巴西劈裂试验对岩石抗拉强度影响因素研究

在巴西劈裂试验中选用最基本的垫条加载的加载方式条件下,对不同厚径比的茅口灰岩岩石试件采用不同的加载速率进行巴西圆盘劈裂试验.通过试验数据分析发现,在相同的厚径比下,随加载速率的提高,岩石的抗拉强度小幅增加;当采用相同的加载速率时,茅口灰岩抗拉强度均随厚径比的增加而减小,存在一定的尺寸效应.运用FLAC3D数值分析软件,针对垫条加载进行了不同厚径比及加载速率的巴西劈裂数值模拟试验,结果表明水平拉应力最大值位于圆盘轴线上端面中心点,即圆盘开始起裂的位置位于端面中心点附近.随着加载速率增加,圆盘端面中心点等效应力增大;随着厚径比增加,圆盘端面中心点等效应力减小.最后提出了在垫条加载下抗拉强度的修正公式,消除厚径比及加载速率对岩石抗拉强度的影响,并验证了修正公式的有效性.     

圆盘试样巴西劈裂试验的空间应力分布及破坏过程

利用离散元数值计算方法,研究了圆盘试样径向加载时的空间应力分布及劈裂过程的裂隙扩展情况。结果表明:1)径向加载圆盘试样横截面上的应力分布规律与二维解析计算的结果相同,中轴线上的拉应力并不是常数,而是呈两端高、中间低分布,具有明显空间效应;2)不同高径比对拉应力的分布具有重要影响,试样两端最大拉应力随高径比增加而增大,中间拉应力随高径比增加而减小,当高径比大于1以后,最大和最小拉应力数值不再变化,因空间效应引起的拉应力增高程度最大为25%左右;3)由于拉应力分布不均,圆盘试样破坏裂隙首先在试样轴向两端产生,然后向试样内部延伸,试样宏观裂隙在中轴线贯通并不代表试样失去径向承载能力;4)由于空间效应影响,试样的最大径向承载应力随高径比增加而减少,由二维圆盘计算公式得到的巴西劈裂强度明显偏小,对于试验中常用的高径比为0.5的试样,建议使用系数k=1.25~1.30进行修正。     

基于尺寸效应的砂岩巴西劈裂声发射特征试验研究

利用SAW-2000岩石伺服压力机和SAEU2S声发射监测系统,对5组厚径比一定,直径不同的砂岩圆盘试样进行巴西劈裂试验,并对加载过程中的应变、声发射参数进行分析。结果表明:在试样同厚径比的条件下,试样的抗拉强度与试样直径符合一定的函数关系,岩石巴西劈裂的抗拉强度随尺寸的增大而减小,当尺寸达到某一阈值时强度趋于稳定;岩石巴西劈裂过程中尺寸效应对声发射(AE)能量的释放影响明显,小尺寸试样AE累计能量与时间的曲线呈现多个"台阶形"变化,随着试样尺寸的增大,AE累计能量与时间曲线前期变化平缓,临破裂前出现激增。     

不同岩石巴西劈裂强度的尺寸效应

通过对3种厚度在20～50mm不等的圆柱形岩石试样进行巴西劈裂试验,采用统计和回归的方法分析了试样厚度对岩石劈裂强度的影响,得出单轴抗压强度越大的岩石,巴西劈裂强度的尺寸效应越明显;不同岩石劈裂强度的尺寸效应各有不同,白色大理石劈裂强度随试样厚度增加呈线性减小,硅质砂岩劈裂强度随试样厚度增加呈线性增大,炭质泥岩劈裂强度随厚度增加呈指数增大.拟合这3种岩石劈裂强度与厚度关系的函数,相关系数都在0.99以上.试验结果还表明,不同岩石劈裂时横向应变和轴向应变也受试样厚度的影响,存在明显的应变尺寸效应.     

圆盘厚度对岩石抗拉强度公式的影响性研究

为了考察平台巴西圆盘破坏的起裂点位置,保证其测试岩石抗拉强度的有效性,探讨了厚度对平台巴西圆盘测试抗拉强度的影响.基于Griffith强度准则,采用三维有限元软件,分析了不同厚度平台巴西圆盘中心轴线上等效应力σG的分布规律,并提出了2个能够消除厚度影响的平台巴西圆盘测试岩石抗拉强度的公式.结果表明,最先起裂位置发生在圆盘的端面中心点,而不是内部中心点,采用1倍直径厚度的试样时,圆盘端面中心点的等效应力σG是其内部中心点的1.62倍.如果使用常用公式确定岩石抗拉强度,建议采用小于0.3倍圆盘直径厚度的试样,其理论相对误差能控制在5.91%以下.     

煤系地层砂岩抗拉强度及其矿物粒径效应

统计已有的现场实测结果发现,煤系砂岩的抗拉强度存在明显的矿物粒径效应。利用不同粒径的石英砂和水泥浆液模拟制作了煤系砂岩劈裂圆盘,考察了不同石英粒径下试样密度变化规律,并研究了圆盘抗拉强度变化特征。试验结果表明:劈裂圆盘的荷载-位移曲线基本上经历了压密、线性变化和峰后快速跌落的变化过程;随着构成试样石英粒径的增加,圆盘试样的密度逐渐增加,抗拉强度也逐渐增加,整体呈现强化特征。     

松软煤体巴西劈裂试验研究及应用

为了获得厚径比和含水率对松软煤体劈裂强度的影响规律,以淮南矿业集团新庄孜煤矿66207工作面松软煤体为研究对象,进行不同厚径比和不同含水率条件下型煤的巴西劈裂试验,并将实验结果代入考虑垫条与试样接触角的抗拉公式计算。试验结果表明:含水率相近时,随着试样厚径比的增大,抗拉强度逐渐减小,厚径比-抗拉强度曲线下降趋势不断减缓,厚径比大于0.6后曲线近似水平;厚径比相同时,随着含水率增加,煤样抗拉强度总体呈下降趋势。     

松软煤体巴西劈裂试验研究及应用北大核心

为了获得厚径比和含水率对松软煤体劈裂强度的影响规律,以淮南矿业集团新庄孜煤矿66207工作面松软煤体为研究对象,进行不同厚径比和不同含水率条件下型煤的巴西劈裂试验,并将实验结果代入考虑垫条与试样接触角的抗拉公式计算。试验结果表明:含水率相近时,随着试样厚径比的增大,抗拉强度逐渐减小,厚径比-抗拉强度曲线下降趋势不断减缓,厚径比大于0.6后曲线近似水平;厚径比相同时,随着含水率增加,煤样抗拉强度总体呈下降趋势。     

单轴压缩试验端面摩擦效应及损伤演化规律研究

单轴压缩试验的端面摩擦效应对试样的变形破坏特征有较大影响。运用块体离散元软件UDEC,基于库仑滑移准则,开展了不同端面摩擦因数下的单轴压缩数值试验,研究了不同岩性和不同高宽比试样的损伤演化规律,从应力应变关系、裂缝扩展及应力分布等角度探究了端面摩擦效应的机理。结果表明:(1)端面摩擦效应会抑制微观裂缝的萌生与扩展,使脆性试样的破坏形式由劈裂向剪切或拉-剪共同破坏转变,使砂岩的强度明显增大,对煤和泥岩的强度影响较小;(2)端面摩擦对试样强度与破坏特征的影响存在阈值,50 mm×100 mm的标准煤、泥岩、砂岩试样的端面摩擦因数阈值分别为0.2,0.2,0.5;(3)端面摩擦引起的"裂缝三角形抑制区"与应力局部集中带是不同高度试样强度存在尺寸效应的主要原因。建议在进行室内单轴压缩试验时,采取减摩措施来规避端面摩擦效应。     

冻结温度对不同粒径冻土石混合体劈裂特性的影响

为研究冻结温度与尺寸效应耦合作用下的冻土石混合体巴西劈裂特性,分别对经过-10、-15、-20、-25、-30、-35、-40℃冻结处理后的5～10、10～15、15～20、5～20 mm粒径冻土石混合体试件进行巴西劈裂实验;研究冻结温度和不同粒径块石对试件劈裂抗拉强度的影响规律,并进一步通过数字图像相关技术（digital imagine correlation,DIC）再现了冻土石混合体在巴西劈裂实验过程中的应变场演化过程。实验结果表明：在劈裂拉应力作用下,试件从中心开裂并产生初始裂纹,沿着土石界面向两加载端贯穿试件,试件破裂面裂纹呈弯曲折线型,且块石粒径越大,裂纹越曲折;冻土石混合体在破坏时会经历线弹性变形阶段,并随着拉应力的增大和冻结温度的降低会经历塑性-脆性破坏阶段;试件劈裂抗拉强度具有强温度敏感性,会随着冻结温度的降低而近似线性增加;块石尺寸效应会导致试件强度的差异性,试件劈裂抗拉强度大小依次为5～10、5～20、10～15、15～20 mm粒径试件。     

水分对褐煤微观特性的影响研究

为了研究水分对褐煤微观特性的影响,采用低温真空干燥的方式对褐煤进行处理得到水分含量不同的褐煤,并对实验的3种煤样进行比表面积及孔径分析、自燃倾向性分析、原位红外光谱分析,结果表明:随着煤样水分的增大,煤样的最可几孔径逐渐增大,煤样的孔体积、比表面积和微分孔体积等表征煤样孔隙特征的参数与最可几孔径均有密不可分的联系;随着煤样水分的增大,煤样的物理吸氧量逐渐减小,减缓程度逐渐降低,煤样自燃倾向性加强,由Ⅱ类转向Ⅰ类;煤样中羟基、羧基及醚键会随着水分含量的降低而逐渐降低。     

城市地铁转弯段施工对近邻桥基的影响研究

结合北京地铁10号线国贸站转弯段施工对邻近桥基影响的这一实际工程问题，运用ABAQUS软件，在对施工过程进行动态模拟的同时，重点研究了施工过程中19—3号桥基的变形和受力性态以及桩土相互作用机理，并将部分计算结果与量测结果进行了比较，取得了一系列的成果。研究表明，施工期间桥幕没有工程安全隐患，既有的施工方案是合理可行的。     

基于CFD的轴向间隙对轴流式通风机性能影响的研究

利用CFD技术,对矿用小型轴流式通风机进行了数值计算,分析了叶片与后导叶之间的轴向间隙对风机性能的影响。结果表明,轴向间隙在一定范围内减小,使风机流量和全压均增大,全压效率有所提升,有利于提高通风机性能。     

望峰岗选煤厂煤泥水沉降试验研究

针对望峰岗选煤厂煤泥水难以沉降的问题,进行了絮凝剂与复配药剂制度的对比试验。结果表明,与单一药剂制度相比,复配药剂制度可以获得较好的煤泥水沉降效果,絮凝剂与凝聚剂的最佳药剂量配比为1∶10。     

淋滤作用影响生活固体废弃物沉降的室内试验研究

依据作者设计的试验，研究了淋滤液在淋滤过程中对城市生活固体废弃物（MSW）沉降变形的影响。分析了影响试验数据的各种因素的变化，以及在这些因素作用下垂直有效应力沿深度方向的衰减规律。试验数据验证了上述分析的正确性。试验发现，淋滤作用有利于垂直有效应力的传递；淋滤液的自重和浸润作用都将影响MSW的压缩沉降。     

细菌对铁矾类沉淀物形成的影响研究

铁矾类沉淀物的形成对细菌浸矿以及后续的浸出液净化除铁效率都有很大的影响.考察了细菌作用下,不同初始pH值、亚铁的初始量等因素对铁矾类沉淀物形成速率及产物组成的影响,并与无菌条件铁矾类沉淀进行对比,总结了细菌作用下,铁矾类沉淀物的形成动力学规律及产物组成差异.结果表明,细菌作用下,铁矾类沉淀物形成速率明显加快,并且产物组成与无菌时有很大差异.     

基于综放端面控制的支架支护参数研究

神华神东布尔台煤矿改变开采工艺后,需要对液压支架支护参数进行优化,理论分析综放端面煤岩体片帮冒落与支架参数支架关系,运用数值模拟方法,建立综放端面煤体片帮冒顶模型,对液压支架参数与端面煤岩体片帮冒落相互关系进行模拟。结果表明支架工作阻力与梁端距是影响支架控制效果的关键参数。     

托辊对输送带所受冲击影响研究

主要研究缓冲托辊数量对输送带受冲击区域的峰值压力和压力能的影响。通过测量输送带样品参数建立输送带和托辊的有限元模型。利用该数学模型完成对冲击区域的压力峰值和压力能的仿真,确定增加缓冲托辊数量可以有效地降低输送带的峰值压力和压力能,从而优化带式输送机的设计,减少输送带的损伤。     

水对尾矿坝的稳定性影响研究

提出了水对尾矿坝的稳定性影响以及现阶段尾矿坝研究中所存在的岩土力学问题，并提出解决方案。     

溶剂对膨润土微纳米化的影响研究

以粒径分布、SEM和XRD分析为主要表征方法,从片层疏离程度和团聚体颗粒大小这两个方面综合评价水、异丙醇和二甲苯等6种溶剂对膨润土微纳米化的影响。实验表明,质量分数对水相膨润土的粒度分布影响显著,膨润土质量分数从5%下降到0.5%时,其最大粒径分布从4310nm快速下降到712nm,但即使质量分数低至0.1%,膨润土仍难以达到单片层的理想分布。不同溶剂对膨润土分散作用差别较大,水分散的膨润土颗粒结构致密,片层间隙不明显;乙醇、二甲苯、丙酮以及异丙醇分散的膨润土颗粒粒径均一,分别集中在380 nm、390nm、530nm和650 nm,且颗粒片层边缘剥离,片层间距明显,颗粒疏松;小角度XRD分析也进一步证明乙醇和异丙醇对膨润土有一定的插层作用。乙醇、二甲苯、丙酮及异丙醇对膨润土会产生明显的微纳米化效应。