三轴应力状态下岩盐力学性质试验研究

本文通过对岩盐矿体的常规三轴和真三轴试验研究，获得了岩盐在三轴受力状态下的一些物理力学性质，研究表明，随着围压增大，岩盐的弹模和应力峰值应变增大，最终扩容量减少；在三向约束荷载作用下，岩盐的刚度和强度均显示出强化趋势；在自动卸栽所显示的原岩破坏后，荷载的继续增加能使岩盐发生压力重新压密作用。围岩对岩盐变形时的侧向位移有制约作用。用库仑一莫尔准则能较好地解释岩盐三轴抗压强度和破坏特性。     

粉粒含量对尾矿力学特性的影响

 尾矿的力学特性与粉粒含量有关,但目前对粉粒含量的影响机制研究较少。为了研究粉粒含量对尾矿力学性质的影响及其细观机制,通过显微观测、三轴试验和离散元模拟,研究砂粒和粉粒的显微特征,分析尾矿的临界粉粒含量,并讨论粉粒含量效应的细观力学机制。结果表明：砂粒和粉粒在粒径分布、棱角性和表面形貌方面存在差异,粒径小于30 µm的颗粒具有独特的显微特征;随着粉粒含量的增加,混合尾矿逐渐由砂性尾矿过渡到粉性尾矿,临界粉粒含量在30%～50%范围;理论推导证明,粉粒的粒径和弹性模量越小,相同力作用下的土体形变越大;从介观上看,粉粒含量的增加弱化了原有的强力链,是导致粉粒含量效应的重要原因。研究结果揭示了混合尾矿的细观力学行为机制,为宏细观关联性研究提供了参考。     

低温作用下岩石基本力学性质试验研究

以江西红砂岩和湖北页岩为代表，分别进行不同冻结温度（-20℃～20℃）和不同含水状态（饱和与干燥）下的岩石单轴压缩试验与三轴压缩试验。试验结果表明，温度在-20℃～20℃变化时，红砂岩和页岩单轴抗压强度与弹性模量都基本随温度降低而增大，但温度变化对红砂岩强度的影响大于其对页岩强度的影响，且岩石的含水状态对岩石的冻结强度影响显著。温度在-10℃～20℃变化时，2种岩石的c，φ值都随温度降低而增大，但温度对红砂岩的影响大于温度对页岩的影响。通过对大量的试验数据进行分析，得到一系列有意义的拟合曲线及其关系表达式，可为研究低温及冻融循环影响的岩石基本力学性质研究提供可靠的试验依据。     

二灰土静态三轴力学性质试验研究

通过不排水三轴压缩试验对二灰土的力学特性研究,从应力-应变关系、抗剪强度、围压对强度的影响以及残余强度4个方面,分析了围压与压实度比对二灰土土体强度、变形和刚度的影响。试验结果表明,随着围压与压实度的增加,土体的强度与刚度均增加,应力-应变特性表现为软化型。压实度增加时强度增加不明显,仅为10%,而围压增加时强度增加幅度较大,能达到45%,峰值应力和残余应力都有所增加,围压增加时,应力-应变关系的弹性范围增大,曲线呈弱应变软化型或理想的弹塑性。     

钙质砂剪切特性试验研究

 对取自南沙群岛永暑礁附近海域的钙质砂进行了不同围压下的三轴排水剪切试验,试验结果表明,钙质砂在三轴剪切试验中的应力–应变关系随围压而发生变化,在低压时与普通陆源砂相近,而在中、高围压时表现出陆源砂高围压时的力学性质。在剪切过程中由于颗粒破碎导致封闭的内孔隙释放,体积应变要比石英砂大得多,剪切过程中发生的变形几乎全为不可恢复的塑性变形,其剪胀性与峰值应力比与围压密切相关,峰值应力比与剪胀性随着围压的升高而下降。     

三轴应力状态下岩盐力学性质试验研究

本文通过对岩盐矿体的常规三轴和真三轴试验研究 ,获得了岩盐在三轴受力状态下的一些物理力学性质 ,研究表明 ,随着围压增大 ,岩盐的弹模和应力峰值应变增大 ,最终扩容量减少 ;在三向约束荷载作用下 ,岩盐的刚度和强度均显示出强化趋势 ;在自动卸载所显示的原岩破坏后 ,荷载的继续增加能使岩盐发生压力重新压密作用。围岩对岩盐变形时的侧向位移有制约作用。用库仑—莫尔准则能较好地解释岩盐三轴抗压强度和破坏特性     

地下水和围压对软岩力学性质影响的试验研究

常规三轴压缩试验一直是认识岩石在复杂环境(如地下水丰富和高地应力)下力学性质的主要手段,因此,利用XTR01-01型微机控制电液伺服岩石三轴试验仪研究在不同饱水时间和不同围压下软岩强度的变化规律,就宜万铁路堡镇隧道高地应力大变形段中所揭示的黑色炭质页岩设计了不同饱水状态下的三轴试验方案,并进行了三轴力学性质测试,描述了软岩在饱水时间为1个月的全应力-应变曲线特征,重点探讨了围压和饱水状态对软岩强度的影响规律,详细分析了二者对软岩强度变化的作用机制及特点。最后,根据围岩动态演化规律,结合试验研究结论,提出高地应力软弱围岩的支护原则。     

土体力学性质研究的三轴虚拟仿真试验开发

三轴剪切试验是研究土体力学性质的重要试验,在土力学试验中处于核心地位。但是,三轴剪切试验制样困难、操作过程复杂、试验周期长,初学者在短时间内很难掌握基本的试验技能,为此,开发并利用三轴虚拟仿真试验开展教学工作显得尤为重要。开发的三轴虚拟仿真试验包含了虚拟试验操作和电子报告两个部分,学生可以在移动端熟悉三轴剪切试验仪器结构以及试验操作过程,延伸试验教学时间和空间,在低成本、低消耗、无安全隐患的前提下,提升试验教学质量和水平,激发学生的学习积极性。为通过三轴虚拟仿真试验得到较真实的土体力学性质和参数,将砂土力学和本构参数的大数据预测功能融入三轴虚拟仿真试验中,学生不仅熟悉了试验操作过程,还可以深入理解土体的力学特性与物理性质的关联性,促进创新创造性能力的综合培养。将三轴虚拟仿真试验用于本科生土力学、研究生岩土工程试验这两门课程,取得了较好的教学效果。     

冻土超声波波速与冻土物理力学性质试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质．运用UVM-2型声速测定仪，测定不同密度的冻结砂土、冻结黄土和冻结粘土在不同温度下的超声波波速(纵波波速和横波波速)。对比分析不同土质的冻土，在温度和密度变化时超声波波速的变化，得出以下结论：土质颗粒的大小及组成成分在土冻结且在温度继续下降的过程中，通过影响结合水含量的变化而影响未冻水含量的变化．从而进一步影响冻土中的超声波传播速度．所以，可以在超声波波速与温度变化和未冻水含量与温度变化的基础上，建立超声波波速与未冻水含量的关系，通过测定超声波波速来量测冻土未冻水含量．密度的变化也影响着冻土纵、横波波速的变化，且冻结黄土的波速受密度变化影响较大，而冻结粘土则较小。冻土土质类型不同．透过它们的纵波波速和横波波速的变化范围也不同，可以通过对比表示压缩和剪切相对幅值的纵横波速比比值，来判定此冻土的土质类型，一般冻结粘土为1．07，冻结黄土为2．15，冻结砂土为0．7。根据弹性理论，泊松比与波速比有关，所以可以直接测量冻土的波速比研究冻土的强度及变形性能．     

不同成岩作用程度砂岩物理力学性质三轴试验研究

采用三轴岩石力学测试系统分析了不同侧压条件下砂岩岩石的孔渗性和力学特性及变形破坏机制 ,建立了砂岩岩石物理力学性质与侧压之间的相关关系。研究表明 ,砂岩的孔隙度和渗透率均随侧压的增大而减小 ,且服从对数函数变化规律。砂岩的刚度和强度均随侧压的增大而增大 ,具有明显的压硬性。岩石破坏后的残余强度随着侧压的增加下降梯度减小 ,而残余强度值相对提高。不同侧压下岩石的破坏机制表现出随着侧压的增大 ,成岩作用程度较弱的岩石应力 -应变曲线由应变软化性态向近似应变硬化性态过渡 ;而成岩作用程度相对较强的岩石在单轴压缩条件下表现为脆性张破坏 ,随着侧压的增加 ,便进入剪切破坏 ,岩石应力 -应变曲线表现出明显的脆性和应变软化特性     

砂岩三轴卸荷力学特性试验研究

基于三轴卸荷破坏试验,分析研究砂岩在卸荷应力状态下的应力-应变及破坏特征。试验结果表明:岩体卸荷破坏时脆性特征非常明显,相比于加载破坏,卸荷破坏更加突然和剧烈,岩体破碎程度更高;卸荷过程中轴向变形随围压降低不断增加,在开始卸荷阶段增加较慢,当卸荷量达到一定值后,变形突然增大,很小的卸荷量就会引起较大的变形。根据卸荷过程中岩体应力-应变曲线变化特征,将卸荷量作为重要参量,假定岩体在卸荷损伤屈服阶段符合Griffith屈服准则,接近极限破坏强度时符合Hoek-Brown屈服准则,认为卸荷造成岩体屈服发生塑性变形后,岩体卸荷条件下的屈服函数随卸荷量在Griffith准则和Hoek-Brown准则间呈线性变化,推导考虑卸荷应力状态的弹脆塑性力学模型。     

三向受力条件下冻结岩石力学特性试验研究

 随着寒区或特殊施工环境条件下基础设施建设的需要,越来越有必要对冻结岩石力学问题进行深入的研究。以陕西彬长矿区胡家河煤矿冻结立井为背景,从现场采集的煤岩和砂岩为代表,进行常温(+20 ℃)和不同冻结温度(－5 ℃,－10 ℃,－20 ℃)条件下的岩石在不同围压下的三轴压缩试验。分别探讨了围压对于冻结岩石三轴强度特性的影响和冻结温度对于冻结岩石三轴强度特性的影响规律,分析煤岩及砂岩在相同围压不同温度条件下及相同温度不同围压条件下的强度特性,并对2种岩样冻结温度的同一性和差异性进行比较研究。煤岩和砂岩在冻结的效应方面有着明显的差异性,主要原因是其岩石内部结构性的差异。富水砂岩冻结后对温度的敏感程度要高于煤岩。强度随温度降低而增大的主要原因是温度降低时,岩石冻结时的矿物收缩和冰本身的强度及冻胀力使得富水冻结岩石的峰值强度得到提高。为低温条件下岩石力学特性和煤矿冻结立井设计施工提供参考。     

天然裂隙性流纹岩三轴力学特性试验研究

 作为隧道裂隙性围岩开挖扰动滞后性破坏特性研究的基础,对含天然微裂隙的流纹岩进行三轴加卸围压试验和单轴预加载后再进行常规三轴压缩试验,在得到2种应力路径和不同裂隙发育流纹岩试样破裂特征和应力–应变曲线基础上,对流纹岩三轴试验下的破裂特征和力学参数进行分析,分析结果表明：(1) 天然裂隙性流纹岩表现出强烈的脆性特征,没有明显的屈服阶段;(2) 2种应力路径下,裂隙初始发育特征及优势方向对流纹岩力学性能影响表现为：初始优势发育方向近垂直于最大主应力方向的裂隙不易扩展贯通,试样的力学性能较好;(3) 初始优势发育方向与最大主应力方向夹角较小,并且初始连通或相互交叉搭接呈树枝状的裂隙极易贯通形成宏观拉裂面,显著削弱试样的力学性能;(4) 常规三轴压缩作用下,裂隙初始优势角为46°时,流纹岩的力学性能最差;(5) 单轴预加载使试样内部横向微裂隙闭合,再进行常规三轴压缩时,其强度、弹性模量和变形模量都增大,泊松比基本不变,而脆性特征更加明显。     

开采扰动岩体力学性质变异试验研究与探测分析

 根据弹性模量变化定义岩体损伤变量,结合室内岩石单轴全应力–应变循环加、卸载试验,探究岩石损伤过程中电阻率的变化,获得岩石单轴压缩各个阶段电阻率的变化规律,分析发现电阻率与弹性模量以及抗压强度之间的变化关系符合对数数学模型,可实现用电阻率变化表征岩体损伤变量。同时,利用刚性试验机进行大理岩三轴压缩试验,研究不同损伤状态下抗剪强度的变化规律,试验结果显示,不同损伤状态下弹性模量与抗剪强度变化关系符合对数数学模型,且整体变化规律差异不大。根据上述研究结果,最终建立损伤过程中电阻率、弹性模量、抗压强度及抗剪强度之间的经验公式,实现用电阻率变化表征扰动岩体的力学性质变异。最后,利用抚顺东露天矿边坡现场高密度电法探测结果,得出边坡地层开采扰动前后视电阻率变化,代入经验公式估算出扰动边坡岩体的力学参数,为进一步分析井工开采扰动边坡的稳定性提供岩石力学参数选取依据。     

大岗山花岗岩动态力学特性的试验研究

以大岗山花岗岩为例,分别进行静力三轴和动力三轴试验,分析花岗岩的抗压强度、弹性模量、泊松比以及相应的极限应变等重要参数与应变速率的关系。试验结果表明:不同围压下,随应变速率的增加,花岗岩的侧向破坏应变随应变速率的增加几乎保持不变,并且绝大部分统计结果值在0.002～0.004范围内;轴向破坏应变的增加幅度不明显;抗压强度增加,试验现象明显;弹性模量的提高幅度随围压的增加有减小的趋势;不同围压下花岗岩的泊松比与应变速率没有明确的关系。基于大岗山花岗岩静力三轴测试全过程应力–应变曲线和损伤力学分析,发现脆性岩石在不同围压下均以侧向损伤为主,通过回归拟合分析,建立大岗山花岗岩静力三轴压缩条件下的损伤演化方程。进一步根据损伤理论建立岩石动力损伤与静力损伤之间的关系,考虑动态强度与初始弹性模量的率相关性建立经验型的岩石动力损伤本构模型,可以作为研究地震荷载作用下岩体结构中应力波传播和衰减规律的基础。     

酸液对灰岩力学性质影响的机制研究

通过岩芯静态溶蚀试验、岩芯动态流动试验并结合三轴力学测试及岩芯微观结构分析,从宏观和微观角度研究不同酸液对岩石力学强度破坏问题。动静态溶蚀试验表明,胶凝酸以点状溶蚀为主,而变黏酸主要以表面溶蚀为主。三轴力学测试表明,胶凝酸溶蚀后岩石抗压强度降低18%,杨氏模量降低26%,高于变黏酸对岩石力学强度的破坏。应力-应变曲线显示反应后岩芯的压实致密过程持续时间较长,岩芯表现出更强的塑性。扫描电镜观察发现,胶凝酸反应后在岩芯内部形成大量酸蚀孔洞,而变黏酸主要以均匀溶蚀为主,对岩芯内部结构破坏较小,酸液对岩芯内部溶蚀结构的差异是产生力学强度差异的根本原因。对于高闭合应力储层,在酸液选择方面应更多考虑酸液对岩石力学强度的破坏,选择控制滤失能力强的酸液体系。     

高围压、高水压条件下岩石卸荷力学性质试验研究

 为探悉某深埋长引水隧洞围岩在高地应力、高水压力条件下的稳定性,对隧洞的主要岩体大理岩、砂岩和板岩进行常规三轴压缩试验、峰前峰后卸围压试验以及高水压力下的卸荷试验,对此过程中的强度和变形特征进行较为系统的对比分析研究。研究结果表明：卸围压对岩石的强度影响很大。卸荷后,岩石的黏聚力和内摩擦角均有较大幅度的降低,特别是有水压时,降低更是明显;卸荷对黏聚力的影响比对内摩擦角的影响大。卸荷后,黏聚力的降低幅度比内摩擦角要大;峰前卸荷对岩石强度的影响比峰后卸荷要大。峰前卸荷,岩石破坏时围压比峰后卸荷高;有水压卸荷对岩石强度的影响比无水压卸荷要大。有水压时卸荷,由于水压的存在,削弱围压对岩石的影响,使岩石在比无水压卸荷时更高的围压下即发生破坏。     

土工合成材料与细粒尾矿界面作用特性的试验研究

以有色金属铜矿的细粒尾矿为加筋填料土，利用拉拔试验，研究土工合成材料(加筋带和土工格栅)在填料土不同密实度、含水量及垂直荷载作用下，土工合成材料与填料土的界面作用特性，以及细粒尾矿加筋的作用机理。     

软岩的旋转触探参数与力学参数的内在关系研究

 为实现软岩原位旋转触探,以达到连续、快速、准确地确定软岩力学参数的目的,必须清楚软岩的力学参数与触探时荷载参数的内在关系。以砌块、特级石膏A、特级石膏B和模具石膏试样来模拟单轴抗压强度不超过15 MPa的软岩,采用成孔直径相同的角片式探头及锥柄式标准麻花探头,在相同运行参数下,对这几种类型试样进行旋转触探及单轴抗压和抗剪试验,获得探头上的轴向压力和扭矩及试样的抗压强度、弹性模量和抗剪强度值。并根据探头上切刀对试样加载方式与试样的单轴抗压和抗剪试验中的加压板加载方式的相似性,从理论上建立触探时轴向压力、扭矩与试样的抗压强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角的数学模型,即2套参数间的内在理论关系：触探时试样局部处于体积破坏阶段时,轴向压力、扭矩和试样的抗压强度、黏聚力及内摩擦角有关,但与弹性模量无关,且轴向压力、扭矩随着抗压强度、黏聚力的增加而呈线性增加;而处于研磨阶段时,轴向压力、扭矩和试样弹性模量、黏聚力及内摩擦角有关,与抗压强度无关。