围压对峰后岩石非Darcy流渗透特性影响的试验研究

研究围压对峰后岩石非Darcy流渗透特性的影响对峰后岩石非Darcy渗流系统的失稳具有十分重要的意义.本文基于岩石渗透试验装置与MTS815.02岩石力学伺服试验系统,研究给出了峰后砂泥岩、灰岩、砂岩在不同围压下的非Darcy流渗透特性.以上试验研究表明,峰后岩石非Darcy流渗透率随着围压的增大而下降,其关系可近似用指数函数拟合;而峰后岩石非Darcy流β因子的绝对值随围压的增大呈增大趋势,其关系可近似用对数函数拟合.     

多种矿物成分破碎岩石渗透试验

采用稳态渗透法对破碎砂岩、破碎泥岩和破碎煤矸石进行渗透试验,分析粒径、有效应力和孔隙度对破碎岩石渗透性参量(渗透率、非Darcy流β因子)的影响.试验岩样粒径为0~2.5 mm、2.5~5 mm、5~10mm、10~13 mm和0~13 mm,通过轴向位移分别为4 mm、8 mm、10 mm、12 mm和14 mm控制孔隙度.试验结果表明:渗透液压越大,有效应力越大,渗透越快,流量越大;破碎岩样的有效应力与渗流速度可用线性关系拟合,并给出了有效应力直接估计渗透率的公式;破碎岩样随孔隙度增加,其渗透率增加,非Darcy流β因子减少,孔隙度大于0.4左右时,渗透率增加幅度变大,而当孔隙度小于0.35左右时,非Darcy流β因子变化较大;相同粒径的不同岩样,随孔隙度的增加,不同岩性岩样的渗透率变化程度和变化趋势不同,且孔隙度对不同岩性岩样的渗透率影响程度不同.     

混合破碎岩样渗透特性试验研究

为研究混合破碎岩体内流体渗透规律,利用一套由液压泵、渗透仪以及DDL 600电子万能试验机等构成的破碎岩样渗透试验系统进行了混合破碎岩样渗透特性测定,分析了混合破碎岩样与单种破碎岩样渗透特性的差异.研究表明:混合破碎岩样较单种破碎岩样的非Darcy流特性更显著;随着孔隙度的增加,单种岩样较混合岩样渗透率的变化幅度大,且相同粒径不同岩性岩样的渗透率变化程度和变化趋势呈现较大差异;随着孔隙度的增加,混合岩样的非Darcy流β因子显现减小趋势,且混合岩样较其单种岩样非Darcy流β因子的大小因粒径不同而不同.     

三维应力下破碎砂岩渗透特性试验研究

承压破碎岩体中非稳态渗流是引起多种动力灾害发生的重要因素之一。利用自主研发的破碎岩石三轴渗透试验系统,考虑围压挤出的渗透液总量对碎石孔隙度的影响,进行了三维应力下5~10 mm粒径破碎砂岩的渗透试验,得到了不同轴向压缩位移、不同围压下试样的渗透特性变化规律。结果表明:不同轴向位移下,试样孔隙度随围压的升高呈对数减小,其渗透率随围压的变化逐渐减小,且各自差异性逐渐缩小;同一围压下,随轴向压缩位移增加,孔隙度、渗透率逐渐趋于一个稳定值,其中渗透率量级在10-11~10-13m2之间,表现为试样的孔隙连通性减弱,整体结构趋于稳定;非Darcy流β因子随围压的增加呈非线性增长,其中非Darcy流β因子的量级在108~1011m-1之间,试样原有级配改变明显,非Darcy流β因子增长趋势受有效毛细管数目及其孔径大小的影响,毛细管孔径减小导致渗透液与毛细管壁的相对接触面积增加。该试验结果为可控围压下破碎岩石中的渗流研究提供参考。     

某突出矿煤岩非Darcy流渗流稳定性实验研究

为了获得煤岩非Darcy流渗透特性,利用MTS-02型岩石力学试验系统采用全程位移控制对煤与瓦斯突出矿煤样进行了全应力应变过程数控瞬态渗透法试验。计算出煤样破坏过程中不同应变下非Darcy流渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数及渗流稳定性指数,并给出发生渗流失稳所需的压力梯度。研究表明:该突出矿煤样的渗流稳定性指数χ的负值较多出现在峰值应力后并且其发生渗流失稳所需的压力梯度较大。     

利用瞬态法提取岩样非Darcy流渗透特性

建立了一种测定岩样非Darcy流渗透特性试验系统的动力学模型.基于岩样两端孔隙压差的时间序列,利用差分计算或曲线拟合得到渗流速度及其变化率的时间序列.通过线性回归,得到岩样的Forchheimer非Darcy流渗透特性,即渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数.试验结果表明,无论岩样处于峰前还是峰后应力状态,岩样中的渗流都不服从Darcy定律;当非Darcy流β因子为正时,非Darcy流的渗透率κ小于Darcy流的渗透率κD;渗透率(κ和κD)、非Darcy流β因子和加速度系数可近似表示为应变的幂指数函数;三种渗透特性中的每两种整体上存在幂指数关系;在加载的初始阶段,由于孔隙和微裂隙的压缩和闭合,渗透率随应变减小,而非Darcy流β因子和加速度系数随应变增大;随后,由于裂隙的扩展,岩样的渗透率迅速增大,而非Darcy流β因子和加速度系数迅速减小,并在峰值应力附近达各自的极值;由于围压的作用,峰后应力状态下岩样的渗透特性随应变的变化缓慢.图3,参18.     

岩样非Darcy流的渗流特性试验研究

通过对岩样渗透试验数据回归得到岩样的渗透特性（非Darcy汉因子β，非线性指数n，渗透系数K）与轴向应变的关系，并将多块岩样渗透特性的回归值进行统计，得到岩石的渗透特性。     

气体渗流系统的失稳及其概率应用

为研究煤体受采动作用后,其渗透特性的变化。采用一种专利装置与MTS815．02型岩石力学试验系统相结合,得到峰后煤样在各种应变下的渗透特性（渗透率和非Darcy流β因子）及统计指标（均值和均方差）。对煤矿瓦斯突出发生的概率进行计算和分析。试验研究表明。煤的渗透特性不是确定的,而是服从某种分布的随机变量,瓦斯突出是否发生具有随机性,随着煤体应变的增加,瓦斯突出发生的概率迅速增加。     

低渗透岩石的单相水非Darcy流

为研究低渗透岩石的非 Darcy渗流现象 ,采用FDES- 6 4 1三轴驱替评价系统进行了稳定渗流实验 ,测定了盐水和蒸馏水在低渗透砂岩和砾岩岩样中的渗流特性。岩样抽真空后水平放置于岩样夹持器中 ,通过多级驱替泵控制密闭岩样中水的渗流速度 ,所产生的压力差由压力传感器测定。结论为 :1)在空气渗透率非常低并且孔隙度非常小的砾岩中 ,明显存在着非 Darcy渗流现象 ,但由渗流曲线后退趋势所得出的启动压力梯度非常小 ,以致于在生产应用中可以忽略 ;2 )低渗透介质中的微粒运移是低速非 Darcy渗流现象存在的主要原因 ;3)岩石的非均匀性降低了岩石的渗透率。     

新型多功能岩石破碎试验装置

设计了一种运用冲击动栽与静压组合切削破碎岩石的新型试验装置,分析了该装置的破岩力学参数.该装置具有多种功能,既可进行单一静压切削、冲击破碎和静力侵入岩石的试验,又可进行动、静组合加栽的切削试验,以及单一刀头、多刀头或滚压试验.对平端式PDC、硬质合金刀具在不同载荷施加方式下的花岗岩、砂浆块进行多种破碎试验,结果表明:该试验装置可操作性强,工作参数可控,所得试验数据可靠.     

预测力管道压浆质量检测方法的研究

通过比较的方法,介绍了目前国内外最常用的检测预应力管道压浆质量的方法,分别有冲击回波法、探地雷达法、超声波法、超声波层析成像法等几种检测方法。总结了这几种方法在工程应用上的特点,并根据国内外的研究应用结果,推荐冲击回波法为预应力管道压浆质量的检测方法。     

利用SIMS分析研究离子注入损伤吸附杂质的作用

用（ＢＦ２）＾＋替代Ｂ＾＋注入,是一种重要的注入掺杂形成浅结的工艺手段。（ＢＦ２）＾＋注入也有不利的一面。剩余Ｆ原子的积聚以及大量二次缺陷的存在,都将影响ＰＮ结构的性能,利用离子束损伤技术可以有效地消除上述＋注入的不足之处。该文利用ＳＩＭＳ技术,测试分析经预注入低能（ＢＦ２）＾＋后,直接进行高温热温热退火的样品,以及预注入低能（ＢＦ２）＾＋后,直接进行高温热退火的样品,以及预注入低能（ＢＦ２）＾＋     

夹层板系统压缩力学性能试验研究

夹层板系统以其优越的力学性能在工程领域得到广泛应用。对夹层板系统在不同加载速率下的压缩力学性能进行了试验研究。首先对钢-聚氨酯-钢夹层板系统进行了准静态压缩试验,得到夹层板系统的准静态等效应力-应变曲线;并对同一组试样,基于分离式霍普金森压杆试验装置,进行了动态冲击压缩试验。近似等效SHPB试验原理,分析夹层板系统的动态力学性能。比较分析结构的破坏形式和原因,为新型结构的优化设计和应用提供参考。     

基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型

结构面普遍存在于工程岩体中,影响工程安全。对含结构面岩体的蠕变特性及本构模型的研究对揭示岩质边坡蠕变机制及边坡失稳预测具有较大的意义。利用水泥砂浆制作非贯通硬性结构面试样,进行剪切蠕变试验,并对蠕变特性进行分析。将整数阶黏壶元件改进为分数阶微积分软体元件,并替换Kelvin模型中整数阶黏壶元件,同时引入能够模拟结构面加速蠕变过程的非线性黏性元件并将其非定常化,采用元件组合方式,构建基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型。以非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面试样剪切蠕变试验数据为基础,分别对本构模型进行验证并对待定参数进行辨识。结果证明,试验值和预测值之间相关性程度R~2均较高,非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面相关性R~2分别达0.94和0.97,表明该模型能较好地模拟非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面岩体蠕变特性,对揭示岩质边坡蠕变机制和时效演化有重要意义。     

采用泡沫铝填充薄壁结构的穿透器缓冲防护研究

携带探测仪器的穿透器高速侵彻行星体,内部科学仪器将受到高g值冲击,极易损坏.为了科学仪器的缓冲防护以提高自身存活率,本文设计了一种具有多层能量吸收结构的穿透器样机,将泡沫铝填充薄壁结构(简称FTS)应用于内部载荷的缓冲防护设计上以提高存活率.在LS-DYNA中模拟了穿透器侵彻星球介质的过程,通过冲击试验和仿真分析验证了该种措施的有效性.研究结果表明:FTS对隔离冲击和能量吸收效果明显,为穿透器工程样机的研发提供了重要的解决方案.     

室内干扰条件下探地雷达在埋地管线探测中的应用

探地雷达是近些年发展起来的广泛用于工程与环境物探领域的新型仪器。介绍了探地雷达在管线探测中的测量原理 ,探讨了室内干扰条件下探地雷达资料采集和图像解释的方法。实际应用结果表明 ,探地雷达能够探测到地下存在的异常体 ,该技术具有广泛的适应性及较强的抗干扰能力 ,其分辨率较高 ,因而具有很好的应用前景。     

三维复合隔震墩试验研究

针对国内现有隔震装置在竖向隔震的空白,以基础隔震原理为依据,在钢筋沥青复合隔震层的基础上,提出并开发了一种新型三维隔震装置——三维复合隔震墩,在减轻水平地震的同时也能有效地进行竖向隔震,并介绍了其构成及工作原理.用刚体质量块作为上部结构,对三维复合隔震墩进行振动台模拟试验.结果表明,该三维复合隔震装置竖向及水平向隔震效果均显著,还具有造价低廉、构造简单等特点,十分适用于我国村镇地区.     

碳纤维增强复合材料加固混凝土粘结性能试验

碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固混凝土技术在桥梁工程与建筑工程中有大量应用,而直接影响工程结构加固维修的关键因素是其界面粘结性能,因此开展相关试验研究对保障工程安全具有重大意义.以一种基于专门设计的试验装置进行弯曲剪切试验来研究CFRP-混凝土界面的粘结...     

振动旋转压实级配碎石制样方法及力学性能试验

为解决级配碎石物理指标和力学指标室内测试结果与工程实际存在差异的问题,利用自主研制的道路材料振动旋转压实仪,通过振动旋压的施力方式模拟压路机实际碾压作用机制,开展级配碎石试件室内制样方法研究.试验结果表明:振动旋转压实试件的密实程度最好,压实密度最高可达2.39 g·cm^-3;试件压实密度随着旋压压力的增加和压实时间的增长而提高,最终趋于稳定;振动旋转压实试件的弹性模量与加州承载比值(R_CB)最高,抗压回弹模量为354.716 MPa,R_CB为328%;振动旋转压实试件的物理、力学指标与工程实测数据接近,说明该制样方法能较好地模拟工程实际.     

基于工程测试的托圈扭力杆装置有限元应力分析

扭力杆装置作为转炉倾动机构的重要组成部分,承载着负载的动静载荷,容易出现结构应力变形损坏.采用工程测试的方法对倾动机构进行倾动力矩的测量,转化为扭力杆装置的作用力作为边界条件,通过有限元分析的方法计算了扭力杆装置的应力,结果表明,扭力杆装置最大应力为389.623 MPa,小于材料许用引力,满足使用要求.