红层软岩崩解性的灰色关联分析

采用灰色关联度法对红层软岩的粒度分形特征以及矿物、化学成分试验数据与其崩解性进行了关联分析.分析发现,与成分相比,红层软岩的粒度分布分形特征参数与崩解特性具有更高的关联度,表明沉积形成时的环境决定了成岩后的红层软岩崩解性强弱.因为红层软岩中蒙脱石含量少,因此在各种成分中伊利石含量对红层软岩崩解性影响最大,说明水理特性不稳定的矿物含量始终是影响软岩崩解的主要因素.     

粒度对红砂岩力学性质影响规律与机制试验研究

为研究颗粒粒度对岩石力学特性的影响规律,对不同粒度红砂岩进行了单轴压缩与巴西劈裂拉伸试验。研究表明:红砂岩试验试件密度、单轴抗压强度、弹性模量和单轴抗拉强度最大离散系数分别为0.74%、6.65%、1.12%、9.64%,试验所用红砂岩试件均质性良好;当砂岩颗粒粒度较大时,砂岩单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量等都呈现偏低特征,细粒红砂岩单轴抗压强度、弹性模量、单轴抗拉强度分别是粗粒红砂岩1.28倍、1.19倍、1.62倍。颗粒作为砂岩最基本构成单位,其大小差异导致砂岩内部空间结构的改变,造成其矿物成分、微细观组构特征呈现差异性,进而影响其宏观物理性质,最终决定不同粒度红砂岩石具有相异力学特性。     

红层锚杆抗拔力学性质模型试验研究

为了解红层软岩的崩解特性对锚杆力学性质影响的规律，设计了红层软岩中锚杆抗拔试验和红层软岩的耐崩解试验.首先通过红层锚杆抗拔试验，得到了红层锚杆在循环荷载下的荷载-位移曲线(P-S)和荷载-弹／塑性位移曲线(P-Se，P-Sp)的演化规律，然后通过耐崩解试验得到红层软岩的耐崩解指数Id2，最后将锚杆的力学性质与红层软岩的耐崩解指数Id2联合起来进行分析.分析表明，随着耐崩解指数的降低，红层锚杆抗拔力学性质变差.     

水-岩相互作用下华南红层软岩力学特性

为研究红层软岩的水-岩相互作用,开展了不同含水率红层软岩的三轴压缩试验,分析了含水率对力学特性、破坏形式、微观结构和损伤机制的影响,构建了含水红层软岩的统计损伤本构模型。研究结果表明：随含水率的升高,红层软岩的峰值应变呈线性递增,峰值强度和弹性模量分别呈线性和指数函数递减;含水率对红层软岩的破坏模式产生明显影响,含水率较低时的破坏形式为剪切破坏,随着含水率的增加,破坏形式向剪切-张拉复合型破坏转变。在水-岩相互作用下,华南红层软岩的孔隙颗粒物相互吸附,形成片状结构;在饱水状态下,片状和鳞状结构进一步增多,整体结构变得更加松散破碎。考虑水-岩作用,引入损伤修正系数对本构模型进行改进,改进后的统计损伤本构模型计算结果与试验结果一致,能较好地描述水岩作用对红层软岩力学性质的影响。     

南京红层软岩流变特性试验研究

通过对南京红层软岩的流变试验，发现红层软岩存在显著的流变性，符合Burger本构模型，并得到4种典型软岩的模型参数。试验得出长期强度约是其单轴抗压强度的63％－70％。     

软弱夹层力学参数取值规范分析

软弱夹层的工程地质性质既与地应力、地下水等环境条件有关,也与其成因性质、粒度成分和矿物成分等有关。试验研究了成因性质、颗粒组成及物质组成相同条件下,软弱夹层抗剪强度参数随含水量、性状指标(W/Wp)和干密度变化的关系,并建立了相关方程。结果表明：夹层强度随含水量和性状指标减小而增大,随干密度增大而增大。因此,在对具体工程的软弱夹层进行强度参数取值时要综合考虑夹层在原位条件下的含水量、颗粒组成、粘土矿物成分及所处的地应力环境等因素。并探讨了重力坝规范中仅用粒度成分定量指标选取软弱结构面抗剪强度参数存在的不足之处。     

古尔班通古特沙漠侵蚀型新月形沙丘表层砂粒度与石英砂微结构特征的环境意义

在全球变暖和生态保护的背景下，古尔班通古特沙漠风沙活动强度减弱，多数沙丘长期处于侵蚀状态。选取沙漠西部呈侵蚀状态的、不同发育阶段的固定新月形沙丘，采集表层砂样进行粒度与石英砂表面微结构分析，结果显示：(1)沙丘表层砂细砂占比达50%以上，平均粒径范围2.03～2.88Φ,分选性较好、近对称偏度、中等峰度，迎风坡粒度参数多呈不规则变化，丘顶平均粒径最粗；随着沙丘形态成熟、规模增大，表层砂粒级组分波动范围增大、平均粒径变粗、分选性变差；(2)沙丘砂石英颗粒磨圆度普遍较差且有多种原生环境的结构特征，反映物质来源复杂多样，砂物质虽经风力搬运再堆积，但因沙丘的流动性不佳、再搬运距离受限，因此风成砂保存了较多原生环境的作用痕迹；(3)研究区沙丘表层砂粒度与石英砂微结构特征具有侵蚀型沙丘的独特性和植被覆盖影响下的特殊性，粒度参数呈现不规则变化的同时，植被覆盖削弱了不同规模沙丘之间粒度特征的差异，也导致石英砂磨圆度较差、原生作用痕迹丰富。     

孔隙对混凝土宏观力学性质的影响

目的研究混凝土孔隙结构参数对混凝土弹性模量、单轴强度等宏观力学性能及破坏规律的影响,建立混凝土细观结构参数和宏观力学特性之间的联系,为以后改善混凝土的力学性质打下基础.方法将混凝土看成由骨料、水泥砂浆以及两者之间的界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,并在水泥砂浆中引入不同孔径、孔隙率的孔隙,通过数值试验研究孔径、孔隙率对混凝土强度和弹性模量的影响规律.结果混凝土弹性模量在同一孔径下随着孔隙率的增长呈线性下降,在同一孔隙率下随着孔径增大呈对数下降;抗拉抗压强度在同一孔径(孔隙率)下随着孔隙率(孔径)的增长呈对数下降;初始孔隙率越大,材料达到峰值应力时新破坏的面积越小;多孔径作用下的宏观力学性质是单一孔径力学性质的积分.结论混凝土中孔径分布和孔隙率对其弹性模量和强度均有较大影响.孔隙率相同时,多种孔径作用下的混凝土宏观力学性质是单一孔径作用下的宏观力学性质的加权平均值.     

砾石对砂砾岩力学特性影响的数值模拟

基于物理实验,对砂砾岩中砾石与基质的力学参数进行定量表征,结合数模实验,研究了砾石粒径和力学参数对砾岩整体力学特性的影响规律.结果 表明:砂砾岩内部介质力学非均质性极强,砾与砾之间的力学性质差异可超过砾与基质间的力学性质差异,强刚度差异导致砾石与基质的胶结处易形成强应力集中;随着粒径增大,砂砾岩的强度和变形参数呈对数增加,但非均质性增强,强度稳定所需的实验尺寸也增加;砂砾岩的力学参数与对应的砾石力学参数呈对数增长关系,但砾石强度对砂砾岩强度的影响存在一个阈值;砂砾岩力学参数评价需要结合砂砾岩多介质力学信息,在多源信息融合基础上,建立考虑砾石强度、粒径等砾石特征参数的岩石力学测井评价体系,这对推进中国砂砾岩油气资源高效开发具有重要的意义.     

煤矿巷道软岩性质及支护方法的多尺度研究

通过微观结构分析、细观力学机制分析,为软岩工程支护提供指导。通过地质调查和岩石力学试验,对某煤矿巷道软岩物理力学性质和微观性质进行了综合研究,包括物理性质、矿物成分、及强度和变形性质。基于颗粒流离散元程序PFC,从细观尺度研究岩块的的应力-应变曲线,使细观尺度模型表现与宏观尺度模型相同的力学性质。     

外混合气溶胶吸湿性对其平均消光系数的影响

基于Mie散射理论与气溶胶颗粒粒径及折射率的湿度增长模型,以两种典型吸湿性气溶胶外混合组成的颗粒系为研究对象,计算分析了气溶胶平均消光系数对环境相对湿度的依赖关系。计算结果表明:在可见光与近红外波段,当相对湿度在60%~95%的范围内逐渐增大时,气溶胶颗粒物吸湿增长,使其粒度分布逐渐增宽,等效折射率逐渐减小,造成气溶胶的平均消光系数呈指数规律增长。进一步计算发现,当外混合气溶胶来源一定时,窄分布成分的气溶胶含量越高,或者某一成分的气溶胶粒度分布越窄时,随环境湿度的增大,外混合气溶胶平均消光系数的增长越快。上述方法也适用于预测复杂成分的外混合气溶胶平均消光系数与相对湿度的变化关系,从而为实际大气气溶胶光学性质和大气环境质量的研究提供理论依据。     

基于分形理论的红层软岩崩解性消除方法研究

应用分形理论对自然崩解过程中的红层软岩粒度数据进行了分析，得到红层软岩崩解物分数维达到2.6~2.7后其崩解趋于停滞的特点.在研究了液压破碎锤、拖式羊足碾等设备对红层软岩的破碎能力后，基于分形图形构造过程中的“迭代”特征，提出了以“翻松—碾压”动作“迭代”为核心机制的消除红层软岩崩解性机械破碎工艺并在湖南省浏醴高速公路进行了现场破碎试验.对现场破碎过程中软岩粒度数据进行的分数维计算表明：重复2次“翻松—碾压”工艺即可将红层软岩破碎至分数维为2.6~2.7.因此，基于分形迭代特征开发的机械破碎工艺可有效消除红层软岩的崩解性.该方法应用在高速公路施工中可将红层软岩填筑利用范围扩大至上路堤，能取得较好的效益.     

典型盐岩力学特性分析

通过单轴、三轴压缩实验及劈裂等实验研究了湖北云应、江苏淮安和河南平顶山3 个地区层状盐矿岩样的短 期力学特性,并对不同地区及不同深度地层的纯盐岩力学特性进行比较分析。结果表明：（1）3 地区中单轴抗压强度 和弹性模量最大的岩样为泥岩和含泥岩的盐岩,而其泊松比却是最小的,证明了泥岩变形性能差的特性。含有不同杂 质的盐岩其抗压强度和弹性模量有所增加,其泊松比对杂质的变化不是太敏感。纯盐岩抗压强度、弹性模量和泊松比 随地层深度的增加而增大,取自较浅地层的岩样单轴实验有明显的压密阶段。（2）不同地区的岩样都有随围压的增大 峰值强度相应增大的规律。纯盐岩的内摩擦角基本都大于其他岩样的值,而黏聚力则都小于其他岩样的值。反映了纯 盐岩晶体颗粒大,含杂质少的特点。（3）不同地区的纯盐岩相对于其他岩样的抗拉强度最小。     

沥青砂混合料新型软岩相似材料的试验研究

在地质力学模型材料研究的基础上,根据相似理论,通过大量的力学试验和数据分析,最终研制出一种模拟软岩特性的相似材料.该相似材料是用硬质沥青作为胶结剂,砂和锌粉作为骨料,橡胶粉作为调节剂混合而成的.对相似材料进行了常规的单轴压缩、劈裂拉伸和直剪试验,测定了该相似材料在不同配比下的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、摩擦角等参数;并研究了养护时间对相似材料力学性能的影响.结果表明：该相似材料能很好地满足相似材料的选材要求,其物理力学参数变化范围大,破坏现象与软岩的非常相似,是模拟软岩的理想材料.     

基于不均匀粒径分布的颗粒穿流特性

针对目前颗粒穿流研究中多基于均匀分布粒径矿岩颗粒的问题,采用物理试验和数值模拟相结合的方法,基于不均匀分布粒径颗粒,开展三维放矿模型试验和三维数值剪切试验,通过分析放矿前后相关粒径颗粒质量分数的变化和剪切过程中细颗粒的平均位移,研究不均匀粒径级配下颗粒的穿流特性。研究结果表明:在颗粒粒径分布不均匀的情况下,放矿高度对放出颗粒粒径组成无显著影响,且顶部标志小颗粒也未先于顶部标志颗粒放出,说明在垂直方向上颗粒的穿流效果不显著;放矿前颗粒的粒径分布对放出颗粒的粒径组成有显著影响,随着放矿前散体颗粒平均粒径增大,小颗粒的穿流量也快速增大,同时可穿流颗粒粒径也不断增大;随着不均匀散体平均粒径增大,细颗粒的穿流率也明显增大,说明散体颗粒的不均匀性对细颗粒穿流率的影响显著。     

煤系地层砂岩抛光面粗糙度和粒度分析

以煤系地层粗粒、中粒和细粒砂岩作为研究对象,对岩样摩擦滑动面进行了抛光,采用白光干涉法对其表面形貌进行了测试,从粗糙度和粒度角度对表面形貌进行了表征。对试验岩样的矿物成分和孔隙结构进行了测试,在岩样矿物含量基本相同的条件下,分析了孔隙结构与表面形貌粒度之间的关系。结果表明:抛光对岩样表面粗糙度参数中的轮廓算术平均偏差R_a、均方根偏差R_q和轮廓平均高度R_c有一定影响,对谷深度R_v和峰高度R_p影响很小;抛光对岩样表面的粒度平均高度有一定影响,但对表面颗粒粒径影响很小;岩样孔隙率与颗粒粒径之间存在着正相关关系。     

超临界二氧化碳浸泡对页岩力学性质影响的实验

超临界二氧化碳在页岩油气等非常规油气藏的勘探开发中极具潜力,通过室内二氧化碳浸泡实验系统,对不同压力和温度浸泡下页岩岩心力学性质变化进行实验研究和机制阐释。结果表明:浸泡初期岩心膨胀,随后有所收缩,最后趋于平缓;浸泡后页岩弹性模量和泊松比均增大;在临界压力附近,力学性质发生急剧变化,压力继续增大,力学性质变化平缓,弹性模量和泊松比平均增幅分别为43.4%和36.6%;随着温度增加,弹性模量和泊松比逐渐增大,最大增幅分别为138.4%和24.7%。页岩力学性质变化对CO_2压力变化不敏感,而CO_2温度影响较为明显和复杂,对力学参数随温度变化给出了定量化描述,为超临界二氧化碳勘探开发页岩气在岩石力学等方面提供了一定数据支撑和理论依据。     

冻结红层软岩的蠕变特性研究

为研究第三系红层软岩在低温下的蠕变特性,对冻结红层进行单轴蠕变试验,试验结果表明,在应力水平较低时,软岩只存在衰减蠕变,随着应力水平的增大,当超过流变长期强度时,出现了非稳定蠕变;同时,随着温度的降低,软岩的瞬时应变量和蠕变量都会明显减少,而长期强度则有较大幅度的增长,说明温度对软岩及冻结壁的流变性质影响十分显著。引入与时间和应力相关的非线性黏滞系数和时间开关函数,对西原模型进行改进,得到了可以描述加速蠕变的非线性流变本构模型,通过试验数据对冻结红层软岩的参数进行了辨识。将流变模型嵌入到abaqus有限元程序,并对井筒开挖进行数值模拟,获得冻结壁最大位移与时间曲线,通过与实测值进行比较,两者较为吻合。可见,建立的流变模型能够很好的描述冻结红层软岩的蠕变规律。     

低温对红松和大青杨木材力学性质的影响

以红松和大青杨木材为例,研究环境温度变化(尤其是低温)对木材力学性质的影响。在气干和饱湿状态下,对标准样本进行静载荷测试,获取两种木材心材和边材件在温度为20、5、-5和-20 ℃时的抗弯弹性模量、抗弯强度和顺纹抗压强度,分析各参数随温度降低的变化规律。结果表明:温度是影响木材力学性质的一个重要因素,随温度降低,气干材的抗弯弹性模量、抗弯强度和顺纹抗压强度均以近似线性趋势增大; 饱湿材各力学参数变化曲线则存在拐点,在-5～20 ℃之间,随着温度降低,各力学指标增大较慢,在-20～-5 ℃之间,随着温度降低,各力学指标增大较快; 与气干材相比,饱湿材的各力学参数对低温响应更敏感,-20 ℃时饱湿材各力学参数较20 ℃时提高约67%,而气干材-20 ℃时各力学参数仅约较20 ℃时提高15%。     

库车河剖面砾岩层的岩石力学性质

新疆大北-博孜区块为典型的砾岩发育区块,钻井过程中井下事故的频发,对该地区油气储层地的开发产生了很大的影响.开展该区域砾岩岩石力学性质研究是非常有意义的.结合微组构测试与室内岩石力学实验,对大北-博孜地区库车河剖面砾岩开展岩石力学性质分析,并研究了微组构对砾石层力学性质的影响.研究结果表明:库车河剖面砾岩层力学参数同层差距较小,不同层位之间差距较大;在分析影响砾石层力学性质方面,对比发现砾石层的力学性质与粒度组成成反比,与胶结的致密程度成正比,且灰质胶结含量越高、泥质胶结含量越低的地层,弹性模量值、单轴抗压强度值越大,泊松比越小,对应砾岩层越不容易发生破坏.