岩石超声波波谱特性、力学特性及其相关性研究

本文介绍了用SYC-EYC声波数据处理系统和82-01C型岩石超声横波换能器组成的测试系统,以及对各种岩石的超声波声学参数（波速及频谱）与力学参数的相关关系所进行的试验研究。     

单轴应力下岩石的热-粘弹塑性模型研究

在工程实际中,岩石可以看作是一种粘弹塑性材料.在单轴应力状态下,考虑温度的影响,用弹性元件、粘性元件和塑性元件的组合来模拟岩石复杂的流变行为,建立了岩石的热-粘弹塑性模型.推导了岩石的热-粘弹塑性本构方程,进而讨论了该模型的蠕变行为、松弛行为以及卸载方程等,并对其变化规律进行了讨论.     

某深基坑降水与回灌的有限元模拟

以某深基坑降水工程为例,利用有限元方法对其进行了有回灌和疏干井条件下的不同降水井深的降水方案数值模拟,在此基础上最终确定了既满足工程水位降深要求,又对周边环境影响程度可控的降水与回灌方案,这也为同类地质条件下的相似基坑工程的降水方案优化设计提供了参考依据。     

盐岩蠕变特性的试验研究

盐岩蠕变特性会因矿物组成成分、加载应力水平的不同而异。通过对钙芒硝盐岩及氯化钠盐岩在不同载荷作用下多于100 d的蠕变试验研究发现:(1)在相同载荷7.0 MPa作用下,不同矿物成分盐岩的蠕变特性不同,钙芒硝盐岩的蠕变速率仅为氯化钠盐岩的3.67%,分别为8.72×10-6和2.38×10-4 d-1,二者有2个数量级之差;(2)在不同载荷作用下,盐岩的蠕变特性不同。在7.0 MPa载荷作用下,盐岩试件的蠕变速率为2.38×10-4/d;而在4.0 MPa载荷作用下,试件的蠕变速率为3.77×10-5 d-1,仅为前者的15.87%,表现出盐岩蠕变明显的应力效应特征;(3)在7.0和12.0 MPa两种不同载荷作用下,钙芒硝盐岩的蠕变率分别为8.72×10-6 d-1和1.12×10-5 d-1,后者为前者的1.28倍,与变形量比例相一致。最后,通过分析建立盐岩瞬态蠕变和稳态蠕变的耦合本构方程,该方程拟合曲线与试验结果曲线吻合较好。所获试验结果及本构方程可对层状盐岩矿床内建造油气储库的稳定性分析提供一定的参考依据。     

敲击-回波法中传感器影响的LTI系统理论分析

利用一维波动方程对理想自由桩在桩顶受冲击力作用的动态过程进行数学仿真，用有限元法程序计算出桩顶处不考虑传感器的速度响应理论时程曲线，并由LTI系统卷积积分及傅立叶变换得出冲击力和速度响应的频域表示；根据LTI系统理论对考虑传感器特性的动态过程进行分析，得出速度响应的频域表示；将典型的传感器频率特性与不考虑传感器的理想自由桩的速度响应在频域进行数字合成，经傅立叶逆交换还原成含有传感器特性的速度响应时程曲线：调节冲击力脉宽，计算与同一传感器特性对应的速度响应，得出冲击力与传感器对速度响应的联合影响规律并举出实例进行验证；最后，提出一种新的变换域抑制法，使速度响应中的传感器特性影响有可能通过计算机程序来抑制。     

脆性岩石各向异性损伤和渗流耦合细观模型

采用细观力学方法提出一个岩石各向异性损伤和渗流耦合的细观模型。其中,岩石的损伤由裂纹的状态变量来表示,损伤演化通过裂纹扩展准则来定义,并采用细观力学的分析方法由含裂纹材料的自由熵推导出裂隙岩石的本构方程。同时可以假设：由于裂纹表面的粗糙不平,在裂纹扩展的同时将引起法向开度的产生,这是材料渗透系数变化的主要原因,根据上述假设及达西定律和微观层流理论,推导出岩石特征体积单元的渗透系数表达式,从而建立岩石各向异性损伤和渗流耦合的细观模型。模拟分析表明,提出的模型与试验结果吻合很好。     

钙质砂的耦合变形机制与本构关系探讨

针对低应力下钙质砂的颗粒破碎现象具有特殊性，分析了围压对钙质土颗粒的破碎的影响，揭示其变形过程的力学机制；然后考虑钙质土的颗粒破碎与滑移两种变形机制的耦合作用，并分别采用损伤模型和边界模型予以描述。理论计算与试验结果吻合较好。     

盐岩中能源(石油和天然气)地下储存库稳定性评价标准研究

由于盐岩属于一类特殊的岩体，储存库的稳定性分析的评价标准与其他岩体有差别，在各国并没有统一的标准和设计规范，多数是用数值计算的方法来评价储存库的稳定性。主要做法是根据具体的储存库及其岩体力学特性，预先设置储存库稳定性的一些标准，然后对盐岩及其相关的岩石进行大量的试验研究，得到所需要的计算参数，最后通过数值计算来确定储存库的稳定性。系统地提出了盐岩中能源储存库的稳定性研究的内容和评判标准，这些标准归纳起来有3个方面，即：(1)储存库稳定性标准如不允许出现片邦，不允许出现蠕变破坏、安全矿柱和地面沉降控制准则；(2)储存库密封性标准如最大内压控制准则；(3)储存库可使用性标准如储存库体积收敛性。同时给出一个算例，以说明如何评价储存库的稳定性，并说明对储存库稳定性评判标准可以根据具体的情况做必要的修改。     

典型岩石和土的Skempton系数特征

在理论分析和试验研究基础上,主要探讨了具有典型代表性的岩石和土(砂岩、粘土、重塑土)在饱和非排水状态下、在不同围压下和不同加载率下Skempton系数的变化规律以及发生这种规律的基本原因。提出了对结构性较强的孔隙介质,必须加以考虑水的压缩性的基本观点,这种研究对三峡库区岩体和土体的力学特性和坝基及堤防施工具有重要的指导意义。     

泥岩夹层对盐岩变形和破损特征的影响分析

针对我国大多数盐矿的多层盐岩地质构造特征，对含泥岩夹层盐岩、纯泥岩和纯盐岩3种岩芯试样进行单轴压缩和不同围压下三轴压缩试验研究，对比分析3种试样的变形和破坏特性。试验结果表明：泥岩夹层对盐岩体的变形和破坏特性有明显的影响，强度高于盐岩的泥岩夹层却先于盐岩出现横向拉伸破坏；此外还观察到应力-应变曲线的“应力跌落”现象。针对试验结果，利用Cosserat介质扩展理论对泥岩夹层的影响进行理论分析。分析结果表明，泥岩和盐岩力学特性上的不匹配导致二者界面附近泥岩体等效受到横向拉伸应力作用，这很好地解释试验结果，这一分析结果可对进一步进行层状盐岩体内油（气）储库洞室稳定性分析提供理论基础。