不同加卸载条件下含瓦斯煤力学特性试验研究

 利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,以平煤十矿原煤样为研究对象,进行不同加卸载条件下(即增加轴压的同时卸载围压)含瓦斯煤力学特性的试验研究。研究结果表明,不同加卸载条件下含瓦斯煤的力学特性表现各异,主要表现为：加卸载煤样的承载强度比常规加载煤样的峰值强度低;加卸载煤样的承载强度随初始轴力的升高呈指数关系降低、随轴力加载速度的增加呈幂函数关系降低、随初始围压的升高呈指数关系降低、随瓦斯压力的升高呈线性关系降低;随着轴向应变的增加,各条件下变形模量呈现先迅速减小然后缓慢减小直至破坏后保持基本稳定的趋势,泊松比表现出先逐渐减小后增加最后基本保持稳定的趋势。该研究对巷道支护和瓦斯抽采具有重要的指导意义。     

温度对含瓦斯煤力学性质影响的试验研究

 利用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,以型煤试样为研究对象,在不同温度条件下对含瓦斯煤进行三轴压缩试验,研究温度对含瓦斯煤的变形及力学特性的影响规律。研究结果表明：在相同应力条件下,含瓦斯煤的变形量随着温度的升高逐渐增大,轴向、径向与体积应变在不同的温度区间内分别有不同的变化趋势,温度超过60 ℃后,径向应变的变化速度超过轴向应变的变化速度;破坏角随着温度的升高略有增加;三轴抗压强度、残余强度、弹性模量等随着温度的升高逐渐降低,但在不同的温度区间内,其变化趋势有所差异;而泊松比则随着温度的升高呈现先降低后升高的趋势。总体看来,温度对含瓦斯煤的变形特性及力学特性有着一定的影响,温度的升高总体上可降低煤体的强度,但在不同的温度范围内,含瓦斯煤的变形特性及力学特性的变化趋势有所不同。研究结果对深部煤炭开采及巷道支护等有一定的理论指导价值。     

东胜煤田补连塔矿煤物理力学特性试验研究

详细研究了东胜煤田补连塔矿煤的岩石组成、内生裂隙及外生节理的发育特征。测试了煤的抗压强度、抗拉强度及载荷位移全过程曲线。东胜煤田褐煤的力学强度较中国其它地区褐煤高，煤的物理力学特性呈十分明显的各向异性，煤的物理力学特性与应力条件有关。     

不同煤阶煤岩力学参数测试

中国煤炭资源可分为5种变质程度共10种煤阶,对其中4种变质程度共6种煤阶煤岩的力学参数进行了测试与研究。研究范围覆盖面广,所得到的力学参数有一定代表性,可广泛应用在煤层裂缝优化设计、地应力计算以及解决其它工程问题。     

基于损伤力学的煤储层有效应力数学模型

为了准确确定不同煤储层属性在不同围岩应力条件下煤基质部分所受的应力,充分考虑煤储层内部固、液、气三相与孔隙结构耦合作用,构建煤基质所受应力数学模型。考虑煤储层内部物质组成,以球形孔隙结构为基础构建了煤储层几何概念模型,结合弹塑性力学理论得出有效应力系数数学模型;引入损伤力学理论,充分考虑煤岩总应力、孔隙应力损伤演化过程,构建了煤储层基质有效应力数学模型。以樊庄区块煤原始储层参数为例,得出研究区不同储层物性参数对有效应力的影响:有效应力受孔隙度、含气饱和度影响较大,其他条件相同时,随着孔隙度的增加或含气饱和度的增加,煤基质所受应力均呈指数形式减小;受孔隙度影响更为剧烈,与含气饱和度的曲线关系更为明显;孔径分布不同,所受应力也不同,孔隙度相同情况下,随大孔比例增加呈对数形式增加;随含水饱和度增大有效应力呈线性减小。     

碳纳米复合管的表面力学特性

碳纳米管具有非常卓越的特性,如高弹性模量和抗拉强度。因此它们通常被视为聚合物理想的加固材料,尤其可以提高其材料特性。然而,纳米管单独使用的话,其力学特性的优越性并不能保证聚合物也具有同样卓越的力学性质,这主要是因为聚合物的特性会受到纳米聚合管表面力学特性的很大影响。聚合物的结构强度特性依赖于从聚合物表面矩阵转移到纳米管及表面强度的机械载荷。因此,了解纳米管与聚合物之间的自然特性以及荷载转移机制对提高碳纳米管-聚合物的强度非常关键。本文结合将来的研究方向,对碳纳米管-聚合物的力学性质进行讨论。     

瓦斯对煤的力学性质及力学响应影响的试验研究

本文通过不同围压、不同孔隙瓦斯压力下煤的三轴压缩试验结果，阐述了瓦斯对媒体的力学变形性质及力学响应的影响。试验结果证明了含瓦斯煤的变形、破坏及力学响应同时受到游离和吸附两种状态瓦斯的影响。一是瓦斯压力作为体积力的力学作用，另一为瓦斯的吸附和解析对煤体产生的非力学作用。因此在研究煤和瓦斯突出的发生机理及采动影响下煤层中瓦斯流动问题时必须考虑瓦斯的力学和非力学作用对煤的力学性质和本构关系的影响。     

辽西花岗岩水–岩耦合力学特性试验研究

为了研究水–岩耦合作用对辽西花岗岩力学性质的影响,采用MTS–815岩石力学试验系统,通过对花岗岩试样施加不同的围压和孔隙水压力,对其变形破坏过程进行试验研究,分析水–岩耦合作用下辽西花岗岩的有效峰值强度、扩容现象、残余强度、峰后强度及其参数的演化规律。研究结果表明,有效峰值强度折减系数随孔隙水压力增大近似呈线性增长,但变化斜率随着围压增大而逐渐减小。在围压较小时孔隙水压对有效强度折减系数有明显的影响,在围压较大而孔隙水压较小时,施加应力压缩孔隙喉道抑制了孔隙水压对试样的作用。扩容起点是致密岩体水岩耦合作用增强的特征点,围压使得试样的扩容起点发生滞后,而孔隙水压力使得扩容起点提前发生,扩容现象与水岩耦合作用相互促进。水–岩耦合作用下试样的残余强度为对应状态峰值强度的21%~35%,Hoek-Brown常数随着围压的增大呈非线性增长,其值为3.5~5.0。峰后段试样的似内摩擦角变化不大,似黏聚力随着应变软化参数的增加有逐渐减小的趋势,而相同应变软化参数对应的似黏聚力则随着孔隙水压力的增大而减小,且似黏聚力、孔隙水压和应变软化参数间的关系可用3次样条曲面进行描述。     

加压下煤着火特性的测定

在自行设计制造的可在加压下测定煤的着火温度及燃烧时间的装置上,进行了大量的测试,结果表明,此装置操作简单方便,测出数据的重覆性较好。已对影响着火特性的种种因素做了研究,试验表明,煤的着火温度及燃烧时间随系统压力和氧分压的增加而下降,随煤化程度增加而增加。     

脆性岩石损伤与热传导特性的细观力学模型

 基于均匀化方法给出低孔隙率脆性岩石在热–力耦合荷载作用条件下的各向异性损伤模型和有效热传导特性模型。其中,损伤模型可考虑非等温条件下裂纹的法向压缩变形、刚度恢复以及裂纹的滑动剪胀特性,热传导特性模型可反映损伤过程中细观结构的演化以及裂纹形态、孔隙率和饱和度变化对岩石有效热传导特性的影响。讨论低孔隙率结晶岩裂纹形态和饱和度对其有效热传导特性的影响;采用瑞典Äspö闪长岩在三轴压缩条件下的应力–应变曲线验证损伤模型的有效性,并分析岩石在损伤演化过程中裂纹体积率、密度、形态、饱和度和有效热传导特性的演化规律。研究成果对于深部岩体的热–力耦合特性研究具有一定参考意义。     

边坡地基承载的力学特性研究

利用大型有限元程序ANSYS,对边坡地基进行了有限元计算,分析了边坡地基土体应力、应变及塑性区的分布和发展情况.在此基础上研究其破坏模式,对解决工程建设中的实际问题具有重要的意义.     

基于数字图像的大型堆积体细观力学特性及 力学参数研究

大型堆积体常见于西南水电工程中，其力学性质极其复杂，需从细观结构上对其加以研究，才能从本质上揭示其力学特性及变形破坏的特征和规律。将数字图像处理技术DIPT) 应用到堆积体的数值模拟中，自行开发了 Photo-To-FLAC^3D (PTF) 自动建模程序，可实现对堆积体图像的分析处理、信息获取并自动生成细观模型文件的全过程，为堆积体力学行为的模拟提供了新的建模方法。以澜沧江古水水电站堆积体边坡为例，对实拍数码照片采用 PTF 实现其细观模型快速、准确的建立，运用三轴数值模拟试验对其力学特性及力学参数进行分析和研究。研究表明，堆积体变形表现出明显的“欺软怕硬”特性，受力表现出“贯穿带”的特性。提出随机统计分析法对堆积体力学参数进行研究，通过随机选取多组现场照片进行分析，由统计分析得出的力学参数与实际工程物理实验的参数非常接近，说明该力学参数研究方法的可信性，为堆积体力学参数的选取提供了一条新的路径和依据，是大型原位试验的有益补充。     

红砂岩膨胀力学特性试验研究

针对南京红山窑水利枢纽工程提供的红砂岩岩芯,采用MTS 815.02型岩石刚性伺服试验系统和岩石膨胀测量仪,对膨胀红砂岩进行了力学特性试验研究。并进一步探讨了膨胀红砂岩膨胀力与吸水率的相关性,继而研究膨胀红砂岩膨胀力与膨胀变形的规律。通过膨胀红砂岩力学特性试验结果分析,膨胀红砂岩的初始吸水率对其膨胀力有着强烈的影响。这一结果对水利工程地基处理方案设计与施工具有重大的参考价值。     

节理岩体卸荷各向异性力学特性试验研究

 针对节理岩体开挖卸荷所产生的各向异性力学难题,通过制作不同倾角单一预制节理试件,开展节理岩体三轴卸荷试验,研究卸荷条件下节理岩体的应力–应变关系、变形特征、强度特征和破坏模式。得到如下结论：(1) 进入卸荷阶段之后,0°,30°和90°倾角节理试件的应力–应变曲线依次出现屈服、软化和残余变形阶段,而45°和60°倾角节理试件只出现屈服阶段。(2) 节理试件的变形模量随节理倾角呈U型变化,其中,60°倾角节理试件的变形模量最小;随着围压升高,不同倾角节理试件之间的变形特性差异逐渐减小。(3) 0°,30°和90°倾角节理试件的抗压强度降低,而45°和60°倾角节理试件几乎未降低;节理试件的黏聚力随节理倾角呈U型变化,其中,60°倾角节理试件仍为最小;而内摩擦角随节理倾角增大而增大。(4) 0°,30°和90°倾角节理试件的破坏模式均为穿越节理的压剪破坏,且不受节理影响,而45°和60°倾角节理试件的破坏模式均为沿节理面滑动破坏。(5) 揭示节理岩体的卸荷力学特性分为受岩块强度控制和节理面强度控制。     

碱激发煤液化残渣基地聚物的力学及微观特性

以煤液化残渣（DCLR）为原材料制备了煤液化残渣基地聚物（DG）,并通过调节碱激发剂（AA）模数及其掺量、养护龄期及DCLR粒径,研究了DG试样的工作性能、力学性能、微观结构及化学组分变化.结果表明：DG的无侧限抗压强度与抗折强度均随着AA模数与掺量的增加呈先增加后降低的趋势,在AA模数为1.4、掺量为50%时,试样中硅铝酸盐凝胶最多,结构最致密,强度最大;DG试样的早期强度较高,其1 d抗压强度与抗折强度均达到28 d的70%以上;AA模数的改变对DG浆体流动度的影响并不显著;DCLR粒径越小,DG试样的力学性能越好,且DCLR粒径越大,DG试样养护7 d后强度提升越快.     

考虑渗流的路基力学特性影响分析

基于对一般路基的力学特性的分析,针对路基早期水损害,利用FLAC^3D有限元软件对某工程进行了数值模拟,研究并分析了渗流对路基的影响,指出降雨入渗引起路基表面应力增加,位移变大,应采取及时有效的排导措施。     

不同地区泥炭质土物理力学特性研究分析

为研究浅层泥炭质土的特性指标,以保山龙陵(滇西地区)与香格里拉(滇北地区)土体为试样,对比分析两地区土体试样的物理力学特性,得出两地泥炭质土的物理力学指标在浅层深度范围内(3 m～10 m)随深度的变化无明显的相关性,其物理力学指标离散性较大,但龙陵地区土体物理力学特性较香格里拉地区土体特性相对稳定,故对于浅层泥炭土的...     

单轴压缩下高温盐岩的力学特性研究

 对不同温度下(20 ℃～700 ℃)及高温后(100 ℃后,200 ℃后)喜马拉雅山盐岩进行单轴压缩破坏试验,获得其受高温作用的力学特征和破坏形态,探讨峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律,并重点分析高温下其应力–应变曲线的特殊性。研究结果如下：当温度低于120 ℃时,盐岩的抗压强度和弹性模量随温度的升高而降低,120 ℃～200 ℃时,随温度的升高而增加;在较高温度下(500 ℃及以上),盐岩的内部结构发生突变,峰值应力大大降低;盐岩的应力–应变曲线在不同温度区间有较大差异,170 ℃是其发生突变的阈值;当温度为170 ℃～400 ℃时,盐岩呈现出明显的应变硬化特性;喜马拉雅山盐岩所能承受的极限温度不超过700 ℃;与同等高温下相比,经历100 ℃和200 ℃高温后的盐岩,其承载能力降低,变形及弹性模量较小,其内部出现较多裂纹,整体性较差。     

爆破损伤岩石力学特性的试验研究

在不同的爆破条件下,在大理岩中进行了模拟爆破实验。在对爆破损伤岩石的力学特性进行实验研究的基础上,得到了在不同爆点距离和爆破条件下,爆破对岩石损伤作用的一些规律,并应用岩石弹脆性细观损伤模型,对爆破损伤岩石的细观裂纹扩展规律及其损伤特性进行了分析。     

岩石损伤扩展力学特性的CT分析

将ＣＴ识别技术用于岩石损伤扩展研究,对岩石损伤扩展过程进行即时ＣＴ扫描。发现ＣＴ数的大小、分布规律及其变化情况与岩石损伤扩展密切相关,揭示了岩石损伤扩展过程中ＣＴ数与应力、应变间的定量关系,为建立岩石损伤扩展本构关系奠定了基础。