冻结立井井壁早期温度应力计算研究

介绍了冻结井筒井壁温度应力研究现状,分析了井壁早期温度应力的产生机理;基于热弹性理论,建立了矿山冻结立井井壁早期温度应力计算模型,推导了井壁早期温度应力和应变计算公式;通过算例分析,环向和竖向温度应力以及环向温度应变与温度变化分布相关,环向温度拉应力最大达到27.62 MPa,最大环向温度拉应变为196με,说明井壁设计不能忽略温度应力的影响。     

基于超声波测试的片岩单轴抗压强度预测模型

岩石单轴抗压强度是岩土工程中最基础、最重要的参数之一,建立其快速、方便、经济的预测方法一直是岩土界的研究热点。为了获取片岩单轴抗压强度的预测模型,基于超声波试验和单轴压缩试验数据,对福建某矿山的片岩岩样分别开展了单轴抗压强度与纵波波速、横波波速、纵波模量、横波模量、动弹性模量和静弹性模量的回归性分析,并各自建立了线性、对数、多项式、指数函数和幂函数5种回归模型。分析表明,除了动弹性模量以外,其他参量都易受空间变异性和各向异性影响,不适合用于片岩单轴抗压强度的预测。最终,通过拟合度、所包含参量、量纲平衡、测试方法以及显著性分析,确定基于动弹性模量建立的线性回归模型是最合理、可靠、方便的片岩单轴抗压强度预测模型。研究成果可为开展岩石单轴抗压强度预测的相关理论研究和工程应用提供参考和帮助。     

冻融循环作用下倾倒式危岩体稳定性劣化模型

为了探究冻融作用对倾倒式危岩体稳定的作用机理及长期劣化规律, 基于极限平衡理论,考虑结构面冻胀力、未贯通段抗拉强度劣化及冻结深度演化对倾覆点力矩的影响,构建倾倒式危岩体稳定性分析方法. 基于岩石冻胀理论,考虑岩石碎屑流失、微裂隙倾角、温度等参数对孔隙半径冻胀破坏的影响,建立岩石抗拉强度劣化模型并验证其合理性. 利用裂隙分布不均性修正Stephan冻结深度经验公式,得到冻融循环作用下岩石冻结深度计算方法. 结合工程算例,讨论不同敏感参数对倾倒式危岩体稳定性的影响. 结果表明：初始抗拉强度越低、孔隙率越大,危岩体稳定性劣化效果越显著;当环境温度高于263.15 K (?10 ℃)时,危岩体稳定性对温度的变化敏感,危岩体保温措施的效果显著;当碎屑流失比超过0.8时,冻融循环作用对危岩体的劣化速率明显加快,倾倒式危岩体的长期冻融劣化效应明显,控制冻胀破坏产生的碎屑流失有利于寒区危岩体保持长期稳定.     

岩石黏性系数的超声波法测试与敏感性分析

基于超声波在Kelvin-Vigot黏弹体传播过程中的幅值衰减规律,推导了岩石黏性系数的理论计算公式。通过室内岩样的超声波试验,获取不同发射波频率下的黏性系数。引入相关系数,进行岩石黏性系数与密度、波速、弹性模量的相关性分析。结果表明:岩石的黏性系数随超声波发射波的频率呈负指数函数关系;岩石的黏性系数对弹性模量的变化最为敏感,而对纵波波速的变化最不敏感,可用岩石的弹性模量来表征黏性系数;建立岩石黏性系数随发射波频率变化的统一拟合公式,拟合参数C1对弹性模量的变化最为敏感,拟合参数C2对纵横波波速比的变化最为敏感。研究成果可以为岩石力学参数测试和岩石动力学特性研究提供参考。     

含不同充填面倾角的胶结充填体力学特性及破坏模式试验研究北大核心

在大规模的采空区充填过程中,受限于充填站的连续造浆能力,多次充填导致充填面处易出现不同的倾角。为探究含不同充填面倾角的胶结充填体(CTB)的力学特性及破坏模式演化过程,制备不同养护龄期下含不同充填面倾角的CTB试件以及完整试件,采用WDW-20电子万能实验机进行单轴压缩试验。结果表明:1)含充填面倾角试件的峰值强度、峰值应变、弹性模量均随着充填面倾角的增加呈现减小的变化趋势,而养护龄期的增加能够有效弱化充填面倾角所带来的结构效应。2)与完整试件相比,含充填面倾角的试件在孔隙压密阶段以及裂纹扩展阶段历时较短。在峰后破坏阶段,均表现出延性破坏特征,但随着养护龄期增加,延性破坏特征逐渐减弱。3)含充填面倾角试件的总能量、弹性应变能、耗散能和能量耗散率均小于完整试件。充填面倾角与总能量之间遵循线性函数关系、而与弹性应变能和耗散能之间遵循二次多项式函数关系。4)充填面倾角显著影响了CTB试件的破坏模式,随着倾角的增加,破坏模式演化过程为充填面处张拉破坏(0°、10°)→垂直充填面处张拉破坏(20°)→充填面处张拉-剪切破坏(30°),研究结论可为存在充填面倾角的充填体强度设计提供一定的理论参考。     

对称X型裂隙类岩体的力学特性及破坏机制研究

为了研究对称X型裂隙对岩石力学特性及破坏机制的影响，对预制对称X型裂隙类岩体试件进行单轴压缩试验和数值模拟分析，结果表明：1)预制裂隙角度影响裂隙尖端的受力状态，是试件裂纹起裂特征和破坏模式的主要因素；2)对比完整试件，裂隙试件的应力应变曲线峰前出现应力降现象，峰后表现为延性下降，且峰值强度、弹性模量和弹性应变能明显下降，表明试件的力学特性和能量特征对预制裂隙的敏感性高；3)当0°＜α＜90°时，随着预制裂隙角度α的增大，K_e和T应力值减小，裂纹尖端抵抗开裂的能力增强，裂隙试件峰值应力增大，且裂尖抵抗I和II型断裂能力的强弱是造成裂隙试件破坏模式差异的主要原因。     

掺聚丙烯纤维尾砂充填体损伤及能量演化特征

为了探究掺聚丙烯纤维充填体在受载状态下的损伤特性及能量演化规律，对掺不同质量含量的聚丙烯纤维充填体进行单轴压缩试验，得到了掺不同纤维含量充填体优化后的本构模型。研究结果表明:向充填体添加聚丙烯纤维能够有效的提高充填体的力学性能，当纤维含量达到0.6%时，纤维增强充填体的效果最好；对现有的掺纤维充填体损伤本构理论模型进行优化，得到了优化后掺聚丙烯纤维充填体理论曲线，并将理论曲线与试验曲线和文献曲线进行对比验证，发现优化后的理论曲线与试验曲线拟合度更高；构建了损伤与应变能之间的关系，损伤-应变能关系曲线能更好描述掺不同纤维含量充填体的损伤特性，发现纤维增强充填体力学特性的主要机理，即纤维不仅增强了充填体储存应变能的能力，还增大了充填体峰后储能的能力。试验结果对科学指导井下矿体安全开采及充填体灾害预防具有一定意义。     

含倾角结构面的胶结充填体动态力学特性研究北大核心

为探求充填过程中多次充填产生不同倾角充填面对充填体产生的影响,制备含不同倾角结构面的胶结充填体(CTB)试件以及完整试件,并采用分离式霍普金森压杆(SHPB),对CTB试件进行单次与循环冲击破坏试验。试验得出:在单次冲击试验中,完整试件峰值应变和平均应变率小于含结构面倾角的试件,随着试件倾角的增加,试件的动态抗压强度逐渐降低;含结构面倾角试件表现出两种不同的应力-应变曲线特征。循环冲击试验下,结构面倾角越大试件抵抗冲击的能力越弱;含结构面倾角试件在第一次循环冲击下的应力-应变曲线与完整试件特征一致,而当循环次数增加时,应力-应变曲线特征与单次冲击下类似,在达到动态峰值应力前后,出现了显著的低应力波峰现象。随着结构面倾角的增加,充填体基体之间结构的致密性降低,导致结构面上裂纹数量的增多以及裂纹宽度的扩大,在微观结构上验证了结构面倾角的增加会引起结构面处剪应力的增大及充填体破坏模式发生改变,同时充填体容易沿着结构面处发生断裂。