分数维在研究砂岩力学性质中的应用

本文介绍了笔者运用分形几何学原理和方法研究砂岩粒度、孔隙的分形特征。通过对煤层顶板砂岩镜下鉴定、分形维数统计计算分析，验证了砂岩粒度、孔隙自相似规律的存在，并初步探讨了砂岩粒度分形维数、孔隙分形维数与岩石抗压强度间的相互关系。其结果为应用岩石组构的分形特征分析顶板稳定性提供了可能。     

顶板砂岩分维与其力学性质的相关性研究

应用分形几何学原理和方法，测试分析了大同矿区煤层顶板岩石结构，初步得出碎屑岩粒度、孔隙的分形特征岩石结构的分形维数与抗压强度有很好的相关性，用岩石结构的分形维数认识分析煤层顶板岩石力学性质是一种有效的方法     

分形数学基础与分形在岩石力学中的应用

叙述了分形几何的基本概念，分行维数的计算公式，介绍了分形的数学基础及分形插值方法，进而讨论了分形在岩石力学中的研究实例。     

AMD蚀化砂岩细观力学效应

通过pH值为1.25,3.38的AMD溶液蚀化下砂岩细观结构及力学试验,分析砂岩细观结构及力学性质变化规律;运用分形理论描述砂岩细观结构分布特征,得到AMD蚀化下砂岩表面SEM图像的分形维数（D）;基于砂岩弹性模量的变化,引入AMD蚀化下砂岩化学损伤变量（w）,建立w与 D 之间的关系。结果表明：AMD蚀化下砂岩细观结构分布具有分形特征, w 与 D 存在较好的线性关系。pH=1.25时, w=0.78D－1.62;pH=3.38时, w=0.97D－2.04,相关系数均在0.98以上。研究结果从细观层次揭示了AMD蚀化砂岩力学效应。     

高温作用后砂岩力学性质实验研究

研究了5种温度作用后砂岩的纵波速度以及力学特性。研究表明:高温作用后砂岩纵波速度逐渐减小,并且随着温度升高,纵波速度降低值增大;400℃~800℃随着温度升高而降低,脆性减小;砂岩三轴抗压强度随着围压升高而增大,且围压越大,增加幅值越大,弹性模量随着温度升高而减小。研究表明,高温作用使岩体的水分含量减少,孔隙体积增大,使岩体裂纹扩展,并且产生新的裂缝。     

基于分形维数的三轴压缩下泥质粉砂岩力学特性研究

为研究不同应力环境下泥质巷道围岩的变形破坏特征，选取典型泥质粉砂岩岩样，开展了三轴剪切试验，获得了不同主应力加载速率和围压下泥质粉砂岩的应力应变曲线。并采用FLAC3D数值模拟软件对三轴剪切试验结果进行验证，发现增大试验机主应力加载速率以及围压均能提高岩石试件抗压强度。同时，通过收集岩样碎屑，采用“粒度-数量”分形维数研究方法，分析了岩样的破坏规律。发现主应力加载速率、围压越大，试件破坏程度越低，碎屑分形维数值就越小。以上结果表明，主应力加载速率和围压能够有效减缓岩石试件的裂纹扩展速度，减缓岩石试件损伤的发展，增强其抗压强度，同时降低试件破坏后所表现出的破碎性。     

破碎岩石物理力学性质的分形度量

本文论述了破碎岩石块度分布分形维数与其物理力学性质的关系，为破碎岩石物理力学性质研究开辟了一条新的途径。     

洛河组砂岩解冻后物理力学性质及破坏特征研究

在实验室中还原了西部冻结建井过程,并通过改变冻结温度对洛河组砂岩进行一次完整的冻融过程。对解冻前后洛河组砂岩的质量及波速进行测量并基于力学试验得到洛河组砂岩解冻后的力学性质及围压对洛河组砂岩力学参数及破坏特征的影响。试验结果表明,洛河组砂岩孔隙率大、吸水能力强及饱水性好,解冻后质量损失率为5%,波速损失率达到40%,即洛河组砂岩对冻融作用非常敏感|随着冻结温度的降低,砂岩内部冻胀力增加,损伤加剧,解冻后的洛河组砂岩强度不断劣化,变形增大|其破坏形式也由原来的单一破坏模式向拉剪复合破坏模式转变,破坏时主裂缝变宽,并伴随众多次生裂缝。     

深部地应力环境对砂岩力学性质的影响

深部岩体所处的特殊地质环境及地应力场的复杂性对岩体的力学性质有重要影响。山东万福煤矿位于鲁西南成武县和巨野县交界处,煤田上覆土层厚度高达700 m。在该矿区采用水压致裂法对深部地应力进行了测量,获得了矿区较为准确的地应力状态和分布规律。在此基础上,结合万福矿区地下900 m以下砂岩所处的地压环境,采用三轴岩石力学测试系统研究深部地应力条件对不同砂岩力学性质的影响,建立砂岩力学性质与深部地应力之间的相关关系。结果表明,砂岩的刚度和强度随围压的增大而增大;同时,在高围压情况下,砂岩由低围压条件下的剪切破裂转变为塑性流动破坏。     

分形几何在岩土工程中的应用

分形几何主要研究自然界不确定性的因素.水电工程与岩石、土及混凝土材料紧密联系,而土与岩石中存在大量分布不规则的裂隙或孔隙,因此,分形理论用于研究岩土工程具有一定的价值.     

岩石破碎体的粒度分布与分形

本文系统研究了分形破碎体的筛上、筛下分布规律及其与一些典型粒度公式的关系，讨论了它们的理论基础和破碎机理。证明，仅在尺度范围足够宽，且D＜3时，分形分布才与指数α＜3的G-S分布一致；D＞3时符合筛上幂律分布；分形分布不可能与指数分布一致。Welbull分布，对数正态分布等仅在特殊情况下与分形分布一致。分形方法更好地反映了破碎的本质。分析结果表明，矿山岩石破碎体，包括天然砂，基本上符合分形规律。     

顶板砂岩力学特性分析与应用探讨

对煤矿综采工作面顶板砂岩的力学性质进行了较全面的试验研究，并结合该工作面顶板活动规律与破坏特征，对部分力学参数做了对比分析，认为在岩体工程的实践中，应根据具体岩体的实际情况以及工程的目的，有针对地重点加强对某些力学性质指标的试验研究，这也许正是寻找解决具体问题的关键。     

分形维数在往复泵泵阀故障诊断中的应用

研究了分形维数的计算方法,并计算出往复泵泵阀正常和故障状态振动信号的分形维数.通过对往复泵的实验表明,设备在不同运行状态下具有不同的分形维数,因此可以将分形维数作为识别往复泵泵阀故障的特征量。     

岩石可钻性分形法的检验与评价

为满足优质高速钻井的要求,需要对岩石可钻性做出更加精确的观测。利用分形几何理论,研究了钻井过程中岩石破碎机理及形成过程,提出了一种以井底返出的岩屑为对象的岩石可钻性测试方法。室内实验表明:微钻头岩石可钻性级值和岩石压入硬度值与破碎岩屑分形维数存在明显的相关性,由此制定了一个基于岩屑粒度分布分形维数表示的岩石可钻性预测指标。经现场实验检验,分形法确定岩石可钻性级值具有很高的精度。这表明钻井过程中上返岩屑的分形维数能反映岩石可钻性程度,可以用分形维数衡量岩石可钻性大小。     

非饱和土体力学性质及其在采矿工程中的应用研究

采矿工程中地下水位变化将造成非饱和土体中的净应力均值与基质吸力产生波动,由此造成土体沉降变形,威胁采矿工程安全性,基于此研究非饱和土体力学性质及其在采矿工程中的应用。在采矿工程边坡中采集非饱和土体样本,并实施三轴固结排水剪测试与压缩试验,结合非饱和土体体积应变中的弹性力学、压缩方程与孔隙比状态,基于吸应力曲线确定非饱和土体强度,计算不同地下水位条件下采矿工程地面沉降变形情况。结果显示,在加载瞬间非饱和土体先呈现出相应的弹性瞬时应变,其后产生衰减蠕变现象,在此过程中变形持续产生,直至达到稳定蠕变状态;地下水位下降令矿区地面整体沉降量提升,并且其中非饱和土体的沉降量所占比例也逐渐提升。     

分形理论在金属切削加工中的应用

介绍了分形理论的基本概念,论述了分形理论在加工表面质量评定、刀具磨损、加工设备状态监测中的应用现状,对分形特征进行了数学描述,并提出了分形维数,关联维数的意义和计算方法。     

综放采动应力路径下单裂隙砂岩力学特性试验研究

综放开采会形成有别于常规三轴压缩的应力路径,为研究综放采动状态下顶板岩体的力学特性,针对特定长度和角度的单裂隙砂岩,进行恒定卸围压同时变速率加轴压的加卸载三轴试验,以模拟综放开采过程中的应力路径,分析单裂隙砂岩的破坏形式,并用超声波实时测试,探究超声波特性和应力应变的关系以及裂纹演化规律.试验结果表明:①常规三轴应力路...     

温度与化学作用下岩石物理力学性质研究进展

深地钻井与储层改造是干热岩开发利用的关键技术手段,研究温度与化学作用下岩石物理力学性质对于钻井井壁稳定及热储层改造技术至关重要.本文分别梳理了不同冷却条件下高温岩石物理力学性质、实时高温状态下岩石物理力学性质及化学作用下岩石物理力学性质的研究现状,总结了温度与化学作用对岩石物理力学性质的影响机理,提出了现阶段该领域研究...