含瓦斯煤岩蠕变渗流耦合试验研究

应用自行设计的CSCG-160型重力液压恒载蠕变渗流试验系统,进行了煤样蠕变渗流特性试验,研究煤体蠕变过程中变形和渗流特性,并将试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明:煤岩蠕变特性明显,蠕变载荷较小时,煤岩呈现衰减蠕变,较高的蠕变载荷水平下煤岩具有典型的蠕变3阶段;煤岩试样的环向应变随轴向应变的增大而增大,体积应变随轴向应变的增加呈现先增大后减小的趋势;煤岩渗透率随时间变化的曲线与煤岩蠕变试验曲线的变化趋势一致,煤岩的渗透率随蠕变载荷水平的增加而增大;煤岩蠕变过程的渗透率随轴向应变的增大而增大,渗透率增加的速率也随着轴向应变的增大而增大。     

红砂岩剪切蠕变特性试验研究与边坡失稳机理分析

以标准红砂岩试样为研究对象,运用自行研制开发的软弱煤岩材料剪切蠕变实验装置结合自行开发的煤岩 细观力学特性测控软件,对处于不同载荷水平作用下的红砂岩试样剪切蠕变力学特性进行了系统的研究,并 基于试验结果尝试解释了一些边坡失稳发生时的现象。结果表明:载荷大小对红砂岩剪切蠕变力学特性具有 明显的影响,直接决定着加速剪切蠕变阶段的有无、试样的破坏与否和试验时间对其剪切蠕变力学特性的 影响程度;存在2个特殊的临界剪切蠕变载荷值τ₁、τ₂,它们将红砂岩剪切蠕变类型分为3种, 即肯定不破坏、不一定破坏和肯定破坏;红砂岩试样破裂带的形成过程表现为渐进式,破坏过程表现为渐 进式与突发式结合,破裂面附近区域为裂纹结构丰富区且该面为非平直剪切面;不同载荷水平作用下岩石剪 切蠕变力学特性可以用来解释边坡失稳发育过程中的现象,认为边坡内潜在滑移带内岩石发生的剪切蠕变 破坏是边坡发生失稳的力学机理。     

破碎砂岩承压变形时间相关性试验

破碎岩石的承压变形具有明显的时间效应,文中自行设计了破碎岩石承压变形仪,结合摆锤杠杆式压力机建立破碎岩石的蠕变测试方法,并针对破碎砂岩开展了相关蠕变试验研究,总结得出蠕变变形与轴向载荷、破碎块径等的关系.结果显示,在金属缸筒试验条件下破碎岩石不出现加速蠕变阶段;大载荷破碎岩样的蠕变变形余量较小载荷时小;载荷增加,稳定蠕变前的变形行程随之增加,块径对破碎岩样计入蠕变后的变形量影响逐渐减小,各块径破碎岩样的稳定蠕变曲线逐渐接近.     

大尺寸高水材料巷旁充填体蠕变特性试验研究

针对高水材料巷旁充填体具有蠕变特性的特点,采用自行研制的大尺寸(1500 mm×600mm×900 mm)蠕变实验系统和FLAC3D数值模拟软件对其蠕变特征进行了试验研究,分析了高水材料充填体蠕变过程中瞬时、稳定及加速3个阶段位移和应力随时间的变化特征,指出充填体蠕变极限载荷随高水速凝材料水灰比降低而提高;结合充填体在加速蠕变阶段变形速度过大的特点,为确保井下充填体长期稳定,需保证充填体保持在稳定蠕变阶段,认为充填体载荷不超过其强度的70%~80%时较为合理。     

破碎砂岩承压变形时间相关性试验

破碎岩石的承压变形具有明显的时间效应，文中自行设计了破碎岩石承压变形仪，结合摆锤杠杆式压力机建立破碎岩石的蠕变测试方法，并针对破碎砂岩开展了相关蠕变试验研究，总结得出蠕变变形与轴向载荷、破碎块径等的关系．结果显示，在金属缸筒试验条件下破碎岩石不出现加速蠕变阶段；大载荷破碎岩样的蠕变变形余量较小载荷时小；载荷增加，稳定蠕变前的变形行程随之增加，块径对破碎岩样计入蠕变后的变形量影响逐渐减小，各块径破碎岩样的稳定蠕变曲线逐渐接近．     

基于围压增量的岩石峰后蠕变试验研究

为研究围压增量对岩石峰后蠕变过程的影响,使用MTS815岩石力学试验系统,对加工成型的岩石试件进行三轴等应力蠕变实验,在峰后恒载蠕变之前对试件施加围压增量,得出增加围压后的岩石峰后蠕变曲线并分析研究.结果表明:主动增加围压改变了试件蠕变变形特性,其蠕变曲线出现了明显的减速蠕变阶段,岩石变形速率显著降低,失稳破坏时间大大延长.这一蠕变规律为矿井巷道支护参数的确定提供了新的理论参考,巷道围岩破裂失稳时间对围压增量的敏感性值得更深入的研究.     

机械结构件疲劳监测方法及试验装置设计

在交变及循环载荷作用下,机械结构件会发生疲劳损伤,该疲劳损伤可通过被监测材料的弹性模量变化来反映。为此,设计了以悬臂梁试样为监测对象的疲劳监测试验装置,该装置采用变频调速电动机实现循环载荷的频率可调,设计可调长度的曲柄机构实现载荷的幅值可调,开发了基于光纤光栅传感器的应变测量系统,用以监测结构件的疲劳状态。试验结果表明,该试验装置可有效地对结构件施加循环载荷,并且监测系统对应力、应变的变化进行监测,根据弹性模量随应力循环次数的变化趋势,评估悬臂梁试样的疲劳损伤状态。     

钙芒硝蠕变特性的研究

蠕变是岩石的一个重要力学特性,其变化特性影响着岩石工程结构长期的安全稳定性。为了研究钙芒硝的蠕变规律,在西原模型中引进一个随时间变化的粘性系数,建立了钙芒硝单轴、三轴蠕变模型。为了验证模型的准确性,进行了大量的蠕变试验,分析了载荷大小对蠕变三个阶段所经历时间的影响。利用Origin软件的自定义函数,结合单轴、三轴蠕变试验,拟合得出所建模型中的各个参数。拟合结果表明,所建蠕变模型能够较好的描述钙芒硝的单轴、三轴蠕变特性,且其单轴长期强度小于三轴长期强度。     

岩石蠕变-冲击试验研究——现状与展望

在深部岩体工程中,爆破等开挖扰动是触发岩爆的关键性因素,然而岩爆通常是滞后于爆破扰动一段时间才发生,表现出明显的时滞性,这给岩爆的预测和预警带来了巨大的困难。岩石蠕变-冲击力学行为的研究是揭示滞后型岩爆的力学基础。因此,蠕变-冲击受力条件下岩石的力学特性研究具有重要的理论意义与工程应用价值。本文阐述了岩石蠕变-冲击力学特性研究的工程背景及意义,重点介绍了蠕变加载条件下岩石的力学特性、岩石蠕变-冲击试验研究的现状,并综述了蠕变-冲击载荷下岩石力学行为的研究进展。在此基础上,展望了岩石蠕变-冲击力学研究的未来发展趋势,其中包括试验设备的改进与试验方法、蠕变-冲击过程中岩石的损伤表征、岩石在蠕变-冲击条件下的本构关系、该试验研究对于岩体损伤与破坏预测预警的理论意义等方面,指出了未来岩石蠕变-冲击力学性能研究的方向。     

红砂岩单轴压缩蠕变试验及模型研究

为了研究红砂岩蠕变特性,对红砂岩进行了单轴压缩蠕变试验。以试验结果为基础,建立了非线性黏弹塑性蠕变模型,并基于BFGS非线性优化算法对该模型参数进行了识别。结果表明,红砂岩具有明显的蠕变特征,建立的模型可以同时表征岩石瞬时加载应变、衰减蠕变、稳态蠕变以及加速蠕变等蠕变特征。最后,将非线性黏弹塑性蠕变模型进行了大型有限差分法软件FLAC3D的二次开发,并对红砂岩单轴蠕变数值模拟试验,同时将数值模拟蠕变曲线与试验蠕变曲线进行了比较分析,验证了非线性黏弹塑性蠕变模型的实用性。     

施加载荷对全尾砂胶结充填体强度影响的试验研究

对充填体强度的研究大都停留在充填料成分上,很少采用物理方法改变强度的试验研究。针对港里铁矿全尾砂普遍偏细、含泥量大的特点,对充填料进行施加载荷试验。试验表明,加载全尾砂充填料可以提升其抗压强度,并与施加载荷大小成正比。另外,加载对于提高充填体早期强度效果尤为明显。     

煤岩蠕变特性试验研究

为研究大平煤业煤岩蠕变特性,采用HSW-200R手动三轴蠕变试验仪对煤样进行了单轴、三轴蠕变试验。根据试验数据,利用origin软件进行线性回归,得出了本构方程,并对该本构方程进行蠕变参数的辨识。研究表明,用西原加速模型可以很好的对大平煤业煤岩蠕变特性进行描述。该试验方法对于类似煤岩蠕变研究具有一定借鉴意义。     

煤矿井下千米定向钻机液压控制特性分析

针对千米定向钻机深孔钻进和适应载荷突变工况的工作要求,设计了负载敏感与恒压变量相结合的液压控制系统,实现了回转与给进动作的分组控制;采用AMESim软件分别对回转回路的负载敏感特性和给进回路的恒压变量特性进行了仿真;在专用试验台上进行了钻机性能试验,通过施加变化的阻力矩输出转速和系统压力。井下应用表明,该液压系统不仅能满足千米深孔钻进的能力要求,且具有较强的控制和适应能力。     

动静载荷作用下片麻岩蠕变实验及非线性扰动蠕变模型

深部巷道围岩应力状态处于岩石强度极限邻域内,围岩会产生较大的蠕变变形,特别是深部扰动荷载对巷道围岩蠕变变形的影响更为敏感。为了研究深部岩石在扰动载荷作用下的岩石非线性蠕变特性和蠕变扰动效应,利用自行研制的岩石三轴扰动蠕变试验台,以片麻岩为岩石试样,采用分级加载方式,开展静载轴压、不同扰动幅值、不同扰动频率作用下的岩石单轴压缩扰动蠕变试验,得到扰动载荷对岩石蠕变特性的影响。试验结果表明:轴压是岩石蠕变变形的主导因素,随着轴压的增加,岩石蠕变变形量逐渐增大;岩石蠕变变形量随着扰动幅值和扰动频率的增加而增大,在相同轴压和作用时间的情况下,扰动幅值对岩石蠕变变形比扰动频率明显;在相同的扰动条件下,随着轴压的增大,岩石蠕变破坏受扰动作用影响越大,当轴压大于40 MPa时,岩石蠕变受扰动影响敏感度越高;每次扰动加载后,岩石蠕变应变量出现台阶式突增,同时蠕变曲线也出现陡突现象,随着扰动幅值和扰动频率的增大,突变值越大。以试验结果分析为依据,引入非线性黏塑性扰动蠕变元件和损伤原件,并与Burgers串联,建立了岩石非线性扰动蠕变损伤复合模型。采用基于模式搜索的改进的非线性最小二乘法反演蠕变参数,并将蠕变方程计算结果与实验结果进行拟合,效果良好。     

金属网和钢纤维增强喷射混凝土的性能试验

巷道喷射混凝土和岩石之间的相互作用是复杂的,室内实验不能精确模拟。然而对连续喷射混凝土试验块采取下述处理则可代表实际情况:在连续喷射的混凝土板中央划定一米见方的区域,在其四个角用螺栓固定,使试验板承受均匀载荷或点载荷。为进行这项试验设计了一固定框架。用上升高度可达520mm的液压增压枕对试验板施加均匀载荷。通过调节增压枕的压力可限制加载系统的能量,从而可保证超过峰值载荷时仍能以可控方式记录试验板的挠度。     

基于短时三轴蠕变试验的岩石非线性黏弹塑性蠕变模型研究

为了研究一种更适合岩石短时三轴蠕变特性的蠕变模型,在对蠕变试验曲线三元件广义Kelvin模型参数识别基础上,基于加速蠕变试验特性对黏塑性模型中的黏性元件进行了非线性改进,并将得到的非线性黏塑性模型与三元件广义Kelvin模型串联组成一个新的非线性黏弹塑性蠕变模型.结果表明,该模型可以同时表征岩石瞬时加载应变、衰减蠕变、稳态蠕变以及加速蠕变等蠕变特征.最后,基于BFGS非线性优化算法对该模型参数进行了识别,同时将模型拟合曲线与改进西原模型曲线进行了比较分析,验证了非线性黏弹塑性蠕变模型的正确性.     

泥岩变温蠕变试验温度修正及蠕变特性

以郓城煤矿泥岩为研究对象,进行了常温范围内泥岩变温三轴压缩蠕变试验,试验结果表明常温范围内温度对泥岩蠕变应变影响较大,对泥岩蠕变速率影响较小,进行泥岩蠕变特性分析前必须对蠕变试验结果进行温度修正。根据温度周期变化下岩石稳态蠕变试验结果,提出了常温范围内岩石蠕变试验温度修正方法,该方法能较好的辨识得到岩石的温度应变率以及岩石的稳态蠕变速率,采用该温度修正方法对泥岩变温蠕变试验结果进行了辨识和修正,结果表明常温范围内围压25 MPa条件下泥岩温度应变率约为2.80×10-5 /℃,修正后泥岩蠕变特性与西原模型相符,试样的稳态蠕变速率与轴向偏应力近似呈线性关系。     

摩擦磨损试验机用电液比例加载系统的性能分析设计

研制了一套采用电液比例溢流阀的液压加载系统,对试验机进行试验载荷加载。通过对电液比例系统输入不同的控制信号,模拟不同的试验工况。给出了系统的数学模型,并分析其闭环反馈控制系统的实现形式。     

考虑损伤效应深部锚固巷道蠕变破坏模拟分析

首先通过深部泥岩数字散斑蠕变试验,发现分级加载第Ⅰ阶段泥岩试件表面变形集中现象明显,表明该岩体在较低应力水平开始出现损伤,并随着载荷级别增加,逐渐演化为一条剪切破裂带,直至整个试件发生破坏;然后引入损伤变量Dt,建立考虑损伤效应的加锚岩体非线性BKS蠕变损伤模型,采用FISH函数编制程序实现其在FLAC3D中的开发;最后采用BKS蠕变损伤模型对口孜东矿锚固围岩支护控制进行数值模拟。结果表明:深部岩体的损伤特性增大了蠕变破坏区范围,且在锚固范围外仍出现蠕变破坏,深部围岩内部非连续性破裂现象明显。同时将模拟结果与现场钻孔探测结果进行对比分析,证实了数值模拟研究中考虑损伤效应更能客观地反映深部岩体的蠕变破坏特征,对深部巷道破坏机理研究有指导意义。     

某矿区岩石蠕变力学特性研究

利用RYL-600微机控制岩石剪切流变仪对某矿区岩石进行了蠕变试验, 在对试验数据进行深入分析的基础上, 选用Burgers模型对试样的蠕变特性进行了描述。结果表明, 当应力水平处于稳定状态时, 试样轴向应变逐渐增大并最终趋于稳定, 且蠕变应变随应力水平增长而增大; 随应力水平提高, 试样瞬时弹性模量呈上升趋势; 试验得到的蠕变试验曲线与模型理论曲线基本吻合, Burgers模型能较好地描述该矿区岩石的蠕变特性。