约束可调式单轴温度-应力试验机控制系统

约束可调式单轴温度-应力试验机作为一种研究混凝土早期的水化特性、应力发展、变形模量以及徐变等特性的设备。根据该试验机的主要功能及主要技术指标要求设计其控制系统，它由荷载控制子系统和温度湿度控制子系统两部分组成。荷载控制子系统完成对混凝土试件形变量和应力的测量，并控制混凝土试件。温度湿度控制子系统测量混凝土试件内部温度，并控制混凝土试件周围的温度和湿度。设计的约束可调式单轴温度-应力试验机控制系统采用LabView8．0平台开发软件。经运行验证，控制系统完全能满足试验机的主要技术指标要求，并实现其主要功能。     

煤岩受压过程中内部红外辐射温度变化特征研究

在煤岩体内部钻Ф10mm的孔,首次利用红外测温仪实时测量煤岩体孔内的温度来得到其内部的温度变化特征.对煤和泥岩试件进行单轴加载红外观测试验,分析其受压过程中红外辐射温度的时空演化特征,发现煤内部温度与时间、载荷都是正相关的.煤样中出现破裂前兆是突然升温型,红外辐射温度由低速上升或者平稳状态转为高速上升,温度上升速度突然发生转折,温度突增最高达0.10℃.泥岩总体上都是升温形式,将升温泥岩孔内红外辐射温度与应力、应变线性拟合,得到孔内红外辐射温度与应力、应变的线性相关系数均大于0.92.泥岩中出现破裂前兆是突然升温型,最高突增0.23℃.     

双重介质热-水-力三维耦合模型及应用

在建立双重介质热-水-力耦合微分控制方程的基础上,提出了高温岩体地热开发系统热-水-力耦合的双重介质模型,对不同的介质分别建立以结点位移、水压力和温度为求解量的三维有限元格式,提出了该数学模型的求解策略与方法,开发了双重介质热-水-力耦合分析的的三维有限元计算程序DTHM.for,对地下-6km的高温岩体地热开发进行了详细的数值分析,结果表明:随地热提取,岩体裂缝法向应力逐渐降低、裂缝宽度成非线性增长;开始运行阶段,拟连续基岩介质内水压上升滞后,1a左右,整个系统水压保持稳定,以固定的压力梯度流动,在注入井和生产井附近区域水压力梯度较大,达0.046MPa/m,而在中间区域相对平缓,平均水压梯度约0.011MPa/m;在地热开采过程中,温度整体呈下降趋势,在生产井附近区域,温度呈非线性降低,与时间呈负指数关系下降趋势,而在注入井附近区域温度呈线性下降.     

体元-区域-系统冲击地压模型及应用

基于弹塑性力学和损伤力学原理,考虑到煤岩体内部存在大量节理裂隙,在弹塑脆性模型的基础上增加了结构面单元,构建了体能势函数,建立了能量的积聚、耗散与煤岩动态变形破裂过程之间的联系,并以此为依据从能量角度建立了体元-区域-系统冲击地压模型.结果表明:冲击地压是含结构面煤岩体组成的力学平衡系统在外界扰动作用下的失稳现象;基于该模型分析了煤岩系统在不同应力状态下变形破坏的演化规律及相应的地球物理信号特征;对跃进煤矿23130掘进工作面电磁辐射监测数据进行分析,验证了该模型的正确性.     

流体-岩石相互作用定量模拟技术新进展

成岩体是指在埋藏成岩作用过程中形成的、内部具有成因联系的、不同规模尺度的地质体。从多尺度成岩体研究入手,阐明成岩体中控制流体-岩石相互作用的热力学和动力学条件,揭示流体-岩石相互作用机制,提出以成岩相为核心的多尺度成岩体划分方案,进而归纳总结了成岩体系域、成岩体系、成岩相和成岩亚相不同尺度成岩体的流体-岩石相互作用研究新进展。从单相/多相流体和单矿物/多矿物相互作用角度,将流体-岩石定量模拟划分为长石-流体相互作用定量模拟、石英-流体相互作用定量模拟、多矿物-流体相互作用定量模拟和多相多组分流体-岩石相互作用定量模拟。今后拟重点开展的研究有:层序地层格架/沉积相带框架下不同成岩体内的流体-岩石相互作用研究,陆相断陷盆地内与深大断裂、断裂输导有关的流体-岩石相互作用研究,煤系地层背景下致密储层中有机酸流体-岩石相互作用研究,咸化湖盆储集层中流体-岩石相互作用研究,以及中、新生界碎屑岩风化壳内流体-岩石相互作用研究等。     

煤基质收缩对渗透率影响的实验研究

在具有围限压力的情况下进行了煤岩体氦气和甲烷渗透率的平行实验；采用控制有效应力的方法,消除了因流体压力降低和气体解吸引起的渗透率变低问题；同时,利用克林伯格公式，校正了因气体分子沿壁面滑动而影响的渗透率，并定量地推导了煤基质收缩引起的渗透率变化情况。结果表明：渗透率增量随绝对渗透率的增加而增大，随流体压力的减少而呈对数形式减少；煤岩体氦气的绝对渗透率大于甲烷的克氏渗透率，在有效应力不变的情况下，流体压力愈小，滑脱效应愈明显；滑脱效应引起的渗透率增量越大;氦气滑脱效应大于甲烷。     

充液弹性管束流固耦合系统模态分析

作为一种新型换热元件,弹性管束结构与管内流体构成了一个典型的流固耦合系统.考虑流体的可压缩性,用有限元法的位移-压力格式对管束-流体耦合系统进行离散,建立了系统的振动控制方程.在此基础上分别对管束结构、管内流体和管束-流体耦合系统进行了模态计算.结果表明：由于流体与结构的相互作用,不但弹性管束结构和流体本身的固有频率和振型发生改变,而且一个子系统的振动还会迫使另一子系统产生新的振动模式.不同密度的流体对结构频率改变的影响程度不同.因此,在研究管内充液弹性管束的动态响应时必须考虑流体与管束结构的相互作用影响.     

岩石断裂作用的反应-迁移-力学耦合与自组织

岩石断裂作用是一个复杂的动力学体系和动力学过程，受到岩石结构、应力、流体迁移、化学反应等多种地质因素和过程的耦合控制．本文建立了岩石断裂作用的反应-迁移-力学耦合动力学模型并编制了模拟程序．以湖南水口山康家湾矿区为例，数值模拟表明不同岩石的断裂作用强度和断裂渗透率演化是不同的，断裂与岩石、流体间的耦合产生正反馈和自组织作用，使得断裂渗透率的空间非均匀性增强并产生聚流作用．断裂与岩性、流体、反应的耦合、反馈与自组织作用控制了康家湾矿区流体成矿作用的发生与矿体的形成．     

承压破碎煤体低温氧化试验系统研制及应用

为研究应力、温度、水分对采空区煤自燃的综合影响,结合多场耦合理论与现有测试技术,开发一套煤低温氧化试验系统。该试验系统可模拟应力、温度、水分及渗流环境,可测试采空区破碎煤体在不同应力、温度、水分条件下的渗透参数,改变了目前煤低温氧化测试不能加载应力的现状,改进了煤自燃的试验研究方法,为后续研究承压破碎煤体多场耦合氧化机制及氧化动力行为差异性提供了途径。应用该系统测试了承压破碎煤体的低温氧化特征,识别了应力、温度、水分对煤体堆积状态和低温氧化过程的影响。     

岩土热-流-固耦合理论及在采矿工程中的应用

比较系统地介绍了煤炭工业中遇到的不可忽略的渗流-温度-应力耦合问题，而且对各领域的主要研究方法、研究结果等进行了报道，总结了岩土渗流-温度-应力耦合的研究方法和宏观方程，并提出了若干前沿研究方向。     

钻杆扭矩法测定煤岩强度的理论与试验研究

通过对打钻时钻杆上扭矩的力学分析,理论上给出了利用钻杆扭矩判断煤岩体强度的可行性,提出通过测试钻孔过程中的钻杆扭矩来判断煤岩体强度的方法.在此基础上,建立钻杆扭矩法测定煤岩强度试验系统,研究了不同煤岩体强度条件下钻杆扭矩的规律.试验结果表明,钻杆扭矩能够反映被钻削煤岩体的强度,单一影响因素条件下,钻杆扭矩同煤岩体强度呈线性递增规律.应用该方法在现场的测定结果符合试验情况,验证了钻杆扭矩法测定煤岩体强度的有效性和可靠性.     

巷道掘进揭煤诱导煤与瓦斯突出模拟试验系统

为深入研究巷道掘进揭煤诱导煤与瓦斯突出机理及其全过程多物理量信息规律,基于综合假说及CSIRO突出模型,研发了巷道掘进揭煤诱导煤与瓦斯突出模拟试验系统.试验系统的反力密封单元具备旋转功能,且实现了模型边界气密性;应力加载单元实现了对模型5 MPa真三轴地应力加载;气体充填单元实现了3 MPa气体自动稳压充填和快速补压;巷道掘进单元实现了巷道可视化伺服掘进和自动排渣;信息获取单元实现了突出全过程多物理量信息快速获取融合.并利用试验系统成功开展了真三轴地应力加载和1.1 MPa充气保压条件下巷道掘进揭煤诱导煤与瓦斯突出全过程相似模拟试验,得到与现场相似的突出孔洞位置及形状、突出粉煤质量与距离等现象及气压、温度、应力等多物理量信息.     

锚固岩体复合材料力学性质的数值模拟研究

将岩体锚-杆支护系统看作一种由岩体（基体）法和观点建立锚杆、锚杆（增强材料）和砂浆（粘结材料）组成的复合材料，利用复合材料力学的方加固岩体的细观力学等效模型，建立岩体-锚杆支护系统复合材料的宏观力学性质与其组分材料性能及细观结构之间的定量关系，从整体上评价该支护系统的增强效果。同时。在ANSYS分析软件的基础上利用APDL进行二次计算程序开发，选取岩体-锚杆复合材料代表单元体，通过对单元体进行单轴和三轴数值模拟试验，得到锚固岩体复合材料的等效应力-应变关系，并研究了其等效强度性质。     

基于数字化CSIRO双温补偿方法的岩体扰动应力长期监测系统的研发与应用

围岩应力扰动是引起工程失稳、破坏的直接因素,目前针对应力扰动的获取尚无有效手段和技术。随着深部岩体力学与开采理论研究的发展,对扰动应力监测成为深地课题需要研究的重要内容。本文利用空心包体地应力测量基本理论,提出双温度补偿技术,研发岩体扰动应力长期监测系统,并在工程现场实现对岩体扰动应力的实时监测。针对长期监测中环境温度影响过大、供电不稳、采集通道调平范围小等不足,研发了断电续采型数字化采集电路。基于空心包体地应力测量基本理论和完全温度补偿技术原理,提出采集电路的双温度补偿方法,并用该方法对采集电路进行室内标定。考虑应力监测环境特点,设计了岩体近开挖面测点应变片布片方案,并基于地应力测量原理推导了测量应变与应力的关系公式。断电续采型数字化采集电路的研发,实现了调平通道大范围量程的原位同步温度监测,克服了常规采集电路供电不稳造成的监测数据无法接续的问题,室内试验测定断电20 d数据连续性满足测量精度要求。根据室内标定数据,双温度补偿方法有效地剔除温度变化对监测系统监测精度的影响,并针对岩体边坡和地下硐室两种不同工程环境设计研发出相应的岩体扰动应力长期监测系统。现场应用显示,岩体扰动应力长期监测系统充分体现了断电续采和双温度补偿方法的优势,通过应变与应力关系式计算得出的结果显示,系统能对岩体扰动应力实现有效的监测。     

高温真空阻尼测试系统的设计与性能测试

为研究高温真空下材料阻尼的变化规律,根据共振驻留法进行阻尼识别的方法,研制了一套高温真空环境下的阻尼测试系统,解决了高温真空环境下施加激励和测量试件振动信号的难题.高温真空阻尼测试系统主要包括电炉加热控制子系统、真空控制子系统、温度监视子系统、水冷子系统和阻尼测试子系统.性能测试实验表明,该系统的温度可自动控制,可控范围为室温～1100℃,最高真空度可以达到0.1Pa.具有温度和真空度稳定,操作灵活简便,读数直观清晰等特点.     

考虑软化特性的软黏土动应力-应变关系研究

针对在地震、波浪、交通等循环荷载的作用下饱和软黏土残余孔隙水压力上升，从而导致软黏土刚度、强度发生软化的这种现象，对循环荷载作用下考虑循环软化特性的饱和软黏土动应力-应变进行了研究.以往的研究大多忽略初始偏应力对软黏土循环软化及动应力 应变关系的影响.通过对萧山正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验，研究了循环次数、循环应力水平、初始偏应力对饱和软黏土刚度软化及应力 应变关系的影响.试验结果表明，随着循环次数的增加，土体刚度逐渐减小；循环应力水平的提高和初始偏应力的施加都将加快刚度软化和累计塑性应变的发展，从而加速土体的破坏.同时，在试验的基础上推导了反映土体刚度软化规律的经验公式，利用该公式并结合修正的Masing准则对软黏土的动应力-应变关系进行描述.     

基于霍克-布朗(Hoek-Brown)准则重力坝抗滑稳定分析

霍克-布朗(Hoek-Brown)强度准则因其能准确描述岩体、岩石的破坏特征而得到广泛应用。以ABAQUS为平台,利用完全隐式欧拉回映算法进行应力更新,建立相应的一致切线刚度矩阵,开发了基于Hoek-Brown强度准则的UMAT本构模型,并通过单轴压缩和拉伸数值试验验证了程序的可靠性和准则的适用性。最后,基于编制的UMAT与等效Mohr-Coulomb准则,采用超载法进行重力坝深层抗滑稳定分析。计算结果表明:等效Mohr-Coulomb准则高估了岩体抗拉强度,Hoek-Brown准则能反映岩体的非线性破坏特征,更符合坝基岩体的实际特征.     

一步法合成2-甲基-4-戊烯-2-醇

对传统的两步法格氏反应合成2-甲基-4-戊烯-2-醇的工艺进行研究,提出混合溶剂一步法合成工艺.研究合成过程中溶剂、反应时间、反应温度等因素对2-甲基-4-戊烯-2-醇产率的影响,获得控制反应过程的最佳参数.用IR、'HNMR对产物的分子结构进行了表征.研究结果表明,采用混合溶剂一步法合成工艺,当V(苯);V(四氢呋喃)=3:1时,产物2-甲基-4-1戊烯-2-醇的产率达到81.3%.     

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上,把裂隙岩体看作是离散网络模型,分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性,建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型,并推导了控制方程.对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究,提出了渗流场-应力场耦合的分析模型,推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式.     

高预紧力桁架锚索与单体锚索平行布置支护原理及应用

综合理论分析、数值模拟、现场试验及实测,分析了高预紧力桁架锚索与单体锚索不同支护原理及其优缺点,提出高预紧力桁架锚索与单体锚索平行布置支护技术,并对其组成结构、控制机理、应力场分布规律进行系统研究.结果表明:1)单体锚索自由端预紧力在锚固体内形成的垂直应力随锚索轴向深度增大呈指数形式迅速减小,其有效作用深度为0~6m,有效作用半径为0~2.4m;2)桁架锚索新型特制联接锁紧器使闭锁结构内锚固体受水平应力和垂直应力双重作用,锚固体中性轴位置下移,更大范围煤岩体处于受压应力状态;3)单体锚索应力场以环形波纹状向岩体深部扩展,桁架锚索应力场呈燕尾形沿垂直方向向岩体深部扩展,叠加区内更大范围锚固体处于受压状态.实测五家沟矿5203特大断面开切眼顶板最大变形量为393mm,围岩控制效果良好.