不同原料组合对相似材料动力学特征的影响研究

以灌滩滑坡地质背景下的白云岩为研究对象,根据动力相似理论,分析了河砂、石英砂、石膏、水泥等不同原料组合对白云岩相似材料动力学特征的影响,并采用弹性波速测量和单轴压缩试验方法,研究了不同组合及配比下相似材料的物理、力学性质情况,得出了一些有价值的结论。     

磁性岩土相似材料物理力学性能试验研究

地质力学磁力模型试验能够模拟实际工程中的复杂情况,从而确定现场中难以确定的问题。而磁性岩土相似材料与原型材料的力学性能参数是否相似,是地质力学磁力模型试验是否可靠的重要因素,为了保证模型试验结果的可靠性,需要对磁性岩土相似材料进行试验研究。由于岩土中岩体与结构面力学性能相差很大,将岩土相似材料分为岩体相似材料与结构面相似材料分别研究,选取铁粉、石英砂、粘土为岩体磁性相似材料,选取铁粉、重晶石粉、石膏为结构面相似材料。测量相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比等力学性能参数,研究材料含量与物理力学性能变化之间的规律,为地质力学磁力模型试验提供指导。     

工程岩体Ⅲ级围岩相似材料配比试验研究

目前超大跨扁平地下洞室模型试验的围岩相似材料缺少合适的配制方法,以工程岩体中Ⅲ级围岩的物理力学参数作为相似材料配比目标,采用重晶石粉和石英砂作为骨料,高强石膏粉和水作为胶结剂,洗衣液作为调节剂,基于正交理论设计了3因素5水平的正交试验方案,制作了25组不同的配比,通过大量的直剪试验和单轴压缩试验分别测得试样的黏聚力c和内摩擦角φ以及试样的抗压强度σ_c和弹性模量E,并采用极差分析法进行了敏感因素分析。试验结果表明:所配制的相似材料物理力学参数变化范围广,能满足大部分岩质岩体模型试验的强度要求;材料含量的变化对物理力学参数的影响规律明显,可为配比不同模型试验的相似材料提供指导。     

基于岩爆倾向性的高黎贡山深埋隧道岩爆预测研究

岩爆的预测研究一直是地下工程的世界性难题之一,岩爆倾向性是岩爆发生的一个重要条件。本文以大瑞铁路高黎贡山深埋隧道为例,在野外地质调查和室内岩石力学实验测试分析的基础上,计算分析了高黎贡山深埋隧道花岗斑岩岩体的弹性应变能指数WET、岩石脆性系数B和最大储存弹性应变能指标Es等岩爆倾向性指标。在ANSYS软件平台上,进行了...     

石膏试件的力学特性研究

本文通过单轴压缩试验和巴西劈裂试验研究了膏水比(石膏质量和水质量比值)、缓凝剂掺量(缓凝剂质量和石膏质量的比值)和养护时间对石膏单轴抗压强度、抗拉强度和初凝时间的影响。试验结果表明,随着膏水比和养护时间增加,石膏单轴压缩强度和抗拉强度增加,石膏试件的脆性破坏特性越明显;缓凝剂能有效延长石膏试件的初凝时间,但同时会导致石膏试件强度降低;养护温度和湿度对石膏强度和凝结特性的影响比较明显,试验中需要控制试件的养护条件。本试验可为后续岩体物理模型试验相似材料选取材料配比,并为相关石膏试验提供一定的参考经验。     

基于最大能量耗散率的岩爆倾向性指标研究

岩爆倾向性判别为隧洞岩爆风险评价提供了基本依据。在分析岩石单轴压缩各阶段能量耗散演化特征的基础上,提出基于最大能量耗散率(耗散能密度时间导数的最大值)的岩爆倾向性评价新指标,从稳定性判定准则、经验和岩爆倾向性定义3个角度阐明其科学合理性。为定量计算所提指标,建立考虑空隙压密和初始损伤的弹脆性损伤本构模型;为验证指标及损伤模型的适用性,开展4种岩石(玄武岩、花岗岩、灰岩、砂岩)在刚性和柔性压力机下的单轴压缩及循环加卸载试验。最后基于正交试验、相关性分析和极差分析,揭示岩爆倾向性的影响因素及不同指标间的内在关系。结果表明：岩石单轴压缩应力–应变曲线峰后阶段存在能量耗散率峰值,该值可作为材料固有稳定性指标评价岩爆倾向性,兼顾了岩石的峰前能量储耗特性和峰后特征;所提弹脆性损伤模型较好反映了岩石单轴加载下的非线性力学行为和内蕴能量演化特征,应力–应变和耗散能密度理论曲线均与试验值吻合良好;不同岩石最大能量耗散率与实际岩爆等级一致,证实了所提指标的可靠性;弹性模量、脆性和初始损伤是岩爆倾向性的主要影响因素,最大能量耗散率指标较好体现了岩石脆性对岩爆倾向性的影响,与剩余弹性能指数的相关性最强(相关系...     

基于线性储能规律和剩余弹性能指数的岩爆倾向性判据

在考虑岩石加载全过程中能耗特性的基础上,提出一种基于线性储能规律和剩余弹性能指数的岩爆倾向性新判据。选用14种岩石(包括6种花岗岩、2种大理岩、4种砂岩、1种板岩、1种灰岩)进行不同应力水平下的单轴压缩一次加卸载试验,利用图形积分方式获得岩石试样在不同卸载点处的总输入能密度、弹性能密度、耗散能密度值,分别考察弹性能密度、耗散能密度和总输入能密度之间的定量关系,得到弹性能密度和总输入能密度之间的线性函数关系,发现储能系数(不同应力水平下弹性能密度和总输入能密度的比值)为定值的线性储能规律。在此基础上,提出一种计算岩石材料在峰值强度时储存在岩石内部弹性能的方法,改进了峰值能量冲击性指数的计算公式,进而建立一种基于剩余弹性能指数(峰前弹性能密度和峰后破坏能密度的差值)的岩爆倾向性判据。依据岩石试验破坏情况,提出基于定性指标和定量指标的室内岩石材料岩爆等级划分标准。研究结果表明,依据岩爆倾向性新判据所得判别结果和岩石材料实际岩爆倾向性等级比较一致,为从岩石材料全加载过程中能耗特性方面分析岩爆倾向性提供了一种新方法。     

不同剪切模量砂岩的相似材料配比设计

为了研究深埋孔隙型富含水砂岩地层段的井壁受力及围岩与井壁的相互作用机理,进行了室内大型物理模拟试验。并通过相似材料配比试验获得了两种不同剪切模量砂岩的相似配比,用以在大型物理模拟试验中对应模拟两不同深度段的原型砂岩。同时,通过配比试验结果发现影响相似材料强度及剪切模量的两主要因素为水胶比和胶结材料含量,具体表现为,随着水胶比的减小,试件的单轴抗压强度及剪切模量均呈增大趋势,而胶结材料水泥含量少则是造成部分试件强度低的根本原因。最后,通过分析二者的影响方式以及依据已获得的试验规律,提出了进一步获得更大剪切模量砂岩相似材料配比设计的基本思路。     

关于水泥石膏相似材料的试验研究

根据资料及以前的试验研究经验,选取模型石膏为试验材料,通过对6种不同配比制作得到的模块进行单轴试验,研究了不同配比情况下其力学性能的变化,并指出采用水泥石膏相似材料制作模型,具有价格低廉、工艺简单、材料来源广等优点。     

坚硬岩体中马蹄形洞室岩爆破坏平面应变模型试验

为了探讨马蹄形地下洞室围岩岩爆破坏过程与机理,以单轴抗压强度(σc)、脆性系数(K)与冲击能量指数(WB)为概化指标,通过物理模型材料的正交试验,选取了合适的具有岩爆倾向性的坚硬脆性岩体物理模型材料,制作了长800 mm×宽800 mm×厚200 mm的马蹄形洞室物理模型试件,并在岩土工程大型真三轴物理模型试验机上进行高应力条件下平面应变物理模型试验。试验结果表明:在高地应力条件下,马蹄形洞室坚硬脆性围岩岩爆破坏主要在洞壁围岩初始破坏裂纹产生后,在极短的时间与极窄的加载区间产生的破坏,破坏具有突发性;洞室围岩在发生岩爆破坏后,围岩应力要进行重新调整,在相对较长时间与加荷区间内围岩表现相对稳定。岩爆破坏过程的物理模拟结果与工程实际基本一致。     

千枚岩相似材料研制及模型试验初步应用

千枚岩是一种物理特性较差的软岩,对隧道工程影响较大,而目前关于千枚岩流-固耦合相似材料的研究较少。以砂、铁粉为骨料,水泥、石膏为胶结剂,橡胶粉为外加剂研制千枚岩流-固耦合相似材料,通过对相似材料的密度ρ、弹性模量E、粘聚力c、内摩擦角φ、渗透系数K、孔隙率ω和软化系数K_P进行测定,分析各因素对材料参数的敏感度与显著度,得出可用于试验配比的多元回归方程,并将其应用在基于沙湾隧道为工程背景的模型试验中,对模型试验洞周位移变化规律进行分析。研究结果表明:橡胶粉掺量对密度ρ的影响较显著,骨胶比对弹性模量E、粘聚力c、渗透系数K的影响较显著,水膏比对内摩擦角φ的影响显著,砂粒径对软化系数K_P的影响显著,骨胶比、砂铁比、橡胶粉掺量三个影响因素对孔隙率ω的影响都较显著。基于试验配比的线性多元回归方程能为千枚岩相似材料的研制提供帮助。     

新型地质力学模型试验相似材料的研制

正确选择相似材料是能否正确模拟工程原型的关键。在调研相似材料研究现状的基础上，分析相似材料选择与组合的原则。借鉴前人的经验，通过大量的配比试验，研制出一种新型的相似材料铁晶砂胶结料（IBSCM），这种材料用铁精粉、重晶石粉、石英砂作为骨料，松香、酒精溶液作为胶结剂，石膏作为调节剂混合而成。材料力学试验表明，新材料具有容重高、抗压强度与弹性模量低、性能稳定、易于购买，价格便宜、易干燥、易于加工堆砌以及可重复使用的特点，可模拟范围较广的岩体材料，是一种比较理想的地质力学模型相似材料。     

如何提高水泥石的弹性模量

通过正交试验设计探讨了水泥石弹性模量与石英粉、石英砂掺量以及水灰比之间的关系.试验结果表明:随着石英砂掺量的增加,水泥石的弹性模量有了很大的提高,最高达到了56 GPa;同时,石英粉的掺量变化与水灰比的不同也会对试验结果产生一定的影响.这是由于石英砂的增加,促进了水泥的水化,形成了结晶核心,同时起到密实填充作用.此次试验对于提高陶粒混凝土弹性模量具有参考价值.     

基于能量释放率的不同赋存深度砂岩脆性指数研究

为建立表征不同赋存深度砂岩脆性指数,以布尔台矿不同赋存深度砂岩试样为研究对象,开展单轴压缩试验,针对不同赋存深度试样应力–应变曲线特征,从应力–应变正负相关性出发,构建不同赋存深度试样应力–应变曲线能量演化模型。基于能量释放率,建立满足不同赋存深度试样脆性指数,并进行理论验证。结果表明:不同赋存深度试样对应4种曲线形态,Ⅰ与Ⅳ类曲线位于最浅和最深赋存深度,分别为101.6~203.2和509.8~589.3 m,Ⅱ类曲线分布于各个深度,Ⅲ类曲线分布主要集中于406.4~589.3 m。不同赋存深度下不同曲线形态对应4种能量演化方式,总应变能整体呈"S"型曲线增长,弹性能演化曲线与应力–应变曲线相似,Ⅱ与Ⅲ类曲线的耗散能随应变增加呈台阶式增长,Ⅳ类曲线耗散能随应变增加呈"L"型增长,其中表面能和释放弹性能两者与塑性能随应变增加交替产生。脆性指数整体上随赋存深度的增加而增大,且与赋存深度呈二次函数关系,对应平均值分别为0.77,1.01,0.93,3.66,9.94,11.55,Ⅳ类曲线的最大能量释放率与脆性指数远大于其他3种曲线形态,平均值分别为555.27,30.98。同时,不同赋存深度砂岩脆性分区有较大差异,赋存深度为101.6,317.3 m时,砂岩层为弱脆性;赋存深度为203.24 m时,砂岩层为中脆性;赋存深度为406.42,589.35 m时,砂岩层为强脆性。     

发泡磷石膏墙体材料配合比及其性能试验研究

以废弃磷石膏为主要原材料研制一种发泡磷石膏新型墙体材料,分别研究了水泥、矿粉、发泡剂和缓凝剂对磷石膏性能的影响;利用正交试验系统地分析水料比、发泡剂、矿粉和水泥对发泡石膏材料抗压强度、干密度和吸水率等性能的影响,并以抗压强度和干密度为主要指标得到发泡石膏材料的最佳试验配合比为水料比0.5、发泡剂掺量0.9%、矿粉掺量6%、水泥掺量10%。     

储层砂岩破坏特征与脆性指数相关性影响的试验及数值研究

 储层砂岩破坏特征及其脆性评价对油气田开采工程具有重要意义,针对胜利油田某油井隔层和油层砂岩岩芯,开展压缩条件下的物理试验及数值模拟。研究结果表明：储层岩芯在三轴压缩条件下的破坏模式以剪切破坏为主,同种围压的隔层岩芯脆性高于油层岩芯,脆性指数B较好地描述了岩芯脆性的变化趋势;分析了储层岩芯主要力学参数与脆性指数B的相关性,即在围压压缩条件下,岩芯峰值强度、扩容点、弹性模量、泊松比、残余强度及残余强度系数随脆性指数B的增加而降低,且用线性关系拟合各参数与脆性指数B的相关性较好;油层砂岩黏土矿物含量大于隔层砂岩是造成其脆性较高的内因,单轴压缩条件下的岩芯断面CT扫描图从细观上反映了      2种岩芯脆性破坏特征的不同;在单轴压缩条件下,数值岩芯脆性随弹性模量、压拉比、内摩擦角的增加而增加,随泊松比、残余强度系数的增加而降低,与峰值强度之间的关系不大;在声发射模式上,储层砂岩以前震–主震–后震型和群震型为主,根据物理试验和数值计算结果,总结了脆性指数B与岩芯破裂声发射模式之间的内在关系,即在相同加载速率条件下,低脆性区、中脆性区和高脆性区岩芯声发射模式分别为群震型、前震–主震–后震型及主震型,通过对灰岩试样和不同种类煤体声发射模式的对比,验证了机制讨论的正确性。     

加气混凝土砌块在建筑中的应用

加气混凝土砌块是以水泥、石灰、石膏和粉煤灰或砂为主要材料，以铝粉为发气剂、经蒸压养护等工艺制成的轻质多孔材料。它具有重量轻，保温效能高，吸音好，有一定的机械强度和可加工性等优点、加气混凝土砌块可广泛用于工业和民用建筑，作为承重和非承重的结构材料和保温围护材料，建筑节能，节约农田，利用废料方面，具有显著的效果。     

利用城市生活垃圾焚烧炉渣制备蒸压加气混凝土板材

以城市生活垃圾焚烧炉渣和石英尾矿作为蒸压加气混凝土板材的硅质原料,通过设计工艺配方和工艺参数控制,采用XRD和SEM对原料和试块的矿物相组成和微观形貌进行分析并测试相关的物理性能。试验研究表明:当工艺配比中焚烧炉渣:石英砂:石灰:水泥:石膏为39%:30%:15%:13%:3%时,所制作的砌块抗压强度符合GB11968-2006中B05、A3.5级蒸压加气混凝土优等品,可用于蒸压加气混凝土板材的制作。