岩石单裂隙渗流-传热模型及其参数敏感性分析

针对岩石单裂隙渗流-传热问题,在传热几何简化模型的基础上,借鉴非稳态平面热源法建立岩石单裂隙在瞬态下的传热数学模型,由此计算任意时刻裂隙岩石的温度分布。同时,对裂隙岩石的传热影响因素进行研究。结果表明:渗透作用下岩石温度场受裂隙水流速度、隙宽、水流与岩石初始温度差等综合作用的影响。在一定范围内对这3个参数进行敏感性分析,得出岩石温度场对裂隙水流速度、水流与岩石初始温度差的敏感度较大,而对隙宽敏感度较小的结论。     

片岩损伤裂隙系统定量表征方法适宜性分析

岩石损伤过程实质上是内部裂隙系统发育、扩展的过程,定量表征岩石裂隙率是间接获得岩石力学特性损伤劣化规律的关键。首先,通过冻融循环试验和压缩试验,得到武当群片岩单轴抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角等力学参数与冻融循环次数关系。采用CT扫描和超声波测试方法,分别得到试样CT数与冻融循环次数、纵波波速与冻融循环次数之间的关系。对CT数、纵波波速变化规律与力学参数变化规律进行相关性分析,结果表明,纵波波速与片岩力学参数相关性更显著,主要原因可能是超声波更适合于测试微观损伤裂隙。研究结果对于岩石损伤裂隙系统定量化表征具有一定参考价值。     

含裂隙岩石单轴压缩数值试验研究

为探究受压岩石中裂隙数量及倾角对其力学特性的影响,以锦屏二级引水隧洞某洞段岩石的单轴受压实测资料为依据,通过模拟试验反演得到了与之对应的岩石材料模型参数,并以此为基础模拟分析了单轴受压作用下不同倾角单、双裂隙岩样的力学性能和裂纹萌生、扩展及其破坏模式.单裂隙岩样表现出以拉剪破坏为主的渐进破裂模式;由于双裂隙岩石中裂隙间...     

基于图像的三维裂隙岩体特征提取、简化及网格生成方法

为用最少的网格对高分辨率数字图像的三维裂隙特征进行简化表征,提出了一种基于图像的三维裂隙岩体特征提取、简化及其网格生成方法。首先采用中心面点提取算法将裂隙转换为一系列面,并对其进行网格生成、面片交叉标识及网格优化,以生成的裂隙面网格为约束生成四面体网格模型。然后采用体素和形状相似度两个参数对生成的面网格的代表性进行评估,通过最小二面角、半径比、边长比及体积比等网格质量度量参数对生成的四面体网格质量进行了评价。最后,以一个三维二值化岩石裂隙图像数据为例,对所提方法的有效性及可行性进行了验证。结果表明,该方法在保留裂隙主要几何特征的前提下较好地生成裂隙曲面网格。     

面向MOOC的知识模型及可视化方法研究

利用一种岩石裂隙水沙渗透试验系统开展了水沙在平面平行裂隙中流动的滞后性的试验研究,分析了渗流速度-压力梯度闭环曲线的特征,解释了滞后现象的原因.试验结果表明:当渗流速度由零增大到1.77 mm/s再减小到零时,渗流速度-压力梯度曲线自行封闭,形成滞环;由于裂隙开度、粗糙度、沙粒径和沙浓度的不同,滞回曲线呈现凸镜形、月牙形、"8"字形、勺形和裂缝形等多种形状;水沙混合液与岩石裂隙面的接触角变化引起回程中渗透速度沿裂隙宽度方向分布变化,这是岩石裂隙中水沙渗透存在滞后现象的主要原因;沙粒在岩石裂隙面的沉积、水沙在岩石裂隙中运动形态的转变、水沙混合液的粘塑性是岩石裂隙中水沙渗透存在滞后现象的重要原因.     

多组非贯通裂隙岩石的压缩特性数值研究

裂隙岩体力学性质研究是非常复杂的课题,非贯通裂隙岩石的力学行为与裂隙的几何产状密切相关,裂纹的扩展贯通直接影响岩石的破坏。采用改进刚体弹簧方法,以随机均布Voronoi图为基础,生成不同裂隙产状的岩石数值模型,模拟含多组非贯通裂隙岩石的细观起裂和扩展过程。从细观和宏观两个方面分析了预制裂隙的贯通模式及其对岩石宏观破坏模式的影响;并得到沿平面破坏、阶梯状破坏、沿次生块体转动破坏三种破坏模式。通过分析岩石渐进破坏过程揭示其破坏机理;且定量分析了裂隙岩石在强度上表现出的各向异性特征。将数值计算结果与已有的岩石试验结果对比分析,表明数值与试验结果吻合较好。     

基于GSI的裂隙化岩体力学参数的确定

裂隙化矿岩体的力学强度特征和参数,主要受到岩块力学参数和岩体的节理裂隙参数的影响。为确定井下开采裂隙化矿岩体的力学强度参数,引入节理间距和节理面粗糙度系数(JRC)对地质强度指标(GSI)系统进行定量化的分级和参数取值,建立了定量化的GSI评价体系,综合采矿活动的影响因子,实现了裂隙化岩体力学强度参数的计算。以锌铜矿体的裂隙化矿岩体结构为研究对象,在进行的岩体工程地质调查基础上,取得了上下盘围岩的节理裂隙间距和节理结构面粗糙度系数,定量确定了上下盘围岩的裂隙化岩体强度力学参数。研究结果表明,运用定量化的GSI方法,可以实现裂隙矿岩体结构强度参数的确定,得到了锌铜矿体的上盘和下盘围岩的强度特征参数,其弹性模量分别为5.749 GPa和4.483 GPa,内聚力分别为3.126 MPa和2.772 MPa,内摩擦角分别为24.56°和23.08°。这些力学强度参数指标为裂隙矿岩体的采矿工程设计提供了基础参数。     

含预制裂隙花岗岩破坏的细观多相颗粒流模拟

基于断裂力学理论,分析了单轴压缩条件下,裂隙倾角对岩石裂纹起裂的影响.根据花岗岩矿物组分,建立了包含长石、石英和云母三相结构的细观颗粒流模型,模拟不同裂隙倾角下花岗岩的单轴压缩破坏过程,得到了花岗岩裂纹起裂、强度、应力应变、破坏形态等力学特征.研究结果表明:岩石试样优势起裂角为24°～30°,定向裂隙对裂纹起裂具有导向、促进作用;裂隙花岗岩的起裂应力和峰值强度随裂隙倾角的增大均表现为先减小后增大的变化趋势,当裂隙倾角为45°～60°时,岩石试件强度最低;裂隙花岗岩试样的压缩变形主要为裂隙面的变形,预制裂隙与新生裂隙的连接与贯通形成的宏观破裂面导致岩石破坏;花岗岩矿物组分比例对裂隙花岗岩强度有一定影响.     

输电线路裂隙岩体地基锚杆抗拔模型试验研究

针对输电线路工程中节理裂隙发育的岩石地基,根据相似理论设计了锚杆室内抗拔模型试验.试验采用正交试验设计方法,选取岩石弹模、锚杆埋深、浆体强度、裂隙角度和裂隙迹长5项参数作为影响因素,分别就各因素对岩石锚杆基础抗拔承载力的影响机理进行了试验研究.结果表明,上述5项因素中岩石弹模与锚杆埋深对抗拔承载力影响显著,且抗拔承载力与岩石弹模及锚杆埋深均成正相关变化关系,其他3项影响因素对岩石锚杆基础的抗拔承载力影响规律不明显.试验还表明,节理裂隙发育的岩石锚杆基础的破坏形式主要有滑移开裂破坏与滑移剪切破坏2种,并且得出了岩石锚杆的传力机制.     

构造裂隙对巷道稳定性影响的评价方法

地下岩石工程中，构造裂隙分布状况与发育程度对巷道的稳定性影响很大。结合潞安矿区3个矿井的构造理解隙实测结果，提出裂隙因素巷道稳定性的评价方法，为裂隙岩体巷道稳定性的定量化评价奠定了基础。     

基于结构面粗糙度随机场表征的抗剪强度变异性

岩体结构面抗剪强度参数具有变异性是客观事实,而受限于室内外直剪试验成本而导致抗剪强度变异性指标获取困难是目前制约岩质边坡可靠度评价发展的主要原因之一。鉴于此,本文提出了一种利用少量实测结构面粗糙度曲线样本和岩块物理力学参数,结合JRC-JCS剪切强度模型、随机场理论和非侵入式离散元数值试验,获取结构面抗剪强度参数变异性指标的方法。将此方法应用于某隧道进口段岩质边坡可靠度评价中,研究发现：（1）该岩质边坡主控结构面粗糙度纵坐标方差为0.012 5 cm2,相关距离为0.75 cm,生成的随机粗糙度曲线与实测样本相似;（2）结构面粘聚力和内摩擦角均值分别为0.427 MPa和54.9°,标准差分别为0.229 MPa和4.47°,变异系数分别为53.63%和8.14%;（3）此边坡稳定性系数服从正态分布,失稳概率为2.8%,可靠度为1.52。     

开放性裂隙岩石三轴加载破坏前兆信息

含节理的岩质边坡开挖卸荷时易发生突发性失稳破坏,对含不同岩桥长度的花岗岩试件开展三轴加载试验,运用红外热像仪全程采集,引入温度特征粗糙度,研究含节理岩石试件三轴加载过程中临空面上平均温度变化和温度特征粗糙度变化特征,将温度特征粗糙度与声发射振铃计数率和应力应变曲线对比分析.研究表明:温度特征粗糙度在试件破坏前夕出现突跳现象,而此时平均温度无任何异常表现,温度特征粗糙度前兆性优于平均温度;温度特征粗糙度与声发射振铃计数率和应力应变曲线三者阶段性较为一致,温度特征粗糙度突跳现象均略提前于声发射振铃计数率陡增和应力应变曲线下降;不同岩桥长度试件的温度特征粗糙度变化特征较为一致,以此作为研究指标受节理长度影响较小.研究结果可为节理岩质边坡开挖卸荷防治提供理论参考.     

岩石表面粗糙度的三维定量分析方法

为探究一种三维定量描述岩石表面粗糙程度的方法,通过非接触式超景深三维显微设备获取岩石表面三维彩色等高图,提取并计算三维彩色等高图上各像素点的坐标信息,提出"表面轮廓体积均方根"Vp描述岩石表面粗糙程度。研究结果表明:Vp值与标准轮廓曲线的JRC值、节理剖面系数Rp值均存在指数函数正相关,Vp值越大,粗糙度越大;Vp用于对比粗糙度差异性更直观,克服了粗糙度各向异性及不同方向上存在随机性的理论缺陷,设备及像素点统计方法具有较好的经济性、高效性。     

基于Weibull统计分布的岩石损伤模型

基于岩石内部裂隙和孔隙分布的随机性,运用连续损伤力学理论,建立了围压与轴压共同作用下岩石的统计损伤模型;结合岩石应力应变曲线的特征参量确定了模型参数,增强了模型的适应性;探讨了岩石损伤的演化性态及其宏观表现,并通过试验对模型进行了验证.结果表明:岩石的宏观力学特性取决于内部微裂纹的细观力学响应,其损伤演化途径反映了岩石变形破坏的全过程;模型理论曲线与试验实测曲线具有较高的吻合度,验证了模型的合理性.     

基于对数正态分布的岩石损伤统计分析方法研究

以Mohr强度理论为基础,利用岩石微元强度服从对数正态随机分布的特点,得到了三轴压缩条件下的岩石损伤统计本构模型,并根据试验曲线采用最小二乘法确定出模型参数.与试验结果比较,该模型可以很好地模拟岩石破裂过程的全应力应变关系,真实反映了岩石软化特性、岩石强度随围压变化等特性.在此基础上,讨论了对数正态参数F0,S0对岩石应力应变全过程曲线的影响.结果表明,参数F0值的变化对岩石的强度有影响;参数S0值的变化对岩石的脆性有影响.     

单轴载荷作用下岩石损伤演化及声发射特性研究

本文通过对两种不同岩石试样进行了单轴载荷破坏过程中声发射特性试验,得到了岩石全应力应变破坏过程中,声发射事件时间序列、事件累计数时间序列等声发射特性,分析了岩样损伤破裂不同阶段与声发射参数的内在联系与特征规律,研究表明,声发射信息反映岩石内部的损伤破坏情况,与其内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程密切相关,通过声发射事件数参数拟合出的理论应力应变曲线能够合理地反映岩石实际的应力应变和损伤演化特性,对预测预报岩石破坏失效的过程具有有着极其重要的理论价值和实际意义。     

围岩收敛曲线形态对地下结构稳定系数影响分析

针对现代地下支护结构设计方法中缺乏物理意义明确的稳定性表征指标这一不完善之处,结合收敛-约束原理来开展研究.首先,通过选取基于Mohr-Coulomb失效准则的Kastner公式和Duncan公式进行围岩弹塑性分析从而构建围岩收敛曲线;分析各支护单元的力学特性并构建锚喷支护结构支护特征曲线;然后,根据收敛-约束原理和荷载原理导出支护结构的稳定系数,从而建立不同围岩收敛曲线的地下结构稳定性定量评价方法;最后,在各岩体力学参数相似的条件下,通过算例分析不同围岩收敛曲线之间的差异性,展示了不同模式的操作和运行过程.     

间歇加力试验法在聚合物分子运动研究中的应用

采用间歇加力试验法研究非晶聚合物材料PMMA的分子运动－温度关系。由间歇加力形变－温度曲线，确定子特征温度Tg和Tt，同时进行了定量计算，包括初始高弹模量Eo，高弹态下单位体积缠结网链数N1,缠结点间平均分子量Mc，玻璃态时线热膨胀系数βg及高弹态时线热膨胀系数β。     

理想弹塑性材料平压头压痕试验过程的理论分析

针对理想弹塑性材料平压头压痕问题,对荷载位移关系曲线进行了理论分析,推导出分别对应材料不同塑性发展阶段阈值的2个压力特征值点,并利用有限元方法对压痕试验过程进行了数值模拟,验证了这2个压力特征值点和卸载曲线斜率的理论计算公式.以线性强化弹塑性材料为例,着重分析了压痕试验荷载位移曲线对塑性参数的敏感性.结果表明,可以通过压痕试验来确定材料的弹塑性参数.     

基于混合降维Elman神经网络的砂岩储层物性参数智能计算研究

针对实验室测定岩石储层物性参数在实际应用中的成本问题,提出一个基于混合降维Elman神经网络的砂岩储层物性参数计算的智能方法。首先利用灰色关联分析对岩石薄片特征参数与其物性参数进行关联度计算,优选关联度较高的若干参数;其次使用主成分分析对选出的特征参数二次降维,最后应用Elman神经网络寻找岩石薄片特征参数与其物性参数之间的映射关系。选取鄂尔多斯盆地吴旗地区薛岔区块延长组储层砂岩样本的薄片鉴定与物性分析数据对方法进行测试,实验结果表明,计算得到的孔隙度与渗透率平均相对误差分别为7.28%和6.25%,混合降维方法在收敛速度和计算精度方面也得到提高。因此,基于混合降维Elman神经网络方法能够利用成本较低的岩石薄片相关资料快速并准确地计算砂岩储层物性参数,具有较高的可靠性、实用性以及应用前景。