RLW-2000岩石三轴流变试验系统研制

为研究深部高应力区以及卸荷等复杂应力条件下岩石流变特性,研制了RLW-2000岩石三轴流变试验系统。该试验系统采用先进的伺服电机、滚珠丝杠和液压等技术组合,配置进口原装全数字伺服控制器(EDC)和采用美国泰瑞泰克公司技术生产的变形测量装置。通过进行岩石三轴蠕变试验,对试验系统稳压性能、压力和变形测量系统以及岩石三轴流变试验功能进行了检验,检验结果表明其自动稳压、数据采集等整体性能良好。     

RLW-2000岩石三轴流变试验系统研制

为研究深部高应力区以及卸荷等复杂应力条件下岩石流变特性，研制了RLW-2000岩石三轴流变试验系统。该试验系统采用先进的伺服电机、滚珠丝杠和液压等技术组合，配置进口原装全数字伺服控制器（EDC）和采用美国泰瑞泰克公司技术生产的变形测量装置。通过进行岩石三轴蠕变试验，对试验系统稳压性能、压力和变形测量系统以及岩石三轴流变试验功能进行了检验，检验结果表明其自动稳压、数据采集等整体性能良好。     

SV-1型闭环电液伺服控制系统

本文叙述了SV-1型闲环电液伺服控制系统的基本控制原理、技术特性以及应用于长江-500型三轴应力试验机的试验结果。试验表明,它能自动绘制出单轴抗压强度150兆帕以下的岩石试样压力-位移全图,并具有结构合理,使用维护方便,性能稳定等优点。     

单轴压力条件下花岗岩导热特性研究

基于TAW-2000微机控制电液伺服岩石三轴试验机和Hot Disk Thermal Constants Analyser,通过单轴压缩试验,获得了花岗岩在0~45MPa时的热传导系数的变化规律。试验结果表明,其热传导系数随轴向应力的增加而呈非线性增大的趋势。此外,在单轴应力增加的过程中,孔隙率越大的岩石热传导系数增加的越快,并通过数据拟合及分析建立了考虑岩石孔隙率为影响因素的花岗岩应力-导热系数关系预测模型。这便于在给定的应力范围内可以很好的预测花岗岩的热传导系数。     

高突出倾向性煤的力学性质试验及研究

为了研究高突出倾向性煤的性质,通过YAW-3000全自动压力试验机和YAD-2000型微机控制电液伺服岩石压力试验机分别对高突出倾向性煤样进行了巴西劈裂试验、单轴抗压试验和角模压剪试验,得到了高突出倾向性煤的有关力学性质和参数。     

钙芒硝单轴压缩力学特性的试验研究

利用高精度μCT225KVFCB显微CT试验系统和JL型微机控制电液伺服万能试验机,对钙芒硝单轴压缩力学特性进行了研究。研究表明:钙芒硝压密阶段不明显,且存在刚性阶段;钙芒硝单轴抗压强度平均为7.54 MPa,属于软岩,其单轴抗压强度随着物质密度的增大而增大,随物质密度不均匀程度增大而减小,且与X射线衰减系数、衰减系数方差呈线性拟合关系。     

煤岩单轴与三轴压缩试验研究

在电液伺服岩石力学试验系统上进行了煤岩的单轴和三轴压缩试验。结果表明:在单轴压缩时,大部分试件表面出现剥落并发生X状共轭斜面剪切破坏或劈裂破坏;不同试样煤岩的强度离散性较大,对于强度较高的试件,其弹性模量也较大。三轴压缩时,煤岩的变形增加并沿某一斜面产生剪切破坏,变形表现出塑性材料的特征;煤样弹性模量相对单轴压缩时提高,离散性降低;三轴强度大于单轴强度,而且三轴强度和残余强度随围压的增加而增大。     

高阶煤煤岩全应力-应变过程渗透性实验研究及应用

煤层气压裂过程中注入压力的波动造成煤层渗透率发生动态变化,研究高阶煤层渗透率动态变化对压裂施工时压裂液效率定量评价有重要意义。利用GCTS-RTR-1000型电液伺服三轴试验机和HPPD-20脉冲衰减测瞬态渗透率仪,针对高阶煤试样在三轴压缩过程中的应力渗流耦合实验,通过在低围压条件下轴向应力-体积应变-渗透率测定实验进行实验数据分析研究,揭示了三轴压缩过程中高阶煤煤岩渗透率变化规律。     

两种不同岩石在三轴压缩条件下的变形实验

利用电液伺服材料控制机试验系统,以不同的围压(5、10、15、20、25、30MPa)分别对矽卡岩和蛇纹岩试样进行三轴压缩试验,分析围压和岩样三轴抗压强度的关系,研究岩样各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特征,并比较两种岩样破坏形式的差异.试验结果表明,在三轴压缩条件下,两种岩样的三轴抗压强度与围压都有良好的线性关系;两种岩样的变形规律基本相同,且最终的破坏方式主要都为单斜面剪切破坏.     

三轴压缩下红砂岩峰后应力松弛特性试验研究

为揭示岩石峰后松弛特性,采用MTS815电液伺服试验机,对红砂岩进行了三轴压缩下峰后松弛试验,分析了峰后松弛曲线特征,研究了损伤程度、位移加载速率对峰后松弛的影响规律,探讨了围压、初始应力水平对峰后松弛特性的影响机理.试验结果表明:制约红砂岩峰后松弛试验成功进行的因素包括岩样的损伤程度、位移加载速率等;增大位移加载速率能在一定程度上延长红砂岩岩样峰后松弛失稳时间,减小损伤程度能使峰后松弛以衰减松弛为主,很快趋于稳定;红砂岩峰后松弛曲线主要由瞬时松弛段和减速松弛段组成;应力松弛量与围压、损伤程度以及初始应力有关,与围压呈负相关,与损伤程度、初始应力呈正相关.研究结果对于岩石峰后流变特性研究及破裂围岩控制具有一定的意义.     

贯通节理砂岩峰后变形试验研究及其在隧道支护中的应用

深部资源开发中地下硐室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题,但目前对峰值强度后的变形特征和强度特性研究不足,认识不充分,常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。采用RLW-1000型岩石三轴伺服刚性机对不同围压贯穿裂隙圆柱体标准试件进行常规三轴压缩试验,分析裂隙岩体在不同围压下裂隙岩体的峰后强度和变形特性。试验结果表明:裂隙试件的峰值强度,残余强度和峰值应变基本上是随着围压的增大而增大;围压越小,裂隙岩石峰后扩容现象越明显,岩石扩容随围压增大而减小,且岩石可塑性和围压共同影响岩石扩容。结合试验结果分析发现将峰后非连续体变形控制在残余强度的初始阶段,能以相对较低的支护阻力有效控制过高的破裂膨胀变形发生,保证隧道围岩的稳定。     

岩块降压破碎的能量分析

采用刚性电液伺服机对大理石进行降低围压试验，模拟地下工程开挖过程中的围岩破碎，说明降压破碎与加压破碎在能量变化方面显著不同。     

炭质页岩常规三轴试验和本构方程的研究

利用XTR01-01型微机控制电液伺服岩石三轴试验仪,研究了堡镇隧道大变形段的裂隙岩体(炭质页岩)在围压为0～25MPa下的应力—应变全过程曲线,建立了屈服强度、峰值强度、残余强度与围压的关系。根据塑性力学的相关理论,提出三线性弹性—线性软化—残余理想塑性五线性模型,并应用于炭质页岩,得到了炭质页岩各段的本构方程,并讨论了软化段。结果表明,理论模型和试验结果吻合较好。     

硬岩三轴仪全应力应变曲线与流变试验功能分析

地下金属矿山进入深部开采阶段以后,硬岩的岩爆和流变等工程灾害问题凸显,试验研究是了解其破坏机制的基本手段。由于硬岩具有高强度和弹脆性特点,峰后行为的试验研究在常规三轴仪上很难实现,加之流变变形非常小,对传感器精度要求非常高。鉴于此,结合国际先进岩石三轴伺服系统的开发经验,提出系统可行方案和强化指标满足硬岩全破坏过程和流变试验要求,与长春朝阳试验仪器有限公司合作开发Rockman207岩石三轴仪。由于该系统具有较高的系统刚度、较快的伺服响应速度和高精度的体积变化测量特点,验证和前期试验结果表明,其在硬岩力学试验中可以满足短期全破坏过程试验和长期流变试验研究需要。     

不同围压条件下榆横矿区砂岩力学特性和本构关系

对取自榆横矿区小纪汗煤矿煤层顶板砂岩开展细观结构研究,表明该砂岩石为弱胶结砂岩。采用TAW-2000岩石压力机对弱胶结砂岩进行了不同围压下三轴压缩实验,结果表明该类砂岩在初始受压阶段表现出明显压密现象,且随围压增大压密段长度减小,当进入塑性阶段,随着围压增大,其由弹性向塑性转变的趋势更加明显。利用双应变胡克模型(Two-parts Hook’s Model,TPHM)和统计损伤模型分别对屈服点前和屈服点后的受压变化情况进行了描述与分析,发现模型曲线与实验曲线吻合较好。表明TPHM模型能够准确表达岩石损伤前的非线性弹性变形及弹性变形过程;统计损伤模型则对岩石的损伤后变形进行较好表征。     

三轴压缩煤岩强度及变形特征的试验研究

在MTS815岩石伺服试验机上对鲍店煤矿3煤进行了常规三轴压缩试验，并对试验结果进行了分析.结果表明：煤岩由于含有大量的微孔隙裂隙，在围压作用下，孔隙裂隙被压密闭合，弹性模量随之增大，但并非呈线性关系.在常规三轴压缩条件下，煤样三轴压缩强度与围压之间呈线性关系（不包括单轴压缩情况），在实验的围压范围内，煤岩破坏符合Coulomb强度准则，但由于煤样具有明显的非均质特性，其内部含有大量的随机裂隙等缺陷，且煤样黏聚力较低，煤样沿随机裂隙破裂偏离θ=45°+Φ/2的可能性很大.     

基于窥视法的围岩稳定性评价研究

针对深部软岩巷道工程地质条件复杂、巷道支护难度大等问题,以丰峪煤业实际矿井地质条件为例,采用试验室试验以及窥视法对该矿围岩稳定性进行研究,通过单轴压缩试验、巴西（劈裂）试验和三轴压缩试验研究了该矿运输巷的基本顶、直接顶、直接底的单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三轴抗拉强度、弹性模量等参数;采用窥视法对该巷道围岩松动圈进行研究。研究得出:该矿运输巷的左帮产生的围岩松动圈在3.0~4.2 m,右帮产生的围岩松动圈在2.2~3.8 m,顶板产生的围岩松动圈在1.0~2.4 m,围岩稳定性差,应该加强支护,确保矿井的安全开采,研究为巷道的超前加固提供了可靠的理论依据,保证巷道的正常使用和回采的顺利进行。     

围压对煤体力学性质影响的实验研究

利用含瓦斯煤三轴伺服渗流系统,对突出型煤试件进行不同围压的三轴压缩试验。试验结果表明:围压对煤样的弹性模量、峰值强度和变形特性都有一定程度的影响;煤样的弹性模量、峰值强度和变形都随围压的增大而增加。根据以上的研究,围压对煤岩体强度的影响规律和煤岩体的变形特性,对进一步认识含瓦斯煤岩的力学性质具有重要的意义。     

动静载荷作用下片麻岩蠕变实验及非线性扰动蠕变模型

深部巷道围岩应力状态处于岩石强度极限邻域内,围岩会产生较大的蠕变变形,特别是深部扰动荷载对巷道围岩蠕变变形的影响更为敏感。为了研究深部岩石在扰动载荷作用下的岩石非线性蠕变特性和蠕变扰动效应,利用自行研制的岩石三轴扰动蠕变试验台,以片麻岩为岩石试样,采用分级加载方式,开展静载轴压、不同扰动幅值、不同扰动频率作用下的岩石单轴压缩扰动蠕变试验,得到扰动载荷对岩石蠕变特性的影响。试验结果表明:轴压是岩石蠕变变形的主导因素,随着轴压的增加,岩石蠕变变形量逐渐增大;岩石蠕变变形量随着扰动幅值和扰动频率的增加而增大,在相同轴压和作用时间的情况下,扰动幅值对岩石蠕变变形比扰动频率明显;在相同的扰动条件下,随着轴压的增大,岩石蠕变破坏受扰动作用影响越大,当轴压大于40 MPa时,岩石蠕变受扰动影响敏感度越高;每次扰动加载后,岩石蠕变应变量出现台阶式突增,同时蠕变曲线也出现陡突现象,随着扰动幅值和扰动频率的增大,突变值越大。以试验结果分析为依据,引入非线性黏塑性扰动蠕变元件和损伤原件,并与Burgers串联,建立了岩石非线性扰动蠕变损伤复合模型。采用基于模式搜索的改进的非线性最小二乘法反演蠕变参数,并将蠕变方程计算结果与实验结果进行拟合,效果良好。