不同孔隙率下破碎灰岩渗透特性试验研究

由渗流引起的动力灾害事故多发生在破碎破裂岩体中,因而如何控制渗流作用下的围岩稳定性则是采矿工程中的基础研究课题之一．利用MTS815．02岩石力学试验系统及破碎岩石渗透仪,基于稳态渗透法研究了3种不同粒径的破碎灰岩的渗流特性随孔隙率的变化规律．研究表明,水在破碎灰岩中的渗流为非达西渗流,孔压梯度与渗流速度之间可用二次多项式拟合;随着孔隙率的减小,渗透率总的趋势减小,而非达西流偏离因子增加;破碎灰岩的渗透率量级为10^-14～10^-13m^2,而达西流偏离因子的量级为10^13～10^14kg·m^-4．该研究成果可为解决破碎岩石渗流的工程问题提供一定的参考．     

破碎泥岩渗透特性试验研究

流体在破碎泥岩中的渗透是影响保水开采和预防采空区灾害的重要因素之一,且其力学行为表现为应力场、渗流场、裂隙场多场相互作用的流-固耦合特征.利用研发的渗透试验装置,在DDL600电子万能试验机上进行了破碎泥岩压实过程中的渗透特性测定,并分析了有效应力与渗流速度关系、不同粒径泥岩在不同孔隙度下的渗透率和非Darcy流β因子.研究表明,流体在破碎泥岩中的渗流呈现非Darcy流特性,随渗流速度增加,压力梯度减小的幅度增加;渗流速度随液体压力增加而增大,且有效应力与渗流速度曲线可用线性关系式拟合;不同粒径的泥岩,随孔隙度增大,渗透率呈现不同的变化趋势,其渗流的非Darcy流β因子随孔隙度增大呈现减小趋势,粒径越小,减小趋势越明显.     

脉冲气压疲劳对原煤力学特性及渗透率的影响

利用自行组装的高压气体增压系统开展了原煤煤样的脉冲气压疲劳试验,分析了脉冲次数对原煤煤样变形及渗透性的影响,并对疲劳试验前后煤样的单轴力学特性进行了对比.结果表明:煤样的应变表现出周期性变化,且在一个脉冲气压循环内,煤样体积应变表现为膨胀-收缩.随着疲劳次数增加,残余应变逐渐累积,原煤煤样的轴向应变、环向应变和体积应变均朝膨胀方向增长;在初始疲劳阶段,应变变化较大,当疲劳次数超过一定范围后,原煤煤样的应变基本趋于平衡.原煤煤样的渗透率随脉冲次数的变化与应变类似,开始阶段渗透率随着疲劳次数增加急剧提高,当超过疲劳阈值后,疲劳对煤样渗透率影响较小,其疲劳阈值为50~100.疲劳后原煤煤样的单轴力学性质与没有开展气体疲劳试验的煤样相比,抗压强度、弹性模量显著降低,分别仅为未疲劳煤样的16%和8%,峰值应变则增加了117%,且疲劳后原煤煤样表现出高度体破裂.试验表明在脉冲气压疲劳作用下,煤样内部产生了大量的微裂隙,改善了煤样的渗透率,有利于瓦斯的流动和抽采.     

炼焦中煤挤压破碎条件下破碎解离特性研究

为研究炼焦中煤挤压破碎条件下的破碎解离特性,借助背散射图像分析了煤样中矿物质嵌布规律,采用颚式破碎机对炼焦中煤进行破碎试验,分析了破碎产物的粒度分布,对-0.5mm破碎产物进行了浮选和强化重力分选.结果表明:煤样中的矿物质以细粒分散状分布为主;高丁-舒曼函数描述破碎产物粒度分布表现出良好的收敛特性,拟合误差较小;对于矿物质以微细粒嵌布为主的炼焦中煤,破碎至-0.5mm是较为合理的解离方式.浮选和Faclon离心分选均可对破碎产物达到较为理想的分选效果,浮选精煤产率34.01%,灰分12.85%,重选精煤产率38.77%,灰分13.91%.     

低透气性原煤力学及渗透特性的试验研究

利用MTS815岩石力学试验系统和气体渗透试验系统,开展了原场应力状态下原煤煤样在不同瓦斯压力条件下的三轴压缩渗透试验,对比了不同瓦斯压力下煤样的变形、强度和渗流特征,分析了瓦斯对原煤煤样力学性质的影响,以及煤样变形破坏过程中其渗透特性的变化.结果表明:随瓦斯压力增加,弹性模量和峰值强度呈指数型衰减,泊松比、峰值轴向应变和峰值横向应变呈指数型增加,煤样变形能力增强,抵抗破坏的能力减弱.瓦斯渗透率随煤样加载变形破坏呈先减小后增大趋势.瓦斯渗透率变化与体积变形机制密切相关,在体积压缩阶段存在不可恢复性衰减,在峰后阶段随体积膨胀逐渐增加,残余阶段的渗透率一般远大于初始静水压力状态的渗透率.对低透气性煤层瓦斯抽采和煤炭安全开采具有现实指导意义.     

不同频率循环荷载下大理岩动力学特性试验研究

利用MTS 815岩石力学试验系统,对大理岩进行了单轴压缩和不同振动频率、不同动应力幅值的循环加卸载试验,探讨循环荷载的振动频率和动应力幅值对大理岩的动弹性模量和动泊松比的影响.研究结果表明,在不同应力幅值的循环荷载作用下,大理岩的动应力-动应变曲线不完全重合,形成了滞回环;随着动应力级别的提高,滞回环面积增大,能量耗散增加;随着循环周次的增加,累积不可逆变形增大.当动应力幅值的范围分别处在岩石弹性变形阶段和塑性变形阶段时,振动频率和动应力幅值对动弹性模量和动泊松比的影响不同.随着循环应力级别的提高,动弹性模量减小,而动泊松比呈现出逐渐增加的趋势;当动应力幅值处在岩石的屈服点以上时,随着振动频率的增大,动泊松比增加、动弹性模量减小.     

沥青混合料拉伸疲劳试验下疲劳损伤特性研究

利用MTS810型电液伺服试验系统对沥青混凝土小梁试件在低温下进行了常应变的等应变率加载模式的拉伸疲劳试验.试验时按三角波形加载,并考虑了不同拉伸应变水平.由试验结果得到了不同应变水平下的沥青混合料峰值拉伸应力值并计算了每个循环内的耗散能.由疲劳试验结果结合能量原理提出了一种考虑拉伸应变水平的疲劳损伤模型.     

风积沙在循环荷载作用下的变形特性试验研究

通过动三轴试验研究了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,分析了围压、循环荷载大小、偏压固结比、初始静偏应力和循环荷载作用频率对累积塑性应变的影响,得出了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,根据循环荷载的大小应变类型可以分为4种:稳定型、缓慢增加型、匀速增加型和突然增大型。当围压为20kPa时,其临界动应力水平D的取值范围为:0.27D0.33。风积沙的累积塑性应变随着循环荷载大小、初始静偏应力的增加而增大,随着围压、偏压固结比和荷载作用频率的增加而减小。提出了一种针对动应力水平较低时风积沙累积塑性应变模型,并验证了模型的正确性。     

循环荷载作用下扰动岩土体沉降特性试验研究

以大范围的扰动岩土体区域的工程建设为研究背景,通过物理模拟试验研究,得出了循环荷载作用下扰动岩土体地表任意点的沉降变形曲线,并对其固结沉降特性进行了分析．     

循环流化床流体动力特性的试验研究

本文报告了循环流化床流体动力学特性研究的一部分结果。研究表明在循环流化床内存在着二个区域:下部的密相区和上部的快速区。在快速区内存在着颗粒群,它在循环流化床内作剧烈的上下运动,使床内浓度分布比较均匀。本文还提出了利用压力分布计算固体颗粒浓度分布的方法,并进行了计算。本文还提出了二个经验公式分别来计算沿床高方向的压力分布和固体颗粒浓度分布。     

加卸载路径下岩爆试件的损伤特性试验研究

为研究不同应力环境下深部岩体的岩爆机制及岩爆产生对围岩体内部损伤特性的影响,通过自主研发的岩爆加卸载装置对试件进行不同加卸载路径下的岩爆试验,并在试验前后对试件进行声波测试和CT成像,分析不同加卸载路径下岩爆岩体的内部损伤特性。结果表明:弹性波CT成像能直观地反应试件内部的损伤情况,加卸载路径对岩爆岩体的破坏形态和内部损伤特性具有较大影响;当试件在高应力条件下卸载时,试件卸载面的破坏形态呈"V"形凹腔,试件内部的损伤区域分布在卸载面附近;当试件在低应力条件下卸载时,试件卸载面呈层裂破坏;试件在高应力条件下卸载时,试件内部岩体的损伤度相对比其在低应力环境下的损伤度高。     

循环荷载作用下小间距加筋土动力响应特性试验研究

基于山西省太行一号风景道K43+175处加筋土桥台工程,开展不同加筋间距工况条件下加筋砂土的动三轴试验,分析循环荷载作用下加筋间距对加筋砂土动强度、动剪切模量、阻尼比、累积塑性应变等动力响应特性的影响,探讨加筋砂土动力响应特性的演化规律,从而为加筋土柔性桥台复合结构（Geosynthetic Reinforced Soil Integrated Bridge System,GRS-IBS）工程设计中的变形预测和稳定状态评估提供依据。结果表明：随加筋层数的增加,加筋砂土动应力-动应变曲线逐渐由双曲线型过渡为直线型,试样动强度和动模量也随之增大,且加筋越密,增幅越明显;增大围压和增加加筋层数均能减小动剪应变,提升动剪切模量,减小阻尼比;增加加筋层数能有效抑制轴向累积塑性应变随循环荷载作用增长的趋势,因此,在GRS-IBS结构中应控制加筋间距,以提高加筋土的临界循环应力比,保证其处于长期动力稳定状态。     

循环荷载作用下超固结软黏土变形特性试验研究

利用GDS振动三轴仪对温州饱和软黏土在不同超固结比下进行了循环加载试验,研究了超固结比对温州饱和软黏土应变发展规律、应力-应变滞回曲线特征、累积应变预测方程等的影响.试验结果表明:在相同循环应力比下,超固结软黏土的应变随超固结比的增大而减小,且随超固结比的增大,使软黏土破坏所需的循环应力比呈现出减小的趋势.由于超固结土先期承受了较大的固结压力,随着超固结比的增大,软黏土的应力-应变关系逐渐由粘弹性转变为近似弹性特征.基于不同超固结比下的试验结果建立了累积应变预测方程,阐述了方程中各参数的物理意义及确定方法.     

超高速撞击下球形弹丸破碎特性仿真研究

以球形铝合金弹丸为研究对象,应用AUTODYN-3D软件,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对球形弹丸撞击薄板后弹丸的破碎状态进行了研究。针对弹丸速度、直径及薄板厚度对弹丸破碎状态的影响进行了分析,根据仿真数据,拟合了弹丸破碎状态特性曲线,获得了弹丸发生破碎及发生完全破碎时的临界撞击条件。     

含水泥岩蠕变损伤特性试验研究

采用流变损伤力学理论分析与试验研究相结合的方法研究泥岩的力学特性,通过建立煤矿采动过程中泥岩蠕变损伤演化方程,根据泥岩的蠕变损伤试验分析不同含水量的泥岩的蠕变变化规律及影响因素。结果表明,泥岩的蠕变过程是硬化与软化相互作用的过程,在外力扰动作用下会发生能量耗散现象,削弱了泥岩的承载能力;在保持围压不变的条件下,随着含水量的增加,泥岩内部的黏土矿物吸水后强度和黏聚力迅速降低,表现出强烈的流变特性,其蠕变挤压应力和蠕变应变也随之增加;随着加载时间的增加,不同浸泡时间的泥岩峰值蠕变挤压应力和峰值蠕变应变有趋向一致的趋势;在相同含水量的条件下,随着围压的增加泥岩的蠕变应变挤压应力也呈现出递增的趋势。     

单轴循环冲击下花岗岩力学特性与损伤演化机理

为研究循环冲击荷载下黑云母花岗岩的动态力学特性,利用改进的分离式霍普金森压杆,选取4种不同的入射波应力幅值对花岗岩试样进行等幅循环冲击,并对相关机理和试验现象进行探析.结果表明:入射波应力幅值为110.57和90.48 MPa时,随着冲击次数的增加,岩样的峰值应力逐渐降低,最大应变、平均应变率和损伤值均呈现增大趋势;入射波应力幅值为70.82 MPa时,花岗岩的峰值应力随着冲击次数的增加表现出先增强后降低的特性,而最大应变、平均应变率与损伤值则表现出相反规律;入射波应力幅值降为50.69 MPa时,岩样的力学性质基本不变,岩样未见明显的损伤.此外,研究还发现基于岩样静态压缩应力-应变曲线推求的静态裂纹起裂应力,经强度增长比例系数放大后可得到动态裂纹起裂应力,籍此能较好地解释上述循环冲击试验中所观测到的现象.     

动荷载下粉煤灰土冻融损伤特性试验

为研究粉煤灰土作为路基填料的动力特性,通过粉煤灰土冻融循环后的动三轴试验,得出了动强度与冻融循环次数的关系,动模量与冻融循环次数的关系及动模量损伤数学模型,与试验对比结果表明:冻融循环次数与初始动模量预测粉煤灰土路基的动力性能指标的变化,模型具有较高的精度.有助于评估冻融循环对粉煤灰土路基使用寿命的影响.     

单轴分级循环加载条件下砂岩疲劳变形特性与损伤模型研究

利用MTS815电液伺服试验机对两组砂岩试样进行了单轴分级循环加卸载试验,分析了分级循环加卸载应力-应变曲线特征和分级循环加卸载下岩石疲劳损伤演化过程,建立了循环加卸载条件下轴向应变与循环数目之间的理论模型,并推导了评价岩石损伤程度的损伤变量演化方程.结果表明:理论模型可以作为岩石循环加卸载条件下的破坏准则,试验结果与理论值之间相关度超过98%,同时,其逆函数可以实现对岩石疲劳寿命的预测;疲劳损伤演化方程可以衡量循环加卸载过程中疲劳损伤的发展水平;疲劳循环上限应力值是决定岩石疲劳寿命的关键因素,随着上限应力的提高,岩石的疲劳寿命呈现几何级数下降.     

节理砂岩在循环加卸载下力学特性及损伤规律实验研究

为研究不同方向频繁扰动对节理岩体力学特性及损伤规律的影响,利用伺服试验机对南坡铜矿砂岩平行层理方向、垂直层理方向进行单轴循环加卸载,每次应力水平依次递增的实验,直至岩石破坏,通过实验数据分析得到:1平行层理方向加载的泊松比和弹性模量比垂直层理方向大,破坏强度相反;2卸载阶段的弹性模量和泊松比总比对应的加载阶段的要大;3随着循环次数的增加,两种加载方向均体现出形成的封闭塑性滞回环的面积逐渐增大,但垂直层理方向增加幅度要明显大于平行层理方向;且对应的各循环阶段的滞回环面积比平行层理方向要大;4每次循环残余变形量总比上一次的要大,但增长速度降低,降低幅度为5%~10%;5对于两种不同的加载方向,损伤规律、纵向应变的发展及应力大小有很好的一一对应关系,且岩石的损伤记忆性不受各向异性影响.     

波浪循环荷载作用下滨海软土水平向动力特性试验研究

为研究海上风电桩基在波浪荷载作用下,产生水平向循环荷载对桩基周围土体动力特性的影响,以唐山地区滨海软土为研究对象,通过室内动三轴试验,研究不同围压、动应力幅值和振动次数条件下对软土水平向动力特性的影响。结果表明:软土水平向动强度随围压增加而增加,随振动次数增加而减小;动应力幅值增大,破坏振次减小;水平向动应变ε_d随振动次数增加变大,且动应力幅值越大,增速越明显,变化规律遵循Monismith模型;动应力幅值改变时,软土水平向动模量变化明显,当围压减小,动弹性模量减小;曹妃甸软土水平向间具有明显的结构性,不同围压条件下,随动应力幅值增加动阻尼比均表现增大趋势。