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。     

基于SEM的大理岩单轴受压全过程细观损伤量化研究

设计基于SEM的大理岩细观损伤全程数字化跟踪试验方案,对四川锦屏大理岩试样进行了单轴压缩细观损伤的全程试验。基于数字图像处理技术,对微裂纹的萌生、生长及贯通过程进行定量分析,提取试样在受荷过程中微裂纹的面积、方位角、长度等基本几何数据。然后利用统计学理论对获取到的32组试样微裂纹的损伤全过程的细观信息进行了统计分析,得到在单轴压缩过程中大理岩试样微裂纹的方位角、长度和间距服从变参数的广义极限分布这一结论。     

大理岩细观裂纹动态演化特征研究

通过对大理岩试样应变响应和表面裂纹图象的实时观察,以及试样表面细观裂纹萌生、扩展图象的研究和相应宏观试验的量化研究,基于细观力学与热力学的基本理论,采用均匀化的基本方法,主要研究大理岩在单轴压缩条件下的损伤演化特征。提出弹性假设,岩石被认为是由岩石基质和裂纹组成,且二者符合叠加原理,并将裂纹分为张开裂纹和闭合裂纹2种,并从细观力学角度和热力学角度进行分析,假设在岩石受力的初始阶段裂纹主要受张拉力作用,随着裂纹闭合,剪压作用逐渐对岩石的损伤破坏起控制作用。得出了裂纹损伤演化的理论规律特征、压剪条件下考虑非弹性的库仑摩尔准则的运用及裂纹的法向位移与切向滑移之间的相互关系,进一步探讨了单轴压缩条件下损伤动态演化的特征。     

软分层对煤的单轴压缩力学特性影响研究

为了探究松软构造煤分层对原生煤样单轴压缩力学参数和破坏模式的影响程度和影响规律,在室内试验得出的宏观力学参数的基础上,采用PFC2D软件对含有不同厚度和倾角构造软煤分层的原生煤样试样进行数值模拟,分析试样受荷后的细观力学响应机制;根据试验结果,建立松软构造煤分层与荷载耦合作用下煤的单轴压缩损伤模型,探讨构造煤赋存参数对试样破坏形态演化的影响。研究结果表明:构造软煤分层厚度是影响复合煤层试样单轴抗压强度的重要参数,当软煤分层厚度增加时,导致含软煤分层的试样单轴抗压强度降低;软煤分层的倾角主要影响试件内部裂纹的萌生和扩展方式,倾角越大,剪切裂纹萌生的时间越晚,剪切裂纹在总裂纹数中所占比例越小;含软煤分层的试样破坏主要包括沿交界面的层裂破坏、拉伸破坏和复合破坏3种类型,破坏类型主要与含软煤分层的倾角相关。     

粉砂岩三轴压缩条件下细观损伤特征的定量研究

首先利用RMT-150B岩石伺服试验系统,以不同围压(2,4,6,8,10 MPa)分别对大坦沙工程粉砂岩试样进行三轴压缩试验。然后,利用扫描电镜(SEM)拍摄得到的大量细观损伤图片,运用数字图像技术获取微裂纹的细观几何信息,从方位角、长度、宽度、面积和数量对不同围压条件相应的粉砂岩细观尺度微损伤特征进行统计分析。研究结果表明：三轴压缩条件下粉砂岩微裂纹的方位角、长度和宽度基本服从广义极限分布;微裂纹的方位角主要集中在与σ1作用方向成35°附近;随着围压的增长,仅有小部分微裂纹在长度尺寸上出现较大幅度的增长,而绝大部分微裂纹在宽度尺寸上基本不发育;经历三轴压缩试验的粉砂岩试样的能量耗散方式,主要以数量和长度两个方式进行。     

含两组交叉节理砂岩强度及破坏特征离散元分析

为研究含两组交叉节理岩体强度及破坏特征,采用一组经室内试验标定的砂岩细观参数,建立含两组交叉节理岩体颗粒流模型,进行单轴压缩和三轴压缩模拟。基于模拟结果,分析了节理数量、节理倾角和围压对含两组交叉节理岩体强度及破坏特征的影响。结果表明：① 与完整岩石相比,节理岩体强度明显降低。峰值强度随着节理数量的增加近似线性减小,随着节理倾角的增大呈先减小后增大非线性变化趋势,而随着围压的增大而提高;② 节理岩体表现为张性破坏、沿节理滑移破坏、穿节理剪切破坏、张性滑移破坏及剪切滑移破坏等5种破裂模式;③ 节理数量增加会加剧试样破坏程度,但不改变其破裂模式。单轴压缩下,当节理倾角较小时主要发生张性破坏,随着倾角的增大,表现为张性剪切或沿节理面滑移破坏。在围压作用下,试样表现为剪切破坏或剪切滑移破坏。最后从细观层面探讨了节理岩体宏观裂纹的细观位移场分布特征。     

加载速率对煤样单轴压缩宏细观破裂特征的影响

为研究煤样单轴压缩宏细观破裂特征的加载速率效应，对煤样进行了0.06、0.3及3 mm/min三种加载速率的单轴压缩试验，结合声发射及数值计算方法，分析了加载速率影响下煤样的力学性质、声发射特征、裂隙扩展与宏观破坏模式。研究结果表明，加载速率越高煤样的单轴抗压强度与峰值应变越大；累计振铃计数与声发射定位事件随加载速率增大不断减小；微观裂隙破坏由张拉破坏向剪切破坏过渡；宏观破坏模式由低加载速率的少量拉剪混合微裂纹破坏转变为高加载速率的单一贯穿的剪切裂纹破坏；数值模拟结果印证了室内试验结论，并揭示了煤样加载破坏实质是力链体系失稳，峰值应力前，轴向应力的增加使得局部力链强度差异增大，强弱力链断裂产生煤样的宏观破坏。     

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。     

花岗岩三轴循环加卸载宏细观特性的三维颗粒流模拟

为研究三轴循环加卸载条件下花岗岩破坏全过程的宏细观力学特性,采用颗粒流PFC3D方法确定了应力-应变曲线上的应力门槛值(σ_(ci)起裂应力、σ_(cd)裂隙损伤应力和σ_f峰值强度),分析了宏观参数随塑性剪切应变的变化规律,并结合微裂纹数目及微裂纹发展变化过程,揭示了微裂纹损伤演化规律。结果表明:宏观上,不同围压下相应的σ_(ci)/σ_f分别为49.59%、49.7%、36.3%,σ_(cd)/σ_f分别为91.74%、95%、96.2%;应力门槛值和弹性模量随塑性剪切应变的增加先快速减小后趋于稳定,泊松比随塑性剪切应变的增加先快速增大后趋于稳定。细观上,微裂纹数目最大增量发生在应变软化阶段;试样内部微裂纹的发展是通过其自身扩展实现的,且微裂纹的扩展同时受试样结构和试样内主应力方向的影响;不同围压下试样均在残余变形阶段发生剪切破坏。研究结果很好地揭示了试样在循环荷载作用下破裂的全过程。     

高温后节理砂岩强度及变形破坏特性

利用单轴压缩试验对经历不同温度后节理砂岩的物理力学性质进行分析研究,得出了关于节理砂岩高温后应力-应变曲线、峰值强度、峰值应变及弹性模量等参数随温度的变化规律。同时利用声发射仪器监测岩石压缩过程中的声发射分布特征,探讨不同温度对于变形破坏机理的影响。分析结果表明:温度对于节理砂岩性质的影响是多方面的。当经历温度较低时,温度对于节理砂岩性质的增强效果大于削弱效果;而当温度较高时,则反之。400℃为试验的温度阈值。在400℃前后,节理砂岩的峰值强度、峰值应变、弹性模量等均呈现不同的变化趋势。节理砂岩经历高温后,产生的裂纹主要分布在节理附近,且经单轴压缩破坏后,裂隙同样主要沿节理分布,受热后,岩石的破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变。     

微波照射后花岗岩裂纹扩展规律试验研究

硬岩裂隙的形成和扩展规律是研究岩石损伤机理的重要内容。为了探究微波照射下,岩石裂隙的扩展规律,为微波辅助破岩技术提供理论依据,利用扫描电镜(SEM)设备对花岗岩试件在微波照射及单轴抗压强度测试后进行扫描观测,分析岩石断口的形貌、裂纹的类型及断裂模型。结果表明：高功率微波照射后,试件表面出现颜色变化,并伴随有张拉裂纹出现,在压缩试验后,试件上部结构呈粉末状破碎|SEM设备观测下花岗岩断口形貌特征主要为平坦面状和条纹状断裂|花岗岩的裂纹类型主要为张拉裂纹和压剪裂纹|花岗岩的断裂模型主要为沿晶断裂、穿晶断裂以及两者叠加。     

负温下白垩系岩石的物理力学性能试验研究

 摘要：通过对常温（20℃）和负温（5℃~-15℃）下内蒙鄂尔多斯地区白垩系岩层的物理力学性能试验,获得了不同负温条件下岩石的单轴抗压强度、弹性模量、应力-应变关系曲线等力学性能,分析了单轴抗压强度与温度、含水率之间的相互影响关系,为内蒙鄂尔多斯地区白垩系地层的冻结法施工和井壁结构设计提供参考数据。     

相交双裂隙岩石损伤断裂特征

为了探求相交双裂隙岩石损伤断裂特征,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统对不同角度的单裂隙、中点相交的等长双裂隙岩石在单轴压缩、单轴拉伸作用下的破坏过程进行数值模拟.结果表明:双裂隙试件除共轭裂隙之外,在压缩条件下首先在高角度裂隙两端产生扩展裂隙,拉伸作用下试件的断裂方向由低角度裂隙决定;当试件中的裂隙角为60°和75...     

煤炭地下气化过程中温度-应力耦合作用下燃空区覆岩裂隙演化规律

进行了高温下泥岩和砂岩的热物理性质实验和单轴压缩实验，获得了不同温度下岩石比热容、导热系数、弹性模量和单轴抗压强度等基本物理力学参数。基于热力学与弹性力学理论，建立了考虑岩石损伤演化的温度-应力耦合作用控制方程，并以某煤炭地下气化现场的工程地质条件为背景，对温度-应力耦合条件下燃空区覆岩温度场和裂隙场的演化规律进行了数值模拟研究。最后，采用现场钻孔观测试验法对燃空区覆岩断裂带发育高度进行了探测。现场探测结果与数值模拟结果基本吻合，证明了数值计算模型及预测结果的合理性。     

基于颗粒流GBM模型的花岗岩声发射相对平静期特征研究

为了研究不同晶体粒径大小对花岗岩声发射相对平静期的影响,基于颗粒流软件PFC2D构建花岗岩等效晶体模型GBM（Grain-based model, GBM）数值计算模型,通过室内试验结果对细观参数进行标定,模拟花岗岩试件单轴压缩声发射试验。分析了不同晶体粒径大小对试件应力—应变、峰值强度的影响规律,着重分析了试件破坏过程中裂纹、声发射时空演化特征及相对平静期的产生机理。同时,研究了试件声发射相对平静期前后能量变化特征及其与晶体粒径大小的关系。研究结果表明：①随着晶体粒径增大,试件的单轴抗压强度增大。试件破坏形式主要呈“X”型剪切和“V”型柱状劈裂。同时不同晶体粒径大小试件的微裂纹均以张拉破坏为主,且首先产生沿晶微裂纹,在声发射相对平静期起始点开始产生穿晶微裂纹。②试件在单轴压缩过程中,声发射在应力峰值前均出现不同程度的相对平静期,且在相对平静期前声发射产生的位置为沿晶体边界;在相对平静期起始点之后,将同时产生位于晶体内部和晶体边界的声发射。③声发射相对平静期内滑移能和阻尼能的变化量随着晶体粒径的增大逐渐减小。其中,由于在声发射相对平静期内声发射明显减少,岩石内部活动处于相对平静状态,因此释放的动能减少。     

冻融循环对风化花岗岩物理特性影响的实验研究

在冻结温度为-40 ℃,融化温度20 ℃的环境下对风化花岗岩进行0,10,20,30次冻融循环实验;并对岩样进行室温下岩芯核磁共振和常规单轴压缩实验,得到冻融循环后岩石的孔隙度、孔隙分布和单轴抗压强度,孔隙度与循环次数拟合多项式。实验结果表明：冻融循环后风化花岗岩饱和水状态下的质量均会增加;岩石内部的孔隙分布发生了明显变化;中小尺寸的孔隙数量增加且随循环次数增加而增长;花岗岩强度明显降低,冻融系数和单轴抗压强度随循环次数的增加而减小,弹性模量有所降低。最后利用损伤力学原理对岩样进行冻融损伤分析,得到有效应力与孔隙度表达式,为研究寒区岩体工程损伤破坏机理和稳定性评价提供参考数据。     

固溶处理对Al-Li-Cu-Mg-Ag-Zr合金组织与性能的影响

通过力学性能、电导率测试和差示扫描量热法(DSC)、能谱分析(EDX)及光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察, 分析研究了固溶处理对Al-Li-Cu-Mg-Ag-Zr合金组织与性能的影响。结果表明: 当固溶时间为30 min时, 随固溶温度升高, 合金的拉伸强度和硬度先升高后降低, 520 ℃固溶温度下合金的力学性能最好; 520 ℃下, 随固溶时间的延长, 合金力学性能也呈现出先升高后降低的趋势; 520 ℃/30 min固溶处理的合金能获得最佳时效组织模式, T1相数量多、尺寸细小、弥散分布, 合金的综合力学性能最佳, 在此固溶制度下合金的断裂机制呈现穿晶断裂和沿晶分层断裂的混合断裂模式; 固溶温度为525 ℃时合金有局部过烧现象。