真三轴卸载–动力扰动下自然与饱水砂岩破坏特性试验研究EI北大核心CSCD

为探讨不同含水状态红砂岩试样在动静组合状态下的失稳破裂特征,采用QKX-YB200真三轴岩爆试验系统、声发射监测系统以及高速摄像仪对自然和饱水状态下的红砂岩立方体试样开展真三轴卸载–动力扰动试验。研究结果表明:在真三轴卸载–动力扰动条件下,自然状态砂岩破坏模式为张拉–剪切混合型破坏,而饱水状态砂岩的破坏模式为张拉型破坏,不同含水状态砂岩的裂纹扩展程度与初始轴向静应力和动力扰动频率密切相关;相比于饱水状态砂岩,自然状态砂岩试样在动力扰动阶段出现了不同程度的块片弹射和飞溅现象,体现为典型的应变型岩爆特征;轴向静应力以及动力扰动频率对于不同含水状态砂岩的力学响应特征具有显著的差异性,其对于自然状态砂岩的力学响应主要体现为岩样的破坏剧烈程度,而对于饱水状态砂岩的力学响应则主要体现为岩样的破碎程度;对含水砂岩试样建立了真三轴卸载–动力扰动下裂纹扩展模型,认为水楔效应、中间主应力效应以及开挖卸荷效应是诱发饱水砂岩产生张拉型破坏的本质原因;基于室内试验结果,从能量转化、力学、物理以及化学的角度初步揭示了真三轴卸载–动力扰动下水弱化岩爆机制。     

花岗岩高温高压损伤破裂细观机制模拟研究EI北大核心CSCD

为了探究花岗岩高温高压损伤破裂细观机制,使用颗粒流程序(PFC)中的晶粒模型(GBM)单元开展高温作用后花岗岩常规三轴压缩模拟,分析应力-应变曲线、强度特征及破裂模式随围压及温度演化,研究其破裂过程,研究结果表明:GBM模型可以反映晶粒间的嵌锁效应,较好地模拟花岗岩劈裂、三轴压缩过程以及真实的花岗岩拉压比和强度随围压非线性特征,一定程度上克服了圆形颗粒嵌锁力不足的问题。不同围压下试样峰值强度随温度升高总体呈现先基本不变后迅速下降的趋势,450℃为阈值温度。莫尔–库仑准则回归得到的内摩擦角及黏聚力随温度总体呈先增高后降低趋势,且花岗岩强度参数的变化与其受力结构密切相关。当石英发生α-β相变后(573℃),花岗岩内产生大量穿晶裂纹及晶粒边界裂纹。单轴压缩下,试样的破裂特征受到热裂纹控制,峰后呈延性破坏;而高围压下,剪切带穿过晶粒,导致试样峰后产生脆性破坏。     

灰质泥岩遇水膨胀的时间效应研究

利用电子天平和游标卡尺对长方体型的灰质泥岩试件浸水后不同时段的质量以及长、宽、高3个方向上长度进行了测量,分析了灰质泥岩的膨胀应变与其体积含水率、质量含水率及浸水时间之间的关系.结果表明:灰质泥岩膨胀应变与岩石的体积含水率及质量含水率成正比关系;灰质泥岩膨胀应变具有时间效应,据此提出了岩石膨胀稳定的时间阈值概念,得出了灰质泥岩的膨胀应变与浸水时间的函数关系,并推导了侧限条件下岩石的轴向自由膨胀应变随时间的变化规律,该结论对工程实践有指导意义.     

降雨入渗路基湿度场演变规律

为研究受地下水位高度差异的影响降雨入渗路基湿度场的分布与变化状态,基于饱和-非饱和土渗流理论,构建了5种具备不同初始地下水位的路基数值试验模型.通过分析两种降雨强度情况下的试验结果,总结了湿度场变化的主要规律,并阐述其根本机理.结果表明:降雨雨强越大,地下水受到扰动抬升越显著,路基层位越低,其湿度和扰动区扩距受地下水影响越显著;随着初始水位降低,路堤湿度极差的增幅呈二次曲线增大并至稳定值,扰动区水平扩距呈二次曲线减小并至稳定值;工况一定,则对应存在一个平衡水位线,当初始水位在其之下时,对路基湿度演变影响甚微,反之,随着初始水位的增高,路基湿度增幅呈对数递增.处于平衡水位之上时,初始地下水位高度对降雨入渗路基引发湿度场的分布与变化状态影响显著.     

充填采煤理论与技术的新进展及展望

充填采煤是绿色开采的核心,在综合阐述煤矿充填采煤技术发展历史的基础上,介绍了近年来我国综合机械化充填采煤理论及技术取得的重大突破,包括:长壁工作面采充一体化原理、综合机械化固体充填采煤技术、密实充填有效控制岩层运动的目标、充填采煤岩层移动预计的等价采高理论、密实充填采煤岩层移动的解析计算公式和充填采煤岩层移动与地表沉陷实测比较等.指出了研发新型低成本充填材料、提升充填采煤装备自动化水平、建立充填采煤基础理论与相关评价体系、协同充填采煤与地下水环境保护是煤矿充填采煤技术发展的必然趋势.     

考虑土拱效应的滑移面间竖向应力研究

假定活动门上方无黏性土滑移面为抛物线形,以滑移面间水平薄层作为分析单元,根据分析单元的静力平衡条件,推导了活动门上方侧压力系数和竖向应力计算公式。研究了模型高宽比、土体内摩擦角对竖向应力的影响。结果表明:模型高宽比、内摩擦角越大,竖向应力越小,土拱效应越明显。求解得到的竖向应力较前人理论结果更接近数值模拟结果,且当滑移面竖直时的计算结果与Terzaghi理论结果吻合较好,验证了计算方法的正确性和合理性.     

西部侏罗系软岩巷道松动圈演化机理模型试验

采用大比例尺物理模型试验的研究方法,分析了西部侏罗系软岩巷道松动圈形成及其发展过程中围岩破裂与应力演化规律,对松动圈形成及稳定机理进行了探讨.结果表明,巷道开挖后围岩在应力差作用下发生塑性剪切变形,塑性剪应变集中分布,形成宏观滑移迹线.滑移迹线交汇联通形成的剪切楔体在后续压力作用下向巷道内部旋转滑移及二次破坏是围岩碎胀变形的主要原因.剪切楔体之间相互阻挡和挤压,在松动圈内部形成空间上的结构效应,使围岩具有一定的残余承载能力而不发生垮塌.根据剪切楔体的形成和运动情况,将松动圈发展演化过程分为剪切滑移迹线形成期、楔体形成期、块体滑移期、块体塌落挤密期4个阶段.在松动圈Ⅲ期,甚至Ⅲ期之前即对浅部围岩施加锚杆、注浆等支护手段提高浅部围岩残余强度对巷道稳定性控制具有重要意义.     

胶结型水合物对黏土质沉积物力学特性影响规律

研究低有效应力状态下胶结型水合物对黏土质沉积物力学特性的影响规律,可以为预测我国南海浅层天然气水合物开采风险和保证储层安全提供理论支持。为此,基于水合物三轴试验平台,制备了不同饱和度的胶结型水合物,开展了固结排水剪切试验,研究了低有效围压状态下含胶结型水合物黏土质沉积物强度和变形特性。研究结果表明：(1)胶结型水合物的存在会降低黏土质沉积物的初始固结程度,并有效提高其弹性模量和破坏强度,在低有效围压状态下沉积物的黏聚力与内摩擦角均会有不同幅度的增长;(2)含高饱和度水合物沉积物初始表现为较明显的剪胀现象,而随着有效围压升高,所有含水合物沉积物均表现为持续剪缩现象;(3)含水合物黏土质沉积物剪切变形主要受初始固结程度、水合物胶结作用和有效应力共同影响。结论认为,水合物开采过程中胶结弱化导致的强度损失和水合物相变导致的固结变形是黏土质储层面临的重要风险之一。     

多类支持向量机推广性能分析

为了分析多类支持向量机(Multi-category support vector machines,M-SVMs)的推广性能,对常用的M-SVMs算法加以概述,推导、总结了理论推广误差公式.对于给定的样本集,可以设计合理的编码来提高ECOCSVMs的推广性能,通过构造合理的层次结构来提高H-SVMs推广性能,其余M-SVMs算法的推广性能均取决于样本空间.研究结果为有效使用M-SVMs提供了依据,为改进M-SVMs指明了方向.     

数字散斑相关法在SEM观测岩石变形时的应用

通过带扫描电镜的伺服实验机对岩石进行了原位拉伸观测实验,实时采集了岩石变形破坏过程中表面细观形貌的扫描电镜(SEM)照片.将亚像素插值和相关系数插值相结合,有效提升了数字散斑相关法的搜索效率和计算精度,并通过自行研发的数字散斑相关方法(DSCM)程序实现了岩石SEM图像中微小变形的分析计算.通过对比实验测定结果和软件计算结果,验证了算法的有效性.结果表明:岩石变形具有明显的非均匀性,在整体受拉的情况下局部出现受压区,其原因在于应力集中或损伤软化现象,且随着载荷的增加,损伤逐渐加剧并导致应变集中,从而诱发断裂.