单轴压缩条件下花岗岩变形特征研究

在刚性压力机上,应用动态应变仪、应力传感器、位移传感器等仪器对花岗岩进行单轴压缩实验。得到了花岗岩破裂过程的全应力-应变曲线。通过对全应力-应变曲线的分析表明：试样变形特征基本上是一致的,都经历了初始压密、弹性变形、裂纹初始、裂纹稳定扩展、裂纹不稳定发展直到破裂五个阶段。通过对试样峰值前的受力变形特点的观察,发现试样接近其峰值强度时,出现了一小段应力增长缓慢,而相对应的应变量明显增加的塑性变形阶段,可进一步研究岩石破裂失稳机理及其失稳前兆信息。     

单轴压力作用下岩石损伤演化特征研究

采用赤微观测法和双曝光全息干涉法研究了单轴压力作用下岩石损伤特征,得出了变质砂岩变形与损伤演化的关系。岩石损伤演化实际上是微裂纹扩展区的演化即岩石中微孔隙、微裂纹成核和扩展的过程,裂纹萌生演化的分形分布受岩石组成、结构以及初始缺陷的影响,裂纹的汇合贯通制约着岩石的损伤状态和非线性变形,单轴受压岩石断裂机制主要是张拉破坏和局部剪切破坏。     

岩石试件尺寸效应与岩体强度的研究

论述了目前研究岩石尺寸效应计算模型所存在的不足,结合大红山铜矿岩石力学试验结果,提出了改进的岩石尺寸效应的计算式,探讨了岩石试件推荐值和岩体强度的计算方法及弱化方法。     

岩石材料脆性剪切破坏模式下的强度分析

使用声发射法与三轴试验相结合的方法对岩石试样微裂隙产生和发展进行监测,以获取岩石脆性剪切混合破坏模式的特点.采用断裂力学与岩石力学理论相结合的方式进行理论分析和试验数据处理,得到了试样三阶段特征强度随应力状态变化的规律,并提出了一种适用于岩石脆性、剪切混合型破坏强度分析方法,据此建立了Mohr-Coulomb、Griffith和Hoek-Brown等强度准则与脆、剪混合强度模型的关系.采用此模型对水厂边坡混合花岗岩的全应力-应变试验数据进行脆剪混合强度分析,理论值与试验值具有良好的一致性.     

岩石厚壁圆筒三向压缩下的卸荷试验与岩石强度破坏

为研究地下工程开挖影响,采用厚壁圆筒多轴应力试验,对试样施加较高的轴对称内、外壁压力及轴向荷载后,进行内、外壁卸荷破坏试验.试验的破坏结果是在厚壁圆筒壁间形成环向主要破裂面.这一破裂现象在以往相关文献中未见报道,与通常弹塑性理论分析的较高应力发生在圆筒内缘、破坏从内缘开始的结论不同.这一结果与深部矿山巷道围岩出现的分区破裂(zonal disintegration)现象类似.     

冲击载荷作用下岩石破碎数值模拟及试验研究

运用数值模拟方法研究了冲击载荷作用下的岩石微观结构特性变化,通过对岩石内部应力分布及裂纹分布图可以得出冲击载荷破岩时岩石内部在垂直方向产生一个拉应力区和一个压应力区,刀具下方的拉应力最大;中间裂纹扩展速度比径向和侧向裂纹都要快,裂纹面呈三角形状。在多功能试验装置上对花岗岩进行冲击载荷破岩试验,试验结果表明:单纯提高冲击载荷对破岩效果不会有很大的提高,存在一个最佳破岩冲击能(63J)。     

压缩载荷下夹杂物对低密度钢应力场的影响

非金属夹杂物在加工过程中往往容易引起裂纹的萌生和扩展,为了明确典型非金属夹杂物对低密度钢性能的影响,采用Abaqus有限元软件分析了低密度钢中典型Al₂O₃、MnS、AlN、TiN单一夹杂和Al₂O₃-AlN、AlN-MnS复合夹杂及附近钢基体的应力场,研究了非金属夹杂物类型、尺寸、方向、分布等因素对低密度钢应力场的影响。结果表明,非金属夹杂物的变形能力、形状和尺寸显著影响低密度钢中应力场分布,夹杂物及其附近钢基体的最大应力值由大到小依次为TiN、AlN、Al₂O₃和MnS。夹杂物尺寸越大,应力场范围和最大应力值也越大。夹杂物长轴与载荷的夹角会造成裂纹萌生位置和传播方向发生变化,TiN和AlN夹杂物尖角位于载荷方向时可缓解夹杂物引起的应力集中。此外,团聚状的夹杂物易引起应力集中,夹杂物间距越小,引起的应力富集越大。对于复合夹杂物而言,Al₂O₃-AlN内部的Al₂O₃夹...     

杂质元素对金属镝压缩强度的影响

研究了金属镝中所含Ｓｉ、Ｃａ、Ｆｅ和Ｏ４种杂质元素对其压缩力学性能的影响。结果表明，Ｓｉ元素和Ｏ元素含量的增加会降低镝的压缩强度，与此同时，其塑性也有明显地降低。金属镝中所含Ｃａ元素和Ｆｅ元素对其压缩强度的基本没有影响。     

单压下节理密度及倾角对类岩石试件强度及变形的影响

通过预制张开节理类岩石试件,在单轴压缩条件下,研究节理密度及倾角的组合作用对试件强度和变形特征的影响.试验结果表明:(1)随着节理倾角的增大,应力-应变曲线由多峰值转变为单峰值,试件脆性增强,延性减弱;(2)节理密度对当量峰值强度的影响与节理倾角大小有关,对当量弹模的影响呈“V”形变化,即当量弹模随着节理密度的增大呈现先减小后增大的变化规律;(3)当量弹模随节理倾角的增大而增大,在节理倾角为90°的时候达到最大值,为完整试件弹性模量的70%~80%;(4)节理倾角对多节理类岩石试件当量峰值强度和当量弹性模量的影响大于节理密度的影响.对试验结果进一步分析发现:节理密度及节理倾角与应力-应变曲线、当量峰值强度及当量弹性模量之间的关系,其变化规律与试件的破坏过程息息相关,其破坏模式可分为张拉破坏、剪切破坏和复合破坏.     

高供氧强度下转炉脱碳速度及炉渣的变化规律

研究了转炉吹炼过程中脱碳速度和炉渣的变化规律：在高供氧强度下转炉的脱碳速度明显提高，能够快速形成有利于脱磷、脱硫的炉渣。     

金在矿物或岩石中赋存状态研究的某些新进展

本文系统地总结了矿物和岩石中有关晶格金的研究现状，涉及的研究方法主要有浸出实验，谱学测试以及微束分析法，笔者认为综合应用上述方法是研究晶格金的有效途径。     

速度与载荷对无铅铜铋轴承材料摩擦学特性的影响

采用粉末冶金法制备无铅铜铋双金属轴承材料,并在HDM-20端面摩擦磨损实验机上进行油润滑条件下的摩擦磨损试验,分析速度、载荷对其摩擦学性能的影响。结果表明:摩擦因数随摩擦速度、载荷的增加而减小,其磨损量、摩擦副表面温度均随速度、载荷的增加而增大;摩擦磨损过程中低熔点组元铋的析出起着较好的减摩、抗粘着作用,并存在铋的析出、熔化、磨损脱落的循环过程。     

Q345钢连铸坯压缩状态下的高温力学性能

Q345钢应用广泛,其在拉伸状态下的高温力学性能已有部分研究,但高温压缩力学性能数据匮乏。利用Gleeble-3500热模拟机对Q345钢连铸坯试样进行了热压缩试验,研究了应变速率为0.01 s-1时试样在压缩状态下的屈服强度、抗压强度和弹性模量等随温度(973~1 673 K)的变化规律,同时探讨了试样在1 473 K时不同应变速率(0.001、0.01和0.05 s-1)下的高温力学性能。结果表明,在973~1 373 K温度内,屈服强度和抗压强度都表现出对温度的敏感性。屈服强度由90降到24 MPa,抗压强度由202降到40 MPa。在1 373~1 673 K温度内,屈服强度和抗压强度降幅都很小。弹性模量随温度的升高而减小,其值在1 473和1 573 K温度下相差最大,达1 712 MPa。屈服强度对应变速率的变化并不敏感,均在20 MPa左右,而极限抗压强度由28增加到45 MPa。最后根据试验数据绘制了Q345钢连铸坯在热压缩状态下的屈服强度等高温性能参数随温度变化的关系曲线,可为轻/重压下等技术提供参考数据。     

复合岩石单轴压缩力学与破坏特性试验研究

针对深部高地应力及多岩层复杂地质条件,采用伺服控制试验机对复合岩石进行室内力学试验,重现复合岩石在高应力作用下的破坏过程。复合岩石由强度差且强度呈均匀阶梯型的单岩组成,可划分为蛇纹岩—矽卡岩和蛇纹岩—砂岩。通过单轴压缩试验,获得岩石的单一和复合形态下的力学性质与破坏特性。研究结果表明：在高应力作用下,复合岩石中岩石强度较弱的部分首先发生破坏,且初始裂纹的萌生位置和发展模式直接决定了岩样的最终破坏形态;复合岩石与单一岩石之间的抗压强度存在相关性;利用理想弹簧模型可对复合岩石的弹性模量和峰值应变进行推导。复合岩石的力学特性由强弱端岩石共同决定,存在一定的规律性,其破坏特性与单一岩石相似,但较弱端占主要影响地位。     

单轴压缩条件下裂隙粗糙度对渗透系数的影响

裂隙粗糙度是影响裂隙岩体渗流特性和流体流动复杂性的重要因素,为了深入研究单轴压缩条件下粗糙度对渗透系数的影响,采用3D打印技术和数字建模方法制备了粗糙度不同的裂隙试样,通过自制的试验装置对不同法向压力下的裂隙试样进行了试验.结果表明,在没有法向压力的条件下,随着粗糙度的增加,渗透系数以负指数函数形式减小,采用Forchheimer方程定量的分析了渗流流量与水力梯度之间的非线性关系,Forchheimer方程可以很好地描述粗糙裂隙表面的流动过程,线性项系数随着粗糙度的增大而减小,非线性项系数随着粗糙度的增大而增大;在恒定法向压力且大于水压的条件下,裂隙试样的渗透系数随着粗糙度的增大线性减小,随着水压的增大,粗糙度对渗透系数的影响作用增强;定义了系数δ,分析了在有无法向压力条件下,粗糙度对渗透系数影响的差异性,δ随着水力梯度的增加而增加,随着法向压力的增加而减小.研究结果可以加深对粗糙裂隙表面流体流动的认识,为进一步研究岩体流动特性奠定坚实的基础.     

拉伸试验速度对屈服强度的影响及控制

通过理论分析及实验数据，表明金属拉伸试验速度对屈服强度的影响。并依据国家标准，巾平均应力速率推导负荷速率计算公式，根据负荷速率可以简单、直观、方便地进行日常拉伸试验。确保试验结果的准确性。     

三轴受压状态下岩石试块变形破坏过程中孔隙水压的变化特征及其临界破裂前兆

为讨论饱水岩石中孔隙水压与损伤变形过程的关联性,探究岩石破坏的孔隙水压前兆特征信息,采用三轴压缩试验、渗流实验相结合的方法,分析了在不同孔隙水压和不同围压条件下饱水岩石变形破坏过程中损伤扩展与孔隙水压变化的内在联系.研究表明:(1)开放饱和岩石单元体中,岩石在受荷破坏全过程中的初始压密、弹性压缩、塑性变形和破坏失稳阶段,孔隙水压呈现增高、稳定、逐渐减小和锐减变化;(2)岩石破坏的孔隙水压前兆特征明显,在主破裂前夕,内部损伤加剧,裂隙贯通,孔隙水压将失去稳定状态,孔隙水压由稳态锐减可作为岩石破裂的前兆信息;(3)在应力变化大、高孔隙水压以及高围压条件下,孔隙水压对损伤发展更为敏感,响应也更明显,孔隙水压与损伤发展相互影响,互为关联,损伤扩展造成孔隙水压降低,孔隙水压降低又促进损伤发展;(4)可以尝试在深部开采工程中监测岩体内部孔隙水压的变化来预测岩体失稳的突发性灾害.     

基于烧结状态与集成学习的烧结矿转鼓强度预测

鉴于影响烧结转鼓因素较多,难精准预测的问题,将数据分析与现场经验结合,提出了一种基于烧结状态与集成学习的烧结矿转鼓强度自适应预测模型。该模型首先通过数据收集整合、异常数据识别与缺失数据处理等数据预处理过程,获取高质量烧结矿转鼓强度预测数据集合;再采用Boruta算法结合Pearson线性、XGBoost非线性相关性分析选择转鼓强度预测模型输入特征,避免了模型输入特征的不完整性;最后采用5种不同机器学习算法构建转鼓强度集成学习预测模型,各子模型预测结果权重可根据烧结生产实际情况进行自适应更新。结合现场生产实践与烧结历史数据分析,通过烧结终点温度与主管负压对烧结状态进行区分,在误差范围为0.5%时,转鼓强度的预测命中率在90%以上。     

单轴拉伸作用下岩石裂隙起裂扩展的数值模拟

地下采矿工程开挖对天然岩石是一种卸荷行为,卸荷后的岩石容易受到拉应力作用,造成岩石内部原生裂隙的扩张贯通,从而极大影响工程岩体稳定性。为研究拉伸作用下岩石内部裂隙的萌生演化规律,采用扩展有限单元法,对含不同裂隙倾角的岩石进行了模拟研究。结果表明:拉伸应力下岩石裂隙起裂主要受Ⅰ型应力强度因子控制,裂隙倾角越大,起裂越困难,相应的起裂角也越大;裂隙扩展时的扩展角保持不变,扩展方向与最大拉应力方向保持垂直。