不同围压下松软煤体力学特性与能量演化规律

为揭示滇东矿区松软煤体在加载破坏过程中的力学特性和能量演化规律,基于MTS815.03岩石力学实验系统对原煤试样进行不同围压条件下的三轴压缩实验。结果表明：煤样的峰值应力、弹性模量与围压存在指数函数关系;峰值应变、泊松比随围压呈线性增加;围压效应使煤样的破坏从延塑性向脆性转变,破坏模式由局部剪切形态向整体劈裂形态发展;围压对煤样变形破坏过程中能量演化影响显著。随着围压的增大,极限弹性能与峰值总能量均呈近似线性增加,积聚的极限弹性能对煤样的破坏起重要作用,宏观表现为高围压条件下煤样破坏较低围压剧烈。     

高围压卸荷条件下大理岩变形破坏及能量特征研究

能量的耗散与释放是岩石变形破坏的本质。基于MTS815 Flex Test GT岩石力学试验平台,通过室内三轴卸荷试验和数学物理分析方法,揭示了大理岩在高围压三轴卸荷条件下的应力应变关系及能量变化特征。结果表明,初始围压的增大将显著提升岩样峰值强度时的可释放应变能以及最终总能量;随着围压的增大,岩样所吸收的能量变化的快慢程度随着偏应力变化而有所减缓;峰值强度时岩样可释放应变能占总能量的比例随着围压的增大而急剧增大,而残余强度时所吸收的总能量几乎全部转化为耗散能;大理岩能量指标存在明显的围压效应,即峰值总能量和残余总能量随着围压增大而显著提高,且具有良好的线性关系。     

三轴压缩条件下胶结充填体能量耗散特征分析

开展不同灰砂配比、质量分数的充填体三轴压缩试验,研究了不同围压加载阶段充填体的能量耗散与围压、应变以及应力的内在关系.结果表明,在低围压时,充填体的极限抗压强度低;随着围压的增加,充填体的峰值强度随之增大,峰前能耗占总能耗的比重越来越大,说明充填体屈服阶段吸收的能量占总能量的比重提高,围压的增大能够提高充填体的破坏能耗量;充填体的峰前能耗量、峰后能耗量、单位体积变形能以及总能耗与围压呈二次函数曲线关系.当围压一定时,充填体在弹性变形阶段的能量变化与轴向应力、偏应力均呈线性关系,与轴向应变呈指数函数曲线关系;随着轴向载荷增加,能量随轴向应力、偏应力变化的增长速率加大.     

不同冲击荷载下花岗岩力学和能量耗散特性

为探究不同冲击荷载条件下花岗岩的动力学特性,采用分离式霍普金森压杆分别对花岗岩试样进行单次和重复冲击荷载试验,并对试样的应力-应变响应、应变率曲线特征、能量耗散特性以及破坏形态进行综合分析.结果表明:单次冲击下,试样动态抗压强度与比能量呈现对数函数关系,试样破坏程度随着比能量的增加而逐渐增大；随着入射波峰值应力的增加,应力-应变曲线峰后段的回弹现象逐渐减弱,应变率曲线呈现出愈加明显的“双峰”特征,其第2波峰逐渐高于第1波峰.重复冲击作用下,当试样未破坏时,应力-应变曲线基本经历弹性加载、损伤演化和峰后回弹3个阶段,当试样经历最后一次冲击时,应力-应变曲线峰后段形状与试样的破坏程度有关.此外,试样破坏时的累积比能量越大,其破坏越严重,应变率曲线由“单峰”逐渐向“双峰”过渡.     

循环冲击荷载下花岗岩力学和能量耗散特性研究

针对隧道或城市地下工程施工过程中重复爆破对围岩稳定性的影响开展研究.在不同轴压等级和冲击荷载作用下,利用带轴压装置的霍普金森压杆装置,对含横向孔洞的花岗岩试件进行单轴循环冲击试验研究,分析了花岗岩试件在动态循环冲击荷载下的力学性质和能量吸收规律特性.通过建立基于在能量耗散的岩石损伤度的判定准则,利用累计比能量来表征岩石...     

卸围压条件下砂岩变形破坏特性试验研究

从可释放弹性应变能角度对岩石卸围压条件下破坏特性进行研究,利用MTS815电液压伺服可控制刚性试验机进行保持轴向变形不变的卸围压试验,根据卸围压试验数据,分析了该砂岩卸围压过程中变形、强度、弹性模量及能量变化特征。结果表明:随着围压逐渐降低,岩样发生侧向不断扩容;轴向应力逐渐降低,呈现出非线性特征;弹性模量在初始阶段几乎不变化,越过破坏点之后大幅降低;可释放的弹性应变能在初始阶段增大比较缓慢,当围压降低至一定程度时急剧增大;推导出基于可释放弹性应变能的卸荷岩石的整体破坏准则Ue0。     

磷块岩三轴压缩破坏特性与声发射规律的研究

采用应力加载系统和声发射测试系统,研究了三轴压缩试验中磷块岩裂纹破坏特性及声发射活动规律. 试验及分析研究表明:磷块岩三轴声发射加载全过程可分为裂隙压密阶段、弹性压缩阶段、裂纹初级扩展阶段、裂纹剧烈扩展阶段、宏观破坏阶段;磷块岩声发射事件在其强度最大阶段和宏观破坏阶段均有产生;磷块岩声发射事件数随着围压从2 MPa增加到4 MPa而减少.     

侧限约束冲击载荷下煤样能量耗散与损伤特征

冲击载荷作用下煤岩能量转化与损伤控制是煤岩冲击动力学领域关注的重点问题.利用分离式霍普金森压杆和自制侧限约束装置,对煤样进行不同速度等级、不同约束状态冲击压缩试验,研究其能量耗散规律和破坏失效模式,并结合超声波测试、CT扫描分析侧限约束条件下煤样损伤特征.结果表明：冲击压缩过程中煤样能量转化分布具有同步异幅特征,受煤低波阻抗特性影响显著.单轴冲击条件煤样呈脆性失稳破坏,从低速冲击的劈裂破坏向高速冲击下压碎破坏模式转变,耗散能与冲击速度呈二次函数正相关关系.受能量相同的入射波作用,侧限约束下煤样微裂隙扩展贯通困难,耗散能明显低于单轴冲击,煤样外观保持整体性较好,发生塑性变形破坏.随着冲击速度的提高,冲击载荷对煤样损伤程度的影响占主导因素,三维重构模型显示煤样内部损伤裂隙体积增幅明显,超声波高频信号降低、低频信号上升、频谱由单主峰向多峰转变.依据纵波波速变化特征,建立了侧限约束煤样损伤程度与冲击速度的关系表达式,可为相关工程设计施工提供参考.     

单轴压缩荷载下含黏结面花岗岩能量演化研究

为探究能量演化在含黏结面不完整岩石受载过程中的规律,选取带有矿物质黏结斜面的花岗岩进行单轴循环加卸载压缩试验,同时在试验过程中进行声发射检测.得到以下结论:"有效能比"(累积弹性能/输入岩石的总能)可以作为岩石储能水平的表征,也可间接反映岩石内部结构随应力状态的改变;从整个加载过程来看,黏结面部位破坏的声发射释能短促、强烈,峰值强度时声发射持续时间较长,但声发射释能率相比黏结面破坏时较低;应力水平较低时,卸载过程中一般不会有声发射现象或声发射现象基本可以忽略,但当应力水平达到一定值时,即花岗岩积聚的弹性能超过了黏结面部位破坏的耗散能时,花岗岩在卸载时会发生短促、强烈的脆性破坏;由于声发射能量属于耗散能的一部分,定义"声发射检测效率"(声发射累积能量/累积耗散能),对于本次试验对象而言,"声发射检测效率"在压密阶段降低,弹性阶段升高,黏结面局部破坏时达到峰值,之后直至峰值强度该值呈现持续降低趋势;从能量角度分析,卸载破裂所对应的应力水平低于加载强度,但不应低于与峰值强度时耗散能大小相等的弹性能所对应的应力水平.     

三轴循环加卸载下砂岩声发射分形特征试验

为探究砂岩在三轴循环加卸载条件下的声发射特性及其分形特征,对砂岩进行不同围压等级下常规三轴试验和三轴循环加卸载声发射试验,通过分析砂岩在三轴循环加卸载条件下峰前与峰后全过程的声发射特性及其分形特征,探究岩石渐进破坏过程中试样裂纹开展和损伤演化规律.采用MTS815 Flex Test GT岩石力学测试系统与PCI-Ⅱ型...     

花岗岩卸荷破坏全过程声发射特征试验

利用MTS815混凝土与岩石力学试验系统和PCI-2三维定位实时监测系统对花岗岩卸荷破坏进行了声发射试验,得到了其卸荷破坏全过程变形特性和声发射特征,探讨了应力与应变、声发射数与应力、声发射率与应力、声发射数与时间以及声发射率与时间之间的关系.研究表明,岩石在卸荷方式下的破坏大多表现为脆性破坏,而且围压越大,脆性破坏特征越明显;对于1-1试件,破坏前在应力大于310MPa左右或在时间大于300s左右的范围内声发射数、声发射率开始出现激增现象,表明进入该阶段岩石内部破裂开始加速发育、扩展,最终导致岩石的破坏.研究成果对具有同类岩体的工程具有重要的参考价值.     

卸围压条件下花岗岩强度特性及三维裂隙演化规律

为研究卸围压条件下花岗岩强度特性和三维裂隙演化规律,对花岗岩开展了常规三轴压缩、卸围压-加轴压和分级卸围压-加轴压循环加卸载3种不同应力路径力学试验,获得对应的轴、径向应力-应变曲线;采用CT扫描三维重构技术获得岩石卸围压过程中和破坏后内部裂隙分布三维图像.结果表明:相对于常规三轴压缩试验,试件在卸荷条件下脆性破坏特征更加显著,分级卸围压-加轴压循环加卸载会增大花岗岩的峰后延性,降低破坏轴压和破坏剧烈程度;两种卸围压方案都会使花岗岩的承载能力降低30%左右;卸荷作用下花岗岩宏观破裂为拉剪组合状,拉剪过渡不明显,表观裂隙是内部裂隙向外扩展的结果;花岗岩在卸荷作用下峰前产生的裂隙量较少,大量裂隙在峰后产生,破裂具有突发性和瞬时性,围压较低时宏观裂隙首先在试件边缘产生,围压较高时宏观裂隙首先在试件中部产生.     

Mechanical property and permeability of raw coal containing methane under unloading confining pressure

Based on domestic-developed triaxial servo-controlled seepage equipment for thermal–hydrological–mechanical coupling of coal containing methane, an experimental study was carried out to investigate mechanical property and gas permeability of raw coal, under the situation of conventional triaxial compression and unloading confining pressure tests in different gas pressure conditions. Triaxial unloading confining pressure process was reducing confining pressure while increasing axial pressure. The research results show that, compared with the peak intensity of conventional triaxial loading, the ultimate strength of coal samples of triaxial unloading confining pressure was lower, deformation under loading was far less than unloading, dilation caused by unloading was more obvious than loading. The change trend of volumetric strain would embody change of gas permeability of coal, the permeability first reduced along with volumetric strain increase, and then raised with volume strain decrease, furthermore, the change trends of permeability of coal before and after destruction were different in the stage of decreasing volume strain due to the effect of gas pressure. When gas pressure was greater, the effective confining pressure was smaller, and the radial deformation produced by unloading was greater. When the unloading failed confining pressure difference was smaller, coal would be easier to get unstable failure.     

三维动静加载下煤的本构模型及卸荷破坏特征

为研究非静水压条件下煤体动力学性能及动力扰动后卸荷破坏特征,在三维动静加载实验的基础上,研究了卸荷方式对动力扰动后卸荷煤样宏观破坏特性的影响。首先,采用Ф50 mm的分离式霍普金森压杆系统,开展三维动静加载下煤样的动力学实验,研究轴压、应变率对煤样动力学响应规律的影响;其次,基于响应曲面理论,借助中心复合试验法,构建考虑因素交互作用的回归模型,并分析单因素及因素交互作用的显著性;然后,结合因素交互作用、Weibull分布、Drucker-Prager准则,修正煤的强度型统计损伤本构模型,对比理论与实验结果,验证模型可靠性;最后,借助加卸荷电液伺服装置,探究轴压、冲击气压、卸荷方式对煤样破坏特征的影响及作用机制。结果表明,构建的强度型统计损伤模型,相关系数R²≥0.88,可表征煤样动力学响应行为。冲击后同步卸荷的煤样多呈层裂破坏,拉伸界面随轴压增大而后移直至消失,无法形成层裂破坏;非同步卸荷下煤样破坏形式主要包括整体完整、层裂、压剪破坏,而当冲击气压0.4～0.6 MPa,轴压14.5 MPa时,表现为“层裂+压剪”混合破坏。     

Mechanical properties and failure modes of stratified backfill under triaxial cyclic loading and unloading

Multiple filling of gobs will lead to a layered structure of the backfill. To explore the influence of layering structure on the mechanical properties and failure modes of backfill, different backfill specimens were prepared with a cement/sand ratio of 1:4, a slurry concentration of 75%, and backfilling times of 1, 2, 3 and 4, separately. Triaxial cyclic loading and unloading experiments were carried out. The results show that with an increase in backfilling time, the peak strength of backfill decreases as a polynomial function and the peak strain increases as an exponential function. The cyclic load enhances the linear characteristic of backfill deformation. The loading and unloading deformation moduli have a linear negative correlation with the backfilling time. The unloading deformation modulus is always slightly higher than the loading deformation modulus. The failure modes of stratified backfill are mainly characterized by conjugate shear failure at the upper layer and tensile failure across the layer plane, and there is usually no damage in the lower layer away from the loading area.     

不同卸荷应力路径下岩体破坏特征试验研究

隧道施工引起围岩应力释放的问题值得关注，目前对不同开挖方式引起隧道围岩强度及破坏的研究较少．因此，通过采用岩石三轴试验机，模拟隧道的不同开挖工况，针对不同卸荷应力路径下的岩石强度及破坏特征进行了深入研究，提出了相应的结论，可为后续理论研究提供试验参考．     

不同卸荷应力路径下岩体破坏特征试验研究

隧道施工引起围岩应力释放的问题值得关注,目前对不同开挖方式引起隧道围岩强度及破坏的研究较少.因此,通过采用岩石三轴试验机,模拟隧道的不同开挖工况,针对不同卸荷应力路径下的岩石强度及破坏特征进行了深入研究,提出了相应的结论,可为后续理论研究提供试验参考.     

单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究 （研究生论坛）

利用 MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行了单抽加卸载试验,得到了岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并且从能量与声发射的角度研究了纯岩盐变形破坏过程的基本特征。通过研究表明,岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个实验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个实验过程中,弹性应变能占的比例非常的小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率便大量产生,而后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定地且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。