基于损伤力学理论的脉冲压裂模型及模拟研究

脉冲压裂是一种新型的压裂增透技术,具有起裂压力低、压裂区裂纹扩展效果好等优点,更适用于非常规气体开采。首先,基于损伤力学理论和流固耦合理论建立了脉冲水压致裂的力学模型及其数值求解方法;其次,通过与已有实验的对比验证了本文所建压裂模型及其数值求解的正确性;最后,通过数值模拟初步研究了脉冲压裂频率、煤岩体力学参数(Biot系数)对压裂效果的影响机理。结果表明:1)脉冲角频率对最终裂纹扩展形态及扩展面积的影响较小,并非频率越大对压裂越有利;2)裂纹长度随Biot系数增加而增长,Biot系数对压裂效果的影响显著。     

膏体早期超声波特性研究

为向膏体早期的强度形成和初凝测试提供参考,本文利用充填体超声特性检测试验系统研究48 h内膏体的超声波特性,分析超声波波速、频谱和首波幅值.通过测试超声波透射过膏体试样的波速,得到波速随着养护时间的增加而增大,但是随着胶结剂含量的增多,养护龄期1000 min内,超声波的传播速度增速降低;随着膏体试样养护时间的增长和胶...     

砂岩黏性对抗拉强度加载率效应影响的试验研究

利用摆锤冲击加载SHPB试验装置,进行砂岩和人造岩心长杆冲击试验和动态巴西盘试验,测试砂岩和人造岩心的黏性系数,分析砂岩和人造岩心强度的加载率效应。利用试验和数值模拟相结合的方法得到绿砂岩、人造岩心A和B的黏性系数分别为100,10和5 k Pa·s。开展不同黏性岩石的动态巴西盘试验,测得砂岩和人造岩心试样的动态抗拉强度随着加载率的增大而增大,表现出一定的加载率相关性;证明了黏性对岩石强度加载率效应的影响,但两者并非正相关;在较小的加载速率下,岩石黏性导致试样中传播的应力波能量衰减,在巴西盘中心点起裂的裂纹沿加载直径方向扩展但是不足以使试样破坏成两半,从而验证了巴西盘裂纹起裂位置。     

废石尾砂胶结充填体断裂特性试验研究

保证假顶稳定是下向水平分层充填法开采的前提，在矿山构筑假顶时，除配置适当比例的尾砂和水 泥之外，也会加入适量废石来提高假顶的稳定，同时处理开采过程中产生的废石，以达到绿色开采的目的。通过对 含预制裂缝的废石尾砂胶结充填体试件开展三点弯曲实验，将基于边界影响的准脆性断裂模型应用于充填体断裂 力学特性研究中，分析了胶结剂含量、废石粒径和废石含量对废石尾砂充填体的影响。随着胶结剂含量的增加废 石尾砂胶结充填体断裂韧度近似线性增加；废石的加入能够提高充填体的断裂韧度，但是废石的粒径和分布的影 响存在一个合适的废石混入率；同时，仅仅考虑优良级配也达不到最佳的组成结构，还需考虑充填体的胶结剂含量 和废石掺入量。     

含孔洞岩石试样三维破裂过程的并行计算分析

岩石破裂过程中裂纹的萌生、扩展、贯通和相互作用都呈空间三维分布，采用三维数值模拟才能更真实地模拟岩石的破裂过程。基于东北大学的大规模并行计算环境，利用 RFPA ^3D -Parallel 程序进行了含孔岩石试样在单轴、双轴和三轴加载条件下破裂过程的数值模拟。数值模拟表明：①数值模拟再现了单轴载荷作用下孔洞周边裂纹区的分布规律，这证实了数值模拟程序的正确性；②在双轴压缩载荷作用下，试样的承载能力的提高非常有限，含孔试样的破裂模式为劈裂破裂，破裂面大致平行于加载平面；③在三轴压缩条件下，试样的承载能力大幅度提高，试样的破裂模式与最大主应力的作用方向有关，在平行于孔轴的高压应力和侧向约束条件下孔周围岩才会发生分区破裂。     

考虑湿度气压影响的瓷绝缘子沿面类辉光放电仿真及其紫外光谱特性分析

为研究湿度和气压对瓷绝缘子沿面类辉光放电日盲紫外波段光辐射的影响机制，结合试验和仿真模型，从宏观、微观两个角度分析了湿度和气压对放电点日盲紫外波段光辐射产生过程的影响特性。该文首先搭建了污秽瓷绝缘子放电试验平台，利用光谱仪测量了不同湿度和气压下240～280 nm日盲紫外波段的放电发射光谱。根据发射光谱的特征谱线，确定了放电时产生日盲紫外波段光辐射的激发态N₂和NO分子的具体退激跃迁反应。基于试验，利用有限元软件建立了瓷绝缘子沿面类辉光放电的二维仿真模型，主要考虑了25种粒子和37个化学反应，其中包括与产生日盲紫外波段光辐射有关的2种激发态粒子及9个相关化学反应。在模型中分别改变湿度和气压，得出了2种激发态粒子的粒子数密度及生成速率的变化特性，与试验中不同湿度和气压下的日盲紫外波段光辐射强度的变化特性进行对比分析可知，湿度、气压通过影响2种激发态粒子的产生与淬灭过程，改变了光辐射的强度。