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.     

不同初始含水率下砂岩冻融劣化特性试验研究

天然岩体在温度、水分变化的基础上发生冻融循环,引起岩石微观损伤、冻融碎裂以及破坏失稳等劣化现象,是中西部寒冷地区岩体的主要风化过程。将取自云冈石窟砂岩分成干燥组、饱水组、饱和度对比组进行冻融试验研究,得到试验前后云冈石窟砂岩吸水率、纵波波速、单轴抗压强度等变化参数。结果表明:砂岩饱和度30%时,变化参数基本不受冻融作用影响;砂岩饱和度为30%~70%时,变化参数开始受冻融作用影响;砂岩饱和度70%时,变化参数出现突变现象。定义饱和S=70%为云冈石窟砂岩冻融损伤的"阈值"。     

交叉裂隙砂岩样单轴力学特性与扩展破坏

天然岩体中存在大量交叉裂隙,严重影响岩体构筑物的变形、破坏和失稳规律。本文以类砂岩材料制作主、次不同裂隙倾角岩样为研究对象,通过采用单轴压缩和DIC摄像等试验方法,研究交叉裂隙产状对岩样的力学特性和破坏模式的影响,结果表明：(1)与单一裂隙相比,单裂隙岩样的峰值强度和弹性模量总体上大于含交叉裂隙,表明交叉次裂隙会进一步削弱岩样力学性质。(2)当α≤45°和α＝60°且β≤45°,次裂隙尖端裂纹萌生基本上早于主裂隙,次裂隙尖端裂纹未发生扩展贯通,主裂隙尖端裂纹发生贯通;在α＝60°且β≥60°和α＝90°时,主裂隙尖端裂纹萌生基本上早于次裂隙,次裂隙尖端裂纹扩展贯通,主裂隙尖端裂纹未发生贯通;裂纹主要沿上下方向扩展,水平向裂纹较少。(3)岩样以张拉破坏为主,α＝0°和90°时,岩样全部表现为张拉破坏,α＝30°、45°和60°时,岩样随β增大表现为从剪切破坏—拉剪复合破坏—张拉破坏的变化,主破坏裂纹受主、次裂隙水平向投影较长的一条控制。     

单轴冲击载荷下基于塑性细观力学的冻土本构模型研究

随着寒区工程建设成为中国基础建设的又一大热点,对于冻土冲击动态力学性能及其本构模型的研究已显得十分必要。不同冻结温度的冻土试样通过采用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了不同应变率下的单轴冲击压缩实验。实验结果表明:冻土的弹性模量随着冻结温度的降低而升高,没有明显的率相关性;冻土的强度随着冻结温度的下降和加载应变率的升高而增大。基于实验结果,采用平均化方法推导了与冻结温度相关的冻土等效弹性常数的表达式。同时,采用基体各向同性化的切线模量法建立了冻土的动态塑性细观力学模型。进而,引入与冻结温度和加载应变率相关的连续损伤演化模型构建了冻土的冲击动态本构模型。相应的模拟结果表明,该模型能够很好地描述冻土的动态力学行为。     

循环载荷作用时不同实验条件下砂岩的声发射特征实验研究

通过循环载荷作用时不同位移速率、不同上限应力、不同下限应力以及不同水饱和度等实验条件下砂岩的声发射特性实验研究,探讨了循环载荷作用时不同实验条件下岩石的破坏损伤演化规律。研究结果表明,上限应力、下限应力、水饱和度等对岩石在承载过程中所发生的声发射事件数均有不同程度的影响,但位移速率对岩石在承载过程中所发生的声发射事件数的影响似乎不大。     

不同应力水平下砂岩力学特性的试验研究

为了探讨循环加载下应力水平对岩石力学特性的影响,利用WDT-1500材料试验机,对砂岩进行不同应力上限、不同应力下限、相同应力幅值和不同荷载频率条件下循环加载试验,对比分析不同加载条件下砂岩的力学特性,揭示了砂岩的动弹性模量和动泊松比随循环次数的演化规律,及随应力水平和应力幅值的变化规律。试验结果表明:砂岩的屈服应力是其在循环加载过程中力学特性出现变化的一个分界点,在分界点之上或之下动弹性模量和动泊松比的变化规律是不相同的;对于同一砂岩试样,动弹性模量和动泊松比随加载频率的增大而增大,随着应力幅值的增大而减小,并且应力幅值相同时,动弹性模量与应力水平具有一定的线性关系。     

单轴受压高温损伤砂岩的电学响应特征

为研究高温损伤后砂岩的电学响应特征,对常温和经过200,400,500,600,800℃加热水冷却后的绿砂岩岩样开展了单轴压缩试验,并实时监测了岩样在压缩过程中的电阻率变化规律.结果表明：对应于岩石在单轴压缩过程中的压密阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹快速扩展阶段和破坏阶段,高温水冷却岩石电阻率的变化表现为电阻率小幅增加、电阻率平稳增加、电阻率增幅加大、电阻率急剧下降四个阶段.当加热温度低于400℃时,在初始压密段,电阻率变化率低于10%,当加热温度高于400℃后,在初始压密段电阻率变化率变化幅度增大,加热温度为800℃时,在初始压密段的电阻率变化幅度达50%左右,表明初始压密段电阻率的变化率可以反映岩石的初始损伤程度;当压力达到岩石峰值强度的80%～90%时,电阻率变化率达到峰值,随后出现骤降,说明电阻率变化率曲线的突降可以作为岩石发生破坏的电学前兆;电阻率变化的各向异性特征能够在一定程度上反映受压岩石最终贯通裂纹出现的位置,在潜在贯通裂纹附近的电阻率变化最为显著.     

动力扰动和高温联合作用下砂岩力学特性及破坏特征

为分析不同动力扰动和温度条件下砂岩的力学特性和破坏特征,开展了单轴压缩试验和声发射试验。首先,对中粒径砂岩试件进行不同温度的加热;其次,进行单轴压缩并全过程监测声发射信号;最后,结合峰值应变、单轴抗压强度等数据,分析砂岩的力学特性及破坏特征。研究结果表明：循环扰动和温度作用对岩石强度影响极大,无循环扰动的试件抗压强度随温度升高而先上升后下降,其余试件抗压强度与两者呈负相关,且受温度影响更为显著;砂岩峰值应变随着温度升高呈先降低后上升的趋势,200℃为该类砂岩的拐点,砂岩峰值应变与循环扰动幅度呈正相关,有加速上升趋势,且对温度变化更敏感;试件临近破坏时,内部裂纹发展情况存在突变,R_A(上升时间与幅值之比)和F_A(平均频率)的分布明显变化。F_A/R_A>K的声发射信号急剧减少、F_A/R_AA/R_A的波动与实际物理过程一致且更提前,可作为岩石破坏先...     

温度和含水率影响下盐渍土力学特性试验研究

为研究外界环境变化对西宁地区黄土状盐渍土抗剪强度和变形特性的影响,本文以西宁地区的黄土状盐渍土为试样,利用GDS伺服电机控制双向动态三轴试验系统(DYNTTS)对4种不同含水率的试样进行不同温度下的三轴试验。结果表明：当含水率一定时,在温度为-15℃条件下土样内部发生冻结现象,黄土状盐渍土的应力—应变曲线呈应变软化特性;当温度≥-5℃时,随着温度的升高其应力—应变曲线由应变弱软化型逐渐过渡为应变硬化型。当温度保持不变时,在低温条件下(即-15℃时),随着含水率的增大,黄土状盐渍土的抗剪强度逐渐增大;当温度≥-5℃时,随着含水率的增大,其抗剪强度整体呈下降趋势。温度和含水率的改变主要影响了黄土状盐渍土的黏聚强度,对摩擦强度的影响并不显著。     

水对粉砂岩受力破裂红外辐射温度敏感性实验

为研究含水粉砂岩破裂过程中红外辐射温度变化对应力的敏感程度,采用实验与数据分析的方法,对粉砂岩单轴加载红外辐射温度进行分析.研究结果表明:水对粉砂岩破裂红外辐射敏感性影响较大,且存在一个临界转换点(质量分数1.464%).当质量分数MF1.464%时,质量分数增大红外辐射-应力的敏感性增强;反之,敏感性减弱.另外,MF=2.563%是水对红外辐射温度变幅影响的一个关键点.低于2.563%时,质量分数增大红外辐射温度降幅增大;反之,红外辐射温度降幅减小.     

不同形状砂岩的动态力学特性

为研究横截面形状对岩石试样动态力学特性的影响,采用改进后的霍普金森压杆(SHPB)对砂岩圆柱试样、方形试样和厚壁圆筒试样进行冲击试验。研究结果表明:这3种试样的动态强度均随应变率的增大而增大,由于厚壁圆筒试样存在较大自由面,故其比圆柱试样和方形试样对应变率变化更敏感;横截面形状对岩石变形模量的影响较小,而对峰值应变的影响较大,峰值应变的应变率效应不明显;横截面形状和应变率对试样破坏形式的影响较明显,方形试样棱角处均出现明显的剪切面,应变率越大,试样破碎块度越小。     

不同载荷水平砂岩吸水特性实验研究

针对边坡岩体受损后吸水特性发生变化进而导致稳定性降低的问题,选取三峡库区典型砂岩为研究对象,对不同载荷水平砂岩的吸水特性进行实验研究,结果表明:随着时间的增加,砂岩吸水曲线水位高度上升速率逐渐减小,并最终趋于稳定;随着载荷水平的逐渐升高,砂岩吸水率先减小后增加,当载荷水平较高导致岩样出现裂缝后,岩样吸水能力极大提高,短时间内水位高度迅速上升.岩样的吸水曲线水位高度局部较高区域恰好在主裂缝附近,而较多的小裂缝处的水位高度线分布散乱.该研究揭示出可根据岩体表观吸水曲线特征来预测岩体内部结构变化情况.     

单轴压缩下孔洞砂岩细观破裂演化规律

采用INSTRON-1346型液压伺服控制试验机对含圆形、梯形、马蹄形和正方形4种孔洞的板样红砂岩进行单轴压缩试验,并借助数字图像相关技术观测和分析砂岩试样的变形和破裂演化过程,研究孔洞形状对岩石力学特性和断裂损伤演化规律的影响。研究结果表明:岩石抗压强度和弹性模量随着孔洞形状的不同而有不同程度的弱化,且梯形孔洞劣化作用最明显;含不同孔洞形状砂岩的破坏模式整体呈对角剪切破坏,但局部破坏存在一定差异;含孔洞岩样在单轴压缩条件下的变形损伤和演化过程均经历微孔隙压密与拉伸裂纹萌生阶段、拉伸裂纹稳定扩展阶段、次生裂纹萌生阶段、次生裂纹快速扩展阶段、远场裂纹萌生与繁衍阶段以及宏观剪切形成与破坏阶段这6个阶段;拉伸裂纹在加载全过程中经历"张开—闭合—重新张开"的过程;孔洞周围次生裂纹的起裂大多为张拉和剪切破坏共同作用的结果,其后剪切作用逐渐对裂纹的扩展起主导作用。     

不同卸荷速率下变质石英砂岩力学性质试验分析

为研究不同卸荷速率下岩石力学特性,以锦屏一级大奔流沟料场特高边坡变质石英细砂岩为例,开展不同卸荷速率和不同围压下的卸荷试验,得到了应力-应变曲线,重点分析了卸荷速率对应力-应变关系、破坏特征、破坏应力差、强度参数的影响规律.结果表明:卸荷作用对岩石脆性破坏特征明显;常规加载试验为压剪破坏,卸荷试验为张剪破坏;随着围压的降低,弹性模量不断降低,卸荷速率越快,非线性关系越明显;卸荷速率越快,泊松比增加越慢;卸荷条件下岩石的黏聚力减小,内摩擦角增大.     

不同应力路径下砂岩的宏细观力学响应特性

为了研究应力路径对砂岩的宏观、细观力学响应的影响,基于颗粒离散元方法构建了空心圆柱试样并开展了6组不同应力路径的试验,分别研究了砂岩试样在不同应力路径下的宏观应力-应变响应,以及细观法向与切向接触力的分布规律。研究结果表明：当试样内围压相同时,随着外围压的增加,试样破坏时的体积应变也随之增加,即试样的膨胀现象愈加明显;当试样的外围压相同时,随着试样内围压的增加,试样破坏时的体积应变随之先增长后减小。在中主应力系数不为0时,中主应力系数越大,试样的径向应变与环向应变之和的绝对值越大。在内围压相等的情况下,随着外围压的增加,试样的法向接触力增加。当外围压相等,内围压增大时,试样的法向接触力减小。     

巡航导弹的红外辐射特征研究

根据地面防空的需要，深入研究了巡航导弹的红外辐射特征，对构成巡航导弹红外辐射条件的气动加热、羽流和尾喷管辐射三方面进行了分析计算，给出了计算结果，并进行了相关分析。     

人体穴位红外辐射光谱特征

用PHE201体表红外光谱仪进行了一系列人体体表红外辐射光谱的检测，发现了人体红外辐射光谱在2—3μm与黑体辐射差别较大，说明人体表面存在热致红外辐射外的其他红外辐射．正常人与冠心病人左侧内关穴归一化红外辐射强度在1．5—3．7μm波段有明显差异性．通过与ATP水解反应过程中释放的红外光谱比较推测可以用能量代谢解释2—3μm处的峰值．用激光照射肥大细胞可引起肥大细胞脱颗粒现象，说明中医灸法和激光穴位照射可引起肥大细胞脱颗粒而产生生理效应．     

不同含水率煤体的物理力学性质试验研究

设计加工了有压注水试验模拟装置,进行常压自然、加压、添加表面活性剂加压注水试验,并分别研究煤体含水率与注水方式、煤体含水率与煤体抗压强度、弹性模数、塑性指数及应力-应变之间的关系,最后从注水后煤体分子及水分子相互间作用力的角度,解释添加表面活性剂对煤体相关物理力学性质改变机理。     

单轴压缩作用下含不同倾角裂隙的类岩石试样力学特性

对含有不同倾角的预制裂隙类岩石试样进行单轴静载态压缩试验,研究裂隙倾角对于试样强度、破坏模式、破坏过程及裂纹起裂和扩展规律的影响。研究发现,含有预制裂隙的类岩石试样与完整试样的应力-应变曲线相似,可分为压密段、线弹性段、裂纹稳定扩展段、应变软化段和残余强度段。含裂隙岩石的峰值抗压强度随裂隙倾角的逐渐增大呈V字形变化,裂隙倾角45°时,岩石的峰值抗压强度最低,裂隙倾角0°和90°时,岩石的峰值抗压强度最高。裂纹的起裂角随裂隙倾角的增加而逐渐减小,裂纹的起裂速度和稳定扩展速度随裂隙倾角的增大逐渐增大。裂纹随载荷的逐渐增加,从预制裂隙尖端开始起裂,在初始加载阶段,由于岩石还具有一定的强度,裂隙扩展不明显,达到一定的载荷时,裂隙迅速而稳定扩展,直至完全破坏。     

单轴压缩下节理砂岩能量演化机制倾角效应

基于室内单轴试验和岩石能量理论,研究单轴压缩下不同倾角节理砂岩能量演化机制,分析节理砂岩峰值点各能量指标和峰前、峰后能量突变幅度的倾角效应。研究结果表明:根据节理砂岩的各能量占比和能量曲线斜率的变化规律,可将节理砂岩能量演化过程划分为初始压密耗能段、峰前线性储能段、峰前能量跳跃积聚段、峰前加速耗能段和峰后能量突散段;节理砂岩峰值点处总应变能和弹性应变能随节理倾角增大均呈不对称U型演化特征,岩体受能量驱动而发生变形破坏的难易程度呈难—易—难变化趋势;节理砂岩峰前能量突变幅度随倾角增大呈不对称倒V型变化趋势,缓倾角节理砂岩峰前突变损伤程度强于陡倾角节理砂岩;节理砂岩峰后能量突变幅度随倾角增大呈不对称V型分布,峰后裂崩程度先减小后增大,倾角为45°的节理砂岩峰后裂崩程度最小。