岩石点荷载作用下对应力记忆效应的声发射数值模拟与试验研究

 在分析单轴压缩试验岩石Kaiser效应机制的基础上,建立岩石在点荷载作用下对先前应力记忆效应的理论表达式,采用岩石破裂过程分析软件RFPA2D对14种不同尺寸和力学参数的试件进行数值模拟,模拟结果表明,岩石点荷载声发射试验能够反映岩石先前应力状态,点荷载加压出现声发射时的点荷载值与岩石先前所受应力值成正相关关系。为了进一步验证上述结论,对5个岩石试件进行单轴压缩加载、卸载后用点荷载重新加载的循环试验,得到与数值模拟相同的结论,研究成果为工程现场地应力值估算、评价提供新的研究方法。     

地下强爆炸岩石破坏动力效应分析

为研究地下强爆炸岩石破坏动力效应,借助有关地下爆炸试验成果,研究强爆炸作用下岩石的单轴抗压强度、纵波速度及孔隙度等物理力学性状的变化规律,分析初始荷载强度、荷载压力波形等爆源参数对爆炸破坏效应的影响,对爆炸近区、剪切破碎区及非破坏荷载区岩石的状态方程分别进行阐述.结果表明:在地下强爆炸近区,岩石的单轴抗压强度降低,在距爆心35～40 m/kt1/3的比例距离,岩石的单轴抗压强度与没有破坏时的单轴抗压强度值接近;爆源参数对岩石动力破坏效应有较大影响;破坏区半径、药室腔壁膨胀速度及最大质点速度等随爆源初始荷载强度的增大而增加;裂缝开展及分布尺度受荷载率的控制.     

SHPB在岩石动态力学性能测试中的应用成果综述

综述了岩石动力学的工程意义、SHPB装置的试验原理和试验方法、岩石SHPB动力学试验的研究成果,总结得出:1)SHPB可作为研究岩石在中高应变率下力学性能的有效实验装置;2)试件尺寸和入射波形对SHPB试验准确性有很大影响;3)岩石的动态强度与应变率成很强的正相关性;4)岩石内的自由水对岩石的动态强度有较大影响;5)岩石的动态力学性能在极端高温和极端低温下有较大变化;6)动静组合加载下岩石的动力学性能与单轴冲击荷载下有一定区别,SHPB循环冲击试验能很好地模拟许多深层岩石工程问题。最后对SHPB试验方法与内容的改进提出了若干看法。     

循环荷载下花岗岩强度及变形特征试验研究

为研究循环加卸载作用下岩石的强度及变形特征,以隧道工程区域内的花岗岩为对象,采用室内岩石力学试验方法,得到了以下结论。(1)单轴循环荷载作用下花岗岩的最终破裂面明显多于单调加载,而三轴条件下,两种加载方式的破坏模式较为接近;(2)循环荷载作用下花岗岩的峰值强度显著降低;单调加载下的花岗岩表现为脆性破坏,而循环加载下花岗岩具有显著的延性破坏特征;(3)随着循环次数的增加,花岗岩第一次轴向塑性应变增量较大而后趋于稳定,受循环次数的影响较小;其变形模量随循环次数的增加而增大,随着疲劳损伤的累积,增长速度放缓,在试件接近破坏时,变形模量有下降的趋势;循环加载下花岗岩的黏聚力和内摩擦角较单调加载显著降低。     

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究

利用作者已研制成功的CT机专用三轴加载试验设备,守成了单轴压缩荷载作用下岩石损伤CT实时细观试验。给出了CT图像中裂纹宽度的估算方法,确定了应力损伤门槛值,对CT试验结果进行了定量分析,得到了单轴压缩岩石损伤演化的初步规律。基于CT试验结果,对岩石应力-应变全过程曲线进行了分段,从工程应用出发,给出了峰前分段岩石损伤演化方程及本构关系。理论分析结果与试验结果较吻合。     

点荷载强度试验在长输管道工程勘察中的应用推广

点荷载强度试验作为一种常规的岩石试验方法,具有易于操作、携带方便、费用较低等优点,被广泛应用于工程实际中。而长输管道工程由于规模大、沿线工程地质条件复杂,合理地对沿线岩石进行土石工程分类,成为长输管道工程勘察的一个关键环节。在长期工程经验积累的基础上,本文通过对大量的岩石点荷载强度试验与岩石单轴极限抗压强度试验结果进行对比研究,并对统计数据进行一元线性回归分析,推导出多种岩石的点荷载强度与单轴极限抗压强度之间关系的经验公式,进而进行土石工程分类,可为类似工程提供参考。     

岩石声发射Kaiser点信号的小波分析及其应用初步研究

针对目前岩石声发射采用参数法确定Kaiser点所存在的问题,提出基于波形分析的确定Kaiser点的小波分析研究方法。利用RMT-150C岩石力学试验系统与WAE2002型全波形多通道声发射检测仪,进行单轴加载岩石破坏全过程声发射试验。首先,对砂岩声发射Kaiser点信号进行了频谱分析,确定了Kaiser点信号的频率范围,提出基于小波变换的Kaiser点信号的信噪分离方法;其次,进行现场套孔砂岩岩芯的单轴加载声发射试验,结合Kaiser效应原理和现场实测结果确定了Kaiser点,提取相应的波形信号,并进行小波降噪处理。研究结果表明,小波分析是处理岩石声发射Kaiser点信号的一种有效的方法,从而为通过波形分析方法确定岩石声发射Kaiser点及声发射机制研究奠定了一定的试验基础。     

簇平行黏结模型中微观参数对宏观参数影响的量纲研究

 首先分别采用传统加载程序和新加载程序,对利用簇平行黏结模型所建立的颗粒流试样的力学特性进行研究。同时采用新加载程序,分析加载速率和冻结期时步对颗粒流试样力学特性的影响。随后利用量纲分析法研究簇平行黏结模型中微观参数对宏观参数的影响,建立岩石材料宏观参数(弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和单轴抗拉强度)与簇平行黏结模型中微观参数间的半定量关系。相关模拟结果表明：(1) 利用传统加载程序计算得出的岩石应力–应变曲线是不准确的,它高估了单轴抗压强度、单轴抗拉强度和弹性模量,且不能真实再现岩石峰后脆性特征;2种加载程序得出的岩石破坏形态差异很大。(2) 结合新加载程序,簇平行黏结模型能得到合理的单轴抗压强度和单轴抗拉强度比值(UCS/TS)。在准静态范围内,加载速率与强度值没有相关性,这与试验结果吻合,加载速率对岩石应力–应变曲线的影响主要在峰后阶段。(3) 弹性模量主要与颗粒接触模量和颗粒接触刚度比相关,而泊松比主要与接触刚度比相关。为得到相同的泊松比值,簇平行黏结模型中的接触刚度比应大于平行黏结模型中的接触刚度比。单轴抗压强度和单轴抗拉强度主要受平行黏结强度比控制,另外单轴抗压强度受簇中颗粒数影响较大。     

岩石分级加载蠕变的能量耗散与变形机制研究

通过对岩石加载–蠕变–卸载的能量转换与变形机制分析,利用RLW–2000型岩石三轴流变仪,对2组岩石进行单轴分级加载蠕变试验,分析岩石不同应变差值下能量的耗散过程,确定岩石不同加载水平(或循环次数)与变形模量的关系,研究加载蠕变与应力卸载的曲线路径。结果表明:岩石分级加载蠕变的能量转换可分为加载应变与蠕变应变2个部分,随着每一级载荷作用下应变差的增加,岩石塑性应变能与耗散能呈非线性增加趋势,且塑性应变能曲线与耗散能曲线的开口、应变差及岩石损耗能量也越大;在相同加载水平下,岩石塑性应变能大于耗散能,且应变差与塑性应变能、耗散能的关系可分别用二次多项式、乘幂函数进行描述;岩石变形模量随着加载水平(或循环次数)的增加而变大,表现为先突然增加较大到缓慢增加至趋于相对平缓,相同加载水平(或循环次数)下,高强度岩石变形模量大于低强度岩石变形模量;岩石加载蠕变应变与卸载应力松弛均随加载水平的提高而增大,相同加载水平下,高强度岩石蠕变应变小于低强度岩石蠕变应变,但高强度岩石应力松弛大于低强度岩石应力松弛,高强度岩石加载曲线穿越上一级载荷卸载后的应力松弛区,而低强度岩石加载曲线则穿越上一级加载水平后的蠕变应变区。     

天津盘山地区风化花岗岩点荷载与单轴抗压对比试验研究

在天津盘山地区某项目中,对强风化花岗岩进行了点荷载及单轴抗压强度试验。本研究通过两种试验的对比,对强风化花岗岩点荷载试验的计算参数及相关特征进行初步研究,发现了对强风化花岗岩规范方法计算点荷载试验强度与实际单轴抗压强度的区别,并由该关系曲线总结了通过点荷载试验计算单轴抗压强度的公式。     

深部矿区煤岩体强度测试与分析

 基于钻孔触探法原理,开发出小孔径井下煤岩体强度测定装置。在实验室对34个煤岩样品进行试验：在煤岩块上钻取标准试件,测量单轴抗压强度;在留下的钻孔中,用煤岩体强度测定装置测定探针临界载荷,分析探针破坏钻孔壁煤岩的形态;然后确定煤岩块单轴抗压强度与探针临界载荷的关系。试验表明,探针破坏钻孔壁煤岩的形状、深度及范围与煤岩性质密切相关。煤岩体强度越高,破坏范围、侵入深度越小,破坏形状越规则。结合井下实测数据,回归得出描述探针临界载荷与煤岩体单轴抗压强度关系的公式。同时,分析临界载荷的离散性及控制措施,讨论结构面对煤岩体强度的影响及测试分析方法,并在典型的深部矿区——新汶矿区进行井下原位测试。新汶矿区巷道顶板不同岩性的岩层强度相差很大,不同矿井的岩层强度也存在明显差别。煤层强度由于煤帮出现破碎区、煤层性质不均匀、煤层结构面分布不均匀等原因变化较大,出现明显的波动。基于井下煤岩体强度实测数据的巷道支护设计,符合井下环境中的煤岩体条件,设计的合理性与可靠性显著提高,巷道围岩稳定性与支护状况得到明显改善。最后分析钻孔触探法存在的问题,并提出改进建议。     

细观介质拉压比对岩石破坏过程的影响

通过应用岩石破裂过程分析系统RFPA^2D，模拟了不同细观单元拉压比的岩石试件在单轴压缩试验下的破坏过程，分析了细观介质拉压比对岩石破坏过程中的力学行为和破坏机理的影响。结果表明，随着拉压比的提高，岩石的整体抗拉强度和残余强度逐渐降低，同时岩石的宏观破坏形式也由剪切破坏向拉伸破坏转变。当拉压比低于某一确定值时，拉压比对岩石的变形行为影响很小。     

淮南矿区11–2煤顶板岩石单轴抗压强度预测模型构建

为了探寻煤系地层泥岩和砂岩类单轴抗压强度和弹性模量间的关系,对顾北煤矿11–2煤顶板岩石进行室内单轴压缩试验,得到120组数据。采用SPSS19.0专业数理统计软件,以单轴抗压强度为因变量、弹性模量为自变量,分别建立线性函数、对数函数、二次函数、三次函数、指数函数和幂函数6种回归模型。经回归方程显著性检验、回归系数显著性检验、回归方程拟合优度、D-W检验、共线性检验和回归方程残差正态性、随机性检验,获得预测岩石单轴抗压强度的一元二次非线性回归预测模型。应用该模型对淮南矿区张集煤矿和潘二煤矿11–2煤顶板岩石单轴抗压强度进行预测与验证,结果表明预测值与试验值相符,该非线性回归预测模型可用于同一煤系地层岩石力学参数的预测。     

单轴压缩分级松弛作用下煤样变形与强度特征分析

 利用RMT–150B岩石力学系统对煤样进行单轴压缩分级松弛试验,分析煤样常规单轴压缩与单轴分级松弛条件下煤样的变形、强度和破坏的时效特征。结果表明：2种加载方式下煤样峰值前的应力–应变曲线宏观没有明显区别,仍然表现出压密、弹性、屈服和破坏阶段;单轴压缩分级松弛试验的应力–应变曲线,在松弛期间出现局部应力跌落特征;常规单轴压缩得到的力学参数明显高于分级松弛试验值,表现出煤样的力学参数具有时效特征;当松弛应力比低于70%时,应力松弛特征不明显,当松弛应力比高于70%时,煤样内部强度较高材料积蓄的能量能够使低强度材料逐步损伤破坏,高强度材料将承载更高应力也逐渐趋于破坏,松弛应力比越高,持续破坏时间越短,反之则持续破坏时间越长;常规单轴压缩破坏具有明显张剪性破裂面,分级松弛试验时煤样破坏裂纹沿加载方向扩展后碎裂成许多相对较薄片状和片状碎屑,表现出明显的侧向膨胀特征。     

岩石单轴饱和抗压强度的点荷载试验方法设计与探讨

设计了求岩石单轴饱和抗压强度的两种点荷载试验方法，并通过与室内抗压强度试验成果的对比，分析并总结了上述两种试验方法的优劣，对岩石点荷载试验在实际工作中的推广应用有较大的参考价值。     

Determination of in situ uniaxial compressive strength of coal seams based on geophysical data

The central issue for pillar design in underground coal mining is the in situ uniaxial compressive strength (σ _cm). The paper proposes a new method for estimating in situ uniaxial compressive strength in coal seams based on laboratory strength and P wave propagation velocity. It describes the collection of samples in the Bonito coal seam, Fontanella Mine, southern Brazil, the techniques used for the structural mapping of the coal seam and determination of seismic wave propagation velocity as well as the laboratory procedures used to determine the strength and ultrasonic wave velocity. The results obtained using the new methodology are compared with those from seven other techniques for estimating in situ rock mass uniaxial compressive strength.      

Estimation of uniaxial compressive strength from point load strength,Schmidt hardness and P-wave velocity

Uniaxial compressive strength is considered one of the most important parameters in the characterization of rock material in rock engineering practice. The study investigated correlations between uniaxial compressive strength and point load index, P-wave velocity and Schmidt hardness rebound number together with the effects of core diameter size. A total of 150 core samples at five different diameters (54, 48, 42, 30 and 21 mm) were obtained from sandstone, limestone and cement mortar. Ten saturated samples at each diameter (length:diameter ratio 2:1) were prepared from each of the three materials. The best correlations were found between uniaxial compressive strength and point load or Schmidt hammer values. The closest relationship was observed for the 48 mm diameter cores.      

考虑层理方向效应煤岩巴西劈裂及单轴压缩试验研究

 针对淮南矿区B10煤层以水平层理为主,且层理性较强的特点,通过巴西劈裂及单轴压缩试验,研究煤岩在垂直和平行于层理面方向上的拉、压力学特性。研究结果表明：(1) 煤岩垂直和平行于层理面方向抗拉强度均具有明显的离散性,但前者离散程度更大;对比两者均值,前者显然小于后者,各向异性显著。(2) 宏观煤岩成分分布的随机性及其物理力学性质的差异是导致煤岩抗拉特性离散性的重要条件;而宏观煤岩成分的条带状分布特点,以及煤岩割理系统分布的方向性,则是决定煤岩力学特性各向异性的内在原因。(3) 煤岩垂直与平行于层理面方向单轴压缩轴向应力–应变曲线相比,前者峰前变形特征相似,力学性态稳定,峰后应力跌落迅速,脆性特征明显;后者则峰值前、后各曲线均变形各异,力学性态不稳定。煤样的轴向峰值应变均小于1%,变形特征属脆性破坏。(4) 垂直和平行于层理面方向单轴压缩煤样的断口破坏形态分别以剪切和劈裂破坏为主,且2个方向的单轴压缩强度及变形参数均具有明显差异,各向异性特征显著。(5) 煤岩垂直和平行于层理面方向单轴压缩特性均具有一定的离散性,但后者离散程度更大。(6) 煤岩单轴抗压强度远大于抗拉强度,垂直和平行于层理面方向单轴抗压强度分别为抗拉强度的40.1和14.7倍。     

Assessment of relationships between drilling rate index and mechanical properties of rocks

This paper examines the relationships between drilling rate index (DRI) and some mechanical properties of rocks in order to evaluate the effect of strength and indexes of rock on rock drillability. For this purpose, some index properties (in situ Schmidt rebound hardness (SRH), Shore scleroscope hardness (SSH), and point load strength (PLS)) and strength properties (uniaxial compressive strength (UCS) and Brazilian tensile strength (BTS)) values of 32 sedimentary, igneous and metamorphic rock samples were determined. The relationships between DRI and both strength and indexes properties were evaluated using regression analysis and statistical methods. As a result, decreasing linear relationships were found between DRI and uniaxial compressive strength, Schmidt rebound hardness, Shore scleroscope hardness, diametral and axial point load strength.     

岩石点荷载试验在桩端持力层岩性检测中的应用与分析

通过对岩石点荷载试验方法的阐述,分析了岩石点荷载强度指数和标准岩石单轴抗压强度之间的关系,利用宣城几个工程基桩岩石持力层岩块的点荷载试验和标准抗压强度试验数据的相关关系分析,得出了宣城市泥质砂岩的点荷载强度和标准抗压强度之间的相关关系,确立了岩石点荷载试验在我市基桩持力层岩性鉴别中的应用可行性。