径高比对细砂岩压缩破坏特征及强度影响研究

以陕北榆神矿区河兴梁井田内的煤层顶板砂岩为研究对象,采用单轴抗压试验,对直径为50mm、径高比为0.5和直径为70mm、径高比为0.7的岩石试样进行了单轴压缩,分析了两种不同径高比完整岩石试件的峰后破坏形式以及端部约束效应在单轴抗压强度试验中对两种不同径高比试件试验结果的影响,验证了将直径为70mm、径高比为0.7的非标准形态岩样单轴抗压强度转换为直径为50mm、径高比为0.5的标准形态岩样单轴抗压强度时单轴抗压强度经验换算公式的适用性。试验结果表明：单轴压缩条件下,0.7径高比完整试件的破坏形态以压裂破坏为主,而0.5径高比完整试件的破坏形态则以剪切破坏为主|端部约束条件相同时,0.7径高比岩样经单轴抗压强度经验换算公式所得的计算值在一定范围内大于0.5径高比标准形态岩样实测单轴抗压强度值|对于细砂岩,将径高比为0.7的非标准形态岩样单轴抗压强度值转换为径高比为0.5的标准形态单轴抗压强度值时,上述公式具有较好的可靠性、可比性和适用性。     

砂岩单三轴压缩过程中声发射特征的试验研究

利用RMT-150B岩石力学试验系统,对义马曹窑煤矿顶板砂岩进行单轴、常规三轴和三轴卸围压试验,加载同时进行声发射检测.试验结果表明,岩样压缩变形破坏过程中的声发射参数与加载方式有关.单轴压缩时,各个阶段均有不同程度的声发射事件,声发射事件较为强烈,累计计数和能量明显偏高;常规三轴压缩时,岩样屈服前声发射事件较少,屈服...     

石英岩加卸载声发射特性研究

为了研究岩体在掘进过程中其内部破损的过程,采用TYP-500型三轴压缩试验机和PCI-2声发射系统对灵宝金矿石英岩进行单轴和三轴压缩声发射试验,以分析岩石破坏过程中的声发射特征。试验结果表明:在声发射试验过程中,石英岩的振铃计数与能量释放近似成正比例关系;当岩样发生破裂时,主破裂之前能量提高,表明岩样内部裂隙裂纹增多,释放大量能量,岩体承载力迅速下降;单轴压缩下声发射信号峰值和应力峰值基本同时发生,而三轴压缩下声发射信号峰值滞后于岩样应力峰值,因此认为,主破裂前围压加强了岩样的峰后承载能力,主破裂后单轴压缩下的岩体较三轴压缩条件下相对稳定。     

非标准岩样岩石力学参数试验研究

通过对非标准岩样的室内试验来获取岩石力学参数是试验研究中必须处理的技术问题。对某矿4种不同岩石的非标准岩样进行单轴抗压实验和巴西劈裂实验,分析了岩样的强度分布特点,考虑尺寸效应和形状效应,对岩石强度试验结果进行了修正,获得了岩石的单轴抗压、抗拉强度、弹性模量、帕松比、粘聚力和内摩擦角等力学参数,并对所得参数进行了分析。所得力学参数为该矿山的岩石力学和地压研究提供了基础资料。     

饱水孔道砂岩力学特性试验

针对南方广泛存在矿山岩体含水层中的砂岩,利用MTS815试验机进行不同围压下三轴压缩试验,利用RMT-150C试验机进行单轴压缩试验,结果表明:(1)单轴压缩条件下,岩样的全应力-应变曲线明显分为4个阶段:孔隙裂隙压密阶段、弹性变形至裂隙发展阶段、非稳定破裂发展阶段、峰后破坏阶段.(2)单轴压缩条件下峰后应力-应变曲线表现出悬崖式下降趋势的特征;三轴压缩条件下无明显的压密阶段,峰后应力-应变曲线表现出由弹脆性向弹塑性转化趋势的特征.(3)随着围压的增大,除泊松比表现出减小的趋势之外,其余力学参数均有增大的趋势,对峰值强度和峰值应变的影响最为显著,峰值应变逐渐增大,岩样的塑性不断增加,表现出延性破坏的特征.(4)单轴压缩条件下岩样主要以X型裂纹的剪切破裂为主,单一斜平面的剪切破裂为辅;三轴压缩条件下岩样主要以单一裂纹的剪切破裂为主.     

岩样微裂隙分布与单轴压缩破坏关系模拟研究

采用有限元数值模拟的方法,对不同裂隙分布的岩石试样进行单轴加载压缩的数值模拟试验,通过引入压剪指数和拉伸指数对岩样的破坏进行判断,分析不同裂隙条件下岩样的破坏特征及其倾向程度,探索裂隙岩样的破坏机理和影响规律。研究结果表明单轴压缩条件下,标准的裂隙岩样破坏主要受拉应力控制,且破裂面出现的概率具有单斜破坏面竖向破坏面锥形破坏面的特征,其结论与实验室的大量试验结果吻合,并从机理上解释了微裂隙岩石单轴压缩破坏过程。     

灰岩强度的尺度效应研究

通过水口山康家湾矿采集的岩样,利用岩石力学试验机对不同直径和不同高度的灰岩进行了大量的单轴压缩试验,研究了不同高径比岩样的变形和破坏形式。结果表明:岩石高度对岩石强度峰值以前的变形特性没有显著的影响;当直径一定时,随着长度的增大,岩样的破裂形式由复杂的平行破坏变为剪切破坏。同时指出,通过增加垫块的刚度可以减小端面的摩擦效应。同时对由于取样造成的岩样强度降低的原因进行了分析。     

两种不同岩石在三轴压缩条件下的变形实验

利用电液伺服材料控制机试验系统,以不同的围压(5、10、15、20、25、30MPa)分别对矽卡岩和蛇纹岩试样进行三轴压缩试验,分析围压和岩样三轴抗压强度的关系,研究岩样各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特征,并比较两种岩样破坏形式的差异.试验结果表明,在三轴压缩条件下,两种岩样的三轴抗压强度与围压都有良好的线性关系;两种岩样的变形规律基本相同,且最终的破坏方式主要都为单斜面剪切破坏.     

大理石三轴压缩超声波探伤方法研究

大理石具有典型的脆-延性转化特性。在一定的围压下,当三轴压缩应力-应变曲线进入延性屈服阶段后,其承载能力不再随压缩量变化。在大理石三轴压缩试验前后,分别对岩样进行了超声波测试。通过对三轴压缩前后超声波速度降低程度与岩样三轴压缩塑性应变、三轴围压关系的分析可知,在三轴压缩塑性流动阶段,随塑性应变的增加,岩样内部的微裂纹在不断扩展;而围压对岩样内部微裂纹的扩展能起到一定的抑制作用。     

含孔道大理岩圆柱试样的尺寸效应

为研究孔道尺寸对孔道试样力学特性的影响，选取质地均匀的中晶大理岩块，加工成直径50mm，长度100mm完整试样和含直径5，10，15mm孔道的试样，在伺服试验机上进行单轴和不同围压下常规三轴压缩试验．结果表明：不同孔径的试样，单轴压缩时强度和变形没有明显区别．常规三轴压缩时，低围压下试样的变形和强度没有明显区别，当围压达到40MPa时，随着孔道直径的增大，试样的强度和塑性变形明显减小．煤矿深埋井筒、巷道的变形破坏随埋深的增加而变的严重，维护也更加困难，支护形式和参数应随埋深的增加应进行适当调整．     

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。     

Modelling rock strength in three dimensions

A general, three-dimensional failure criterion for rock is proposed. This criterion is formulated in terms of the first and third stress invariants of the stress tensor, and it involves only three independent material parameters. Although these parameters interact with one another, each parameter corresponds to one of the three failure characteristics of rock behaviour. These material parameters may be determined from simple tests such as uniaxial compression and triaxial compression tests. For the purpose of including reasonable values of tensile strengths in the failure criterion, it may be advantageous to include the uniaxial tensile strength in the parameter determination. A simple expression for evaluation of the uniaxial tensile strength on the basis of the uniaxial compressive strength is given. Thirty-six sets of good quality data for different types of rock have been included in this study, and comparisons between the proposed failure criterion and the experimental data are made in triaxial, biaxial and octahedral planes. The ability of this criterion to capture the characteristics of failure in rock appears to be quite good with accuracies within the range of the natural scatter of the test data.     

不同加载模式下煤岩破坏特性试验研究

利用煤岩力学伺服三轴压缩试验系统,辅以声发射监测手段,对彬长矿区胡家河矿煤岩进行不同加载模式的试验,对比煤岩在单轴、常规三轴及动静载组合试验条件下的宏观力学表现与损伤特征探究诱发冲击地压的机制问题。结果表明：在常规三轴条件下,随着围压的增大,煤岩强度逐渐提高,煤岩内部的储能能力逐渐增大|施加动载后,随着动载频率的增加,煤岩强度劣化越明显,煤岩经动载扰动后由塑性变形转变为脆性破坏|动载损伤较静载损伤更加剧烈、迅速,使得煤岩在破坏形式存在明显差异。单轴压缩条件下煤岩破坏为劈裂破坏,存有围压破坏时为剪切破坏,而在施加动载后煤岩纵横裂缝交错,为压剪组合破坏形式。     

含杂质盐岩力学特性对比试验研究

从某地拟建地下盐穴储库库区取芯,对含不同杂质盐岩（纯盐岩、钙芒硝质盐岩、硬石膏质盐岩及泥质混合盐岩）进行了力学试验,并对所获得的力学特性进行了对比分析。结果表明：① 在单轴和三轴压缩试验过程中,不同杂质成分对抑制盐岩的变形能力、提高盐岩抗压强度的作用有所不同;② 含不同杂质盐岩的弹性模量、单轴抗压及抗拉强度有较大变化区间,钙芒硝质盐岩的弹性模量和抗拉强度较大;③ 通过三轴压缩试验获得含不同杂质盐岩内摩擦角的量值明显低于纯盐岩,而黏聚力均大于纯盐岩。除纯盐岩外,硬石膏质盐岩的内摩擦角和黏聚力相对较小。     

煤层气井壁坍塌破裂准则研究

本文介绍了在井壁稳定研究中常用到的三种破坏准则。取山西寿阳区块15#煤层煤岩样品,进行了单轴和三轴压缩实验：通过单轴实验得到了煤岩的单轴抗压强度及静态弹性力学参数;通过三轴实验表明,煤岩在较低的围压（3MPa）下即表现出明显的塑性特征,同时归纳得出该批煤样的内聚力及内摩擦角。采用三种破坏准则建立井壁稳定模型,预测了沁水盆地15#煤层坍塌破裂压力。实践表明,采用Drucker-Prager准则预测的煤层气井坍塌压力比较符合现场实践。     

阳泉矿区煤样不同应力状态下声发射特性分析

为探索原煤煤样的力学性能和不同应力状态下的声发射活动特性,对阳泉矿区新景矿、平舒矿主采煤层的煤样进行了单轴、三轴压缩和巴西劈裂的声发射试验,分析了2种煤样力学性能及不同加载过程的声发射活动规律。证明通过监测声发射(微震)活动分析煤样或煤岩体内部破坏状态是一种方便有效的手段。     

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。     

砂岩Holmquist-Johnson-Cook模型参数确定

HJC模型在混凝土动态破坏数值模拟中应用广泛,但由于模型中包含参数较多,确定参数需要大量实验,目前缺乏准确可信的岩石材料HJC模型参数。为合理确定砂岩HJC模型参数,对取自四川威远的粉砂岩进行相关静力学实验,获得岩石的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度以及抗拉强度等参数。应用三轴压缩实验和单轴SHPB冲击实验,分别得到了该砂岩极限面参数、率效应参数、压力参数和损伤模型参数的取值。基于上述模型参数利用有限元程序LS-DYNA对粉砂岩SHPB冲击实验进行数值模拟,结果表明,实验和模拟的应力-应变曲线形态吻合较好,模拟得到的动态峰值强度和峰值应变与实验结果的平均误差均未超过10%,验证了该HJC模型参数实验测定方法的合理性和有效性。