类岩石锚固体单轴抗压强度与声波波速的相关性

类岩石锚固体声波波速与其强度特性的研究较少,针对类岩石锚固体试样制作的特殊性,结合室内单轴压缩试验,利用声波测试技术分析类岩石锚固体单轴抗压强度与声波波速的关系特点.无论标准试样有无锚固或相似原料配比变化,纵波波速增大,单轴抗压强度也相应随着增大.锚杆轴向布置和横向布置均能提高试样的单轴抗压强度,但提高的幅度很相近,这可以通过两种加锚方向的试样纵波波速变化不大来反映.对比类岩石锚固体试样单轴抗压强度随试样密度和纵波波速的变化关系,纵波波速的影响更显著.     

单轴加载条件下大理岩的实时轴向波速变化特征与频谱分析

为研究大理岩在单轴应力条件下的实时轴向波速的变化特征,采用自主研发设计的超声波检测替代承压装置,完成了大理岩、Q345钢的单轴压缩试验与实时轴向超声波测试,并结合FFT方法分析了大理岩试样与Q345钢试样的波速、频谱特征。试验结果表明:在单轴加载条件下,Q345钢试件耦合面的接触性状是导致其波速增长的主要原因,而大理岩纵波波速随应力的变化则受耦合面接触性状与孔隙闭合特征的共同控制,大理岩在弹性范围内的波速变化可分为孔隙压密段与线弹性段两个阶段;试件端面接触性状越稳定,波速增长越慢,波速越高,次频带谐波能量越低;随着岩石内部的孔隙、裂纹被压密,纵波波速增大,频域信号的低频段能量逐渐向高频段转移。     

化学腐蚀作用下煤矸石混凝土力学特性试验

探究煤矸石混凝土在化学腐蚀条件下的力学特性,以不同pH值化学溶液浸泡过的试样为研究对象进行三轴压缩试验,通过浸泡过程中试样质量变化、溶液pH值变化及三轴压缩试验结果,分析不同pH值化学溶液对煤矸石混凝土力学特性的影响。结果表明：随着浸泡时间的增长,每种试样都有质量损失,而且溶液的pH值都稳定趋于碱性;围压大小与溶液pH值都是影响煤矸石混凝土力学特性的重要因素,在围压相同的情况下,随着溶液pH值的增大,试样三轴压缩试验的强度随之增加;在溶液pH值相同的情况下,随着围压的增大,试样三轴压缩试验的强度随之增加;并进一步分析了化学溶液对试样的腐蚀机理。     

基于回弹法的岩石强度预测及切割采矿应用分析

以玲珑金矿灵山矿区某极破碎矿体机械化开采为研究背景,采用N型回弹仪选取11个测定区域开展回弹测试,并在测试点钻孔取芯加工为标准岩石试样进行声波试验和单轴压缩试验。通过分析试验结果,得到回弹值、纵波波速与单轴强度之间的关系,可知回弹值与岩石单轴抗压强度呈指数型相关,而纵波波速与岩石强度拟合关系曲线贴合较差,在此基础上进行声波—回弹结合的二元回归分析,综合比较得到幂函数的相关系数最好。研究结果能为玲珑金矿灵山岩体强度预测和掘进开采分析提供帮助。     

单轴压缩下变粒岩及石灰岩声发射信号的EMD能量熵研究

为了探寻岩石脆性受载破裂声发射特征参数前兆规律,以变粒岩和石灰岩为研究对象,进行了单轴加载下两种试样脆性破坏声发射试验。引入EMD的方法剖析原始信号数据,把复杂的波形信号解析成若干个瞬时性频率及带有一定涵义且幅度或频率受调制的本征模态分量(IMF),得出两种试样脆性损坏声发射信号的能量分布情况。研究发现:随着单轴压缩荷载进行,变粒岩、石灰岩破裂过程的声发射信号EMD能量熵总体上呈现出"平稳波动→异常下降→持续下降(回升)"的特征。而在接近脆性破坏时,石灰岩、变粒岩声发射信号EMD能量熵表现出相同的特性:熵值下降异常或上升异常。此种异常现象可作为类似岩石破坏的前兆信息。     

海水腐蚀对砂岩物理力学特性与微观结构破坏特征的影响研究

针对海底隧道围岩在海水腐蚀下物理力学性能劣化的问题,选取典型砂岩作为研究对象,基于深圳海底隧道所在区域海水的取样数据配制不同浓度的模拟海水溶液,对砂岩试样进行不同浓度、不同时间的腐蚀浸泡处理,再进行单轴压缩试验,并结合声发射与扫描电子显微镜(SEM)技术,对海水腐蚀损伤砂岩的物理力学特性、破坏过程和微观结构演化特征进行分析研究。结果表明：随着腐蚀溶液浓度增加,砂岩试样表面越早发生脱落且面积越大,试样密度小幅度增加;峰值应力和弹性模量均随腐蚀时间增加而降低,但二者降低幅度及速率不同;随着腐蚀时间以及浓度的增加,除高浓度组砂岩试样在腐蚀45 d之后声发射事件活跃期有所缩短外,其余组砂岩试样的声发射事件活跃期均有所增长,砂岩试样内部缺陷逐渐发育,结构逐渐疏松,蜂窝状腐蚀区域面积增大,盐离子白色结晶区域逐渐扩大。     

温度对岩石强度及损伤特性的影响研究

通过单轴压缩试验,对经历不同温度(25~1000℃)后大理岩的纵波波速、抗压强度、破坏形态以及损伤特性随温度的变化规律进行研究。试验结果表明：高温后大理岩破坏时,沿轴向存在多个劈裂面,主要体现为劈裂破坏的模式;单轴抗压强度在100℃和400℃时有2次强化作用,从800℃左右,抗压强度开始急剧下降直至1000℃时,基本失去了承载能力;随着加热温度的升高,大理岩试样的纵波波速近似线性下降,损伤因子近似线性增加,反映了大理岩经历高温作用后内部性质的变化;岩石是由不同矿物组成的多晶体,高温环境下各种矿物性质的变化,在一定程度上影响着岩石高温后的物理力学性质。     

冻融作用下水灰比对类岩石材料物理力学特性影响研究

高寒地区矿山边坡岩体会经历冻融循环作用,引起岩体结构损伤和强度弱化,对矿山边坡的稳定性构成危害。水泥砂浆作为模拟裂隙边坡岩体常用的类岩石材料,其配合比对该类岩石材料抗冻性影响较大。为探究冻融作用下水灰比对类岩石材料物理力学特性的影响机制,制作了7种不同水灰比的类岩石——水泥砂浆标准试样,进行了不同次数的冻融循环试验及0~50次冻融后的单轴压缩试验。结果表明：①冻融前,随着水灰比的增大,试样初始孔隙率增大、密度降低,进而导致其波速下降;冻融过程中,波速随着冻融次数的增加而减小,且水灰比越大,波速损失率越高。②随着水灰比增大,类岩石材料的单轴抗压强度、弹性模量均出现了先增大后减小的现象;当水灰比为0.325~0.35时,类岩石试样的单轴抗压强度最高且抗冻性能最好。③随着冻融循环次数增加,应力应变曲线趋于扁平化,试样由脆性逐渐向延性转化,且水灰比越大,试样孔隙压密阶段变形越大。研究成果可为寒区矿山边坡及相关岩体工程类裂隙岩体冻融试验中的配比设计提供借鉴。     

酸性环境下充填材料时空侵蚀及劣化试验研究

为了研究酸性环境对充填材料在时间与内部空间侵蚀劣化下的破坏情况,拟定了5种酸性环境,设计了相对应的5种试验方案,并测试了充填体表面侵蚀劣化深度及进行了单轴压缩试验探究其力学强度。试验结果表明:试样随着养护时间增加,充填体表面侵蚀劣化层的深度也逐渐增加,而各组酸性溶液接触充填体时间越晚对其侵蚀影响越小;在酸性溶液侵蚀下进行充填,充填体表面弱化腐蚀严重,空间内部结构遭到破坏,单轴抗压强度平均降低了84.17%;阐释了酸性溶液逐渐侵蚀充填体表面的原理,分析得出充填料浆的碱性环境变化是其内部胶凝微结构发生改变及力学性能发生变化的主要原因。     

煤样抗压、拉强度与点荷载指标关系的试验研究

通过对漳村煤矿3#煤层煤样进行单轴压缩、巴西劈裂、捣碎法以及点荷载试验,对试验结果进行分析。结果表明:捣碎、巴西劈裂、单轴压缩和点荷载试验结果的离散程度依次增大;非规则试样与规则试样相比,点荷载试验结果的离散程度明显偏大,规则试样平行层理与垂直层理加载方式得到的点荷载强度结果大致相同;煤样的坚固性系数、单轴抗压强度、抗拉强度与点荷载强度具有关联性,能够实现相互转换得到相应参数,转换后的强度参数可为煤体强度分级指标的确定提供了依据。     

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。     

不同围压下花岗岩破裂机制及形状效应的离散元研究

在花岗岩地层中开挖隧道时会引起围岩的变形破坏,多表现为岩爆、板裂、塌方等形式,通过室内单轴和三轴压缩试验能得到花岗岩的宏观力学参数及其渐进破坏机制。室内岩石试验可以从宏观角度分析花岗岩的破坏本质,而通过PFC2D离散元软件模拟室内单轴及三轴试验,则可以从微观方向研究分析花岗岩的破坏过程。本文以港珠澳大桥连接线南湾隧道工程为背景,综合采用室内岩石力学试验和离散元数值模拟方法,从宏观、微观两种角度对不同围压条件下花岗岩的宏细观力学参数、破裂机制及其形状效应进行了对比分析,全面的研究分析了花岗岩的变形破坏本质。研究结果表明:①数值模拟与室内试验所得的结果,无论是宏观力学参数还是最终破坏形态均较为接近;随着围压的增大,岩石的峰值强度增加、弹性模量基本不变;随着试件长径比L/D增大,岩石峰值强度减小、弹性模量增大。②采用基于相对轴向应变和单位面积裂隙数量的统计方法,能更加合理分析岩石微观渐进破裂机制;随着试件长径比L/D增大,岩石最终破坏形态逐渐从张拉破坏转变为剪切破坏;当L/D=1.0时单位面积内最终裂纹数量最大,当L/D=2.0时剪切裂纹所占比例最大。③随着岩石试件长径比L/D的增大,其峰值强度有所减小且受围压影响明显,弹性模量也明显的增大但与围压的关系不显著。④通过分析裂隙数量与应变关系可知,在不同围压条件下,岩石内部裂隙数量随着轴向变形的增加呈现"S"型曲线增长,当轴向变形接近峰值应变时裂隙出现突变增长,且仅当围压较小时最终裂隙数量趋于收敛。⑤随着试件长径比L/D的增大,岩石破坏时单位面积内裂隙数量逐渐减少,且减小速度增快。总的来说,岩石试样的形状改变对花岗岩的整体峰值强度和弹性模量有着明显的影响,因此,室内试验中应合理设计岩石试样的形状,以获取准确的岩石强度和力学参数。     

温度对大理岩力学性能的影响

采用RMT-150C岩石力学试验系统开展不同温度作用（20、200和800 ℃）下大理岩的单轴、三轴试验及温度循环作用后大理岩的单轴压缩试验,系统地分析了大理岩在不同温度以及温度循环作用下的物理力学特性。试验结果表明：随着温度的升高,大理岩的变形特性表现为塑性变形明显、弹性模量降低、峰值应变增大。和常温下试件相比,加热到200 ℃后,试件的黏聚力提高,内摩擦角降低;加热到800 ℃后,试件的黏聚力降低,内摩擦角基本相同。在200 ℃循环作用下,随着作用次数的增加,大理岩试件的峰值强度、弹性模量均呈现出降低的趋势。随着温度的升高,大理岩的纵波波速发生不同程度的降低;与单次加温相比,随着循环加温次数增多,纵波波速降低,但是降低幅度很小。常温以及200 ℃温度作用下,试件的破坏基本为宏观单一断面的剪切破坏; 800 ℃高温作用下,部分试件产生了很多条破裂面;温度循环作用对岩石试件破裂形式没有显著影响。     

基于摩擦滑动的峰后断续灰岩力学特性的研究

利用MTS815 Flex Test GT电液伺服岩石力学试验系统对完整灰岩及断续(裂隙、断裂)灰岩进行三轴压缩试验,研究不同围压下完整灰岩及断续灰岩的强度及变形特征。基于试验结果建立断裂灰岩圣维南体力学模型模拟岩石破裂形成断续结构后失稳摩擦滑动,在此基础之上,采用单结构面理论研究限定其发展的条件。试验结果表明:完整灰岩及断续灰岩试样峰前弹性模量随围压的增大并没有产生明显的变化,且裂隙灰岩峰前弹性模量与完整灰岩基本一致;完整灰岩表现为低围压下的脆性向高围压下的塑性破坏转化的变形特征,而裂隙灰岩在不同围压条件下均表现为塑性破坏,断裂灰岩则表现为理想弹塑性变形;完整灰岩及断续灰岩峰值强度都随着围压的增大而增大,相同围压下裂隙灰岩强度低于完整灰岩强度,但相差不大,循环加载对断裂灰岩强度影响较小;灰岩破坏形成断裂结构后,破裂面间的摩擦决定断裂灰岩承载能力,当破裂面剪应力超过摩擦力时,将发生塑性滑移,通过增大围压可以增强破裂面间摩擦进而提高断裂灰岩承载能力,抑制塑性滑移。     

基于核磁共振技术的酸性环境下灰岩力学特性劣化试验

为研究灰岩在酸性环境下宏观力学性质的劣化度及细观结构的损伤规律,以重庆某采区的灰岩为研究对象,对经酸性溶液(pH=3,5)和蒸馏水(pH=7)浸泡前后的试件进行核磁共振测量(NMR),并对浸泡后的试件进行三轴压缩试验,分析了灰岩浸泡前后孔隙度及力学参数的劣化规律。试验结果表明:酸性环境作用下,灰岩内部孔隙呈整体变大的趋势,pH=3时次生大孔隙的生成率较高;在pH=3,5,7条件下,试件孔隙度分别增加12.15%,6.67%,3.43%;随pH值的降低,灰岩的延性特征更明显,峰后应力降进一步减小;除弹性模量的劣化度呈二次减小外,其它力学参数(单轴峰值应力、泊松比、内摩擦角、黏聚力)均呈线性减小的规律。此外,酸性环境对灰岩变形参数的影响大于强度参数,而强度参数中,对黏聚力的影响大于内摩擦角。     

充填膏体蠕变宏观硬化试验研究

为探索煤矿充填膏体的长期强度特征,采用水泥、粉煤灰、煤矸石等材料按照1∶4∶6配比制成充填膏体试件,对其进行了单轴压缩与蠕变试验。基于试验结果,分析了充填膏体试件的物理特性、蠕变瞬时变形模量等参数变化规律。研究表明:充填膏体致密性差、可压缩性强,在缓慢加载过程中试件趋于均匀、致密;蠕变试验过程中,在破坏前的各级应力水平上,随着应力水平提高和变形增加,充填膏体试件的瞬时变形模量增大,增长率为1.77×105%;同时,每级应力水平下弹性应变阶段的应变率随应力水平提高而逐渐减小;充填膏体蠕变强度大于单轴抗压强度,平均蠕变系数为1.09,充填膏体在蠕变过程中强度发生了宏观硬化。     

深部煤层顶板砂岩的人工制岩模拟研究

为了研究人工砂岩与深部煤层顶板砂岩的力学性质及微细观结构的异同,对不同材料配比的人工砂岩与平煤十二矿深部顶板砂岩进行声波波速测量、单轴压缩、覆压渗透、CT扫描、高压压汞等试验,得到其力学与孔隙结构性质。试验结果表明:人工砂岩弹性模量与石英砂占比及粒径大小正相关,人工砂岩的骨料及孔隙结构分布均匀,孔隙度和渗透率均与所含黏土质量分数负相关;顶板砂岩的弹性模量介于大粒与粗粒人工砂岩之间,岩体密度分布离散性较明显,渗透率及孔隙半径分布比人工砂岩小1~2个数量级;人工砂岩能够在力学性质上较好地模拟深部顶板砂岩,而在孔隙结构上与深部顶板砂岩具有较大差异。     

黑岱沟露天煤矿高台阶抛掷爆破混凝土模型的相似材料配比试验研究

小尺寸模型试验在爆破机理研究中具有重要作用,相似材料的选取是模型试验的前提。以准格尔黑岱沟露天煤矿高台阶抛掷爆破为原型,利用量纲分析法确定了模型与原型之间的相似关系,采用河砂、碎石（<7 mm）、石膏、水泥、水等相似材料成分按照5种配比制作了标准试件,对标准试件进行单轴抗压强度试验和纵波波速测试试验,得到了各配比相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、波阻抗等物理力学参数;同时制作了5种配比下的圆柱体素混凝土模型,通过单孔爆破漏斗试验算出各配比相似材料的单耗,最终选取了合适的模型材料配比,该配比可用于下一步的高台阶抛掷爆破模型试验。     

Strength research of rock cores after high-energy electron beam irradiation

The data of experimental research into mechanical properties of limestone, hornfels and sandstone cores after treatment by accelerated electrons show that the irradiation changes the strength and deformation characteristics of the tested rocks. In limestone and hornfels, uniaxial compression strength and elasticity modulus decrease, and ratio of P- and S- wave velocities changes; in sandstone tensile strength decreases, while uniaxial compression strength, P- and S-wave velocities and dynamic Young’s modulus grow. Modification of the minerals after accelerated electron irradiation opens ways of creating efficient energy-saving technologies for pre-treatment and processing of complex ores.     

基于窥视法的围岩稳定性评价研究

针对深部软岩巷道工程地质条件复杂、巷道支护难度大等问题,以丰峪煤业实际矿井地质条件为例,采用试验室试验以及窥视法对该矿围岩稳定性进行研究,通过单轴压缩试验、巴西（劈裂）试验和三轴压缩试验研究了该矿运输巷的基本顶、直接顶、直接底的单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三轴抗拉强度、弹性模量等参数;采用窥视法对该巷道围岩松动圈进行研究。研究得出:该矿运输巷的左帮产生的围岩松动圈在3.0~4.2 m,右帮产生的围岩松动圈在2.2~3.8 m,顶板产生的围岩松动圈在1.0~2.4 m,围岩稳定性差,应该加强支护,确保矿井的安全开采,研究为巷道的超前加固提供了可靠的理论依据,保证巷道的正常使用和回采的顺利进行。