度的增加而线性降低,当饱水度达到S_l后,随着饱水度的增大,岩石强度的变化幅度非常小;峰值应变在饱水度为0.42时出现极小值,动态试验条件下的峰值应变对饱水度更为敏感;峰值模量随饱水度的增大而线性减小;从细观角度探究饱水度对峰值模量的影响,应主要把握3个关键参数:矿物颗粒和粒间胶结物的受力能力、协调变形能力以及孔隙发育程度;随着饱水度的增大,岩石力学性质的应变率效应越来越明显。其中,饱水度对岩石强度应变率效应因子影响最大,对峰值应变应变率效应因子影响次之,对峰值模量应变率效应因子影响最小。     

超宽带雷达波在煤体中的传输衰减特性

为研究超宽带雷达波在煤体中的传输衰减特性,通过NS-187矿用射频信号衰减系统,测试中心频率为400 MHz时的超宽带雷达波在厚度分别为25,45,65,85 cm的褐煤、长焰煤和贫瘦煤中的传输衰减信号。分析其信号中正负峰值的变化规律,得出超宽带雷达波的衰减特点。结果表明:随煤体厚度的增加,超宽带雷达波的信号衰减呈递增趋势。在相同煤体厚度下,褐煤变质程度最低,超宽带雷达波衰减程度最大,长焰煤次之,贫瘦煤变质程度最高,超宽带雷达波衰减程度最小。即超宽带雷达波在穿过不同变质程度的煤体时,其衰减程度与煤体厚度成正比。煤厚相同时,煤样的变质程度与超宽带雷达波的传输衰减呈反比。此外当煤体厚度大于60 cm时,在长焰煤与贫瘦煤的幅值频率关系图中,测试中心频率的左侧出现局部峰值,即该频率并非最佳探测频率,在低频范围内存在多个适宜的探测频率。以上结论对于超宽带雷达在煤体中的传输衰减特性以及井下生命探测具有一定指导意义。     

混凝土骨料粒径对声发射信号衰减特性影响

针对混凝土材料声发射信号衰减特性问题,探究了不同组分对声发射信号的衰减变化规律。选用不同骨料粒径(5～10 mm、10～15 mm和15～20 mm)混凝土试件进行断铅试验,研究分析声发射信号幅值、中心频率、波速等参数变化。结果表明：品质因子Q与波阻抗具有较好的相关性,15～20 mm骨料粒径混凝土试件的品质因子Q和波阻抗最小,声发射信号衰减最大。随着传播距离的增加,弹性波的幅值、中心频率、峰值电压均呈衰减趋势。混凝土骨料粒径越大,其幅值和中心频率的衰减系数越大,声发射信号衰减越明显,各频段信号衰减越快,信号频带变得越窄,其基准波速越小,波速衰减变化越大。当弹性波传播到900 mm距离处时,5～10 mm、10～15 mm和15～20 mm粒径试件的波速变化率分别为-33.85%、-34.88%和-35.91%。     

薄壁空心球充填节理消波能力试验研究

地下水在防护工程消波层中几乎是不可避免的,采取技术措施降低地下水对消波层效能的不利影响对防护工程十分重要。为量化新型防护材料的实际效能,通过分离式霍普金森杆试验研究了在干燥与饱水两种工况下薄壁空心球粒集料对高频高幅应力波的衰减能力,并与标准砂进行对比。试验结果表明：在饱水工况下,被测材料的消波能力均有降低;但是在高幅值冲击荷载作用下,薄壁空心球粒集料在两种工况下均较标准砂表现更强的变形能力,尤其是在饱水工况下,新型薄壁空心球粒集料填充节理的应力波透射率仅为相同条件下标准砂填充节理的18.99%~37.6%。使用薄壁空心球粒集料替代传统干散砂作为消波材料可以大大提高地下防护结构消波层在饱水不利工况下的消波效能。     

电力电子器件机械应力波的试验研究

通过测试电路与数字滤波技术,探究了一种电力电子器件关断机械应力波的测量方法;通过信号处理与频谱分析得到了机械应力波的时域和频域特征参数,如幅值、峰峰值、峰值频率和频率范围.研究结果表明:合理设置采样阈值和阻带频率能够测量机械应力波;IKW40T120型IGBT器件在关断40 A电流时,关断机械应力波的幅值为5.2 mV、峰峰值为9.6 mV,时域波形约持续100μs且振幅衰减,其幅值频谱明显存在3个频率段,分别为20～100 k Hz、150～200 kHz和290～310 kHz,每个频率段具有1个峰值频率点,分别为54 kHz、163 kHz和299 kHz,几乎呈现1倍、3倍、5倍频关系,三峰值频率点对应的峰值差异较大,分别为1.24 mV、0.69 mV和0.36 mV.     

抑制煤矿砂岩顶板岩石摩擦火花和升温

为预防和控制采空区砂岩顶板跨落岩石摩擦火花和高温引发的瓦斯事故,采用电动摩擦试验装置,进行了岩石自然和饱水状态下摩擦打火和表面升温的模拟研究.结果表明:顶板跨落时岩石相互摩擦产生火花且表面升温,升温值与岩石质量、跨落高度之间呈正相关关系,与岩石质量满足三次幂级的函数关系,饱水岩石摩擦产生火花的频率、强度及表面升温值较自然状态下有明显的降低.本文通过注水岩石试件试验,为减少岩石碰撞火花和降低岩石表面温升值提供了可靠的试验依据.为防止因顶板跨落而诱发瓦斯灾害提供了有效的技术措施.     

基于Multi-Agent信号峰频逆源技术研究

在储罐中为了识别到达传感器波的主要模式,开展了将Multi-Agent理论与声发射检测技术结合,并基于岩石中声波传播频散和衰减经验,推演出适用于储罐底板的声源峰频计算公式。通过多传感器线性阵列和圆形阵列声发射实验测试,频率推演能获得准确的源峰值频率值。通过反推声源峰值频率可以推断声源的特性,从而提高评价结果的准确性。与声源峰值频率真值相比,多阵列计算获得结果的误差要低于单阵列逆源结果,反映了Multi-Agent技术用于声源逆源的优势。线性阵列与圆形阵列实验计算得出的声源峰值频率误差均在5%以内,说明该算法准确性很高,可以用于反推声源的峰值频率,对于储罐声发射检测与评价具有一定的应用价值。     

时间域质心频移法估算品质因子Q

品质因子Q 是表征地下介质对地震波吸收衰减强弱的参量,是储层预测和油气检测的重要参量。质心法是估算Q 值的常用方法,精度和稳定性均较高,但该方法需要计算地震子波谱的质心和带宽,其精度依赖于波谱的提取质量。为避免地震子波谱的问题,提出时间域质心频移法,实现了在时间域估算品质因子Q,其核心是根据子波波形信息在时间域直接估算质心频率和带宽。对于常相位子波,其频谱的质心频率即包络峰值处的瞬时频率;对于Gauss 谱子波,其带宽可由包络宽度换算得到（两者乘积为一常量）。当地震子波近似为常相位及Gauss 谱时,可在时间域估算质心和带宽,按质心法公式估算Q 值,规避了地震子波谱的提取。VSP 下行波模型测试及实际资料应用表明,时间域质心频移法是可行可信的。     

干燥与饱水泥质粉砂岩破裂声发射及损伤演化

利用TAW-3000型伺服控制试验机和PCI-2型声发射监测系统,对干燥和饱水两种状态下的泥质粉砂岩进行了单轴压缩破裂声发射监测试验,研究了两种状态下岩石的力学与声发射特性的不同以及基于声发射为基础的损伤演化过程的区别.研究表明:饱水试件的强度、弹性模量及破坏程度均较干燥试件降低,干燥试件属于典型的脆性破坏,饱水试件则发生塑性破坏;监测到的饱水试件声发射事件率水平和峰值均较干燥试件降低,饱水试件在破坏前声发射事件率曲线出现特有的增长"沉寂区",可作为实际工程预警的前兆.推导和建立了基于相对累计声发射事件率为基础的损伤演化方程,且根据Weibull参数β的拟合值表明干燥试件内部微元强度分布集中程度和均质性均强于饱水试件,即水对泥质粉砂岩造成了一定程度的损伤.     

三溪村红层水岩作用的时效性试验研究与应用

为进一步深入了解和掌握三溪村滑坡滑带泥岩饱水软化的特质,研究其随饱水时间的弱化规律以及将其恰当地应用于工程实践指导该区工程稳定性的防治与评价。将取自都江堰青城山后山的泥岩试样进行了不同饱水时间下的直剪试验以及将天然和饱和状态下的试样进行了应变式常规三轴压缩试验,并将实验结果进行了归纳用于后续的公式推导。结果表明:剪切面无论是人为选定还是自然选择,其结果都证实了水岩效应在红层泥岩饱水后对其强度起到了很强的负面作用;初期饱水时,水分较难渗入到岩体内部,多滞留在体表,随着饱水时间增长将会使泥岩失去部分岩石特性进而向土体属性过渡转化,表现在初期强度衰减较小,随后出现急剧下降。将两种试验的结果进行有效结合可以提高研究成果的工程实用性,方便实际工程中快速评价泥岩饱水后强度的衰减情况。     

不同种类微生物对碳酸盐岩溶蚀普遍性

表生溶蚀作用是碳酸盐岩储层形成的重要因素.从岩石表面中筛选3种典型微生物,芽孢杆菌Q1、链霉菌Q2和曲霉菌Q3.通过比较不同种类微生物的产酸、溶蚀速率以及在多孔介质中溶蚀的动态模拟实验,研究了微生物对碳酸盐岩的表生溶蚀作用的普遍性.结果 表明,各实验体系中pH、钙离子浓度均发生了有规律的变化,其中曲霉菌Q3的产酸能力与溶蚀效果最显著,5 d内使培养体系的pH降低了2.69,Q3-方解岩和Q3-白云岩培养体系中Ca2+浓度分别达到了327 mg/L和258 mg/L.同时,微生物在多孔介质中对白云岩的溶蚀实验表明,曲霉菌Q3的岩心溶蚀能力也强于芽孢杆菌Q1和链霉菌Q2.研究表明,微生物不但能够对岩石表面产生溶蚀作用,也能够在多孔介质中也对碳酸盐岩等产生溶蚀作用.微生物对碳酸盐岩溶蚀作用具有普遍性,微生物岩溶很有可能发生在较广泛的表层岩石范围内,促进碳酸盐岩储层的形成.     

Study on estimate method of wave velocity and quality factor to fault seals

Based on ultrasonic test of fault rocks, the responses for wave velocity and quality factor （Q value） to lithology, porosity and permeability of fault rocks and mechanical property of faults are studied. In this paper, a new quantitative estimate method of fault seals is originally offered. The conclusions are as follows： （1） Wave velocity and Q value increase and porosity decreases with the increase in stress perpendicular to joint; （2） In compressive and compresso-shear fault rocks that are obviously anisotropic compared with their original rocks, the wave velocity and Q value are greater in the direction parallel with foliation, and usually less perpendicular to it. In tensile and tenso-shear fault rocks that are not obviously anisotropic, the wave velocity and Q value are under that of original rocks; （3） In foliated fault rocks, the direction with minimal wave velocity and Q value is the best direction for sealing; on the contrary it is the best for flowing; （4） Structural factures develop mainly along foliation, the minimal wave velocity and Q value reflect the flowing capacity in parallel direction to foliation, and the maximal wave velocity as well as Q value reflect the sealing capacity in normal direction to foliation. The new estimate method is based upon contrast of wave velocity and Q value between fault rocks and their original rocks, and is divided into three parts that are respectively to identify rock＇s lithology, to judge mechanic property of faults and to Judge sealing capacity of faults. Although there is vast scale effect between ultrasonic wave and seismic wave, they have similar regularity of response to fabric and porosity of faults. This research offers new application for seismic data and petrophysical basis for seismological estimation of fault seals. The estimate precision will be improved with the enhancement of three-dimensional seismic prospecting work.     

火山岩岩石微观特征及其测井宏观表征

基于图像处理技术,分析华北某油田深层火山岩薄片图像灰度频率分布规律,研究储层岩石孔隙结构微观特 征,并探索其与火山岩储层测井的响应关系。研究表明：本区酸性火山岩薄片灰度频率分布图主要呈单峰特征,具有 高硅、低铁特征;基性火山岩为明显非对称分布,具有低硅、高铁特征。火山岩薄片图像中硅质成分的灰度域与GR 范 围对应性较好。基性火山岩GR 值低,硅质成分灰度域值小;酸性火山岩GR 值高,硅质成分灰度域值大。GR 值可以 作为硅质成分的指示值,用于基性火山岩和酸性火山岩识别。基性火山岩受蚀变影响较普遍,绿泥石化越严重,电阻 率越低,中子孔隙度越大,硅质成分向灰度小的方向偏移越剧烈。     

一种计算岩石基质压缩系数的方法

建立储层物性、含流体性与弹性参数之间的关系是储层预测与烃类检测的基础。在利用Biot-Gassmann方程研究含不同流体岩石弹性性质时,岩石基质压缩系数的快速、准确求取非常关键。基于一个合理的假设,利用Biot-Gassmann方程推导出了一种计算岩石基质压缩系数的方法,并用干燥、水饱和并且取芯来自同一砂岩层的致密砂岩的高、低频实验数据对本方法的正确性进行验证。结果表明,岩石具有一致的岩石基质压缩系数,该方法有效可靠。受岩石微观孔隙结构和亲水矿物的影响,在不同频率或饱和流体状态下求取的岩石基质压缩系数存在较小差异,在应用过程中需对频率和孔隙流体的影响进行适当考虑。     

台阶爆破模型试验下破碎岩石抛掷速度规律分析

为了研究台阶爆破破碎岩石抛掷速度的主要影响因素与变化规律,采用量纲分析法确定破碎岩石抛掷速度的主要影响因素,并借助高速摄影系统与台阶爆破模型试验研究不同影响因素下破碎岩石抛掷速度的变化规律.结果表明：破碎岩石抛掷速度的主要影响因素为炸药单耗、最小抵抗线与炸药量的关系(W³/Q)和不耦合系数,抛掷速度对炸药单耗最为敏感,W³/Q与不耦合系数次之;高速摄影图像显示,当爆破作用时间为0.5 ms时,台阶自由面岩石出现位移,当爆破作用时间为2.0 ms时,在爆炸应力波作用下,台阶自由面出现裂缝,破碎岩石的运动形态可分为鼓包运动阶段与抛掷运动阶段,二者之间存在明显的过渡阶段;炸药单耗、W³/Q、不耦合系数与抛掷速度间存在明显的非线性关系,抛掷速度随炸药单耗的增加呈指数函数递增,且存在临界炸药单耗使破碎岩石的抛掷速度出现激增,抛掷速度随W³/Q、不耦合系数的增大呈幂函数递减.     

狮子洋隧道围岩磨蚀性研究

岩石磨蚀性通常以岩石磨蚀性指数CAI(cerchar abrasivity index)值来表示,它是反映盾构刀盘和刀具磨损的重要指数。以广深港客运专线狮子洋隧道工程为背景,对同等风化程度下的岩石进行Cerchar磨蚀性实验和岩石矿物X射线衍射分析实验,确定岩石磨蚀性指数CAI值和岩石矿物成分,并对岩石矿物组成与磨蚀性指数CAI值进行相关性分析。研究结果表明,同等风化程度下的岩石,岩石矿物组成对磨蚀性影响较大,岩石矿物加权硬度值H与CAI值有非常好的线性关系,且线性相关性要高于岩石等效石英含量Qeq与CAI值的线性相关性,岩石矿物加权硬度值更能准确地反映岩石矿物组成对磨蚀性的影响。狮子洋隧道围岩中砂岩磨蚀性最强,对刀具的磨损较大。另外狮子洋隧道围岩含有大量的砂粒胶结物,盾构施工过程中会产生大量的石英含量较高的岩粉,这些岩粉进入循环的泥水中,会对盾构刀盘、刀具和泥水管道造成一定的磨损。     

岩石内含物对激光破岩的影响

根据非定常传热原理分析了高斯激光光束作用到岩石表面时岩石内部的温度场分布情况,应用温度场分布结合热应力方程的方法分别模拟了岩石内部有无内含物时的热应力分布情况。数值模拟结果表明,同一激光光束作用相同时间,有内含物的岩石在内含物边缘附近产生的热应力比无内含物的大,即相同的激光功率和照射时间分别作用到有无内含物的岩石时,有内含物的岩石碎裂的可能性更大。在自然界中大多是含有杂质的岩石,该研究为含有内含物情况下的激光破岩提供了理论依据。     

New testing methodology for the quantification of rock crushability: Compressive crushing value (CCV)

Crushing is a size reduction process that plays a key role in both mineral processing and crushing-screening plant design. Investigations on rock crushability have become an important issue in mining operations and the manufacture of industrial crusher equipment. The main objective of this research is to quantify the crushability of hard rocks based on their mineralogical and mechanical properties. For this purpose, the mineralogical, physical, and mechanical properties of various hard rocks were determined. A new compressive crushing value (CCV) testing methodology was proposed. The results obtained from CCV tests were compared with those from mineralogical inspections, rock strength as well as mechanical aggregate tests. Strong correlations were found between CCV and several rock and aggregate properties such as uniaxial compressive strength (UCS), the brittleness index (S₂₀), and aggregate impact value (AIV). Furthermore, the relationship between the mineralogical properties of the rocks and their CCVs were established. It is concluded that the proposed testing methodology is simple and highly repeatable and could be utilized as a pre-design tool in the design stage of the crushing process for rock quarries.     

浅层沉积岩的声波波速特性与岩性之间的关系

在现代工程地质勘察工作中,研究岩土的弹性力学性质,日渐重要,而岩体的声波波速就是其中性质之一,笔者在大量实际工作成果的基础上,分析研究了声波波速与岩性之间的某些关系(如:声波波速与孔隙度之间的线性关系,V_P/V_s之比可更有把握地确定岩性等等)。对于岩体工程地质性质的研究具有一定实际意义。     

基于Debye 分解的岩石电性与孔渗参数关系探讨

随着油气资源的深入开发与勘探难度的加大,常用的地震等声学方法已不能满足精准预测储层的要求,因此利用岩石的电学参数准确预测储层参数的方法越来越受到重视.通过岩石物理实验测量了碎屑岩、碳酸盐岩、变质岩的复电阻率、孔隙度与渗透率,基于Debye分解模型计算了岩样理论的相关激电参数,结合Archie公式与Kozeny-Carman方程预测了岩样的理论孔渗参数.根据理论模型与实测数据的拟合,确定了三类岩样预测模型待定系数的最佳取值范围,获得了模型拟合系数,最终得到了孔渗预测的相关经验公式.研究结果对于帮助岩石物理建模和指导油气勘探开发部署具有积极的理论意义和应用价值.