层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

对层状盐岩力学特性进行实验与分析,获取相应的力学特征参数,是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤,是数值计算中力学模型的组成要素。本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验,获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数,为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。在此基础上,本文对层状盐岩蠕变机理进行分析,并将对盐岩蠕变率方程进行解析,为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。     

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。     

平顶山盐岩力学特性及废弃盐腔稳定性分析

为了分析废弃盐腔的稳定性,对平顶山盐矿、盐岩、泥质硬石膏岩样进行单轴和三轴压缩试验以及蠕变试验,获得相应的力学特征。对平顶山盐矿某区压裂井、连通井和单井等建库完成后的腔体稳定性进行了数值模拟。结果表明,盐岩层呈现良好的延性变形特征,含泥质硬石膏岩夹层呈现脆性变形的特征。溶腔形状对腔体位移、应力分析以及稳定性等影响较大,从溶腔废弃开始到运行10a,道1井溶腔的最大位移出现在溶腔顶部靠右侧的位置,D1-2单井溶腔的最大位移出现在溶腔围岩边缘腰部位置,而L3-3压裂井溶腔顶部的位移值过大,溶腔顶部和底部已经坍塌,在泥岩夹层处应力集中现象比较明显。道1井溶腔左上角和右上角位置出现塑性区,D1-2单井溶腔顶部位置出现塑性区,在D1-1和D1-2溶腔群的矿柱之间出现了比较大的应力集中。在储气库运行期间,应该提高储气库的最低运行压力并缩短其在低压下的运行时间。     

灰岩加载力学特性及渐进破坏试验研究

以武隆鸡尾山滑坡滑体灰岩为研究对象,基于室内常规岩石力学试验,探讨了饱水与风干岩样的物理力学特性及其对高边坡稳定的影响机制,研究了灰岩渐进破坏过程中裂纹应变随加载的变化情况。试验结果表明,与风干试样相比,饱水试样的峰值强度和弹性模量较低,而泊松比较高,表现出较强的软化性;试样的裂纹起裂应力较低,而裂纹破坏应力较高。研究表明在岩质高边坡稳定性早期识别分析时,计算参数和稳定性判据的选取尤为关键,应引起足够的重视。     

辉绿岩单轴及常规三轴压缩下力学特性试验研究

为了分析坚硬脆性岩石在单轴及常规三轴压缩条件下的强度和变形特性,通过在TAW-2000微机控制电液伺服试验机上对辉绿岩进行单轴及常规三轴压缩试验,主要分析辉绿岩在围压为1、3、5、10 MPa时基本物理力学参数的离散程度,其弹性模量的离散程度指标值较小,在0.27%～3.49%波动,能较好地表征辉绿岩的变形特性。试验结果表明:随着围压的增大,岩石峰值应变和残余应变均表现出显著的线性增长关系,可采用一次函数形式拟合,弹性模量、变形模量和泊松比均表现出较明显的非线性增长关系,可采用幂函数形式进行拟合,但并不会随着围压的增大而无限增大,而是趋于一个稳定值,这一规律为实际工程中不同地应力条件下准确选取弹性模量、泊松比等参数提供理论基础;随着围压的增大,岩石的峰值强度和残余强度均呈现出较显著的线性增长关系,可采用一次函数形式拟合,并计算出黏聚力和内摩擦角,为岩石工程设计时强度参数的选择提供参考依据。     

红层软岩浸水裂纹扩展试验与破裂机制分析

软岩遇水软化是其破坏的重要特征,也是导致该类岩体边坡、基坑等产生变形破坏的重要原因之一.究其原因,岩体中含有大量原始裂隙,当有水作用时,水通过裂隙浸入岩体内部,发生物理的、力学的作用,导致裂纹扩展和岩体强度降低.因此,针对裂隙红层软岩裂纹扩展问题,设计了两组不同初始裂纹的软岩浸水破裂试验进行研究,一组不含初始裂纹,另一组含一条初始裂纹,通过对两组样品浸水过程中裂纹扩展规律研究,获得红层软岩浸水裂纹扩展的规律,包括:①不含初始裂纹样品中裂纹由外向内逐层发育,含初始裂纹样样品破裂沿已有裂纹扩展,破裂速度上比不含初始裂纹样品更为迅速;②软岩裂纹在显微尺度下多沿石英矿物颗粒之间的间隙或填充在石英矿物颗粒间的黏土矿物发育扩展;基于上述试验,分析了软岩浸水后裂纹扩展的细观力学机制及其破裂全过程特点.     

单轴压缩砂岩水力压裂力学特性试验研究

采用RLW-2 000 M微机控制煤岩流变仪,以砂岩为研究对象,重点分析单轴压缩条件下水压-应变-水压体积曲线演化规律,从水压、应变和水压体积三者关系反映水力压裂过程的力学特征;结合断裂力学观点分析了砂岩的水力压裂裂缝形态及破坏类型.实验结果表明:岩石在水力压裂过程的变形演化规律可分为4个阶段,揭示了孔隙裂隙的注水阶段、弹性变形阶段、体积膨胀阶段和贯通破裂阶段的特征;利用乘幂负指数拟合方程,能较好地模拟ε1-t与P-Vp曲线演化规律且精度较高;裂缝起裂和裂缝扩展延伸过程存在拉伸变形和剪切变形的相互作用.     

不同加载路径下盐岩蠕变特性试验

为了研究加载路径对盐岩蠕变特性的影响,利用RLW-2000岩石流变试验机对盐岩试件进行了3种不同加载路径的蠕变试验,分析了盐岩在不同加载路径下的蠕变变形规律。结果表明,在恒围压、分级增加轴压加载路径下,随着轴向应力增加,盐岩瞬时应变、蠕变应变和蠕变速率均逐渐增大,衰减蠕变阶段持续的时间也逐渐延长;在恒轴压、分级卸围压加载路径下,当围压小于某个特定值时,围压的变化对盐岩蠕变特性产生一定的影响,当围压高于该值时,盐岩的蠕变特性似乎与围压无关,且从试验结果来看,该值应在4 MPa以上;在恒轴压、循环围压加载路径下,围压及其循环周期对盐岩蠕变特性的影响非常大,降围压阶段盐岩蠕变速率明显高于升围压阶段,且围压循环周期越小,降围压阶段蠕变速率与升围压阶段蠕变速率的比值越大,周期越大,该比值越小。     

试论公路沿线高边坡软岩力学特性及其稳定性

论文首先阐述了公路沿线高边坡软岩的意义,并探讨了软岩边坡变形破坏地质力学特征,系统地研究山区公路典型软岩边坡流变特征及其软岩边坡的稳定性问题,并提出了相关的边坡处置措施。     

复杂环境下软岩蠕变特性试验研究

对处于复杂环境下深部页岩蠕变特性进行试验研究,考察了在温度-应力-化学三场耦合作用下深部页岩蠕变特性的温度效应和pH值化学效应,并探讨了作用机理。研究结果表明,深部页岩的温度效应和pH值化学效应是明显的,而且pH值化学效应比温度效应更为显著;温度越高,页岩蠕变特性越明显,试验结果对当地煤矿井下的安全生产有参考价值;pH值越高,其蠕变特性越显著。     

单轴压缩条件下预制裂隙类岩石材料实验研究

为研究裂隙类岩石材料在单轴压缩条件下的力学性质及裂纹扩展规律,通过在试样中预埋铁片的方法,制备出含不同裂纹条数和裂纹倾角的裂隙类岩石材料;采用RYL-600剪切流变仪对试样进行以负荷控制方式进行单轴加载,并使用数码相机记录试样加载过程中裂纹的起裂、扩展和贯通过程.着重对60°×18条裂隙类岩石材料的实验结果进行详细分析,观察其轴向应力-轴向位移曲线,曲线呈现出3次明显的应力跌落阶段,结合试样在试验过程中的录像,将裂纹的扩展分为3个阶段.并且,通过FLAC3D数值模拟软件对60°×18条的试样进行数值模拟研究,获得了数值模拟实验加载过程中的轴向应力-轴向位移曲线和模型破坏切片图,分析其破坏方式和破坏模式,并与物理实验对比,两者吻合较好.     

单轴压缩下岩石损伤统计本构模型与试验研究

基于岩石应变强度理论和岩石强度的随机统计分布假设,采用损伤力学理论,建立了能够反映残余强度的单轴压缩下岩石损伤统计本构模型．利用伺服试验机对大理岩进行了单轴压缩试验．基于试验结果确定出损伤统计本构模型参数,理论结果和试验结果吻合较好．     

单轴压缩下岩石材料体积效应的数值模拟

为了探讨体积对岩石材料强度和变形及其破坏形式的影响规律,从岩石材料的非均质性出发,应用岩石破裂过程分析系统RFPA^2D对同长径比不同体积的岩石进行了单轴压缩下的数值模拟研究,模拟结果表明随着体积的增大,岩石的强度呈衰减趋势,但在体积增大某个值以后时,岩石强度便基本趋于稳定,模拟结果和实验结果相吻合。对一组不同均质度系数下岩石材料体积效应的数值模拟结果表明,岩石强度的体积效应根源于材料的非均质性。     

典型岩石单轴压缩变形及声发射特性试验研究

声发射是岩石在受力变形和破裂过程中的重要物理现象,也是反映岩石力学特性的一个直接参量.通过对某矿山矽卡岩、石英闪长岩、蛇纹岩和粉砂岩单轴应力-应变全过程变形特性和全过程声发射特征研究,并作了对应分析,结果表明岩石的变形速率与岩石声发射事件出现的频率有较好的对应性.     

单轴压缩下预制2条贯通裂隙类岩材料断裂行为

在伺服控制单轴加载试验机上,对采用养护前期拔出预埋插片方式制作的含2条贯通裂隙类岩石试件进行压缩试验;基于滑动裂纹模型理论,并结合试件破坏全应力-应变曲线和贯通破坏面颗粒体破坏形态分析裂隙试件断裂破坏机理。滑动裂纹模型表明:驱动裂纹相对错动的有效剪力是裂隙倾角α和裂隙面摩擦因数f的函数。试验中发现:裂隙试件发生破坏时,依据裂隙倾角和岩桥倾角的不同,将会出现单裂隙微裂纹贯通破坏、预制裂隙贯通破坏和无微裂纹发育的脆性破坏;根据裂隙试件岩桥区受力特征的不同,预制裂隙发生贯通破坏时,将呈现拉伸破坏、剪切破坏和拉剪复合破坏3种模式,岩桥区贯通面上颗粒体破坏形态随之依次呈现无摩擦、完全摩擦和部分摩擦痕迹。     

坠落式危岩剧动式崩落与激振效应

针对坠落式危岩,考虑自重和裂隙水压力影响因素作用下,建立危岩崩落激振效应物理模型。联合断裂力学和波动理论从能量角度量化危岩体之间的相互作用,获取崩塌体崩落瞬间的启程速度计算式,根据危岩崩落激振波在岩体内的传播机理,构建了激振波作用下岩体介质质点位移速度计算方法。通过实例分析,建立的坠落式危岩剧动式崩落与激振效应分析结论和实际情况基本一致,对进一步实施危岩破坏及演化机制研究提供了科学依据。     

岩石厚壁圆筒三向压缩下的卸荷试验与岩石强度破坏

为研究地下工程开挖影响,采用厚壁圆筒多轴应力试验,对试样施加较高的轴对称内、外壁压力及轴向荷载后,进行内、外壁卸荷破坏试验.试验的破坏结果是在厚壁圆筒壁间形成环向主要破裂面.这一破裂现象在以往相关文献中未见报道,与通常弹塑性理论分析的较高应力发生在圆筒内缘、破坏从内缘开始的结论不同.这一结果与深部矿山巷道围岩出现的分区破裂(zonal disintegration)现象类似.