下期内容预告

正下期《岩石力学与工程学报》主要发表下列内容的文章:(1)地震荷载作用下顺层岩体边坡动力放大效应和破坏机制的振动台试验研究;(2)温度–应力–渗流耦合条件下红砂岩渗流特性试验研究;(3)基于CRITIC-XGB算法的岩爆倾向等级预测模型;(4)岩石有效热导率精准测量及表征模型研究进展;(5)加锚岩体侧向冲击载荷下动力响应规律研究;     

采气–采煤阶段煤岩渗透率演化机制研究

为模拟煤矿现场先采气后采煤的作业过程,利用含瓦斯煤热–流–固耦合三轴伺服渗流装置,开展孔隙压力减小的煤岩渗流试验和全应力–应变–渗流试验。通过推导温度升高时煤岩裂隙宽度变化的表达式,进一步构建考虑温度–应力的煤岩渗透率模型,探讨温度与应力作用下煤岩瓦斯渗流演化机制。新建的煤岩渗透率模型包括有效应力、吸附/解吸、热膨胀及热裂四部分影响因素,并使用损伤变量表征裂纹扩容过程中产生的基质膨胀效应(热裂),结果表明:(1)当外应力恒定时,不同温度下渗透率随孔隙压力减小先略有减小而后迅速增大;当孔隙压力恒定时,渗透率随温度增大整体呈先减小后增大的趋势。(2)在煤岩全应力-应变–渗流试验过程中,渗透率随轴向应力的增大呈先减小后增大的趋势;煤岩弹性模量及峰值强度与温度之间呈负相关关系。(3)新建渗透率模型的计算值和实测值基本一致,可较好表征渗透率随孔隙压力及有效应力的演化规律。(4)基于内膨胀应力的定义,探讨温度与应力作用过程中内膨胀变形对渗透率的贡献。在温度恒定时,渗透率随内膨胀因子的增大而减小;煤岩裂隙宽度与损伤相关,在温度突变系数增大过程中渗透率随之减小。     

下期内容预告

正下期《岩石力学与工程学报》主要发表下列内容的文章:(1)高位远程滑坡动力侵蚀犁切计算模型研究;(2)真三轴加卸载条件下组合煤岩冲击破坏特征研究;(3)损伤与破裂岩样力学特性试验研究;(4)岩石梯度应力加载试验装置研制及初步试验研究;(5)拉林铁路变坡面倾角崩塌落石对桥梁结构破坏作用的模拟分析与试验研究;(6)基于混合高阶非连续变形分析的刚性伺服数值试验方法;     

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下期《岩石力学与工程学报》主要发表下列内容的文章:(1)深部原位岩石力学构想与初步探索;(2)黏土岩温度–渗流–应力耦合作用的长期力学特性研究若干进展;(3)基于能量释放率的不同赋存深度砂岩脆性指数研究;(4)基于核磁共振实时成像技术的裂隙砂岩渗流特性研究.     

下期内容预告EI北大核心CSCD

下期《岩石力学与工程学报》主要发表下列内容的文章:(1)全伺服式中等应变率三轴试验系统的研制及应用;(2)干湿循环作用下预制裂隙炭质页岩力学特性及强度准则研究;(3)真三维应力下煤岩水力润湿范围动态监测试验系统研制     

下期内容预告EI北大核心CSCD

下期《岩石力学与工程学报》主要发表下列内容的文章:(1)泥质砂软岩边坡加固锚杆黏结疲劳特征原位试验;(2)多孔岩石冻融水分迁移损伤机制及试验验证;(3)热–水–力耦合条件下深部砂岩冲击动力学特性试验研究;(4)真三维应力状态下煤与瓦斯突出过程中瓦斯压力时空演化规律研究;     

下期内容预告

正下期《岩石力学与工程学报》主要发表下列内容的文章:(1)泥质砂软岩边坡加固锚杆黏结疲劳特征原位试验;(2)多孔岩石冻融水分迁移损伤机制及试验验证;(3)热–水–力耦合条件下深部砂岩冲击动力学特性试验研究;(4)真三维应力状态下煤与瓦斯突出过程中瓦斯压力时空演化规律研究;     

煤岩全应力–应变过程中瓦斯流动特性试验研究

 利用AG–250kNI电子精密材料试验机,配合自制煤岩三轴蠕变瓦斯渗流装置,对煤岩全应力–应变过程中的瓦斯流动特性进行试验研究,得出煤岩在全应力–应变过程中瓦斯流动特性规律。试验结果表明：应变–瓦斯流动速度曲线与应力–应变曲线变化趋势具有相似性,且表现为少许滞后于应变的特点,这表明煤岩受载过程中的损伤演化决定着瓦斯在其内的流动特性,而瓦斯的吸附–解析过程及瓦斯在煤岩内流动需要时间是其表现出滞后性的主要原因。煤岩所受围压通过侧向压缩煤岩侧壁,导致其内部结构变化而对其所含瓦斯流动起到阻碍作用。进行2种不同粒径煤粉组成的煤岩比较试验,结果表明,其所含瓦斯流动特性差别较大,且颗粒组成较大的煤岩试件受外界条件影响较明显。     

真三维应力下煤岩水力润湿范围动态监测试验系统研制

为了研究深部煤层复杂应力环境下煤岩的力学特性与渗流润湿规律,自主研制真三维应力下煤岩水力润湿范围动态监测试验系统,其主要由应力加载系统、液压伺服系统、数据采集与控制系统、声发射监测系统等组成.该系统的创新性及先进性如下:(1)开展煤岩不同地应力、不同流体压力、不同采动应力、不同温度等多场耦合条件下的试验研究;(2)进行...     

深部原位应力煤岩卸荷力学特性试验研究

为探究深部原位应力煤岩卸荷力学特性,利用MTS816岩石力学测试系统对原位应力煤岩开展不同卸荷速率的三轴加卸载试验,并与常规卸荷试验对比,通过获取全过程应力–应变曲线分析卸荷煤岩的力学性能与变形特征,结合CT三维重构技术研究煤岩的破坏特征,探讨原位应力卸荷煤岩的适用强度准则。结果表明：(1) 2种方案煤岩的峰值强度与卸荷速率均成反比,但原位应力煤岩较常规煤岩的峰值强度更高,这种趋势在低速卸荷时逐渐弱化。(2)原位应力恢复过程实施后,煤岩在卸荷速率升高条件下,峰值轴向应变先减小后趋于稳定,峰值侧向应变整体不变,峰值体积应变先降低后增加。卸荷条件下原位应力煤岩的弹性模量更平稳,应变硬化模量得以增强。(3) Mogi-Coulomb强度准则能更好地反映原位卸荷煤岩的破坏强度特征;原位应力煤岩较常规煤岩的黏聚力c增加39.23%,内摩擦角φ减少11.92%,表明原位卸荷煤岩的抗破坏主控因素为黏聚力。     

多级动荷加载条件下煤岩应力–声发射耦合特性试验

多级动荷加载条件下煤岩应力–声发射耦合特性研究对工程岩体稳定性监测具有重要意义。以揭示多级动荷加载作用下煤岩应力与声发射的关系为目的,采用多级动荷加载煤岩力学特性测试系统,获取得到多级动荷作用下煤岩疲劳损伤的应力与声发射同步数据。研究结果表明煤岩材料的疲劳累积强度始终小于单轴抗压强度。通过分析煤岩疲劳损伤声发射的Felicity效应,得出多级动荷加载诱导损伤裂纹扩展速率加剧,煤岩应力记忆特性的Felicity效应显著,Felicity比值随逐级动荷加载逐渐降低;基于GP算法计算应力与声发射的关联维数,可合理解释Felicity效应的显著程度,应力与声发射耦合特性的分形结构特征愈显著,关联维数越大,声发射的Felicity效应越弱,煤岩材料原先损伤和结构缺陷程度越低,两者关系呈负相关。     

含水煤岩渗透率演化规律及动态滑脱效应的作用机制

为探究含水煤岩在有效应力与动态滑脱效应综合作用下的渗透率演化规律，采用含瓦斯煤热–流–固三轴伺服渗流装置，分别测量不同含水率下有效应力增大过程中的煤岩渗透率。在此基础上，建立考虑有效应力、水分与动态滑脱效应综合作用的煤岩渗透率模型，并进一步量化分析不同有效应力和含水率下的煤岩渗流特性和动态滑脱效应及其相互间的联动机制。研究结果表明：(1)含水率恒定时，有效应力增大过程中，煤岩渗透率呈指数形式减小。有效应力恒定时，含水率越大，煤岩渗透率越小。(2)构建随有效应力、含水率变化的动态滑脱因子模型。在各含水率条件下，随有效应力增大，煤岩裂隙通道逐渐闭合，滑脱因子则呈增大趋势。此外，本试验条件下，同一有效应力下的滑脱因子在含水率1.80%以内缓慢增大，超过1.80%后出现激增。(3)构建含水煤岩渗透率模型并验证其可靠性，量化滑脱效应对渗透率的贡献情况。(4)考虑到实际储层中裂缝形态的差异，提出考虑不同裂缝形态的煤岩气测渗透率模型。其中，圆形裂缝对应的煤岩渗透率最小，方形次之，正三角形最大。探讨多因素综合作用下煤层气在储层中的运移规律，以期对提高煤层气采收率具有重要指导意义。     

含瓦斯煤岩破裂过程流固耦合数值模拟

根据煤岩体介质变形与瓦斯渗流的基本理论,考虑到煤岩介质材料力学性质的非均匀性特点以及煤岩介质变形破裂过程中透气性的非线性变化特性以及煤岩体变形破裂过程中瓦斯渗流与煤岩体变形间的耦合作用,在岩石破裂过程分析系统(RFPA2D)的基础上,建立了含瓦斯煤岩破裂过程流固耦合作用的RFPA2D–Flow耦合模型,并给出了RFPA2D–Flow耦合模型的数值求解方法。并应用该模型对石门掘进诱发煤与瓦斯的延期突出进行了数值模拟,模拟结果再现了含瓦斯煤岩在瓦斯压力、地应力及煤岩力学性质共同作用下渐进损伤破裂诱致突出的全过程,模拟结果进一步表明延期突出与瞬时突出都是地应力、瓦斯压力和煤体物理力学性质3个因素综合作用的结果,都具备突出的4个阶段,即应力集中阶段、应力诱发煤岩破裂阶段、瓦斯动力驱动裂纹扩展阶段和突出阶段,为进一步深入理解煤与瓦斯突出机理及瓦斯抽放防治突出等提供理论基础和科学依据。     

黏土岩温度–渗流–应力耦合作用的长期力学特性研究若干进展

核废料地质处置库长期处于复杂的耦合环境之中,其安全、稳定、高效的建设与运营需要考虑温度场(T)、渗流场(H)、应力场(M)的长期耦合作用。围绕黏土岩多场耦合作用下的长期力学特性,首先总结了国内外在黏土岩温度–渗流–应力耦合条件下长期力学试验研究成果与不足,主要包括HM与THM耦合长期作用对黏土岩渗透特性的影响、黏土岩TM与THM耦合长期力学特性。其次从微观唯相的角度,论述了温度对黏土岩微观结构特征的影响机制。基于上述认识,提出黏土岩THM耦合蠕变力学模型及其适用性。同时,介绍了笔者团队围绕黏土岩THM耦合长期力学特性方面的相关研究成果,结果表明:BoomClay的长期力学特性与温度、孔压、应力和各向异性等因素相关。最后,提出黏土岩THM耦合研究未来应重点关注的方向。     

温度与孔隙压力耦合作用下煤岩吸附–渗透率模型研究

为模拟瓦斯抽采过程中温度与孔隙压力对煤岩吸附及渗透特性的影响,利用等温吸附装置、含瓦斯煤热–流–固耦合三轴伺服渗流装置,开展等温吸附试验及不同温度下孔隙压力降低的渗流试验。建立修正的双L吸附模型和考虑温度–孔隙压力耦合作用的煤岩渗透率模型。通过试验结果及试验比对验证其合理性。结果表明:在本文试验条件下,煤岩瓦斯累积解吸量随瓦斯压力降低呈逐渐升高趋势。当温度恒定时,煤岩渗透率在降压过程中呈先降低后升高的趋势。当孔隙压力恒定时,煤岩渗透率在升温过程中呈先降低后升高的趋势。修正后的双L吸附模型比原吸附模型拟合效果更好,能很好反映不同温度下煤岩吸附量与气体压力的变化关系。煤岩瓦斯解吸过程中产生的基质收缩应变随孔隙压力降低而升高。新建渗透率模型与试验数据具有较好的一致性,可以更好的表征不同温度条件下的煤岩渗透率演化规律。     

三轴应力条件下煤层气储层渗流滞后效应试验研究

 利用自主研发的含瓦斯煤岩热–流–固耦合三轴伺服渗流装置,以型煤试件为研究对象,进行不同温度和不同围压条件下煤层气储层渗透率演化规律的试验研究。研究煤层气在煤层气储层中的运移规律并采取相应的煤层气抽放措施,可以预防煤与瓦斯突出或者对煤层气储层中赋存的煤层气进行合理利用,对于矿井建设和实现煤与煤层气共采均具有重要的实际意义。试验结果表明：(1) 在不同试验条件下,煤岩三轴压缩试验过程中普遍存在着煤层气渗流速度变化滞后于应变和应力的现象,煤岩的体积最小点滞后量较大;(2) 煤岩的体积最小点滞后量和应力峰值点滞后量在温度越高的试验条件下呈减小趋势;(3) 煤岩所受围压通过压缩煤样侧壁,导致其内部结构变化而对煤岩的煤层气渗流速度起到阻碍作用,围压越大,体积最小点滞后量越大。     

基于能量耗散的煤岩三轴受压损伤演化特征研究

在煤矿资源的地下开采工程活动中,煤岩处于轴压、围压和瓦斯气体相互耦合的复杂应力环境。为探究煤岩受压过程中的损伤变形及能量演化特征,利用含瓦斯煤热–流–固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展煤岩在不同围压及不同瓦斯压力条件下的三轴压缩试验研究。基于连续损伤力学理论,从能量角度理论推导由非均质威布尔函数、能量耗散函数及塑性应变函数构成的损伤应力–应变函数,并在此基础上建立基于能量耗散的煤岩损伤本构模型。研究结果表明:(1)不同围压、不同瓦斯压力下煤岩应力–应变变化趋势及塑性变形行为具有阶段性特征。(2)对应不同的变形破坏阶段煤岩的能量演化趋势呈阶段性变化,应力峰值点处煤岩吸收的总能量随围压的增大而增大,弹性能及耗散能也呈现增大的趋势;随着瓦斯压力的上升,煤岩吸收的总能量和弹性能在应力峰值点处呈下降趋势,耗散能呈上升趋势。(3)构建围压及瓦斯压力效应下基于能量耗散的煤岩损伤本构模型,并通过试验验证该模型具有较好的合理性。(4)不同围压及瓦斯压力下煤岩能量耗散与损伤演化均呈"S"型演化趋势。     

全应力–应变过程中裂隙灰岩的水–力耦合特性试验研究

为研究裂隙灰岩在全应力–应变过程中的力学特性和渗透性特点,对裂隙灰岩进行不同渗透压和围压组合下的水–力耦合试验,研究水–力耦合作用下裂隙灰岩的强度和变形特性,并定义全应力–应变过程中6个关键的渗透率值。试验结果表明:渗透压对裂隙灰岩的力学特性有较大影响,渗透压的存在降低了裂隙灰岩的强度和变形模量,加剧其侧向变形,水–力耦合作用下裂隙灰岩的强度特性可用莫尔–库仑屈服准则来表征;全应力–应变过程中,裂隙灰岩渗透率经历缓慢下降–缓慢增加–快速增长–小幅度下降4个阶段,这大致对应于全应力–应变过程中体积压缩阶段,近线性变形阶段,峰值点附近的破裂阶段和峰后残余强度阶段。在较低渗透压(2 MPa左右)下,上述相应关系吻合情况良好,而在较高渗透压(8 MPa以上)下,上述相应吻合关系存在偏差,渗透率下降阶段要短于体积压缩阶段;在较低渗透压(2 MPa左右)下体积压缩阶段的渗透率与体积应变之间的关系可用负指数函数来描述,而在较高渗透压(8 MPa以上)作用下,在体积压缩阶段的渗透率和体积应变之间的关系可用三次多项式来描述。     

高温与不同水压下深部砂岩渗透特性试验研究

岩石的力学性质与渗透特性与应力,温度及渗透压力具有密切关系。运用Rock Top多场耦合试验仪对红砂岩进行100℃高温下不同静水压力与渗透压差条件下的温度–应力–渗流耦合试验研究。研究结果表明:(1)100℃高温下红砂岩全应力–应变经历裂隙压密→线弹性变形→微裂纹稳定发展→非稳定破裂发展→峰后变形与破坏5个阶段;(2)对应岩石应力–应变曲线,流量随应力差的增大呈现反向急速溢出段,反向稳定溢出段,急剧上升段,稳定增长段,此时渗透率随应力差的增大呈现先由初始值下降,保持水平常值,急速增长至伪峰值后衰落,稳定增长至真峰值等变化特征;(3)红砂岩在高温、高围压作用下的渗透率随围压的等梯度增长近似呈线性降低趋势,在高围压下渗透压差对渗透率影响并不明显,渗透率值趋于稳定,2种方法均显示红砂岩属于典型低渗类岩石;(4)相同围压与渗透压差下,瞬态法与稳态法2种渗透率测试方法所测结果相近,在30～60 MPa围压范围内,压力条件是影响渗透率的主要原因。     

微型单轴煤岩试验机的研制及试验研究

 针对较小煤岩试件单轴抗压强度的测定和破坏规律研究的不足,设计针对f 5 mm×10 mm的微小试件单轴试验的微型试验机,对煤岩破坏过程中的裂纹扩展规律及破坏机制进行研究。该试验机主要由预应力装置、主加载应力装置、试件腔和液压传输系统组成,与现有试验机相比,有如下特点：(1) 能够在煤岩试件加载过程中,与三维显微CT耦合使用,观测内部裂纹裂缝的产生、发展和对试件破坏的影响;(2) 可以绘制出与普通试验机相类似的煤岩全应力–应变曲线,通过尺度效应换算系数a得出任意大小煤岩试件的单轴抗压强度,并且能够如实反映微型煤岩试件加载过程中的各个变形阶段;(3) 与之前对煤岩破坏研究的数值模拟方法相结合并比较其结果的异同点,得出的结论可以深化煤岩破坏规律的相关理论。装置操作性和便携性较强,为了使其应用范围进一步扩大,还将对各部件进行改进,提高加载装置的刚度和加载对试件产生的最大应变值,使其能够测定更高强度的岩石试件。初步的试验结果证实试验机研究的可行性,试验机的研制弥补普通试验机和大型试验机对煤岩破坏规律研究的不足,对岩石力学学科的发展起到一定的推动作用。