水力压裂用支撑剂破碎率的影响因素分析

水力压裂是提高储层产能的有效措施,而其效果与支撑剂性能相关.破碎率是水力压裂用支撑剂性能评价的重要指标之一.遵循有关测试标准的规定,通过室内实验,分析了支撑剂铺置浓度、铺置方式、闭合应力加载速率、支撑剂湿度和粒径分布等因素对石英砂、陶粒类支撑剂破碎率测试值的影响.实验结果显示,这些因素对支撑剂破碎率测试值都有一定的影响...     

碳纤维石墨导电沥青砂浆压敏性能研究

以碳纤维与石墨作为导电相材料,通过室内制备导电沥青砂浆试验,分析了不同碳纤维掺量、石墨掺量、石墨碳纤维两相复合对沥青砂浆电阻率的影响;通过循环加载试验分析了材料的压敏性及可逆性;引入电阻率变化率Fn、单位应力下电阻率变化值Kn两个参数,通过数理统计,探讨了不同循环加载次数下Fn、Kn变化的规律与趋势。试验结果表明:碳纤维与石墨的掺入可以有效降低沥青砂浆的电阻率;材料电导率随压应力的增加而增加,随压应力的卸载而下降,有较好的压敏性;Fn、Kn随循环加载次数有很好的相关关系;随着循环荷载次数的增加,单位应力下电阻率变化值减小,机敏可逆性趋于稳定;进一步改善材料设计,减少材料的塑性变形,对保证初期检测结果的可靠性十分重要。     

超弹性形状记忆合金丝力学性能试验

目的 研究形状记忆合金循环拉伸时的基本力学性能,为基于形状记忆合金的阻尼器设计奠定基础.方法 采用循环拉伸的试验方法,考虑循环次数、加载速率、峰值应变等参数对形状记忆合金的应力应变关系、阻尼和残余应变等性能的影响,把试验结果同Grasser理论模型进行对比,研究影响形状记忆合金超弹性性能的主要因素、影响规律和结果.结果 在一定的加载速率下,随着循环次数的增加,应力-应变曲线逐渐下移,20次循环后趋于稳定.随着循环次数的增加,相变应力和阻尼逐渐减小,残余应变逐渐增加并趋于稳定;加载应变越快,耗能能力略有减低;随应变幅值的增加,超弹性SMA丝材料的耗能能力和等效阻尼近似线性增加,材料模量随应变幅值的增加明显降低,但应变幅值对材料的相变应力影响较小.结论 经过一定次数的循环以后,形状记忆合金能表现出稳定的非线性应力应变关系和耗能能力,是制作阻尼器的较理想材料.     

合金钢的高温单轴棘轮效应实验研究1.25Cr0.5Mo

利用MTS810电液伺服试验机在300℃温度下对1.25Cr0.5Mo合金钢进行了单轴棘轮效应实验研究,探讨了温度、应力幅值、应力峰值、平均应力以及加载历史对材料棘轮效应的影响.以0.1%/s及0.2%/s两种不同的应变加载速率分别对材料进行单轴拉伸实验,结果表明1.25Cr0.5Mo合金钢在所研究的温度范围内的变形行为是率无关的;在0.4%应变幅值下进行了单轴应变循环实验,响应应力幅值随循环次数几乎没有变化,可视为循环稳定材料;单轴棘轮效应实验表明棘轮应变速率随平均应力、应力幅值及温度的升高而增大;棘轮变形依赖于加载历史,先前较大的循环应力对后继较小的循环应力下的棘轮变形起抑制作用.     

自悬浮与普通支撑剂裂缝导流能力实验研究

开展了自悬浮支撑剂与“支撑剂+携带液”裂缝导流能力对比实验研究,并进行了机理分析。结果表明,无论是自悬浮支撑剂还是“支撑剂+携带液”,随闭合压力增加,裂缝导流能力均减小。随填砂浓度增加,裂缝导流能力均增加。与石英砂相比较,陶粒抗压和裂缝导流能力明显较高。聚合物类携带液一方面可以增强支撑剂抗压能力,降低破碎率,进而增加裂缝导流能力。另一方面,携带液在支撑剂颗粒间隙中会发生滞留,致使渗透率减小,这会降低裂缝导流能力。因此,最终裂缝导流能力是渗透率和破碎率共同作用的结果。与“支撑剂+携带液”相比较,自悬浮支撑剂破碎率略高,对裂缝导流能力未造成明显影响。由此可见,自悬浮支撑剂加工过程中并未对支撑剂抗压能力和裂缝导流能力造成影响。     

动态循环加载下花岗岩孔渗参数演化规律

动态扰动促进地下岩体的内部裂纹发育,改变岩体的有效应力、渗透率及孔隙率。为此,开展了动态循环加载下致密花岗岩孔隙率、渗透率及有效应力系数（Biot’s系数）演化规律及影响机理研究。首先,针对致密花岗岩开展了考虑不同扰动因素（轴向静压、力振幅、频率及循环次数）的动态循环加载试验;之后,测试了不同扰动因素动态加载后的花岗岩孔隙率和渗透率,利用Cross-plotting法分析了不同动态扰动因素对花岗岩Biot’s系数的影响。结果表明：1）动态循环加载促进了花岗岩内部裂纹扩展,增加了孔隙占比及渗流通道,弱化了作用于花岗岩骨架颗粒上的有效应力,导致花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率增加。2）随着应力水平（轴向静压和力振幅之和）的增加,花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率的变化存在明显的应力门槛值,即65%UCS～70%UCS（UCS表示单轴抗压强度）,超过门槛值后三者的增加速度迅速增加;随频率的增加,由于蠕变累积损伤逐渐减小,花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率逐渐减小;随循环次数的增加,三者呈现线性增加的趋势。3）基于相关性分析和理论推导分别建立了动态循环加载后花岗岩Biot’s系数和渗透率的经验预测模型,且模型的预测结果与试验结果具有较好的一致性。研究结果有助于理解动态扰动对岩体孔隙率、渗透率及Biot’s系数等参数的影响,为确定动态扰动后花岗岩地层有效应力系数和渗透率提供一个参考。     

动态循环加载下花岗岩孔渗参数演化规律

动态扰动促进地下岩体的内部裂纹的发育，改变岩体的有效应力、渗透率以及孔隙率。为此，针对开展了动态循环加载下致密花岗岩孔隙率、渗透率以及有效应力系数（Biot’s系数）演化规律及机理研究。首先，针对致密花岗岩开展了考虑不同扰动因素（轴向静压、力振幅、频率及循环次数）的动态循环加载试验，之后测试了不同扰动因素动态加载后的花岗岩孔隙率和渗透率，利用Cross-plotting法分析了不同动态扰动因素对花岗岩Biot’s系数影响。试验结果表明：（1）动态循环加载促进了花岗岩内部裂纹扩展，增加了孔隙占比及渗流通道，弱化了作用在花岗岩骨架颗粒上的有效应力，导致花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率增加。（2）随着应力水平的增加，花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率的变化存在明显的应力门槛值，即65% UCS~70% UCS，超过门槛值后三者的增加速度迅速增加；随频率的增加，由于蠕变累积损伤的逐渐减小，花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率逐渐减小；但随循环次数的增加，三者呈现线性增加的趋势。（3）基于相关性分析和理论推导分别建立了动态循环加载后花岗岩Biot’s系数和渗透率的经验预测模型，且模型的预测结果与试验结果具有较好的一致性。研究结果有助于理解动态扰动对岩体孔隙率、渗透率以及Biot’s系数等参数的影响，同时为确定动态扰动后花岗岩地层有效应力系数和渗透率提供一个参考。     

循环荷载下阶梯形变截面桩与等截面桩 复合地基承载性状研究

为探究循环荷载作用下,阶梯形变截面桩与等截面桩复合地基工作性状的差异,对阶梯形变截面桩与等截面桩的9桩复合地基进行室内模型试验,分析循环加载次数对阶梯形变截面桩与等截面桩复合地基永久沉降、桩-土应力比的影响规律,以及循环荷载作用下桩身应变的分布规律。研究结果表明:阶梯形变截面桩和等截面桩的沉降速率起初较大,随着加载次数的增加,沉降速率逐渐减小,并趋于稳定;在相同加载条件下,阶梯形变截面桩的沉降明显小于等截面桩,并且前者先趋于稳定。桩-土应力比随加载次数的增加而降低,降低的幅度开始较大,然后慢慢减小,并趋于稳定;在相同条件下,阶梯形变截面桩的桩-土应力比大于等截面桩的桩-土应力比,并且前者先趋于稳定。对于阶梯形变截面桩,在上下段各出现一个应变峰值,上段的应变峰值明显大于下段的峰值;而对于等截面桩,只出现一个应变峰值。     

有压水环境下循环荷载历史对饱和混凝土动态力学特性的影响

为研究有压水环境中循环荷载历史对混凝土动态力学性能的影响,对历经不同荷载循环次数（0、25、50、100次）的水饱和混凝土试件（在2 MPa围压水环境中）进行了不同应变速率（10^-5、10^-4、10^-3、10^-2/s）下的常规三轴静动态压缩试验,分析了混凝土材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量、吸能能力等基本力学参数的变化规律和机理。结果表明：同一加载速率下,水饱和混凝土的峰值应力、弹性模量和吸能能力均随循环次数的增长呈现出先增大后减小的规律,并且峰值应力和吸能能力增减的转折点随着应变速率的提高而向荷载循环次数增大的方向平移,峰值应变整体上呈减小的趋势;相同荷载循环次数后,峰值应力、峰值应变和吸能能力随着加载速率的增大而逐渐增大,并且荷载循环次数越大,率效应越显著,弹性模量随着加载速率的增大而逐渐较小。     

不同应力水平时砂岩滞回曲线演化的实验研究

通过对周期性循环荷载作用下3种不同应力水平时砂岩滞回曲线演化规律的实验研究发现,岩石滞回曲线是否发生变化将取决于应力水平等外在因素,一般而言,在较低应力水平情况下,其滞回曲线所围的面积随循环次数增加有可能就趋于稳定,但在较高应力水平时,其滞回曲线所围的面积随循环次数增加将呈减少-恒定-增加的演化趋势。     

考虑颗粒破碎的堆石料动力变形特性模拟

颗粒破碎是影响堆石料强度和变形特性的重要因素,但目前针对颗粒破碎的模拟研究多在静力荷载条件下。为研究颗粒破碎对小应变条件下堆石料的动力变形特性的影响,采用多个等粒径小球按最密六方排列随机组合模拟不规则形状的堆石颗粒,通过碎片替换法模拟颗粒破碎,研究了花岗岩堆石料不同围压下的动力响应,探索了孔隙率对动弹性模量的影响,分析了振动过程中的颗粒破碎规律及配位数的频率分布。结果表明模拟的骨架曲线与室内试验结果具有较好的一致性,数值模拟可以较好地再现不同围压下堆石料的动力变形特征。在相同围压和动应力条件下,考虑颗粒破碎的试样会产生更多不可恢复的变形,动应变会明显增大,动弹性模量降低。振动过程中集合体的有效配位数会减小,与不考虑颗粒破碎的情况对比,考虑颗粒破碎的试样具有更多的力学不稳定颗粒,有效配位数的降低更显著。颗粒破碎对最大动弹性模量的影响较小,但会加快动模量随动应变增长而衰减的速率。孔隙率小的试样有效配位数高,且受力性能更好。在相同动应力条件下颗粒破碎较少,动弹性模量随动应变的增加而衰减的速率较慢,最大动弹性模量约为大孔隙率试样的1.2倍。最大动弹性模量主要与有效平均主应力和孔隙率相关,Hardin等提出的经验公式可以较好地描述最大动弹性模量与孔隙比和平均有效主应力的关系。该成果有助于认识粗粒料动荷载下的变形规律,为研究动荷载下的颗粒破碎行为提供参考。     

Experimental study on the deformation behaviour,energy evolution law and failure mechanism of tectonic coal subjected to cyclic loads

Compared to intact coal, tectonic coal exhibits unique characteristics. The deformation behaviours under cyclic loading with different confining pressures and loading rates are monitored by MTS815 test system, and the mechanical and energy properties are analysed using experimental data. The results show that the stress–strain curve could be divided into four stages in a single cycle. The elastic strain and elastic energy density increase linearly with deviatoric stress and are proportional to the confining pressure and loading rate; irreversible strain and dissipated energy density increase exponentially with deviatoric stress, inversely proportional to the confining pressure and loading rate. The internal structure of tectonic coal is divided into three types, all of which are damaged under different deviatoric stress levels, thereby explaining the segmentation phenomenon of stress–strain curve of tectonic coal in the cyclic loading process. Tectonic coal exhibits nonlinear energy storage characteristics, which verifies why the tectonic coal is prone to coal and gas outburst from the principle of energy dissipation. In addition, the damage mechanism of tectonic coal is described from the point of energy distribution by introducing the concepts of crushing energy and friction energy.     

不同速率下单双钎头破岩声发射数值分析

选用脆性花岗岩为研究对象,利用岩石破裂过程分析软件RFPA2D,分别对其进行单、双钎头在不同加载速率下的数值模拟试验,得到RFPA2D应力图及相对应同一加载步下的声发射图。结果表明:较单钎头相比,岩石在双钎头协同作用下将会形成应力叠加,且钎头下面的裂纹会对相邻裂纹产生影响,裂纹尖端会产生应力集中,试件破坏释放出的声发射能量和声发射计数更大;随着加载速率的增大,试件释放的声发射总能量增大,且所得竖向载荷增大。     

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.     

三轴卸荷条件下煤体力学特性和能量耗散演化

孤岛工作面煤体和巷道受周边开采扰动影响,煤体受循环荷载作用存在卸荷力学行为而表现出动态破坏特性.为探讨不同路径下煤体力学特性,利用TAW-2000三轴电液伺服刚性试验机分别进行常规三轴(T)、三轴循环荷载(TC)以及相应卸围压试验(TU、TCU),分析不同围压下煤体卸围压强度、变形、声发射事件以及能量耗散演化特征,开展...     

循环荷载下软黏土回弹和累积变形特性

针对交通荷载循环应力水平低、循环次数大的特点,利用英国GDS公司生产的振动三轴仪在不同固结围压、不同循环应力比下对温州原状饱和软黏土进行了大周数（50 000次）不排水循环加载试验,研究了循环应力比对饱和软黏土应力-应变曲线、回弹模量和累积应变的影响.研究表明：循环应力比对饱和软黏土应力-应变曲线的形状及其发展规律影响明显.相应地,随着循环应力比的增大,回弹模量的衰减程度加大,达到稳定所需的循环次数增多.通过对50 000次循环后的回弹模量和累积应变进行分析,发现循环应力比在0.60-0.70是一个临界应力水平,当循环应力比大于该水平时,回弹模量不随循环应力比的变化而改变,达到“渐近线刚度”;而累积应变则开始迅速增长,变得不稳定.     

考虑间歇效应的循环荷载下软黏土刚度软化特性

天然软土地基在地铁运营期受到周期性振动和间歇的反复作用,间歇期内软土力学特性的变化将影响其刚度软化,但以往关于交通荷载下软土刚度软化的研究大多忽视发车间歇的影响.为此,考虑不同动应力比、单位间歇时长和振动时长,设计不排水连续和停振循环三轴试验,对试样采用真实K₀固结,研究原状淤泥质软黏土在列车非连续荷载下的长期刚度软化规律.通过对比连续振动和间歇振动试验结果,发现间歇对刚度软化有削弱作用,可减少大循环周数下残余软化指数,缩短快速软化期经历的循环周数.基于试验结果深入分析间歇的影响机制,发现加载初期软土受激振作用影响,土体结构动态调整滞后至间歇期,导致孔压持续增长,软土软化,平均软化速率提高;一定循环周数后,软土由于在前期间歇和振动阶段集中对结构进行调整,土体结构提前进入稳定状态,间歇期消散部分孔压,恢复部分刚度,导致下一次振动软化速率降低,间歇期恢复的刚度随振动次数增加而累积,致使最终残余软化指数显著提高;同等条件下,间歇时长越长,初期软化速率越大,软化速率随振动次数增加的衰减也越显著,导致进入稳定期所需的振动周数越少,整体软化程度削弱越明显.