高温环境岩石力学性质损伤效应试验研究

高温环境中,岩石结构的渐变或突变导致岩石力学性质的变化。对经历高温环境的岩石进行轴向压缩试验,结果表明:岩石单轴抗压强度、弹性模量随温度升高呈现负指数规律减小,岩石的软化系数及弹性模量劣化度随温度升高逐渐增大;岩石的抗剪强度参数随温度升高逐渐减小,分析粘聚力、内摩擦角与温度变化规律,可表征为三次多项式变化关系。为定量分析岩石力学性质的热损伤特征,分别求得岩石抗剪强度参数损伤变量,损伤变量值随温度升高而逐渐增大。高温对岩石的力学性质产生明显的损伤,研究成果可以为高温环境岩体失稳预测分析提供依据。     

齐大山铁矿露天边坡岩体力学参数确定

为分析齐大山铁矿东帮局部边坡稳定性,需获取边坡岩体力学参数.通过室内岩石力学试验得到3种岩性自然及饱水条件下的单轴抗压强度和抗剪强度,自然条件下的抗拉强度、弹性模量以及泊松比.综合Hoek-Brown法、费森科法及经验折减法对测得的边坡岩石力学参数进行折减,得出合理、准确的岩体力学参数.     

高温条件砂岩力学性能与热损伤特性试验研究

岩石长期处于高温环境中,岩石内部结构会出现局部或整体破坏,导致岩石力学性能改变。针对高温环境中砂岩的热力学性质的变化规律,开展不同围压三轴压缩试验,试验结果表明:随着试验温度升高,岩石三轴抗压强度、弹性模量逐渐降低,降幅最大可达77.10%、71.61%,抗压强度、弹性模量与温度呈指数变化关系。围压强化岩石力学性质,随着围压升高,岩石抗压强度及弹性模量逐渐增大;根据三轴试验数据求得岩石的抗剪强度参数,岩石的内摩擦角与粘聚力随温度升高逐渐减小,损伤变量逐渐增大,内摩擦角及粘聚力与温度呈现对数变化关系。高温对岩体结构、强度产生损伤,研究成果对高温环境的岩体工程具有一定的参考价值。     

大红山铜矿岩石物理力学性质试验研究

对大红山铜矿435中段矿岩的单轴抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、泊松比、弹性模量、内摩擦角以及内聚力进行了室内试验研究。试验得出一系列岩石物理力学参数,为矿山下一步生产实践做好了准备。     

潜江超深盐矿盐岩力学特性的试验研究

对取自潜江白垩系地层2000 m的盐岩试样,进行了一系列的力学特性试验。包括单三轴压缩试验,巴西劈裂试验,直接剪切试验。研究了盐岩的单轴抗压强度,弹性模量等,并与国内外其他地区盐岩相比较,得出潜江盐岩单轴抗压强度,弹性模量都偏小;研究了三轴压缩强度特性,着重研究了模拟地层温度和高围压条件下,温度和高围压对盐岩力学特性的影响机理,研究表明:温度对盐岩的力学特性影响明显,盐岩塑性变形能力非常强,围压对弹性模量的影响非常小,高围压下盐岩没有明显的破坏面,不再是单纯的剪切破坏;同时对盐岩的抗拉强度,抗剪强度参数进行了研究,得到潜江盐岩的抗拉强度为1.041 MPa,抗剪强度参数c,φ值分别为2.46 MPa和41.36°     

水冷却花岗岩力学特性及脆性指标研究

为研究经历不同高温水冷却后花岗岩所呈现出的相关物理力学性质及脆性指标，对经过200～800℃高温水冷却的花岗岩试样进行单轴压缩试验、声波损伤检测，探究了质量损失率、孔隙率、声波波速、单轴抗压强度等随温度的变化规律，并建立了基于起裂应力和损伤应力的脆性指标。研究结果表明：花岗岩质量损失率随温度升高逐渐增大；孔隙率的变化与温度的变化呈正比关系，400℃为孔隙率剧增的分界点；声波波速值随温度的升高不断下降；花岗岩单轴抗压强度随温度升高呈下降趋势，600℃是花岗岩热冲击后抗压强度劣化效果转变的阈值；针对高温水冷却后的花岗岩进行了脆性程度分析，所得测试结果与花岗岩应力应变曲线和破裂形式所得结论一致，花岗岩随温度升高脆性逐渐减弱，延性增强。这一研究对干热岩开发过程中的失稳问题和地下热储层建立等问题具有重要意义。     

岩石耐温抗冻性能室内试验分析

选取灰岩、砂岩、煤岩3种常见岩性作为试验对象,展开“常温（20 ℃）～-30 ℃”、“常温（20 ℃）～1 000 ℃”的低温、高温状态渐变温度室内试验,深入了解温变条件下不同岩石试件物理参数、热物理参数、单轴抗压强度参数的整体变化规律。结果表明：① 低温变化过程中,孔隙率越大,水分析出现象越明显,岩石热导率随着温度降低呈现先增大后减小现象,在-10 ℃达到峰值;而试样单轴抗压强度随着温度降低而逐渐增加;② 高温变化过程中,在达到某一阈值温度时,质量损失率明显提升;随着温度升高,热导率稳步降低,且与温度呈近似线性关系;试样单轴抗压强度随着温度升高而逐渐降低,且在达到特征温度后,其强度值明显降低;③ 岩石结构越致密,孔隙率越低,天然强度越大,其温度影响敏感性越低,耐温抗冻性能越佳。     

干热岩高温力学特性及热冲击效应分析

在地热开发进程中,岩石所处温度的改变会导致其力学性质发生变化.通过开展实时高温下花岗岩试样的压缩实验,研究了温度对花岗岩力学强度的影响规律;分析了实时高温和热冲击条件下花岗岩物理力学性质的差异,并提出了热冲击损伤系数的概念,揭示了热冲击损伤破岩机理.结果表明:高温会弱化岩石抗压强度和弹性模量,在25～200℃之间,岩石...     

不同加载方式下层理对砂岩力学特征的影响分析

为了研究层理对砂岩物理力学特征的影响,以布尔台煤矿5-2煤基本顶粉砂岩为研究对象,对其进行了直接拉伸、直接剪切和单轴压缩试验,分析了层理对其纵波波速、抗拉强度、抗剪强度、抗压强度、弹性模量及峰值应变的影响。试验结果表明:层理对抗压强度、残余剪切强度基本没有影响,但是对抗拉强度、峰值应变(拉伸)、抗剪强度、弹性模量、峰值应变(单轴)和纵波波速等有显著的影响;抗拉强度、峰值应变(拉伸)、抗剪强度、弹性模量、峰值应变(单轴)及纵波波速分别降低了31.6%、33.2%、33.9%、33.3%、42.7%、8.4%。     

王家岭矿岩石物理力学试验研究

为了对王家岭矿区地质条件有明确的认识,充分了解煤层上覆岩层的物理力学性质,为工程设计、实验研究提供必要的物理和力学参数,通过对王家岭矿某钻孔取芯,进行了岩石密度测试试验、岩石劈裂试验、岩石单轴压缩及变形试验、岩石变角模抗剪试验,分别获得了本矿区主要岩层的密度、抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和粘聚力等物理力学参数,同时确定了剪切应力与正应力之间的函数关系,对揭示覆岩破坏形式,指导安全采矿具有指导意义.     

锚锭基础岩体完整性测试与分析

以江西赣州赣江大桥东岸一钻孔为例,通过多种勘察手段与试验方法相结合,对大桥锚锭基础岩体裂隙、软弱夹层发育状况及裂隙胶结密实性进行了综合分析,结果表明:运用钻探方法取得RQD值对岩体进行工程质量分类结果与采用波速测试取得的岩体完整性指数分类及压水试验取得的岩体评价结果基本一致。     

用点荷载强度试验测定岩石抗压强度

岩石点荷载强度试验可以求得岩石点荷载强度指数,由强度指数与抗压强度之间的关系可以换算出岩石的单轴抗压强度。该文通过点荷载试验实例,介绍了点荷载试验机理、以及具体的试验步骤,并得出岩石抗压强度,在一定程度上验证了有关点荷载试验公式的可靠性。     

冲击地压矿井强烈动压巷道围岩变形综合控制研究

针对冲击地压矿井强烈动压巷道变形量大的问题,依据井下试验巷道工程环境,采用理论分析与计算,结合工程实践,分析了该类巷道维护的技术难点,主要包括频繁强烈动载、顶煤难控、底板底鼓3个方面,在此基础上提出了采用小煤柱护巷、全断面锚索支护及支、护、卸相结合的综合控制对策,确定采用8 m小煤柱进行护巷,设计了新支护方案及参数,并在井下进行工业性试验。试验结果表明,综合控制系统能够有效控制围岩变形,应用效果良好。     

揭煤突出模拟试验的相似条件研究

为解决石门揭煤突出危险性预测指标现场检验的困难,在对相似理论进行研究的基础上,针对突出发生的力学条件,采用因次分析的方法,对实验室进行突出模拟试验与现场相似的条件进行了分析。据此设计了实验室的突出模拟试验装置。通过在该装置上施加与现场相近的地应力、瓦斯压力进行了突出模拟试验,并在相同条件下对各石门揭煤突出危险性预测指标进行了测定,研究了使用各指标进行预测的准确性。为石门及井筒揭煤突出危险性预测指标的实验室检验创造了条件。     

破碎岩体结构面剪切强度确定方法

针对破坏岩体室内力学试验试样制备困难、剪切强度参数难以获取的问题开展研究。通过理论分析,提出一种基于试样重建的剪切强度试验方法,采用环氧树脂灌模包裹试验岩块,按不同角度要求制样,参考变角剪试验开展剪切试验,通过室内试验对华兴铝土矿破碎岩体结构面的剪切强度进行测定,得到其黏聚力为2.44 MPa,内摩擦角为23.5°。研究结果表明:华兴铝土矿破碎岩体结构面的剪切强度与现场实际相符,验证了该方法的实用性,该方法能够获取破碎岩体结构面的剪切强度,为其它矿山提供借鉴。     

深部围岩分区破裂化模型试验研究

为研究深部巷道围岩破裂机理,在"深部巷道围岩破裂机理与支护技术模拟试验装置"进行了模型试验,系统研究了深部巷道围岩在最大初始开洞荷载与洞室轴线平行作用下直墙拱顶试验的破坏形态和机理。模型试验表明:当最大主应力与洞室轴线平行,在较大轴向压力作用下产生较大的朝洞内的膨胀变形,使得在围岩内产生较大的径向拉应变,其产生的拉伸断裂是出现分层破坏现象的关键,分布特点是随着轴向应力的增加其拉应变值增加,随距洞壁距离的增大其拉应变值减小。拉伸断裂面形成后,相当于在原来的介质内又形成了一个新的半径增大的洞室,洞室在较大的轴向压应力持续作用下,拉伸破坏过程不断重复出现,就会形成交替的破裂区域和未破裂区域,即分层破裂现象。     

混合岩变形及损伤演化试验研究

利用SAM-2000型岩石伺服试验系统和DS2声发射监测仪,对混合岩进行三轴压缩声发射试验,利用声发射参数,分析三轴压缩条件下岩石的损伤演化特征。试验结果表明：轴应变随着围压的变化呈现线性正相关关系;混合岩岩样每出现裂缝时,累计声发射振铃计数数值将发生骤增,且随着围压的增大,岩石破裂前夕声发射特征参数呈现突发性特征;建立了混合岩体应变损伤演化模型,该混合岩体应变损伤演化模型描述混合岩损伤过程分为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段、损伤加速发展阶段及损伤破坏阶段;低围压下混合岩主要发生弹脆性破坏,随着围压的增大,混合岩由弹脆性到延性的转换,混合岩在20MPa围压压缩过程中发生由延性状态转化为塑性状态。该结果合理地反映由低围压到高围压,混合岩由弹脆性到弹延性再到弹塑性的转化。     

锚杆支护应力场测试与分析

在实验室建立了锚杆支护应力场测试模型,测试了单根与2根锚杆在不同拉伸载荷下的支护应力值及应力场分布特征,分析了2根锚杆形成的支护应力场相互叠加与影响的特点。采用数值模拟,计算了单根、2根锚杆在不同载荷下形成的支护应力场及影响因素,并将实验室测试结果与数值模拟结果进行了对比。研究结果表明:单根锚杆在端部附近应力较高,随着远离锚杆端部,应力逐渐减少,锚杆中部应力较小;在远离锚杆的一侧出现拉应力区;2根锚杆形成的支护应力场主要在模型中部叠加,由于模型前后表面应力扩散范围小,导致两表面附近中部应力很低,模型中心部位远离锚杆,应力也比较小。最后,提出了存在的问题及改进建议。     

周期性爆破振动下围岩的损伤累积效应

采用现场测试的方法对岩石巷道爆破近区的振动进行测试,随着掘进工作面的推进,得出了爆破振动沿巷道侧壁的传播衰减规律;利用超声波测试技术对巷道侧壁的损伤规律进行研究,揭示了爆破振动下岩体的损伤累积规律。研究发现：在爆破近区15 m内爆破振动衰减缓慢,之后有一个急剧衰减过程,掘进工作面推进到25 m时,爆破振动衰减到1 cm/s左右。通过比较发现斜线法更适于巷道侧壁的损伤测试,工作面推进到10~20 m时损伤度急剧增长。综合分析爆破振动与声测结果得出：在周期性爆破振动载荷下垂直于测试孔方向的微裂纹得到优先发展,爆破振动的衰减是岩体内部损伤发展的外在表现。     

新非线性强度准则在岩石材料中应用

在岩土体双剪强度理论的基础上，考虑中间主应力对岩石强度的影响效应存在区间性且影响程度与最小主应力大小有关，提出了一个岩石双剪强度准则的改进式。通过已有不同岩石的真三轴试验数据对新的非线性强度准则的验证表明:该强度准则可以广泛地适用于各类岩石，描述其子午面及σ₁-σ₂上的非线性强度特性；利用5种不同类型岩石真三轴试验结果对新的非线性强度理论和岩石非线性统一强度准则及深部岩体强度准则进行比较，反映了所提出的新岩石非线性强度准则的优越性。