人工冻结红砂岩三轴压缩特征应力试验研究

为研究不同温度、围压条件下西北人工冻结红砂岩特征应力的变化规律,采用冻三轴试验机对红砂岩进行不同温度(-15℃、-10℃、-5℃及10℃)、不同围压(4MPa、8MPa及12MPa)试验,并对应力应变曲线各特征应力阈值进行统计分析。研究发现:起裂应力随温度升高先增大后减小,扩容应力及峰值应力均随温度的增大而降低;起裂应力、扩容应力、峰值应力均随着围压的增大而增大,起裂应力、扩容应力与峰值强度比值均随着围压的增大而减小;起裂应力与峰值强度比值分布较广,最低为0.373,最大为0.721,扩容应力与峰值强度比值均集中在0.9附近;可释放弹性应变能占应变能的69.79%~98.51%,耗散能较小,峰值点后,可释放弹性应变能急剧释放,耗散能急剧增大,试样最终破坏。     

粉砂质泥岩三轴压缩应力松弛本构模型研究

采用RLJW-2000型岩石三轴流变伺服仪,在分级加载条件下完成了饱和粉砂质泥岩的三轴压缩应力松弛试验。依据试验结果,分析了岩石应力松弛曲线的特征,表明可以用黏弹性模型来描述粉砂质泥岩的应力松弛特性。分别采用Burgers模型,二单元、四单元以及六单元广义Maxwell模型对各级应变水平下的试验曲线进行辨识研究。依据辨识结果,比较了各模型的优缺点,结果表明：六单元广义Maxwell模型可以准确描述粉砂质泥岩的应力松弛特性;从工程应用角度来讲,采用二单元广义Maxwell模型来描述粉砂质泥岩的应力松弛特性是较适宜的。     

不同加载速率红砂岩峰后蠕变特性试验研究

低强度岩石峰后蠕变特性复杂,在实验室通过RLW-2000型三轴流变仪,对2种加载速率9个红砂岩样进行峰后增量加载单轴蠕变试验,分析岩样峰后不同应力水平与不同加载速率下瞬时应变与蠕变应变特征,确定瞬时强度与峰后蠕变破坏强度关系,探讨不同阶段红砂岩样破坏失稳基本形态。结果表明：在相同应力加载条件下,加载速率越大,瞬时应变变化越小,衰减蠕变应变增量越大,等速蠕变应变增量越小;随着蠕变应力水平的提高,红砂岩样瞬时应变表现为快速减小-缓慢减小-缓慢增加-快速增加的整体减小趋势,而红砂岩样峰后蠕变应变则表现为平缓-增加-急速增加的非线性增加趋势,且非衰减蠕变具有明显蠕变3阶段特征;峰后岩样蠕变破坏强度较为接近,离散性小,岩样峰后蠕变破坏强度平均达到了瞬时强度的89.73%;瞬时压缩破坏岩样呈现压剪破坏,岩样破坏块度大,峰后蠕变破坏主控破裂面形态复杂,加载速率越小,峰后蠕变岩样局部弱化特征越明显,但破坏失稳以主破裂面压剪失稳为主。     

红砂岩单轴压缩蠕变试验及模型研究

为了研究红砂岩蠕变特性,对红砂岩进行了单轴压缩蠕变试验。以试验结果为基础,建立了非线性黏弹塑性蠕变模型,并基于BFGS非线性优化算法对该模型参数进行了识别。结果表明,红砂岩具有明显的蠕变特征,建立的模型可以同时表征岩石瞬时加载应变、衰减蠕变、稳态蠕变以及加速蠕变等蠕变特征。最后,将非线性黏弹塑性蠕变模型进行了大型有限差分法软件FLAC3D的二次开发,并对红砂岩单轴蠕变数值模拟试验,同时将数值模拟蠕变曲线与试验蠕变曲线进行了比较分析,验证了非线性黏弹塑性蠕变模型的实用性。     

在三轴压缩状态下层状红砂岩力学性质的各向异性

岩体是一种复杂的地质体,其内部一般都含有层理、节理、裂缝或断层等结构弱面。它们在岩体中的分布,有的按一定方向规则排列,有的则任意分布。对具有后一种结构弱面的岩体,可以把它近似地视为各向同性介质,对工程应用来讲是足够精确的。但对     

砂岩单轴三轴压缩试验研究

研究了砂岩在饱和、自然、风干三种状态下的单轴抗压强度特性和三轴抗压强度特性。在单轴、三轴压缩试验中得到了应力与纵向应变、横向应变、体应变之间的关系曲线，单轴应力一纵向应变曲线在峰值前可分为3个阶段，三轴应力一纵向应变全过程曲线可分为4个阶段。根据三轴轴向应力和围压绘制丁莫尔圆，采用回归分析得到了强度准则和强度参数C、Φ值，并且分析了含水量对岩石强度的影响，其实验结果能为工程提供参考与借鉴。     

裂隙煤岩三轴压缩特性宏细观试验研究

依托焦坪矿区某煤矿顺槽支护工程,以预制裂隙煤岩体为研究对象,采用宏观三轴压缩试验与细观核磁共振试验相结合的研究方法对裂隙煤岩体三轴压缩试验下宏细观变形、破坏特征及力学特性进行研究。研究结果表明：(1)完整煤样的三轴压缩强度对围压的敏感程度最高,其次为含45°倾角裂隙的煤岩样,含60°倾角裂隙的煤岩样的敏感程度最低;(2)裂隙煤岩的破坏模式随围压增加由直剪破坏向斜剪破坏过渡;(3)裂隙煤岩破坏的峰总面积及第4峰面积所占总面积百分比与围压及裂隙倾角成正相关;(4)裂隙煤岩的孔隙孔径主要分布在1～10μm,破坏后大孔径孔隙所占比例较高,随着裂隙倾角及围压的增加,裂隙煤岩内部更加破碎。     

煤柱体应力松弛特性的试验研究

为了研究高宽比对煤柱应力松弛现象随时间变化规律的影响,制作了高宽比不同的煤柱体试件,通过分级应变加载的单轴压力试验,对高宽比不同的煤柱进行了应力松弛试验研究。结果表明:应力松弛过程分为3个阶段:骤降阶段、缓慢下降阶段、稳定阶段。应变级别一定时,随着高宽比的增大,应力松弛现象持续的时间增长,初始应力和残余应力均变小,而应力松弛量和松弛比均变大;高宽比一定时,增大应变级别,应力松弛量随之增加,而应力松弛比却减小。此研究可为煤柱的安全性和延长使用寿命提供一定的试验依据。     

岩爆硬岩应力松弛特性试验研究

针对硬岩应力松弛特性及监测研究的不足,基于全过程超声波监测,开展了具有岩爆倾向性的辉长岩试样单轴压缩峰前应力松弛试验,得出了硬岩峰前应力松弛特性和超声波波形规律,建立了应力松弛模型,定义了应力松弛能量耗散率指标,探讨了应力松弛过程的能量储耗,得出了基于应力松弛试验的岩石均质度的确定方法。结果表明,硬岩应力松弛过程经历了迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,应力松弛度非常低;Burgers模型能较好的反映硬岩的应力松弛特性,可用于实际工程长期稳定性分析中;在加载应力水平为其单轴抗压强度的70%以内时,其应力松弛过程的波速未发生变化,首波波幅均在11～12mV之间起伏波动变化,可结合超声波监测揭示其应力松弛过程中的变形损伤演化进程,研究成果对硬岩长期稳定性分析、预测及岩爆监测预警具有很好的指导和借鉴意义。     

加固粉质土三轴应力应变特性试验研究

对SEU-2型固化剂加固粉质土不同方案进行了常规三轴试验,分析了应力应变曲线的特点以及围压和掺加量对曲线的影响;得到了该地区SEU-2加固粉质土的邓肯-张模型,所得参数可为设计、计算提供依据。     

水作用下煤柱体应力松弛特性的试验研究

为了研究水对煤柱应力松弛现象随时间变化规律的影响,对煤柱体试件进行了常规三轴试验,确定了应变分级,并对自然状态下和浸水状态下的试件进行了分级加载的应力松弛试验。结果表明,应力松弛过程分为3个阶段:快速阶段、缓慢阶段、稳定阶段;水的作用下,虽然煤柱的应力松弛量减少,但应力松弛度增加,应力松弛速率也是减小的,并加大了稳定松弛所需的时间。可见,煤柱应力松弛特性受水的影响较大。     

冻融后循环荷载作用下红砂岩力学特性试验研究

为了研究寒区岩石在往复荷载作用下的力学性质,采用TAW-100微机控制岩石力学试验机及冻融循环试验箱对经历不同冻融循环次数的红砂岩进行常规单轴压缩试验和单轴循环加卸载试验。结果表明,随着冻融循环次数的增加,岩石的峰值强度、弹性模量逐渐减小,而峰值应变和泊松比逐渐增大,岩石的破坏则呈现出由脆性向延性转变的趋势;循环加卸载平均模量随冻融次数的增加迅速降低,单位体积耗散能则随加卸载应力水平的增加逐渐增大,但这一趋势随冻融循环次数的增加逐渐降低。     

红砂岩单轴压缩与短时蠕变破坏声发射试验

岩石在不同应力状态下,其声发射特征有所区别,研究对比单轴压缩和蠕变2种状态下岩石的声发射特征对预测岩石破坏具有重要意义。通过进行红砂岩单轴压缩声发射试验和分级加卸载短时蠕变破坏声发射试验,对比分析了2种状态下声发射事件率和振幅的变化规律。试验结果表明:声发射事件率在蠕变破坏和单轴压缩破坏过程中总体规律相近;在单轴压缩破坏过程中在加载早期振幅较大,之后有所减小,直至破坏前增大明显,然而在蠕变破坏过程中,振幅在进入蠕变破坏加速阶段和破坏前均有明显增大的趋势。可见,相对于声发射事件率,振幅在一定程度上可作为蠕变破坏与单轴压缩破坏的声发射判据。     

爆破后砂岩力学性质的三轴压缩试验研究

为了定量研究受爆破冲击后岩石在三向应力作用下的力学特性,采用在大块砂岩(600 mm×600 mm×120 mm)中钻眼安装粉状硝铵炸药和火雷管爆破的方式,制备了一批经受过冲击损伤的标准试样;然后开展了3种围压作用下的三轴压缩试验,基于试验结果分析了爆心距和围压对砂岩力学性质的影响。研究表明:1随着爆心距的增加,试样的三轴抗压强度、弹性模量、软化模量、内摩擦角和黏聚力表现出以幂函数强化的趋势,而泊松比呈现出以幂函数弱化的趋势,峰值应变逐渐增大但较为离散;爆心距相同的试样,其宏观力学参数随着围压的增加而增大,而软化模量却减小。2试样的声发射活动随着爆心距的增大变得滞后,且爆心距越小岩石的声发射活动越强烈。3随着爆心距的增大,试样的脆性变形特征不断增强,破坏模式由张拉破坏变为拉剪混合破坏,进一步演化为剪切破坏。     

轴向静载荷作用下变截面红砂岩应力波衰减特性试验研究

基于动静组合加载试验装置,对变截面红砂岩试件进行应力波传播试验,研究轴向静应力对应力波波形、幅值衰减和频率相关性的影响。结果表明:当无轴向静应力时,应力波均为压缩波,而随着轴向静应力的增加,卸载段尾部出现了拉伸波;对于同一测点,随着轴向静应力增加,波宽逐渐变窄;在相同的轴向静应力增量下,随着传播距离的增加,幅值变化量逐渐减小;应力波幅值随传播距离的增加呈指数形式衰减,其幅值空间响应强度、空间衰减系数随着轴向静应力的增加而逐渐减小,减小速率逐渐变慢;应力波信号的能量主要集中在低频范围内,低频波受静应力的影响更为明显。     

煤岩单轴与三轴压缩试验研究

在电液伺服岩石力学试验系统上进行了煤岩的单轴和三轴压缩试验。结果表明:在单轴压缩时,大部分试件表面出现剥落并发生X状共轭斜面剪切破坏或劈裂破坏;不同试样煤岩的强度离散性较大,对于强度较高的试件,其弹性模量也较大。三轴压缩时,煤岩的变形增加并沿某一斜面产生剪切破坏,变形表现出塑性材料的特征;煤样弹性模量相对单轴压缩时提高,离散性降低;三轴强度大于单轴强度,而且三轴强度和残余强度随围压的增加而增大。     

真三轴应力路径下花岗岩岩爆特征试验研究

为分析高应力条件下开挖卸荷对巷道围岩破坏特征的影响,利用真三轴岩爆试验系统,通过三向六面加载、单面快速卸荷的方法对花岗岩的破坏形态、能量演化特征和声发射基本特征参数进行研究.试验结果表明:岩石破坏过程分为小颗粒弹射、岩板劈裂、板折剥落、块状弹射４个阶段.试样在卸荷面形成“V 形”岩爆坑,内侧出现剪切裂纹,其整体破坏形态在空间分布上呈二元分布;通过对岩爆能量的研究发现,卸荷过程前岩石所吸收的能量主要以可释放的弹性应变储蓄在岩石自身,在卸荷过程后所累积的弹性应变能释放,促进岩石的破碎;声发射 AF 和RA 特征值的变化规律表明,试验过程中岩石试样产生张拉裂纹和剪切裂纹,且以剪切破坏为主.岩石的损伤变量曲线与应力曲线有较好的对应关系,可以反映岩石内部结构的破坏程度,为深部工程灾害监测提供一定的理论依据.     

充填体单轴压缩峰后应力-应变曲线特征及声发射参数研究

低强度充填体在充填法开采中控制地压时可能处于峰后破坏阶段,其峰后应力-应变曲线特征及声发射参数与地压控制关系密切。以程潮铁矿灰砂比为1∶6的全尾砂胶结充填体为研究对象,开展了充填体单轴压缩及声发射监测试验,得到充填体单轴压缩下的应力-应变曲线及声发射参数,采用能率和声发射事件对峰后应力-应变曲线特征及破坏过程进行了分析。结果表明：充填体峰后应力-应变曲线斜率为负值,先逐渐减小,后逐渐增大,最后基本保持不变,根据峰后应力-应变曲线斜率变化趋势可将其划分为AB段、BC段及C以后段,其中AB段应力-应变曲线逐渐变陡,斜率逐渐减小,呈上凸型,充填体表面宏观裂纹不断增多,强度劣化加速,能率先急剧减小后快速增大,声发射事件定位点局部比较集中;BC段应力-应变曲线变缓,斜率逐渐增大,呈上凹型,剪切裂纹扩展、汇合形成宏观剪切面,破坏过程变缓,能率较高且逐渐下降,声发射事件定位点聚集呈带状分布;C以后段应力-应变曲线斜率基本不变,剪切面出现滑移,充填体残余结构支撑外部荷载,能率和声发射事件大幅下降;充填体峰后声发射参数能较好地反映其应力-应变曲线特征及破坏过程。     

冻结红砂岩力学特性试验研究

为了研究梅林庙矿区红砂岩在冻结条件下的力学性质,对红砂岩试样分别进行了不同围压以及不同温度条件下的三轴力学特性试验。试验结果表明:围压和温度对于冻结岩石有着很明显的影响。在-15℃条件下红砂岩轴向抗压强度与围压呈线性增长关系,红砂岩仍然遵循莫尔-库伦强度准则,其黏聚力为11.99MPa,内摩擦角为33.7°。在围压为12MPa条件下红砂岩抗压强度与温度呈现二次曲线的关系,弹性模量与温度呈线性关系,而泊松比受温度的影响并不大。利用曲线拟合得出3种不同围压下强度与温度的关系式,从而为井筒科学掘进提供理论支撑。