综放采场顶煤压裂机理的实验研究

采动岩体裂隙演化规律的定量描述是岩石力学的重要课题之一。通过模拟支承压力对硬煤、软煤和中硬煤300 mm×300 mm×300 mm大煤样的压裂过程,运用分形几何理论研究了顶煤在支承压力峰值前后作用下裂隙的演化规律。研究结果表明,裂隙分维和支承压力具有良好的多项式定量关系。同时得出了基于损伤力学的顶煤压裂本构方程,为综放开采数值分析、工艺及参数选择提供了科学依据。     

纤维聚合物筋混凝土梁正截面性能的试验研究

进行了 6 2根截面尺寸分别为 130mm× 180mm× 180 0mm、2 0 0mm× 30 0mm× 3 30 0mm、2 0 0mm× 45 0mm× 3 30 0mm和 2 0 0mm× 5 5 0mm× 3 30 0mm的纤维聚合物筋混凝土梁的弯曲试验 ,重点研究了纤维聚合物筋类型、配筋率对梁的裂缝间距、宽度和分布 ,弯曲刚度和挠度、破坏形式和承载能力的影响。     

液氮致裂层理煤体热–流–固–损伤耦合模型及数值模拟研究

煤体原生层理对煤体力学性质有显著影响,为探究液氮低温致裂层理煤体裂纹扩展及劣化失稳机制,基于细观基元理论和损伤力学理论建立热–流–固–损伤耦合模型,并利用COMSOL软件模拟获得不同应力比下液氮致裂层理煤体裂纹扩展分布特征,分析压裂过程中煤体损伤、渗透率和温度的演化规律。结果表明：液氮注入煤体初期(5 s),钻孔附近与液氮接触煤体温度急剧下降形成小范围超低温区,产生的热应力超过煤体抗拉强度,在钻孔周围产生损伤破坏区域。随着液氮注入压力增加,煤体内部出现多条主裂纹,主裂纹主要沿层理方向发育并生成次生裂隙,且钻孔周围形成复杂破坏区域,煤体损伤开始增大,渗透率也随之增加;注入压力持续增加煤体进入失稳阶段,煤样内部大量裂纹贯通,煤体发生破坏,煤体损伤和渗透率也逐渐达到峰值。煤体损伤、裂隙压力与渗透率随着煤体层理角度增加呈增加后减小趋势,层理角度为45°时达到最大值;煤体损伤、裂隙压力与渗透率在应力比为0.5时达到最大,应力比从0.5增大到1时大幅减小,应力比超过1后逐渐趋于平稳。层理对煤体液氮压裂的起裂压力影响显著,不同层理角度条件下煤体液氮压裂起裂压力变化规律相似,随层理角度增加,起裂压力呈...     

煤体水力压裂过程中孔壁应变及电阻率响应特征试验研究

为全面分析压裂过程煤体的损伤破坏过程,提出水力压裂过程孔壁应变与电阻率同步监测的试验方法,利用自制的水力压裂试验系统,开展原煤水力压裂试验,得到煤体水力压裂过程的孔壁压缩应变–电阻率–水压曲线,分析孔壁应变与电阻率的响应机制。结果表明,煤体水力压裂过程中孔壁应变和电阻率呈现较强的规律性;孔壁应变曲线呈现"V"型,电阻率曲线呈现"■"型,这种变化趋势与水压变化相对应,当水完全占据孔内空间时会导致煤体电阻率达到最小,一旦压裂孔出现破裂,电阻率及孔壁应变会出现突变并逐渐达到最大值;孔壁应变曲线反映出压裂孔承压变形的强度,电阻率曲线则反映出试块内部裂隙的演化特征。煤体孔壁应变–电阻率–水压曲线蕴含了压裂孔承压破裂的丰富信息,为研究钻孔起裂行为提供了一种新方法。     

纤维高强混凝土弹性模量的试验研究

通过 12 6个 15 0mm× 15 0mm× 30 0mm、6 3个 15 0mm× 15 0mm× 15 0mm高强混凝土和纤维高强混凝土试件的抗压试验 ,研究了纤维类型和体积率对高强混凝土弹性模量的影响以及弹性模量与立方体抗压强度的关系 ,在讨论高强混凝土弹性模量计算公式的基础上 ,提出了纤维高强混凝土静压弹性模量的计算公式 ,该公式计算值与试验结果符合较好     

动载作用下煤体损伤特性的电磁显现特征

电磁是煤岩动力灾害预测的重要手段,掌握电磁信号特征与煤体损伤程度间的关系是灾害预测的关键。通过原煤SHPB试验及瞬变电磁监测,分析煤体冲击破裂过程中的电磁信号(0~3 k Hz频段)特征,从破裂耗能及破碎程度两方面分析试件损伤特性,并探求电磁信号特征(幅值、能量)与煤体破裂损伤特性间的关系,研究发现:(1)分形维数与最终破裂程度规律相似,利用分形维数来定量评价煤体破裂程度是可行的;(2)煤岩冲击破裂电磁信号呈瞬时脉冲状,持续时间仅为微秒级,信号幅值及能量总体随着破碎程度的增大而增大;(3)煤岩冲击破裂电磁信号的幅值及能量与其损伤程度(分形维数)符合较好的线性关系,利用电磁信号特征监测煤岩损伤程度是可行的;(4)受煤岩材料固有缺陷的不确定性及共振破坏现象的影响,煤岩的损伤程度与冲击耗散能间的相关性较弱。研究成果对于利用电磁信号特征评价煤体损伤程度进而预测动力灾害的发生具有重要意义。     

基于损伤理论双重介质水力压裂岩体劣化与孔渗特性变化理论研究

 首先,针对石油储层水力压裂岩体损伤机制,考虑岩体受载后基质孔隙和微裂缝体积均发生变化,采用基质孔隙和微裂缝体积变化分别定义岩体损伤和裂缝演化的张量型损伤变量,建立水力压裂岩体损伤模型;然后,假设水力压裂过程微裂缝动态演化满足Logistic分岔标准模型,建立基于损伤理论的微裂缝动态演化损伤模型,根据水力压裂能量守恒原理,确定岩体损伤演化过程体积应变和介质孔隙度、损伤变量的内在联系;最后,建立水力压裂岩体基质孔隙和微裂缝渗透张量演化模型。将新方法和传统方法通过模块程序导入有限元软件对吉林油田29–3,4生产井进行产能模拟,计算结果对比表明,基于损伤理论的新模型与实际情况吻合更好。     

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料拉压比试验研究

立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验,是研究聚乙烯醇纤维对水泥基复合材料拉压比性能影响的最直接的方法。立方体试件的尺寸为100 mm×100 mm×100 mm,PVA纤维掺量分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,粉煤灰掺量为30%、50%。试验结果表明,掺入PVA纤维对立方体抗压强度影响不显著,而劈裂抗拉强度则提高了4264%～135.12%,拉压比提高36.82%～134.27%;30%粉煤灰掺量的水泥基复合材料比50%粉煤灰掺量的水泥基复合材料抗压强度高20%以上,但对劈裂抗拉强度影响不明显。PVA纤维水泥基复合材料立方体抗压试块裂缝开展路径较多,不易破碎,抗压韧性显著增强。     

岩石损伤演化的能量方法研究

 岩石是一种含有初始微缺陷的天然工程材料，其力学性质非常复杂，因此，目前尚无成熟的岩石损伤演化模型。为了解决这个难题，基于各向同性损伤的基本假设，采用最小耗能原理，以应变等效原理为前提，提出一种从能量角度进行描述的岩石损伤演变模型。最后，通过分析花岗岩从细观损伤到宏观破坏的整个试验过程，得到基于能量原理的花岗岩损伤演变方程，并将其与经典的Marzars损伤理论进行对比研究，发现基于能量原理的损伤演变方程能更合理地描述岩石的损伤发展过程，且与试验得到的岩石破坏过程更加吻合。     

岩石爆破损伤断裂的细观机理及其力学特性研究

 博士学位论文摘要　通过理论分析与建模、实验室与现场试验、数值模拟计算三个方面, 深入探讨了岩石在爆炸荷载作用下的细观断裂机理及损伤演化规律, 对爆破损伤岩石的力学特性进行了实验研究和分析。在分析研究现有岩石爆破损伤模型和岩石损伤断裂理论的基础上, 提出了用宏观和细观相结合, 用细观损伤断裂力学方法描述和计算了岩石爆破破碎过程, 并将爆破过程分为应力波的动力作用和爆生气体的驱动及准静态应力场作用两个相互连贯, 而作用机理又不尽相同的两个阶段: 第一阶段为爆炸应力波作用下的动态损伤断裂初期效应, 第二阶段为爆生气体的流体驱动和静态压力场作用下的损伤断裂后期效应, 并分别研究了该两阶段岩石在爆炸载荷作用下的微裂纹扩展和损伤演化规律以及岩石爆破损伤断裂准则。在应用计算损伤材料有效模量的Taylo r方法基础上, 建立了一个适应范围更广的新的岩石爆破损伤模型; 然后应用细观损伤力学和断裂力学理论, 建立了岩石在爆生气体驱动下的宏观裂纹扩展及在静态压力场作用下的裂纹尖端损伤局部化模型, 从而确定了岩石在爆炸载荷作用下的损伤场, 揭示了岩石爆破损伤断裂的全过程实质。运用超动态应变测试、超声波及电镜对岩石爆破损伤断裂机理和破坏过程进行了实验研究, 模拟了炮孔填塞和无填塞、耦合装药和不耦合装药、不同参数下的爆破过程, 分析了不同爆破条件下岩石内部的微裂纹扩展、损伤演化和岩石破碎规律。结果表明: 爆炸应力波对岩石的破坏作用主要体现在爆破近区, 而在爆破中远区主要产生损伤, 如果没有爆生气体的后期作用, 这种损伤一般不会造成破坏; 而爆生气体是裂纹扩展的主要原因, 特别是在主裂纹的形成和扩展过程中起了十分重要的作用。实验结果验证了所建模型的正确性和合理性。在现场及实验室实验的基础上, 分析研究了爆破对围岩的损伤作用, 建立了岩石弹脆性细观损伤模型; 并认为爆破对围岩的损伤作用体现在对岩石力学性能劣化和岩体完整性降低两方面, 其损伤程度与装药条件、爆破参数及远场应力有密切关系, 加大不耦合装药系数可以明显减弱对围岩的损伤作用;首次提出了爆破损伤岩石基本质量指标的概念, 推导了爆破对岩体基本质量指标BQ 公式的影响系数表达式, 定量地分析了爆破对围岩质量影响与损伤程度, 这对合理选取爆破参数和对围岩、边坡稳定有实用指导价值。以DYNA 22D 程序为基本框架, 采用小损伤条件下的解耦方法, 实现了对岩石爆破过程的数值模型, 计算模拟并对比了填塞和无填塞装药条件下的岩石爆破过程和损伤演化, 数值模拟与实验结果基本一致。     

结构损伤识别技术的发展现状与展望

对现有的结构损伤识别技术进行了综述,对结构损伤识别技术进行了简要介绍,并根据其特点指出了其适用环境和优缺点,最后,对今后结构损伤识别技术的发展方向做了展望,以促进结构损伤识别技术的研究。     

一种结构损伤指数的研究

阐述了一种新型结构损伤指数,该指数通过计算白噪声激励下结构响应的相关函数得到。在本文中,采用钢框架模型,通过计算其位移响应的相关函数来计算损伤指数。在底层柱设置损伤,考虑四种损伤情况,计算并绘制损伤指数变化率与损伤程度的关系曲线。数值模拟结果显示,该指数变化率随损伤程度单调变化,对小损伤敏感,具有一定的损伤判定与标定潜力。     

一种新型的混凝土结构双参数地震损伤模型

在结构的抗震设计、未来震害预测、震后经济损失评估等过程中,一个重要的任务就是选择合理的反应量建立结构损伤评估模型,以定量计算出结构在地震过程中的损伤指标。在分析现有的损伤参数以及几种双参数地震破坏准则的基础上,结合损伤力学的基本原理,提出了一种新型的混凝土结构双参数地震损伤模型,并根据已有的实验结果确定了模型参数。     

常见的房屋损伤现象及其原因分析

根据以往在建房屋工程质量事故调查、既有建筑可靠度鉴定和抗震鉴定的实际工程经验,总结了房屋的常见损伤现象,并对损伤原因进行了详细的分析。常见的房屋损伤现象有:墙体和构件的斜裂缝、竖向裂缝和网状裂缝,建筑整体倾斜,承台桩剪断,构件屈曲,焊缝断裂,房屋坍塌,钢筋锈蚀,混凝土保护层脱离,钢材锈蚀,木材腐朽,钢和混凝土构件酸碱腐蚀等。导致房屋损伤的直接原因主要是:1)地基基础的沉降和不均匀沉降;2)温度作用;3)荷载作用;4)建筑材料和外加剂等不良反应;5)不良反应环境作用;6)不良施工工艺等。为在建房屋工程质量事故调查、既有建筑可靠度鉴定和抗震鉴定等工作的进行具有借鉴。     

基于损伤理论的预应力混凝土冻融破坏研究

损伤力学提供了一种分析疲劳演化、估算疲劳寿命的有效方法.混凝土冻融破坏是一种低周疲劳损伤,可以利用损伤力学理论进行分析.试验利用损伤力学中疲劳损伤的基本原理对预应力混凝土在冻融循环作用下的损伤与失效过程进行了分析,在比较几种低周疲劳损伤理论的基础上,利用混凝土冻融前后动弹性模量变化的规律建立了预应力混凝土冻融破坏模型.并根据试验结果对模型进行了评价.结果表明在相同冻融循环次数下,随着应力水平的提高,混凝土抗冻能力是提高的;随着冻融的继续进行,应变趋向于定值,此时混凝土不再能承受应力作用而失效破坏.     

结构地震累积损伤指标研究进展

对现有地震累积损伤理论从材料、构件、结构三个层面进行介绍,并从损伤指标选取角度对比,分析经典理论模型优缺点,为进一步揭示结构地震破坏机理研究提出了建议。     

水泥土的弹塑性损伤试验研究

首先阐述了损伤理论中损伤变量的定义及其测定 ,并介绍了基本的损伤本构关系。然后通过对水泥土的弹塑性损伤试验 ,探讨了水泥土的损伤机制 ,并得到了一系列损伤关系曲线 ,为建立水泥土的弹塑性损伤模型奠定了基础。     

黄水河大桥(支线)损伤与分析

针对黄水河大桥(支线)进行了损伤检测、分析和修缮建议,指出此类桥梁的定期检测与分析是工程安全运营的重要保证,支座与钢板错位、墩帽露筋、混凝土裂缝、混凝土底板与接缝处泛碱等成为主要损伤,针对这些损伤提出了合理化建议。     

构件的地震破坏模型分析

指出阻尼耗能对结构地震反应具有不容忽视的影响,对国内外现有的几种结构地震破坏模型进行了深入研究,分析了现有的几种双参数破坏模型,探讨了结构地震损伤指标的数学性质,以促进构件地震破坏模型的研究。     

冻融损伤混凝土研究综述

以往研究表明,冻融作用是混凝土损伤破坏的主要威胁之一。随着混凝土结构服役时间的增加,冻融损伤作用逐渐暴露。然而,由于早期设计规范不成熟,且冻融损伤机理较为复杂,涉及多种变量,因而实际结构分析中忽略了冻融作用对混凝土力学性能及其与钢筋间黏结性能的影响,从而导致分析结果与实际存在偏差。综合国内外现有研究成果,分别从混凝土冻融损伤机理、材性研究和数值模拟3个方面出发,对混凝土冻融损伤研究现状展开了详细综述,以期进一步完善混凝土基本理论体系,从而可为在役混凝土结构的力学性能鉴定与耐久性检测提供理论参考。