冻结温度对砂质泥岩力学特性的影响

为了研究冻结温度对砂质泥岩峰值强度、粘聚力、内摩擦角及残余强度的影响规律,分析围压与峰值强度、残余强度的关系,从甘肃新庄煤矿采集砂质泥岩,对加工后的岩样进行干燥和饱水处理,开展常温(+20℃)和不同冻结温度(0℃、-5℃、-10℃、-20℃和-30℃)条件下单轴、三轴力学试验。研究结果表明:冻结温度对饱和状态下试件力学特性影响较大,温度由-5℃降到-30℃时,峰值强度提高了138.13%~161.60%,粘聚力提高了97.52%,残余强度提高了174.94%~324.30%,内摩擦角提高了15.09%,相对而言,冻结温度对内摩擦角影响小;冻结温度对干燥状态下岩石试件力学特性影响相对较小;同一温度条件下,试件峰值强度、残余强度均随围压增大而增大,经拟合呈线性关系,饱和状态下试件峰值强度、残余强度增加幅度大于干燥状态下的相应值。     

水—热环境对泥岩的力学特性影响试验研究

为探究低温与含水条件对泥岩力学性质的影响,研究了泥岩在不同含水条件与不同低温环境下单轴抗压强度的变化规律,对饱和、天然、干燥三种含水状态下的泥岩在－50 ℃~10 ℃环境中养护的样本进行单轴压缩试验,测定其单轴抗压强度并探究了其弹性模量的变化趋势。结果表明:泥岩的单轴抗压强度与含水率ω呈指数函数递减关系,随含水率上升泥岩弹性模量减小,弹性模量的变化速率随含水率的上升而增大;温度降低时泥岩的单轴抗压强度呈指数增长,弹性模量随温度降低而增加,干燥时呈线性关系,天然与饱和状态时变化速率随温度的降低而增大。孔隙水会使泥岩矿物间水胶连接减弱,而负温会使其增强,含水岩样更易发生剪性破坏,干燥岩样则多为张性破坏。     

袁大滩煤矿风化岩土体冻结热参数及单轴压缩试验研究

袁大滩煤矿岩土体风化严重,冻结井筒施工设计需要依据风化岩土体的冻结特性和力学参数。目前对于风化岩土体的冻结热参数及力学性质缺乏了解,通过风化岩土体钻孔取样,对细砂、黏土、细粒砂岩、粉砂岩和砂质泥岩试件进行了比热、导热系数、结冰温度等热参数和冻结单轴压缩方面的试验研究。结果表明:风化岩体的结冰温度低于风化表土,而导热系数大于风化土体,黏土的比热和容积比热最大。随温度降低,岩土体的抗压强度和弹性模量均逐渐增大,泊松比逐渐减小,但对岩土体泊松比的影响相对较小;温度对细砂、黏土和粉砂岩抗压强度的增幅相对较大,对细砂、黏土、细粒砂岩和砂质泥岩弹性模量的增幅相对较大;随温度降低,岩土体的抗压强度、弹性模量和泊松比变化幅度均呈加快趋势。     

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。     

循环升温-水冷作用下花岗岩的力学特征与破坏模式

干热岩储层改造过程中高温岩石处于反复升温-水冷状态，其破裂力学特性直接影响储层改造效果。基于室内试验和有限元数值模拟，研究了循环升温-水冷对花岗岩力学特征和破裂模式的影响，探讨了花岗岩的力学性能劣化规律和破裂过程。研究表明：温度对花岗岩力学特性影响显著，升温导致花岗岩强度和弹性模量呈降低趋势，整体塑性增强，而经多次升温-水冷处理后岩石脆性得到一定程度的提高，花岗岩弹性模量变化受升温温度及循环升温-水冷次数共同控制；随温度升高，花岗岩由劈裂-剪切复合破坏转变为剪切破坏，且破裂程度明显提高；当循环次数较低时，温度是影响花岗岩破裂模式的主导因素，伴随循环次数增多，花岗岩内部损伤加剧，在压缩荷载作用下呈现复杂的剪切-劈裂混合破坏模式。     

哈密三条湖矿副井冻结岩石物理力学特性试验

冻结岩石的力学特性是矿井冻结壁设计关键参数,通过试验研究国投哈密三条湖一矿副立井冻结岩石的物理力学特性,得到了矿井不同深度岩层冻结状态下(-5,-10,-15℃)的导热系数、比热容及冻结温度相关热物理参数和低温状态下岩石单轴抗压强度、弹性模量、单轴蠕变等参数;并对比分析了岩石低温状态下的物理力学特性,所得结果可为该地区冻结井筒冻结壁和井壁设计提供参考。     

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。     

微波照射花岗岩型铀矿石试样力学特性试验研究

为了探究花岗岩型铀矿石在微波照射下的裂隙演化和强度变化规律及破碎特征。利用JYC-3型微波高温焙烧炉,微波功率为1 kW、2 kW和3 kW分别对干燥试样和水饱和试样照射30 min和45 min,再进行自然冷却和水淬冷却;采用RMT-150B岩石力学试验机对冷却后的试样进行单轴压缩试验,分析其裂隙演化和强度变化规律及其破碎特征。研究结果表明:铀矿石试样的抗压强度随微波功率的增加而急剧降低,微波功率从1 kW上升到2 kW时,铀矿石试样的抗压强度降低了10.63%;微波功率从2 kW上升到3 kW时,铀矿石试样的抗压强度降低了21.3%;功率相同时增强照射时间能有效的降低试样的抗压强度;水淬冷却后试样的抗压强度比自然冷却的强度低;微波照射下水饱和试样比干燥试样更容易在早期开裂。     

高温遇水冷却岩石循环加卸载力学性能试验研究

为研究高温遇水冷却后不同岩性岩石在循环加卸载条件下的物理特性和力学响应特征的变化规律,对高温遇水冷却后的花岗岩、大理岩及绿砂岩试件分别开展了单轴压缩和循环加卸载试验. 结果表明,当加热温度超过400 °C后,三类岩石的体积增长率显著增加,400 °C可以作为三类岩石物理参数发生突变的阈值温度.总体上,三类热处理水冷却岩石的单轴抗压强度随温度的升高而降低,但花岗岩在200 °C温度处理后峰值强度比常温时有所增加. 在循环荷载作用下,花岗岩滞回曲线接近于线性,上限应力较高且不可逆变形小;而绿砂岩和大理岩的上限应力低于花岗岩且变形较大.相同温度热冲击下滞回环宽度大小顺序为绿砂岩>大理岩>花岗岩.随循环次数的增加,三类高温遇水冷却岩样的塑性变形减小,弹性模量增大,试件强度较单轴压缩均有提高;随温度升高,破坏面裂纹更为发育,破裂岩屑更为细碎.      

含水岩石动态抗压强度与微观机制

通过选取云南迪庆某地区红砂岩进行不同含水状态和不同脉冲强度下的SHPB试验和SEM试验,分别从宏观和微观角度研究含水岩石的动态强度特性及其破坏机制。结果表明:静态或动态单轴压缩时,随着含水率的升高,岩石的强度均降低;根据SHPB试验中的应力-应变全过程曲线,含水试样体积压缩变形明显,具有较高的峰值应变,峰后有应变软化特征,而干燥试样具有较高的峰值强度,峰后应力迅速跌落;根据各试样的动态抗压强度变化曲线,相同脉冲强度下试样的抗压强度随含水率的增加而降低,而相同含水状态时的抗压强度随脉冲强度的增加而增大;根据SEM图像,饱水试样颗粒结构疏松而干燥试样颗粒结构致密,冲击破坏机制饱水试样以初始微裂纹破裂和矿物边界或物相边界破裂为主,破坏时的动态抗压强度较低,而干燥试样还包括矿物颗粒直接剪断破裂,因此破坏强度较高。     

花岗岩动态压缩力学特性的实验以及理论研究

简要介绍了花岗岩材料的动态压缩实验结果,同时建立了花岗岩材料的裂纹模型,并基于断裂力学以及纲以细观力学的相关理论,模拟了花岗岩材料的在动态压缩载荷作用下的强度特性,建立了花岗岩材料在单轴动荷载作用下的本构模型。这些模拟结果与实验结果相符。     

中低围压花岗岩细观破坏机制的数值模拟

采用数字图像处理技术表征花岗岩的细观结构,利用基于数字图像的岩石破裂过程分析系统(RFPA-DIP)建立反映花岗岩内部矿物颗粒分布的数值模型,进行花岗岩压缩数值试验,分析花岗岩压缩荷载作用下破坏机理.研究结果表明,花岗岩非均匀的细观结构起着使试件内部产生了拉应力区的作用;单轴压缩荷载作用下,试件在细观层次上以拉伸破坏为主;中低围压条件下,试件表现为张拉破坏和剪切破坏相互耦合的破坏方式,而且破坏机制随围压的增大是不断变化的,剪切破坏逐渐成为主控破坏方式.     

花岗岩超低温冻融循环后力学特性研究

对花岗岩进行-20,-30,-40,-50℃条件下的冻融循环处理,再进行单轴压缩试验,观察花岗岩经历不同冻结温度的冻融循环后的破坏模式,并分析弹性模量变化规律、应力应变曲线变化规律、单轴抗压强度和峰值应变变化规律以及冻融系数的变化.根据冻融处理后花岗岩的损伤数据,推广了花岗岩冻融循环后的总损伤变量的公式.研究结果表明,冻融循环后花岗岩的破坏模式主要为锥形破坏模式和柱状劈裂模式,揭示了花岗岩冻融循环后的力学特性与冻结温度的关系.根据总损伤变量与应变的关系可以预测,随着冻结温度的下降,应变存在一个临界值,超过临界值时试块破坏.     

超高温条件下花岗岩力学性质演化规律模拟研究

为提高深层干热岩破碎效率,以干热岩地层常见岩性-花岗岩为研究对象,提出超高温条件下花岗岩力学性质演化规律研究。鉴于室内实验方法的局限性,主要采用数值模拟和理论计算等研究方法,建立了高温花岗岩巴西圆盘劈裂数值模型,探究了硬质花岗岩在温度-压力联合作用下岩石应力场分布特征与扰动机制。研究发现:在单轴径向压缩载荷下,高温花岗岩各向应力分布受到显著扰动,岩石沿横轴拉伸应力、两端载荷施加位置附近压缩应力和剪切应力均显著减小,导致裂纹越容易扩展。温度越高,岩石损伤越明显,其岩石抗拉强度越低。研究结果揭示了温度作用下花岗岩力学性质演化规律,可为深层干热岩资源的高效开发提供理论依据。     

微波照射下花岗岩单轴压缩损伤本构模型

为深入研究微波照射花岗岩的损伤演化过程以及探讨微波照射过的花岗岩进行单轴压缩后花岗岩应力-应变关系,首先以微波照射花岗岩的损伤特性为基础,综合考虑花岗岩在微波照射以及荷载作用下受到的损伤,将Weibull分布与损伤力学结合,得到考虑多因素作用的花岗岩损伤演化方程。然后根据Lemaitre应力等效原理及Hook定律,推导出考虑微孔隙闭合的花岗岩损伤本构模型。最后,采用微波循环照射花岗岩试验和单轴压缩试验对模型进行验证。验证结果显示,本研究建立的本构模型与试验结果拟合的曲线能较好吻合,证明了模型的合理性及参数取值的正确性。为岩石微波损伤理论的研究以及微波辅助破岩提供思路。     

对ABAQUS中混凝土弥散开裂模型的静力特性分析

为全面了解ABAQU S有限元软件中混凝土弥散开裂模型分析混凝土材料和构件的能力,用该模型对混凝土材料的单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明,混凝土弥散开裂模型能较精确地模拟单轴受拉和受压、双轴受压和双轴拉压应力状态下混凝土的力学性能,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其相应的破坏形态,但不能很好地描述混凝土双轴受拉应力状态下材料的力学性能,也不能反映体积应变发展变化的规律。     

水-热循环花岗岩的物理力学性质试验研究

为了研究水-热循环次数对花岗岩物理、力学性质的影响,将花岗岩进行不同次数的高温-水冷循环处理,并将处理后的花岗岩在刚性试验机上进行单轴压缩力学试验.结果表明:在相同水-热循环次数下,随着温度的增加,花岗岩试样的饱和吸水率分阶段增加,峰值强度与弹性模量持续下降,变形模量下降,峰值应变呈现多阶段变化;在相同的温度作用下,随着水-热循环次数的增加,花岗岩试样的饱和吸水率逐渐增加,峰值强度和弹性模量出现先下降、后小幅上升、最后持续下降的变化现象,变形模量出现多阶段变化,峰值应变小幅度上升后下降;花岗岩单轴压缩破坏的应力-应变曲线分为4个阶段,随着温度的升高,花岗岩延性增加,应力-应变曲线幅度逐渐减小,压密阶段与累进性破裂阶段都增长,峰后曲线从光滑跌落过渡到分段跌落,随着循环次数的增加,呈现出相似变化趋势;温度的升高和循环次数的增加都导致了花岗岩内部缺陷和孔隙的增加,即随着饱和吸水率的增加,峰值强度减小,可见花岗岩的物理力学性质在不同温度、不同循环次数水-热循环后发生了不同程度的劣化.研究结果对分析花岗岩变形破坏机理以及实际工程中评价高温岩石工程的稳定性提供了一定的参考依据.     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析

为评估ABAQUS有限元软件中混凝土损伤塑性模型分析混凝土材料和构件静力性能的能力,用该模型对混凝土材料单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析.结果表明,混凝土损伤塑性模型可以较为精确地模拟单轴受压、单轴受拉、双轴受压以及双轴受拉状态下混凝土材料的力学性能,能较好地反映双轴应力状态下的材料破坏包络线,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其破坏特征,但不能很好地描述双轴拉压应力状态下混凝土材料的力学性能,也不能反映材料的体积应变发展变化规律.     

不同条件下花岗岩中声波传播速度的规律

应用超声波混凝土测试仪(TICO),系统研究了含水率、裂纹、应力和温度对花岗岩内波速传播的影响.实验发现含水率对波速影响比较大,饱和岩样的声波传播速度高于不饱和岩样的声波传播速度;人工预制裂纹对声波传播速度影响不大;单轴压缩条件下,声波传播速度随应变增加逐渐降低;在同一温度(160℃)下,波速随保温时间的增加而逐渐降低;在对岩样逐渐加热情况下,初始加热阶段波速略有升高,当温度达到60℃时,岩样波速达到峰值,之后随着温度继续升高其波速逐渐下降;波速随温度变化具有一定的尺寸效应.实验结果表明,声波在岩石内传播速度受很多外在因素影响,并具有一定的传播规律.