煤岩固–气耦合细观力学试验装置的研制

 为从细观力学的角度出发研究含瓦斯煤岩变形破坏规律,研制一种煤岩固–气耦合细观力学试验装置,并对装置密封、透明视镜等关键技术难点进行深入分析。该试验装置主要由加载系统、充瓦斯系统、细观观测系统和声发射监测系统4个部分组成。与现有的细观试验装置相比,该装置具有以下特点：可提供单轴、平面应变、三轴(s2 = s3)三种受力状态;试验测试方法多样化,可进行试验过程中的实时显微图像观测和应力–应变、声发射信号的采集;具有良好的气密性和耐爆性,创造具有瓦斯的试验环境,使煤与瓦斯突出机制的试验研究更加接近矿山实际;装置的结构简单,成本低,系统可靠性高。利用该装置进行瓦斯压力为1.0 MPa、围压为1.0 MPa(s2 = s3)下的煤岩细观力学试验,得到煤样受力破坏全过程的表观图像和声发射特征,以此分析试件破坏前后局部区域张拉裂纹的形成和扩展情况。初步的试验结果表明,该试验装置为固–气耦合条件下的相关试验研究提供新的测试手段,具有较大实用价值。     

澳洲重制黑煤的力学特性

煤通常是高度不均质的。即便是取自相距很近的同一煤层或同一矿芯的煤样其特性也存在很大的差异,这使得很难确定煤的单轴抗压强度（UCS）与点荷载指标之间的关系。为克服这一难题,建立了一种为实验室试验而制做再生煤试样的方法。煤试样是由压碎的煤粒混合水泥和水等碎粒压实而制成的。试样制成后养护4天。通过单轴抗压强度试验和点荷载试验检验这些再生煤试样的地质力学特性。养护4天后发现平均单轴抗压强度约为4Mpa。这篇技术摘记概述了一些已经完成的用以预测再生黑煤试样力学特性的试验结果及相互关系的分析。用压碎的煤粒重制试样,我们希望它保留煤原有重要的力学和物理化学特性。其中包括膨胀性、流动性和煤的气体吸附性等。目的是制得可以高度类比的性能均匀的煤试样。这些再生煤试样可以用在一些与煤有关的研究领域,如在煤层中长期储存CO2等。     

煤岩固-气耦合细观力学试验装置的研制

为从细观力学的角度出发研究含瓦斯煤岩变形破坏规律,研制一种煤岩固-气耦合细观力学试验装置,并对装置密封、透明视镜等关键技术难点进行深入分析.该试验装置主要由加载系统、充瓦斯系统、细观观测系统和声发射监测系统4个部分组成.与现有的细观试验装置相比,该装置具有以下特点:可提供单轴、平面应变、三轴σ2 =σ3)三种受力状态;试验测试方法多样化,可进行试验过程中的实时显微图像观测和应力-应变、声发射信号的采集;具有良好的气密性和耐爆性,创造具有瓦斯的试验环境,使煤与瓦斯突出机制的试验研究更加接近矿山实际;装置的结构简单,成本低,系统可靠性高.利用该装置进行瓦斯压力为1.0 MPa、围压为1.0 MPa(σ2 = σ3)下的煤岩细观力学试验,得到煤样受力破坏全过程的表观图像和声发射特征,以此分析试件破坏前后局部区域张拉裂纹的形成和扩展情况.初步的试验结果表明,该试验装置为固-气耦合条件下的相关试验研究提供新的测试手段,具有较大实用价值.     

煤岩本构关系与冲击倾向指标的力学分析

深入研究不同冲击倾向煤岩力学行为演化机制对认识和防治冲击地压具有重要的科学意义与工程价值。以弹塑性力学、岩石力学相关理论为基础,综合分析现有研究成果认为煤岩对外载荷的弹、塑性力学响应是其具有冲击倾向特征的本质原因,将煤岩峰值前塑性应变与弹性应变的比值定义为峰前损伤系数(K),以Scott模型为基础建立了煤岩本构关系,揭示了煤岩具有不同冲击倾向性的深层原因是损伤形成在受载过程的分布差异。推导了弹性能指数、冲击能量指数、峰后切线应力降模量和平均应力降模量的理论表达,随K值越小煤岩峰后盈余能越大,其冲击倾向特征越明显;将实测结果与理论值对比,弹性能指数理论值与实测结果吻合程度较高,而冲击能指数相对较低,但理论值对煤岩冲倾向性分类结果与实测值基本一致,总体上能对煤岩冲击倾向特征较好的描述。     

不同工程条件下的岩体力学参数确定方法

在丘陵地区及岩石埋藏不深的地区,建筑物基础常常直接设置于岩体上。而地下工程如地下洞室、矿业工程都直接与岩体接触。深部地下岩体作为隔离核废料的第二屏障,必须掌握地下岩体在多场耦合下的力学特性。对于起不同作用的工程岩体,在确定其力学参数时要采用不同的方法。该文通过对几种典型岩体工程进行力学特性分析,阐述了不同工程情况下确定岩体力学参数的方法。对岩土工程师针对不同工程应如何进行工作具有借鉴意义。     

不同加卸载条件下含瓦斯煤力学特性试验研究

 利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,以平煤十矿原煤样为研究对象,进行不同加卸载条件下(即增加轴压的同时卸载围压)含瓦斯煤力学特性的试验研究。研究结果表明,不同加卸载条件下含瓦斯煤的力学特性表现各异,主要表现为：加卸载煤样的承载强度比常规加载煤样的峰值强度低;加卸载煤样的承载强度随初始轴力的升高呈指数关系降低、随轴力加载速度的增加呈幂函数关系降低、随初始围压的升高呈指数关系降低、随瓦斯压力的升高呈线性关系降低;随着轴向应变的增加,各条件下变形模量呈现先迅速减小然后缓慢减小直至破坏后保持基本稳定的趋势,泊松比表现出先逐渐减小后增加最后基本保持稳定的趋势。该研究对巷道支护和瓦斯抽采具有重要的指导意义。     

深部原位应力煤岩卸荷力学特性试验研究

为探究深部原位应力煤岩卸荷力学特性,利用MTS816岩石力学测试系统对原位应力煤岩开展不同卸荷速率的三轴加卸载试验,并与常规卸荷试验对比,通过获取全过程应力–应变曲线分析卸荷煤岩的力学性能与变形特征,结合CT三维重构技术研究煤岩的破坏特征,探讨原位应力卸荷煤岩的适用强度准则。结果表明：(1) 2种方案煤岩的峰值强度与卸荷速率均成反比,但原位应力煤岩较常规煤岩的峰值强度更高,这种趋势在低速卸荷时逐渐弱化。(2)原位应力恢复过程实施后,煤岩在卸荷速率升高条件下,峰值轴向应变先减小后趋于稳定,峰值侧向应变整体不变,峰值体积应变先降低后增加。卸荷条件下原位应力煤岩的弹性模量更平稳,应变硬化模量得以增强。(3) Mogi-Coulomb强度准则能更好地反映原位卸荷煤岩的破坏强度特征;原位应力煤岩较常规煤岩的黏聚力c增加39.23%,内摩擦角φ减少11.92%,表明原位卸荷煤岩的抗破坏主控因素为黏聚力。     

岩石力学参数的概率分布的Bayes推断

由于获得岩石力学参数的大样本的困难性，使得统计岩石力学参数概率分布函数成为一个难题。解决工程问题时，一般认为它们服从正态分布，但其精确度十分有限。对于一个具体工程，如何在有限的小样本条件，推断岩石的力学参数概率分布函数一直是一个研究热点。     

浅述岩体力学参数确定方法

在岩体工程的稳定性分析中,力学参数的确定至关重要.文中介绍了几种基于岩块对岩体力学参数确定及处理的方法,这在工程处理及实践中有着重要的作用.特别是为隧道工程设计与施工提供围岩量化的基本理论和基本依据.     

深部煤岩单体及组合体的破坏机制与力学特性研究

 采用MTS815试验机对钱家营岩样、煤样和煤岩组合体进行单轴和三轴压缩试验,获得不同应力条件下煤岩单体及组合体的破坏模式和力学行为,并比较异同。单轴条件下钱家营砂岩的破坏以剪切、劈裂及混合破坏模式为主,并且砂岩的峰值强度、弹性模量和波速近似成正比关系;在一定条件下砂岩能产生II类曲线,但需采用环向位移控制加载,且砂岩需具有高强度和低非均质度,但煤和煤岩组合体几乎不发生II类曲线破坏。单轴条件下煤样以劈裂破坏机制为主,但煤样的峰值强度与弹性模量、波速的关系基本不明显。对于不同围压下煤岩组合体的破坏主要发生在煤体内部：单轴条件下煤岩组合体的破坏以劈裂破坏为主,而煤体内部发生的破坏由于裂纹的高速扩展有可能贯通到岩石中去,从而导致岩石的破坏,并且煤岩组合体破坏后几乎完全丧失承载能力;而三轴试验中,煤岩组合体的破坏以剪切破坏为主,但破坏后还有残余强度。随着围压升高煤岩组合体弹性模量总体趋势是初始缓慢增加,当围压超过15 MPa后弹性模量迅速增加;组合体的峰值强度与围压基本成线性关系。     

高温后花岗岩力学性能的试验研究

对经历不同高温后花岗岩的力学性能进行了试验研究，分析了花岗岩应力．应变曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量和泊松比等的变化情况。研究结果表明，经历400℃以内的高温后，温度对花岗岩的力学性能的影响不明显。但经历的温度超过400℃后，随受热温度升高花岗岩力学性能迅速劣化，花岗岩峰值应力(或强度)和弹性模量急剧降低，而峰值应变迅速增长。高温后花岗岩泊松比随经历高温的增加而呈减少趋势。     

岩盐力学特性的试验研究

针对岩盐这一特殊性质的岩石，进行了基本的力学特性试验，包括单轴压缩、间接拉伸及变角剪切。通过试验，发现无水芒硝岩盐是一种软岩，强度较低，变形较大。在单轴压缩变形破坏过程中，具有与普通岩石试件不同的四阶段性特征。另外，由变角剪切试验结果分别获得了无水芒硝和钙质芒硝岩盐的强度曲线方程。     

冻土动力学参数测试研究

冻土的动力学参数既是工程设计的依据之一,也是数值模拟时不可缺少的参数.本文分析了取自青藏铁路的两种路基土,即粉质粘土和细砂的动弹性模量和动阻尼比变化特征.试验发现,冻结粉质粘土和冻结细砂的动力学参数随频率、温度和含水量的变化规律相同.冻土的动弹性模量随频率的增加或温度的降低而增加.含水量增加时,冻土的动弹性模量先增加后降低,在饱和含水量附近达到最大.冻土的动阻尼比随频率的增加或温度的降低而减小.含水量增加时冻土的动阻尼比略有增加.     

原状欠固结土的力学特性试验研究

原状土的结构性对它的力学性质影响显著。通过多应力路径的原状土与重塑土的试验结果比较来揭示原状土体从小应变到大应变的特殊力学特性及应力路径的影响。从等压固结对比试验可看出该原状样明显的结构性与欠固结性。对于原状欠固结土,体应变对土体结构性的破坏要大于剪应变。原状欠固结土的结构性对土体强度的影响主要表现在内摩擦角的增大。土体小应变时表现出明显的高刚度与非线性。通过不同方向切样的原状土试验结果对比,反映了原状土体存在明显的各向异性,结构性引起的各向异性在应变越小时越明显。     

预应力混凝土板梁力学特性试验研究

 岩石类材料具有较高的抗压性能和较低的抗拉性能,如何改变该类材料的特性以满足工程上的需要是急需研究的课题。通过对某高速公路高架桥上预应力混凝土板进行张拉、跨中集中荷载、均布荷载及均布荷载与跨中集中荷载共同作用等几种情况下的力学特性进行对比试验,探讨了预应力混凝土板梁在弹塑状态下的工作特性,为正确设计预应力梁板积累了经验,同时也对岩石类材料的改性问题做出了一些有益的探讨。     

红砂岩膨胀力学特性试验研究

针对南京红山窑水利枢纽工程提供的红砂岩岩芯,采用MTS 815.02型岩石刚性伺服试验系统和岩石膨胀测量仪,对膨胀红砂岩进行了力学特性试验研究。并进一步探讨了膨胀红砂岩膨胀力与吸水率的相关性,继而研究膨胀红砂岩膨胀力与膨胀变形的规律。通过膨胀红砂岩力学特性试验结果分析,膨胀红砂岩的初始吸水率对其膨胀力有着强烈的影响。这一结果对水利工程地基处理方案设计与施工具有重大的参考价值。     

岩石动静力学参数的试验研究

在三轴应力下对砂、泥岩等岩芯（干岩样）进行了岩石力学参数的动、静态同步测试，并对动静态弹性参数进行了线性回归。结果表明：岩石的动静态杨氏模量之间存在较好的相关性，而动静态泊松比之间的关系不明显，该项研究为岩石的声学性质在石油工程中的应用提供了实验依据。     

面板堆石坝坝料力学性质试验研究

宜兴抽水蓄能电站初步设计为面板堆石坝。进行室内试验，研究堆石料的物理力学性质与级配，密度，泥岩含量的关系。试验结果表明，堆石料的最大干密度需用振动台试验获得，压实堆石料具有强透水性，低压缩性，破坏应变低，抗剪强度高，各料场级配石料均能够作为面板堆石坝的筑坝材料。在进行了不同级配和泥岩含量的堆石料试验基础上，统计分析了各力学参数与泥岩含量的关系。     

基坑开挖引起的土体力学特性变化的试验研究

通过对某工坑不同开挖阶段的静力触探、标准贯入试验以及主、被动区土压力测试结果的分析,对土体力学特性在不同开控阶段的变化进行了研究,得出了开控擤载下土体的强度变化以及对主、被动区土压力的影响。     

煤与瓦斯突出过程中温度变化的实验研究

从理论上分析了煤与瓦斯突出过程中温度的变化趋势,并在实验室对其进行了实验验证,认为在煤与瓦斯突出过程中,煤体温度的升高是由地应力破碎煤体使弹性能释放造成的,而温度降低则是由于瓦斯气体解吸和膨胀造成的。其变化是先升高后降低并连续变化的,根据煤体温度变化梯度可以进行瓦斯突出的预测预报。