电极材质对泥岩电化学改性效果的影响

为阐明电化学作用下电极材质对泥岩物性变化的影响规律,以新生代煤系泥岩为对象,运用物理模拟方法,研究低压直流电场作用下电极为铜、铁和铝时的电极腐蚀特征与新生矿物表征,电流变化与电流降低率,模型不同区域岩样电阻率和强度特征,并探讨了电阻率与强度的内在联系。结果表明：不同材质电极阳极均在酸性环境下发生金属氧化反应,电极被腐蚀生成新矿物,铝电极阴极在碱性环境下生成大量三水铝石,铁、铜电极阴极则没有明显变化;通电初期不同材质电极模型电流均有一个陡降过程,然后缓降,降低模式和降低率存在明显差异;3种电极模型不同区域岩样的电阻率和单轴抗压强度均呈现阳极＞中间＞阴性的趋势,且电阻率和单轴抗压强度正相关。     

原状与重塑冻结黏土单轴抗压对比试验

以某矿区地下不同深度的黏土为研究对象,采用冻土的单轴压缩试验,在3种温度下对原状与重塑人工冻土进行压缩指标及破坏特征的测定,并分析了因不同温度及不同深度下压缩特征的变化规律。结果表明:原状冻黏土在-5℃时呈现腰鼓状的塑性破坏,-10℃与-15℃下则为脆性破坏,重塑冻黏土在-5℃与-10℃下呈现塑性破坏,-15℃下则为脆性破坏;冻土的抗压强度随温度降低而增强,抗压强度与温度的关系可用指数函数来进行拟合,3种温度中-10℃情况下的峰值应变最大;温度越低弹性模量越大,弹性模量与温度的关系呈线性关系,相比于重塑冻黏土,温度对原状冻黏土弹性模量的影响更大;温度越低,深度对抗压强度比值的影响越小,重塑冻黏土的抗压强度越接近原状冻黏土的抗压强度。     

电化学抑制煤系黏土岩泥化的孔隙结构作用机制

为解决黏土岩在煤炭洗选过程易泥化的问题,采用低温液氮吸附法,考察了不同电解质浓度条件下煤系黏土岩孔隙结构的变化规律,分析了煤系黏土岩孔隙结构特征变化与泥化的关联,揭示了电化学抑制煤系黏土岩泥化的结构作用机制。试验结果表明,电化学作用可以改变黏土岩的孔隙类型,显著降低黏土岩的比表面积、孔体积、孔隙分形分维数,减少黏土岩微孔比例,提高其平均孔径。这些变化使煤系黏土岩孔隙水化性能减弱,导致其泥化进程被有效抑制。      

透明岩体相似材料配制及其物理力学特性分析

针对岩体内部变形破裂难以直接观测的“黑箱”难题，研发配制透明岩体相似材料进行相似模拟试验。选取E-44型环氧树脂作为骨料，三乙醇胺作为固化剂，外加酒精松香饱和溶液(RSS)来调节脆性。设计考虑2因素4水平的全面试验，以E-44型环氧树脂与三乙醇胺的配比及RSS在混合溶液中的含量为2个因素，系列研究了不同配比下透明岩体的透明度、类岩石性和强度可调性。研究结果表明：不同配比制备的透明岩体均具备透明性。不同配比制备的透明岩体试样在单轴抗压强度、应力-应变曲线和破坏模式方面与岩石力学性质相似，表明不同配比制备的透明岩体试样具有类岩石性。透明岩体试样的单轴抗压强度、峰值应变和弹性模量随E-44型环氧树脂和固化剂配比和RSS含量的变化而产生较大的变化，因此，可通过改变原料配比调整透明岩体试样的力学性质，制备的透明岩体试样满足强度可调性。     

冻融作用下水灰比对类岩石材料物理力学特性影响研究

高寒地区矿山边坡岩体会经历冻融循环作用，引起岩体结构损伤和强度弱化，对矿山边坡的稳定性构成危害。水泥砂浆作为模拟裂隙边坡岩体常用的类岩石材料，其配合比对该类岩石材料抗冻性影响较大。为探究冻融作用下水灰比对类岩石材料物理力学特性的影响机制，制作了7种不同水灰比的类岩石——水泥砂浆标准试样，进行了不同次数的冻融循环试验及0~50次冻融后的单轴压缩试验。结果表明：①冻融前，随着水灰比的增大，试样初始孔隙率增大、密度降低，进而导致其波速下降；冻融过程中，波速随着冻融次数的增加而减小，且水灰比越大，波速损失率越高。②随着水灰比增大，类岩石材料的单轴抗压强度、弹性模量均出现了先增大后减小的现象；当水灰比为0.325~0.35时，类岩石试样的单轴抗压强度最高且抗冻性能最好。③随着冻融循环次数增加，应力应变曲线趋于扁平化，试样由脆性逐渐向延性转化，且水灰比越大，试样孔隙压密阶段变形越大。研究成果可为寒区矿山边坡及相关岩体工程类裂隙岩体冻融试验中的配比设计提供借鉴。     

软弱夹层倾角对煤系砂岩物理力学特性的影响研究

针对某矿区煤系砂岩软弱夹层倾角分布各异的特点,分别对不含夹层及倾角为0°,30°,45°,60°和90°的软弱夹层岩样进行单轴压缩试验及波速测试,探讨不同软弱夹层倾角对煤系砂岩单轴抗压强度及岩石完整性等特性的影响,研究结果表明:(1)软弱夹层对煤系砂岩的单轴抗压强度具有明显的弱化作用;(2)软弱夹层对煤系砂岩强度的弱化整体趋势为随夹层倾角的增加呈现出先减小、再增大,其中30°的夹层对强度弱化最显著,使岩石单轴抗压强度降低19.1%,且轴向变形增大17.7%;90°的夹层弱化作用最小,强度仅降低4.9%,且变形基本一致;(3)与对强度的影响类似,软弱夹层对波速同样产生弱化作用,整体趋势为先减小后增大,其中30°的夹层对波速影响较大,相比完整岩石,波速降低11%,而90°夹层对波速影响最小,仅降低2.0%。     

基于3D打印的类节理岩体模型及力学特性

节理裂隙构造分布对岩体变形与破坏特性具有关键控制作用,厘清节理构造及岩体力学特性对于指导工程稳定性具有重要意义。3D打印技术在岩石力学方面的应用为节理岩体力学特性研究提供了有效手段。基于3D打印技术提出一种节理岩体制备方法,开展单轴压缩测试分别分析了实心试样、RDFN模型和DFN试样的变形特性及破裂模式,讨论了透明硬水晶与PLA材料在预制节理岩体力学特性分析的适用性,对比了冷冻处理下透明硬水晶材料的力学变化。研究发现：基于PLA树脂的3D打印材料在单轴压缩条件下发生了膨胀扩容,并呈现显著的塑性变形特征,与岩石的力学性质有较大差异;硬水晶材料的破坏模式为明显的“X”共轭剪切变形破坏特征,峰前应力-应变曲线特征与岩石接近,含裂隙试样的表现为沿近似45°斜面的压剪破坏;裂隙网络的存在会显著降低类岩体模型的抗压强度,粗糙RDFN的类节理岩体模型强度高于直线型DFN类节理岩体模型,试样发生斜截面剪切破坏时,节理模型增强了裂隙系统的锁固效应;类节理岩体表现出一定的尺寸效应,并受PLA材料高塑性特性影响;承压强度实心试件总体来说最强,RDFN模型次之,DFN模型最小,3类模型强度存在一定的尺寸效应特...     

长期荷载对人工冻土单轴强度的影响

取自煤矿井检孔的原状黏土,加工成准50 mm×100 mm标准试样,先分别在-5℃、-10℃、-15℃下进行单轴压缩试验获得单轴极限抗压强度,然后进行-5℃、-10℃、-15℃下蠕变荷载分别为0.3σs、0.5σs的单轴蠕变试验,最后将蠕变试验后的试样进行单轴压缩试验。结果表明:随着温度的降低,原状黏土的单轴抗压强度不断提高;原状黏土经受长期荷载后的单轴抗压强度有所降低,在-5℃降幅最大达到15%,且都是塑性破坏方式。     

电化学作用下煤系泥岩孔隙和强度变化的试验研究

基于水溶液为纯净水和1 mol/L NaCl煤系泥岩的电化学改性对比试验,结合岩样的液氮吸附、单轴压缩和扫描电镜能谱分析结果,研究了电化学作用下泥岩孔隙和力学强度的变化规律。研究结果表明:电极及导线的电化学腐蚀主要发生在阳极,且水溶液为1 mol/L NaCl时的腐蚀程度强于纯净水;相比自然样,电化学作用后岩样阴阳极区域比表面积累积和孔容累积均不同程度的降低,比表面积累积阴极区域降低幅度明显大于阳极,而孔容累积阴极区域降低幅度小于阳极;水溶液为1 mol/L NaCl岩样阴阳极区域孔隙比表面积、孔容均小于水溶液为纯净水时;电化学作用后岩样的单轴抗压强度、弹性模量和变形模量均显著增强,水溶液为1 mol/L NaCl时岩样的增强程度高于水溶液为纯净水时。     

不同分层数量的煤系地层岩石单轴压缩试验分析

研究采用单轴抗压试验，以分别取自孔庄矿-1015水平3个取样点典型煤系岩石为对象，探究了层间具有粘结力的岩石力学性质。研究发现，煤系地层的层状岩石具有独特的力学性质，分层数量对岩石的压密阶段影响最大，增长范围为6.30%～88.58%.将层数对岩石的抗压强度、弹性模量、泊松比值、纵横应变及应力应变状态进行了对比分析。结果显示，随着层数增加，抗压强度呈现上升趋势，而弹性模量呈现下降趋势，泊松比不受层数变化的影响，纵横应变和应力状态逐渐趋于缓和。