煤样抗压强度与弹性模量的多元回归模型

煤岩力学性能测试结果的离散性大,考虑力学参数的关联性,建立煤岩强度及弹性模量预测模型具有较为重要的工程意义.对来自隆德煤矿某煤层的煤样,测得其质量密度及加载前试样中的声速值,分析了二者的标准偏差及变异系数;基于不同加载速率下煤样的单轴压缩试验,综合煤样的扫描电镜(SEM)图分析了加载速率及声速值对煤样强度、压缩率及弹性模量的影响;基于最小二乘法分别建立了煤样强度极限、弹性模量关于其密度、声速值、加载速率的多元回归模型.研究表明:利用加载前测得的煤样中的声波速度、煤样密度及设定的加载速率,可由给出的回归模型较好地预测同一地质来源煤样的单轴抗压强度和弹性模量,为煤样相关的力学分析及后续其他研究提供理论参考.     

板岩单轴压缩各向异性力学特征

考虑岩石材料的各向异性,选用层理比较明显的板岩进行单轴压缩试验,分析力学参数的变化规律。研究结果表明:层理是板岩力学参数、强度特性及破裂模式呈现各向异性的重要原因;板岩单轴抗压强度和弹性模量均随层理面倾角的增大呈"U"型变化趋势,单轴抗压强度的各向异性比为2.8,属中级各向异性水平,试样变形模量的各向异性参数比为1.7;岩样整体泊松比随层理面倾角的增加而增大,但不同试样、相同位置的泊松比变化规律不同;岩样不同倾角的层理面是出现不同破裂模式的重要原因,0°试样形成贯穿层理面的张拉破坏,30°和45°试样基本沿层理面形成单一剪切破坏,70°试样由平行层理面的剪切和贯穿层理面的张拉组成复合破坏,90°试样形成沿层理的张拉劈裂破坏。     

含层理灰岩的巴西劈裂强度及拉裂损伤各向异性

为了研究不同角度层理对灰岩抗拉力学特性的影响,对7组不同角度层理灰岩进行巴西劈裂试验,根据岩石声发射累计振铃次数定义拉裂损伤变量,推导抗拉强度、劈裂模量及损伤变量随层理角度的变化规律。研究结果表明:①不同层理角度的灰岩,其受力变形过程基本一致,即经历压密、弹性和破坏3个阶段;②抗拉强度、拉伸模量随层理角度变化表现出明显的各向异性,在0°时最大,90°时最小;③基于岩体微元强符合Weibull分布及Lemaitre应变等效原理,通过拟合计算得到的损伤参数可以较好地反映7个角度灰岩样的损伤特性,损伤变量也具有各向异性特点,说明不同倾角的岩石参数在加载过程中有不同的劣化程度,同一应变水平下的损伤变量随着层理角度的增加出现下降的趋势。研究结果对于层状灰岩的试验研究、理论计算和工程建设具有一定的指导意义。     

含层理灰岩巴西劈裂强度及拉裂损伤各向异性

为了研究不同角度层理对灰岩抗拉力学特性的影响,对7组不同角度层理灰岩进行巴西劈裂试验,根据岩石声发射累计振铃次数定义拉裂损伤变量,推导抗拉强度、劈裂模量及损伤变量随层理角度的变化规律。研究结果表明,(1)不同层理角度的灰岩,其受力变形过程基本一致,即经历压密、弹性和破坏3个阶段。(2)抗拉强度、拉伸模量随层理角度变化表现出明显的各向异性,在0°时最大,90°时最小。(3)基于岩体微元强符合Weibull分布及Lemaitre应变等效原理,通过拟合计算得到的损伤参数可以较好地反映7个角度灰岩样的损伤特性,损伤变量也具有各向异性特点,说明不同倾角的岩石参数在加载过程中有不同的劣化程度,同一应变水平下的损伤变量随着层理角度的增加出现下降的趋势。研究结果对于层状灰岩的试验研究、理论计算和工程建设具有一定的指导意义。     

高温作用对大理岩强度及变形特性影响的实验研究

采用液压伺服刚性岩石力学实验系统对100～800℃高温作用下大理岩的强度及变形特性进行了室内实验研究，并取得了大理岩的单轴抗压强度、弹性模量、变形模量、泊松比等有效实验数据．在此基础上，比较系统地分析了大理岩在经历100～800℃高温作用后其强度及变形特征变化的统计规律和作用机理．研究结果表明：随着作用温度升高，上述各力学参数不同程度上渐次降低，尤其是在不同温度段岩石强度降低具有突变性．     

坝基各向异性岩石力学特性试验研究

为了掌握坝基层理面发育变质凝灰岩的力学特性,对垂直和平行于层理面方向的变质凝灰岩试样进行了三轴压缩试验.基于试验结果,得到了不同围压下垂直和平行于层理面的变质凝灰岩强度和变形参数,研究了其强度和变形特性的各向异性特征,最后分析了三轴压缩状态下试样的破坏形式及机制.研究结果表明,变质凝灰岩强度和变形特性与层理面方位角关系密切,垂直和平行于层理面方向的强度和变形参数表现出显著的各向异性特征,并随围压呈一定规律的变化.     

含氮气煤体超声各向异性特征实验研究

探讨含气煤体超声响应特征可为利用超声技术在煤岩物性特征测试中的应用提供依据。利用自主研发的煤储层物性特征实验系统,选取平煤八矿己_16-17煤层煤样,制备平行层理与面割理（x）、平行层理垂直面割理（y）和垂直层理（z）等3类煤样,对含氮气煤体在不同气体压力及不同吸附时间下的超声特征进行测试。实验结果表明：（1）轴压恒定时,随着围压增加,煤的弹性波速度不断增加,煤体抽真空状态下的纵、横波速度略大于常压下的波速;（2）煤柱从负压状态到注气吸附状态,随着注气时间的延长,波速先下降,然后缓慢升高;（3）轴压和围压不变时,随着气体压力的变化,纵波和横波速度均有所增加;（4）平行层理与面割理、平行层理垂直面割理和垂直层理方向各向异性明显,但超声响应规律基本一致;（5）煤样纵波和横波垂直、平行层理方向各向异性程度与吸附时间的关系差异明显,纵波各向异性程度对吸附时间更加敏感。     

层状砂岩力学行为各向异性与破裂特征

为揭示倾角对层状砂岩力学特性与破裂特征的影响,进行0°,30°,45°,60°和90°等5种倾角的单轴压缩试验,分析倾角对试样物理力学特性和破裂模式的影响,并结合声发射监测,分析微裂纹时空演化规律。研究结果表明:1)不同层理角度试样应力-应变曲线均经历压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和峰后破坏阶段,各阶段区分明显。弹性模量与纵波波速均随层理角度增大而增大,而单轴抗压强度先变小然后增大,曲线整体呈现出"U"形,在层理倾角60°时为最低值;2)倾角从0°增大到90°时,破坏模式由"穿切层理面的劈裂型剪切破坏"转变"复合张剪破坏"再到"剪切滑移破坏",最后转变为"劈裂张拉破坏";3)试样压密段几乎没有声发射事件,在弹性段声发射事件数逐步增加,当加载到峰值强度时,事件数剧烈增加,峰后破坏阶段事件进一步累积,声发射事件阶段变化与应力-应变曲线描述的变形破坏阶段吻合,且声发射事件空间分布与宏观破裂形态基本一致;4)矩张量反演的震源类型T-k值点分布在不同阶段的变化规律反映了剪切、张拉、混合破裂比例变化。试验用层状砂岩横观各向同性性质明显,力学性质随着层理倾角变化而变化,层理倾角变化对试样破坏模式影响明显。     

锦屏层状大理岩断裂特征的微细观分析

锦屏二级地下洞室群围岩处于埋深大、高地应力状态,开挖卸荷后围岩变形破坏引起的工程问题十分突出。根据锦屏二级交通辅助洞所取得盐塘组大理岩的层状及白山组大理岩均质的特性,利用SEM高温疲劳试验系统,开展了对盐塘组大理岩不同层理方向受力及白山组大理岩的变形破坏特征及断裂机理的三点弯曲试验。试验过程中,将岩样加工成盐塘组大理岩平行层理、垂直层理及白山组大理岩3组试件。研究结果表明：盐塘组大理岩的层状特性是由于其矿物成分的方解石矿物颗粒及白云石矿物颗粒呈条带状相间分布所致,而矿物颗粒单一的白山组大理岩试件则较为均质;层状大理岩的断裂机理取决于对层理的作用力方向及矿物组成,并且表现出力学参数上的差异,而受矿物颗粒间的胶结能力及颗粒大小的影响,白山组试件强度则最小;盐塘组大理岩两组试件变形破坏过程表现出明显的3个阶段,而白山组试件变形破坏特征则划分为峰前及峰后阶段,受不同断裂机理的影响盐塘组荷载平行层理方向较之垂直方向试件的塑性变形特征明显,且白山组试件峰后阶段较为完整的表现出了其变形破坏过程。     

高温遇水冷却石灰岩力学与声学性质研究

以石灰岩为研究对象,对加温遇水冷却后的岩样进行轴向压缩试验和声波测试,研究不同高温遇水冷却岩样的表观形态和力学性质的变化情况,分析力学与声学性质的关系。研究结果表明:随温度升高,高温遇水冷却干燥后岩样的颜色逐渐变浅,700℃时变为灰白色;峰值强度整体上呈减小趋势;当从常温升至500℃时,峰值应变逐渐增大,弹性模量和变形模量逐渐减小;高于500℃时,随温度升高,峰值应变先减小后增大,弹性模量和变形模量先增大后减小;随温度变化,弹性模量、峰值强度与纵波声波波速、横波声波波速间均呈现出良好的相关性。     

超临界CO2吸附诱发煤力学性质劣化的双重损伤效应分析

将CO_2注入到深部不可采煤层中提高煤层气采收率和CO_2长期地质封存,CO_2吸附将会诱使煤微观结构及力学性质发生显著改变。深部煤层赋存环境下CO_2将会相变为超临界CO_2,诱发煤微观结构发生更大程度改变,强度和变形特性变化更显著。大量实验结果表明,不同压力下的饱和CO_2煤样强度和弹性模量发生不同程度的劣化,煤样峰值强度和峰值应变演化不协调。基于此,引入双重损伤本构关系用以描述超临界CO_2吸附诱发煤强度和变形特性变化,并构建了裂隙中游离CO_2流体的有效应力和吸附诱发的膨胀应力耦合分析模型。通过对比验证,数值模拟结果与实验结果具有较好的一致性。数值模拟结果表明,饱和CO_2压力越大诱发的煤损伤越大;特别是,超临界CO_2诱发煤单轴抗压强度和弹性模量劣化更显著。     

层状岩体破坏性质试验研究

层状岩体由于其明显的各向异性特点,以及复杂的破坏机制,严重影响了地下工程的安全施工。通过对层状岩石试件进行全应力-应变三轴加载试验来研究层理对其强度特性和变形特征的影响;同时利用弹性小变形理论对复合层状岩体的变形及弹性模量进行了推导计算。试验研究结果表明,由于层理面之间存在不规整现象,水平层理的存在使得岩石强度以及整体弹性模量有所降低,使得在试件破坏时岩层的整体变形量增大。     

加、卸荷条件下岩石变形及三轴强度研究

基于实际岩石工程开挖过程中存在的卸荷现象,通过大理岩、花岗岩、砂岩等常规三轴加载与固定轴向位移的三轴卸围压实验（包括加地破坏后的卸围压实验）,对常规三轴与三轴卸卸围压条件下的变形模量及强度参数（弹性模量、峰值程度、残余强度等）进行了对比分析,试验表明卸载过程变形模量及强度指标明显小于加载过程的变形与强度指标,而三轴加载到峰值破坏后的卸围压试验表明其抗剪强度内摩擦角远大于加载破坏时的内摩擦角,内聚力一般比加载条件下加载峰值内聚力及峰后残余内聚力小。     

煤体层理方向对液态CO2致裂效果的影响规律

煤体原生层理裂隙对煤岩的性质有明显的影响,为研究液态CO_2致裂煤体的各向异性,对5种不同层理方位的煤岩进行注入液态CO_2致裂实验,借助超声波检测仪与低场核磁共振设备,分析其波速变化、孔隙分布及渗流空间演化规律.研究结果表明:不同层理方位的煤体致裂效果具有明显的各向异性.纵波波速变化与层理角度负相关,不同孔径的孔隙变化与层理角度正相关,且中、大孔径(渗流孔)相对于微小孔的层理方向效应更高.孔隙度与层理角度呈二次函数关系.该研究对现场注入液态CO_2致裂增透高效抽采瓦斯具有一定的指导意义.     

四川盆地区红层弱风化泥质砂岩力学特性试验研究

红层在四川盆地广泛分布,众多工程建筑座落于其地表附近的弱风化带上,通过四川盆地红层弱风化泥质砂岩的系列岩石力学试验,得出其基本力学特性,同时,就水和围压对岩石力学特性的影响进行了讨论．结果表明：岩石的变形在峰值前表现为弹塑性,水对岩石的强度、弹性常数均有明显降低作用,软化系数为0．52,随围压增高强度线性增高,变形模量、弹性模量、割线模量及泊松比呈自然对数增高．其力学参数和相关关系可为有关工程提供参考和借鉴．     

川东北嘉四—五段地层岩石力学参数不确定性研究

针对川东北油气田嘉陵江组四?五段地层普遍出现的套管变形损坏现象,有必要对该地层段岩石力学性质进行统计分析。采用随机?模糊统计法对静态岩石力学参数样本数据进行粗差分析,并基于K?S假设检验方法,研究嘉陵江组四?五段地层的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和内聚力等岩石力学参数的概率分布特征,以确定各岩石力学参数最优的概率分布形式和概率密度函数。结果表明：嘉陵江组四-五段地层的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和内聚力都具有较强的离散性,且其大样本最优概率分布形式并不一致,分别为威布尔分布、威布尔分布、对数正态分布和对数正态分布。计算得到的岩石力学参数概率分布区间,能够更为准确地描述嘉陵江组四?五段地层的力学性质,研究结果为盐膏岩地层钻井设计及井壁稳定性研究等提供了数据支持。     

片麻岩各向异性力学特性试验研究

岩石的各向异性力学特性对工程安全稳定性具有重要的作用。以片麻岩为研究对象,对垂直层理和平行层理的岩样开展了波速试验、单轴压缩和点荷载试验,分析了其强度特性,讨论了岩样的破坏特征及破裂模式。结果表明:在垂直层理和平行层理两种情况下,片麻岩的波速和强度差别明显,表现出各向异性特征;在垂直层理条件下,片麻岩的点荷载强度指标Is(50)与单轴压缩强度之间的换算系数为21. 25,而平行层理条件下为14. 46;单轴压缩试验中,垂直层理的岩样以拉-剪复合模式破坏,平行层理的岩样以张拉模式破坏;在圆盘形试样的点荷载试验中,试样破裂主要有2块和3块的形式,垂直层理和平行层理加载的破坏形式也存在一定差别。     

塔里木X区古近系膏泥岩层力学性质分析

对塔里木X区古近系膏泥岩进行取样,镜下鉴定表明其主要成分为硬石膏和泥质,进行室内声波测试和力学测试,结果表明：85℃范围内波速的温度效应可以忽略不计;硬石膏泥岩的波速值比膏质泥岩大（约1.4倍）,但泥质含量高的膏质泥岩在有效围压不断增加过程中波速平均增量约为硬石膏泥岩的2倍;膏泥岩动模量变化规律与波速类似;泊松比变异系数为21.7%,离散度高,各阶段增减变化比较杂乱,但变化量级较小;单轴条件下膏泥岩为脆性变形,三轴条件下为弹-塑性变形,硬石膏泥岩的抗压强度、静弹性模量及静泊松比都比膏质泥岩大得多,温度条件对两类岩性岩石力学参数的影响程度不大;岩样抗张强度与三轴抗压强度线性正相关,内聚力和内摩擦角与波阻抗线性正相关;通过动静参数对比,表明两种岩性服从相似的变化规律,可以对整体进行拟合。最后计算出该区正常压实关系式,并根据Eaton法与相关地层压力测试对比计算出古近系地层压力系数,结果表明古近系压力系数大约在1.1~1.2左右变化,该压力系数表明膏泥岩层的压力梯度变化要大于一般压实层,按此压力系数近似计算该区古近系剩余压力在3.5~7.2MPa左右。该研究可以为深入分析古近系膏泥岩层力学性质、制定合理钻井液密度、高效钻探及制定完井方案等方面提供一些参考。     

地基土受横向挤密和纵向压密作用的量化分析

探讨了加固地基对地基土的横向挤密和纵向压密效果,建立了地基处理后土的各种物理力学参数和地基承载力的计算公式,提出了土的损伤参数和弹性模量、变形模量、压缩模量之间的关系,并利用某工程实例,检验了文中公式的正确性和实用性。     

基于平行黏结模型的类岩石材料宏细观参数影响

为了研究材料宏观力学特性与细观参数的关系并进行细观参数标定,将平行黏结模型作为颗粒的接触模型,对颗粒流程序中的细观参数进行正交试验设计,结合室内试验确定类岩石材料的细观参数。结果表明:类岩石材料宏观弹性模量主要由颗粒模量、平行黏结模量以及半径乘子影响;法向黏结强度与切向黏结强度共同影响抗压强度,且不同黏结强度比对裂纹的分布有影响;泊松比主要由颗粒刚度控制,且颗粒刚度越大,剪切裂纹占比越大。物理试验与数值模拟的峰值应力接近,应力-应变曲线基本吻合,裂纹扩展形态一致,表明细观参数结果可靠,为其他岩石材料颗粒流模拟提供借鉴。