模型中应力测试耦合问题分析

相似材料模型试验是岩石力学的基本研究方法之一。当人们对一些工程引起的围岩破坏过程还未有清楚的认识时 ,模型实验方法就显示出独特的优势。本文针对模型实验中应力测试的一些基本问题 ,分析了随深度变化模型中各种应力的变化规律和影响因素 ;探讨了微型应力传感器与模型介质的耦合问题及测试相对误差 ;通过试验研究了标定容器的尺寸和标定介质对微型应力传感器标定结果的影响。研究结果对模型试验的设计与数据分析具有重要的指导意义     

孔压静探模型槽试验中土应力的变化规律

通过以粘土为介质的孔压静探(CPTU)模型槽试验研究，根据埋置在土中的微型土压力盒在贯入过程中所测到的土应力(轴向附加应力和径向附加应力)，分别分析了轴向和径向附加应力的变化规律，并进行了此较。然后根据所得到的轴向和径向附加应力值以及它们的变化规律，得到了由于探头贯入而产生的轴向和径向附加应力场，分析了轴向和径向附加应力场的特征以及它们之间的相似性和不同之处。     

围岩三维应力光栅监测方法及相似模拟实验研究

为了实现对采动下围岩三维应力状态及变其化规律的有效监测,采取了光纤光栅的监测方法,并进行了相关的相似模拟实验。在橡胶基质的立方体表面分别粘贴3根与x,y,z方向平行的光纤光栅,形成了对三维应力敏感的测试结构;以广义胡克定律为基础,推导了光纤应变与岩体应力之间的力学关系,并进行了相关力学标定实验。结果表明传感器对三维应力具有良好的力学响应特性,应力的灵敏度系数λ1,λ2分别为0.047 14和0.021 84ε/MPa;对相似模拟实验中采动影响下三维应力变化过程进行了监测,结果表明,传感器可以实现相似模型内部三维应力变化的监测,监测结果与实际变化规律相一致,可满足岩体内部三维应力监测的要求。     

实验药包爆炸应力波测试技术探讨

用压电晶体压力传感器测定实验药包在介质中产生的爆炸应力波,没有反映冲击能（E_）和膨胀能（E_b）对介质进行加载的实际情况。本文指出电阻应变传感器具备记录压缩相和拉伸相的能力,认为超动态应变测试系统适宜于测定爆炸应力波,并给出了用该系统对爆炸应力波进行测定的结果。     

相似材料模型及压力传感器性能试验研究

 为了研究不同配比的相似材料模型的力学性质,解决压力传感器与被测相似材料间的匹配问题,本文依据相似理论,采用分级加载方式对不同配比的相似材料模型进行了重复加载试验,得到了各模型的应力—压力曲线和破坏强度。试验结果表明不同配比的相似材料与传感器间的匹配性存在显著差异,且相同配比的不同模型与传感器间的匹配性也存在一定差异,需要对压力传感器与相似材料间的匹配性进行检测以修正试验数据。试验结果还表明不同配比的相似材料具有稳定而不同的力学性质,通过改变材料配比,可以对相似材料的力学性质进行适当的调整,在进行相似材料模拟试验前,需要对不同配比的相似材料的力学性质进行测试。     

拉压两用测力传感器弹性体有限元分析

借助ALGOR大型有限元分析软件建立拉压两用测力传感器弹性体的有限元模型,经分析得到了弹性体的MISE应力应变分布情况,并通过改变不同载荷得出了弹性体应变与载荷关系,有限元计算值与实验测试相比较,结果基本吻合,从而可为拉压两用测力传感器弹性体的设计提供一定的理论依据。     

PVDF压电传感器的动态标定及应用研究

为了监测冲击荷载作用下巷道周边围岩应力变化特性,制作PVDF压电传感器的外壳并封装,将PVDF压电传感器预埋砂蜡材料制作的试块中,通过标准传感器进行PVDF压电传感器的动态标定。依据千秋矿21141工作面为工程背景制作相似模型,将标定的PVDF压电传感器埋入巷道周边围岩体中,监测巷道不同位置施加动荷载后围岩动态应力。结果表明,扰动位置与巷道距离越近,巷道顶底板及左帮动态应力越大;巷道左帮和底板扰动后,底板动态应力均大于左帮和顶板;顶板扰动,顶板动态应力大于底板和左帮。实验结果验证了PVDF压电传感器测试动态应力的可靠性,以及作为预埋件直接测试技术的可行性。     

三向压力传感器的自干扰特性试验研究

基于流变应力恢复地应力测量方法,研制了一种单线圈电流型振弦式三向压力传感器。通过单向加载标定试验和三向加载标定试验,研究了传感器的重复性、线性度及压力传感面之间的自干扰特性。     

应力波法测量冲击能均值摩擦因数吸能结构单元试验研究

为提高应力波法测试冲击能的精度,以煤矿凿岩机为试验对象,搭建了冲击能测试试验台,通过不同质量落锤对均值摩擦因数的吸能结构单元进行试验,利用应力波动理论,推导出能量系数随多点均值摩擦因数变化的数学表达式。试验结果表明:冲击能的测试误差主要受反射能量系数和能量标定系数偏差双重影响,测试冲击能标定冲击能时,反射能系数影响起主要作用;测试冲击能标定冲击能时,标定系数偏差影响起主要作用。     

离心磨矿机介质冲击特性的动静法研究

利用现有的实验设备难以对离心磨矿机介质冲击应力、应变进行直接的动态测试，本通过动静转化法，先从理论上推导出介质和衬板间的静应变、静应力和动载荷系数，然后据此导出动应力、动应变及动载荷的表达式，最后通过试验，测出介质和衬板间的静应变，将理论计算的动应变与同一动载荷大小下实测的静应变进行比较，证明了公式的正确性，达到利用静态测试检验动态冲击应力、应变的目的。     

应变柱法测试相似材料模型应力的试验研究

提出了一种测试相似材料模型内部应力的方法——应变柱法,即采用与相似材料模型相同配比的材料制作成Φ50×100 mm试样,在试样中部粘贴应变片。在加载试样时采用应变仪和引伸计同时测量其轴向变形和径向变形。试验结果表明,引伸计法测得的应变值更接近于真实值;对应变柱进行3~5遍加载标定,发现其轴向弹性模量随加载次数略有增加,而径向弹性模量有所降低,但应变柱能够保持较好的弹性,能够被用作测量模型内部应力的传感器。     

煤体应力与钻杆转速关系的试验研究

为通过监测煤体应力来预测冲击地压,分析钻孔过程中钻头与钻杆相互作用的力学特性,建立煤体应力与钻杆转速的力学模型,研究钻孔过程中煤体应力对钻杆转速影响规律,理论上给出了利用钻杆转速判断煤体应力的可行性。利用钻杆转速测试系统,对预先自制的相同强度煤体试件进行钻孔试验,分析不同煤体应力时钻杆转速变化规律。研究结果表明:在相同试验条件下,使用同样钻进设备,按照预定推进速度钻孔,钻杆转速与煤体应力近似呈负相关。为进一步验证理论模型和试验测试可行性,在实际矿井工作面进行现场试验,并通过钻屑量指标证明转速测试结果与理论分析有较好一致性。     

爆炸应力波作用下层理介质断裂的动焦散实验分析

利用爆炸加载动焦散试验系统，进行了有机玻璃的透射式动焦散试验.记录了含层理介质裂纹扩展的全过程，发现裂纹穿过层理偏移一定距离后继续扩展的现象.给出了爆炸荷载作用下裂纹尖端应力强度因子随时间的瞬态变化曲线.对爆炸应力波在层理介质中引起断裂的机理进行了进一步的研究，讨论了层理对应力波传播的影响.利用应力波传播理论分析，得出层理中裂纹与层理后裂纹产生的机理不同，为层理岩体定向断裂控制爆破研究提供了新方法.     

履带式微型海底钻机行驶动力学建模与分析

概述了履带式微型海底钻机组成结构及其作业过程；应用仿真软件Recurdyn建立了履带式微型海底钻机多体动力学模型；开展了底质土力学特性试验研究，构建了深海底质力学模型；进行了履带式微型海底钻机深海底行驶过程动力学仿真。结果表明，在深海沉积物底质条件下，履带式微型海底钻机在行驶过程中存在轻微打滑现象和一定的沉陷量与仰角；深海底质(特别是稀软底质)力学性能显著影响履带式微型海底钻机动态特性；在钻机低速行驶时行驶速度对履带式微型海底钻机动态特性影响较大。     

岩石PFC2D模型细观参数确定方法研究

目前对标定方法的应用大多围绕单轴压缩试验展开,而仅通过单轴试验建立的数值模型在拉伸强度和强度包络线方面与实际试验吻合度较差。因此基于单轴压缩试验、单轴拉伸试验和三轴压缩试验,采用正交试验设计方法对平行黏结模型细观参数标定方法进行了研究。利用多因素方差分析确定了模型细观参数对宏观力学指标的影响程度,并建立了宏观力学参数与细观参数之间的关系。在此基础上提出了与岩石弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、启裂强度、拉压强度比及摩擦角相匹配的细观参数确定方法。研究结果表明：采用标定方法建立的数值模型的宏观力学参数以及单轴压缩应力-应变曲线与室内试验结果相近,能够很好地反映岩石单轴和三轴条件下的破坏模式,证明了标定方法的可行性。二维颗粒流程序PFC^2D对试验极限主应力关系曲线的拟合程度较差,这可能是由于平行黏结模型将形状不规则的矿物颗粒理想化为圆形颗粒,而颗粒形状可能会影响到颗粒间的咬合作用。     

分层介质对巷道裂隙围岩稳定性影响的数值分析

对分层介质中具有单一裂隙的巷道围岩问题，用边界元分区算法，沿裂隙面及介质分层面将围岩分区，对每个子域分别建立边界积分方程；在裂端配置1／4面力奇异单元，对张开或闭合状态的裂隙，既模拟了裂端位移规律，又模拟了裂端应力1／√r变化规律。以应力强度因子为指标，依据岩石断裂理论，系统地分析了两层介质的弹性模量比、不同弹模比值时裂隙面的摩擦系数、水平分界面到巷道中心的距离、分界面倾角等因素，对裂隙围岩稳定性的影响，得出一些有价值的结论。这种研究方法适用于一般几何形状巷道的裂隙围岩问题。     

煤矿SF6示踪气体传感器标定测试系统设计

设计了一套转换标定测试系统实现对SF6气体传感器的标定。利用测试系统中的循环泵、恒温箱和减压阀等实现不同流速、温度和压力作用下的传感器的标定。通过试验数据处理,得到流速对传感器准确度影响很小,并且修正了温度对传感器的准确度影响。     

煤储层渗透率测试、模拟与预测研究进展

渗透率是煤层气开发的重要参数，煤储层较强的非均质性使得现场少量试井结果难以反映区域性渗透率规律，不同仪器、方法、样品尺寸、压力、温度及介质条件下获得的实验渗透率对比性也较差。对比分析了不同试井方法(钻杆测试、水罐测试、段塞测试、注入/压降测试)、不同实验测试方法(稳态法、非稳态法)的优缺点、适用条件及渗透率测试标准的演化历程，系统评述了单轴应变条件、恒定体积条件以及三轴应力条件下渗透率模拟模型的适用性，分析了基于裂隙、煤体结构、地应力、构造曲率等单一主控因素预测渗透率及人工智能(BP神经网络、灰色关联分析、支持向量回归机、多层次模糊综合评价)多因素预测的可靠性，总结了煤储层渗透率在测试、模拟和预测方面存在的问题，并提出了进一步研究的展望。研究结果表明现场注入测试是获取原位煤储层渗透率的主要方法，实验室非稳态法渗透率测试适合我国低渗煤储层；单轴应变条件下的P-M模型和S-D模型适用于恒定垂直外部应力条件下的模拟，恒定体积条件下的Ma模型对于多数煤类输入的参数均可测量，模拟结果可靠性较高，三轴应力条件下的Connell模型和Zhou模型更有利于通过实验室测定对模拟渗透率进行验证；基于煤层气...     

空心岩样径向渗流-轴向应力特征与巷道围岩渗透突变机理

为了探究承压水下巷道围岩的渗透突变机理，针对空心岩样的渗流-应力特征开展了一系列室内试验和渗透突变表征模型研究。自主研制了一套空心岩样径向渗流-轴向应力试验系统，突破了仅开展轴向渗流的传统试验条件限制，实现了径向渗流及轴向应力同步进行。采用该新型试验系统，以孔径(5～20 mm)和水压(0.5～2.5 MPa)为变量开展多组空心红砂岩渗流-应力试验，得到空心岩样径向渗流-轴向应力特征。试验结果表明径向渗流的蚀损作用引起岩样黏聚力、内摩擦角等力学参数衰减，增大水压，渗流的蚀损作用变强，岩样内部裂隙贯通通道形成时间缩短，渗透突变现象提前发生。大孔径岩样对轴向应力敏感度更高，内部结构受径向渗流蚀损作用易破坏，渗透突变发生时间缩短。岩样渗透率在试验过程中存在3种状态：(1)以孔隙结构为主要渗流介质的孔隙渗流状态；(2)以局部裂隙结构为主要渗流介质的非稳定渗流状态；(3)以贯通裂隙结构为主要渗流介质的渗透突变状态。渗透率达到峰值的试样渗流介质为受水压影响产生的贯通裂隙结构，峰值渗透率随水压增大呈线性增长，与孔径没有明显关系。以裂隙体积变化为纽带建立空心岩样渗透突变表征模型，模型计算值与实验结果吻...     

转矩转速传感器及其在钻机功率测试中的应用

介绍了一种用于钻机功率测试的转矩转速传感器，论述了该类传感器的基本工作原理、标定装置、校验方法以及测试系统的组成等问题。