不同围压下砂岩能量变化试验研究

为了解周期载荷对岩石类材料力学性能的影响,利用MTS 815程控伺服岩石刚性试验系统,对砂岩进行不同围压下的加卸载试验,研究不同围压下的加卸载过程及砂岩变形特征的能量变化情况。分析表明:1)岩石在不同围压下的加卸载过程中,会形成一个开口向下的"尖叶状"滞回环,且随围压增大,滞后回线沿轴向应变增大的方向移动,且不可逆;2)根据砂岩弹性能量指数的变化,一定程度上揭示岩石在压密阶段的能量变化过程;3)静态三轴实验状态下,砂岩的平均能量指数与围压呈现一定的函数关系;4)总体上,砂岩的弹性能量指数随围压的增加而逐渐减小。这表明轴向压力作用下砂岩随围压的增加,吸收外界施加能量的能力逐渐变弱。     

围压条件下砂岩循环冲击损伤的力学与超声分析

采用带围压装置的φ100mm霍普金森压杆系统,对砂岩试样进行了单轴冲击和4MPa、20MPa围压条件下的循环冲击试验,并对每次冲击前后的砂岩试样进行超声纵波检测,分析了砂岩在冲击荷载循环作用下的应力、应变特征,定义了砂岩试样的屈服-弹性比用以描述围压下试样应力应变曲线的弹塑性特征,采用纵波波速定义了砂岩试样的冲击损伤并分析了循环冲击试验中砂岩试样纵波波速和应力应变之间的关系。分析发现：在围压作用下,应力－应变曲线呈现典型的弹塑性特征。随着冲击荷载循环作用次数的增加,砂岩试样屈服应力、峰值应力降低,屈服应变、峰值应变增加。随着循环冲击作用次数的增加,砂岩试样的应力、应变特征与纵波波速之间存在良好的相关关系。较低围压状态下累计损伤度明显高于较高围压下砂岩的累积损伤,砂岩循环冲击损伤具有明显的围压效应。研究结果对地下工程的建设和防护有一定的指导意义。     

三向应力状态下混凝土动态强度和变形特性研究

利用大连理工大学自行研制、改造的大型液压伺服静动三轴试验系统对立方体混凝土试件进行恒定围压下的动态三向压缩试验,侧向恒定围压分别为0MPa、4MPa、8MPa、12MPa、16MPa五个级别,应变速率分别为10-5/s、10-4/s和10-3/s三个量级,系统研究了不同恒定围压和应变速率对混凝土强度和变形特性的影响。试验表明:随着围压的增加,混凝土三轴极限抗压强度有明显的增强趋势;峰值应力处的应变值增加幅度显著。随着应变速率的增加,围压较低时,混凝土动态强度的增加趋势明显;围压较高时,动态强度随应变速率增加而增加的趋势减弱,特别是当围压值超过混凝土的单轴强度时,可以不考虑混凝土应变速率对混凝土强度的影响。得出了混凝土在不同应变速率以及不同恒定围压下的应力应变全过程曲线。     

被动围压下浇注PBX炸药的动态力学性能研究

为获取一种浇注PBX炸药在被动围压加载下的动态力学性能,采用基于分离式霍普金森杆系统的被动围压试验装置开展了不同应变率(200、600 s^-1)下该浇注PBX炸药的力学性能测试,并通过改变围压管壁厚（4、10 mm）分析了围压应力对试样轴向应力的影响。结果表明:随着应变率和围压管壁厚的增加,被动围压下浇注PBX炸药的轴向应力（给定轴向应变）和围压应力（给定轴向应力）均呈增大趋势;且轴向应力随围压应力的增加呈指数增加。拟合得到被动围压下屈服点轴向应力与约束比之间的函数关系,与试验结果吻合良好。     

冲击荷载循环作用下砂岩动态力学性能的围压效应研究

利用带围压装置的霍普金森压杆设备对砂岩在不同围压等级、不同应变率下的动态力学性能进行试验研究,分析了砂岩在冲击荷载循环作用下的累积比能量吸收值,损伤度与围压等参量之间的关系.研究结果表明:在围压作用下,砂岩的应力-应变曲线出现较明显的屈服平台,具有明显的脆性-延性转化特征.随着冲击荷载循环作用次数的增加,材料的弹性模量...     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性及破坏模式试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行不同围压与不同应变率下三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT - 150C试验机也进行了部分准静态下三轴压缩实验.根据实验结果,分析围压对砂岩动态冲击性能的影响,并讨论冲击过程中岩石的破坏模式.研究结果表明,在围压一定情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同情况下,岩石的动态压缩强度与弹性模量会随着围压的增大而增大.岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大.岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,且递增的程度随围压的增加而增加.三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式.     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性和破坏模式的试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行了不同围压和不同应变率下的三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT-150C试验机也进行了部分准静态下的三轴压缩实验。根据实验结果,分析了围压对砂岩动态冲击性能的影响,并重点讨论了冲击过程中岩石的破坏模式。研究结果表明,在围压一定的情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同的情况下,岩石的动态压缩强度和弹性模量会随着围压的增大而增大。岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大。岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,而且递增的程度随着围压的增加而增加。三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式。     

砂岩裂纹发育细胞观机理CT实时研究

利用最新研制成功的医用Ｘ射线ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｂｙ）机配套的专用岩石破坏试验加载设备,完成了单轴压缩使用下砂岩细观损伤演化特征的ＣＴ检测试验。得到了岩石破坏全过程中从微孔洞被压密到微裂纹发生、发展、贯通破坏、卸荷等不同发展阶段的ＣＴ图像。基于试验行到和岩石损伤扩展的细观机理,将岩石全过程曲线分为六段。     

不同围压下混合岩轴向压缩过程能量及损伤分析

为探究混合岩在不同围压下破坏过程中的能量演化特征和损伤演化规律，利用伺服试验机对混合岩进行了轴向压缩试验。结果表明，混合岩不同破坏阶段的弹性应变能、耗散能的变化情况不同，屈服强度之前，能量基本以弹性应变能为主，耗散能几乎为0,屈服强度之后，弹性应变能减小后保持稳定，耗散能急剧增加。基于试样弹性应变能与总吸收能之比的定量指标将试破坏的过程分为3个阶段，依此为裂隙稳定扩展阶段、裂隙加速扩展阶段和裂隙贯通阶段。将混合岩的损伤演化过程分为4个阶段，分别为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段、损伤加速发展阶段和残余损伤阶段。     

不同应力路径下辉绿岩能量演化与破坏机制研究EI北大核心CSCD

以灵宝矿区辉绿岩为研究对象,开展了单轴及三轴循环加卸载试验和恒轴压卸围压试验,分析了应力-应变曲线及破坏形态,研究了辉绿岩在不同应力路径下的能量演化过程与破坏机制。研究表明:在三轴循环加卸载变形破坏过程中,随着循环次数的增加,滞回环的面积逐渐增大,岩样耗散能与弹性能均增大,耗散能的增长速率逐渐变大,弹性能的增长速率逐渐变小,且围压越大耗能比越大,岩样内部的裂隙扩展和汇合现象显著增加;在恒轴压卸围压变形破坏过程中,围压对辉绿岩的抗压强度和横向变形影响较大;在相同初始围压下,相比较循环加卸载应力路径,卸围压应力路径下试件破坏时弹性能密度更大。     

含显著沉积弱面砂岩加卸荷破坏试验研究

层状岩体加卸荷条件下的各向异性规律对于指导工程设计、施工具有重要意义。对含显著沉积弱面的水平、垂直层理的宜昌砂岩加载、卸载破坏的试验研究表明:1) 水平、垂直层理砂岩回弹值、纵波波速与强度存在一定的相关性,其基本规律是回弹值或者纵波波速越大,岩体强度越大;2) 无论采用加载还是卸载破坏方式,相同围压下,垂直层理岩体的强度一般大于水平层理岩体;3) 无论是水平还是垂直层理岩体,卸荷破坏峰值强度在低围压下高于加载破坏强度,而高围压下低于加载破坏强度;4) 该文试验条件下,加卸载破坏形式主要是剪切破坏,根据Mohr-Coulomb准则预测的破坏角和实测值非常接近,水平和垂直层理岩体加卸载破坏的破裂面并未受到沉积弱面的影响。     

温度和损伤程度对砂岩渗透特性影响的试验研究

岩石的渗透特性与许多地下工程的稳定与安全有关,而深部岩石工程环境所处的温度、应力以及自身损伤情况对渗透特性也有较大的影响。因此,有必要开展损伤岩石在不同温度、应力情况下渗透特性研究。利用GCTS高温高压动态岩石三轴仪、岩石全自动气体渗透率测试系统,对不同损伤程度砂岩进行了不同围压和实时温度的渗透特性试验。试验结果表明:不同损伤程度砂岩的渗透率与围压之间呈现幂函数负增长关系,在低围压向高围压过渡过程中,高损伤试样渗透率出现较大的跌落;不同损伤程度砂岩渗透率与温度关系为负相关,高损伤试样渗透率随着温度增加下降得更加缓慢;随着损伤程度的增加,砂岩渗透率呈现出低围压情况下先略微下降再上升,高围压情况下逐渐上升的特征。低围压状况下,损伤程度较高的试样之间渗透率差异较大。     

地下水封洞库围岩气体渗透特性及滑脱效应研究

地下水封洞库的围岩是一种低渗透岩石,其气体渗透特性,以及气体渗透率随压力的变化是地下水封洞库工程非常关注的问题。该文对某石油储备地下水封洞库的风化花岗片麻岩进行了室内的气体渗透特性试验,滑脱效应试验以及扫描电镜试验。试验结果表明:该风化花岗片麻岩气体渗透在不同围压阶段,渗透率和孔隙度变化规律不同;存在一个围压拐点,小于拐点值时,渗透率随围压满足指数函数,大于拐点值时,满足二次函数关系;SEM试验表明,岩石内部不整合接触形成的微裂隙和微孔洞导致了围压加载过程中渗透率和孔隙度不同变化规律;气体在低渗透岩样渗流过程中存在滑脱效应,应对测试所得到的渗透率进行滑脱效应的修正;对于地下水封洞库,设计和运行时要考虑气体渗透的滑脱效应的影响;气体滑脱效应的影响与围压有关,当围压为8 MPa~9 MPa时,气体滑脱效应对气测渗透率影响最大。     

循环冲击下风化花岗岩渗透性演化规律

针对低渗透离子型稀土矿体回采效率低的缺点,提出利用爆炸应力波改变岩体内部孔隙结构进而提高渗透性的设想,并通过试验进行验证。选取赣南某离子型稀土矿弱风化层花岗岩为研究对象,利用改进的SHPB装置进行等速循环冲击,结合GDS-VIS三轴渗流试验,分析风化花岗岩循环冲击后的破坏模式,并研究有效孔隙度对循环动荷载前后岩石渗透性变化规律的影响。研究结果表明:随着冲击次数的增加,风化花岗岩抗冲能力逐渐减弱,其破碎程度与冲击速度呈正相关;冲击速度为4 m/s和5 m/s的等速循环冲击会使风化花岗岩渗透性呈现先减后增的趋势,而冲击速度为6 m/s的等速循环冲击会使风化花岗岩渗透性持续增大至岩样损坏;岩体渗透性受其有效孔隙度的影响,随有效孔隙度的增大整体呈现上升趋势,同时风化花岗岩初始有效孔隙度越大,冲击后其内部孔隙结构更易发生改变,后续循环冲击荷载下增渗效果更明显。     

大理岩三轴压缩变形破坏与能量特征研究

利用伺服试验机对大理岩进行了常规三轴压缩试验,基于试验结果,研究了岩样三轴压缩变形破坏及其能量特征。结果表明,低围压时岩样内部材料并未均匀化,岩石表现为应变软化特性;而高围压时岩样内部材料强度由低到高逐渐屈服,变形趋于均匀,岩石出现塑性流动特性。岩石峰值应变与围压成正线性关系;岩石残余强度对围压的敏感性显著高于峰值强度。岩石破坏应变能随着围压的增大而增大,且两者成正线性关系;岩石全部断裂能随着围压的增加亦成正线性增加。     

承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验研究

地下工程中的破碎岩石在渗流过程中其结构发生两方面变化,一方面由于水压的作用引起孔隙结构发生变化,另一方面固体材料之间的接触应力造成棱角破损。因此,承压破碎岩石的渗流不同于自然堆放状态下的堆石渗流,其渗透特性随着位移或载荷的变化而产生显著变化。基于MTS815.02型岩石力学试验系统及破碎岩石渗透仪,利用稳态渗透法及轴向位移控制法测定了粒径分别为5mm―10mm、10mm―15mm、15mm―20mm、20mm―25mm以及混合粒径的破碎砂岩、煤矸石及灰岩在承压过程中非Darcy流的渗透特性,给出了岩样在不同轴向位移水平下的孔压梯度与渗流速度关系曲线,得到了渗透特性随孔隙率的变化规律,揭示了Darcy流偏离因子可能为负的现象。研究表明:1)随着孔隙率的减少,渗透率呈现整体下降的趋势,而Darcy流偏离因子的绝对值呈现整体上升的趋势;2)破碎岩石的渗透性不仅和外载水平及当前孔隙度有关,还与碎石的粒径、颗粒的排列方式以及初始孔隙结构(如初始孔隙通道)等有关;3)三种破碎岩石渗透率的量级为10-16m2―10-12m2,Darcy流偏离因子的量级为1012kg/m4―1015kg/m4;4)当颗粒的破碎细化现象严重时,Darcy流偏离因子出现负值的可能性较大。     

沿空留巷基本顶预裂爆破孔距优化试验

为了降低沿空巷道上覆基本顶断裂、回转、下沉对人造帮稳定性的影响,采用预裂爆破技术提前预裂基本顶,减小基本顶在采空区的悬顶长度,降低人造帮载荷及其作用时间,提高人造帮的稳定性。预裂爆破的关键是确定合理的孔距,通过在集贤煤矿西二采区进行基本顶预裂爆破试验,采用钻孔窥视技术对孔距1、1.5、2m的爆破效果进行分析。结果表明:检验孔孔壁裂隙发育宽度、发育长度、发育密度及孔隙度都有随着孔距增大而减小的趋势。为了爆破后炮孔间形成相互贯通的裂隙、保证预裂爆破效果,确定预裂爆破孔合理间距为1.5m。     

多围压下三轴压缩试验与不可破裂颗粒离散元法分析

采用大型三轴试验仪器对道砟散体材料进行试验,重点研究不同围压条件下三轴试验力学特性与影响规律。同时基于离散单元法(DEM),采用非破裂不规则颗粒簇,在伺服条件下建立道砟三轴试验散粒体模型,对道砟颗粒在不同围压下进行相关数值三轴模拟,探讨偏应力、体应变、围压、体积应变与轴应变之间的关系,反映道砟基本力学特性。研究结果表明:采用离散单元方法进行数值模拟与室内三轴试验得到的一系列应力-应变规律基本一致,验证了离散单元法在道砟研究中的可行性与可靠性。同时,围压对道砟散体变形、最大偏应力、偏应力比值具有影响,其中随着围压提高道砟变形降低,因此在有砟道床设计和养护维修中,增大道床围压可降低道床沉降与变形。