人工负温高强混凝土动态力学特性研究

为研究人工负温早龄高强混凝土的动态力学特性,采用SHPB试验系统对-7℃不同龄期高强混凝土进行单轴冲击压缩实验,得到多组不同应变率作用下的动态应力应变曲线。研究发现:高强混凝土的强度具有明显的温度效应;标准及-7℃养护环境下,混凝土试块3d强度分别为单轴抗压强度的77. 4%、46. 7%;在低应变率作用下,负温混凝土脆性比较明显,中高应变率(大于30s~(-1))作用下,负温混凝土韧性增加,脆性降低;动态抗压强度、峰值应变具有明显的应变率相关性,三个龄期的峰值应变均在0. 002~0. 004;同一应变率及龄期的混凝土,其强度及弹性模量均随着受冲击次数的增加而减小,相反,其峰值应变变大。     

侏罗系冻结砂岩单轴抗压强度与孔隙度的关联性分析

为研究冻结条件下岩石的孔隙度与单轴抗压强度之间的关系,对人工冻结条件下的侏罗系饱和含水砂岩进行了核磁共振测试和单轴压缩试验;分析了不同温度条件下,温度与单轴抗压强度和孔隙度之间的关系,并将孔隙度和单轴抗压强度进行了关联分析。研究结果表明:砂岩单轴抗压强度和温度满足二次曲线变化关系;-5～-15℃等温度区间,单轴抗压强度增长值从4.54 MPa降至0.54 MPa,单轴抗压强度增长率从14.22%降至1.33%;饱和冻结砂岩孔隙度随着温度的下降,其孔隙度亦减小,且孔隙度和温度的关系符合幂指函数变化规律;冻结砂岩孔隙度和其单轴抗压强度满足幂指函数关系。     

不同负温和含水率模拟月壤SHPB试验与分析

为了解月球永久阴影区月壤的动态力学性能,以玄武质模拟月壤进行动态冲击试验,研究不同负温、不同含水率及不同应变率加载下模拟月壤的动态应力-应变曲线特性、动态抗压强度和破坏特征,分析动态抗压强度、动弹性模量与模拟月壤负温、含水率、应变率的关系。试验结果表明：动态抗压强度与应变率呈正相关关系;破坏形态类型主要为锥形剪切破坏和颗粒状粉碎破坏;破碎块度分布具有良好的分形特征。研究结果能为未来月球资源研究提供参考。     

冻结白垩系砂岩强度特性试验研究

为研究白垩系地层冻结砂岩的强度特性,采用MTS-815电液伺服岩石试验系统开展了不同温度状态下饱和中砂岩和粗砂岩的单轴压缩试验,获得冻结白垩系砂岩的力学性质与低温的相关性。试验表明:冻结白垩系中粒砂岩及粗粒砂岩,其单轴抗压强度均随温度的降低而增大,从25℃降至-30℃的过程,中粒砂岩强度提高了49.475%~64.656%,而粗粒砂岩的强度提高了59.455%~84.886%,相同温度下,饱和粗粒砂岩的单轴强度总是大于中粒砂岩;两种岩石强度的差异性较大,且差值随着温度降低而总体上不断增大;随着温度的降低冻结白垩系岩石弹性模量明显增大,应力-应变曲线的压密段和塑性变形段越来越不明显,表现出更明显的弹性和脆性特征。通过试验结果分析,可为该地区冻结法凿井冻结壁和井壁的设计参数的选取提供参考。     

白垩系软岩斜井综掘机械化施工技术研究

针对内蒙、新疆等西北部地区白垩系软岩遇水解体、抗压强度低等地质特点,介绍了巷道掘进采用可前移、升降的盾构保护、同步架棚跟进、综掘机械化快速施工技术,施工实践表明取得了一定的效果,获部级科学技术创新成果奖.     

长期荷载对人工冻土单轴强度的影响

取自煤矿井检孔的原状黏土,加工成准50 mm×100 mm标准试样,先分别在-5℃、-10℃、-15℃下进行单轴压缩试验获得单轴极限抗压强度,然后进行-5℃、-10℃、-15℃下蠕变荷载分别为0.3σs、0.5σs的单轴蠕变试验,最后将蠕变试验后的试样进行单轴压缩试验。结果表明:随着温度的降低,原状黏土的单轴抗压强度不断提高;原状黏土经受长期荷载后的单轴抗压强度有所降低,在-5℃降幅最大达到15%,且都是塑性破坏方式。     

人工冻黏土单轴无侧限抗压强度试验研究

对祁南矿井3个不同层位的原状冻土样及同含水率下的重塑冻土样进行单轴无侧限抗压强度试验。试验分析表明:原状冻土试样破坏时均发生沿斜向下45°～55°方向的剪切破坏,而重塑冻土试样破坏时表面产生网状裂纹,呈塑性破坏;试验过程中原状冻土和重塑冻土试样的应力-应变曲线均呈现出软化现象,采用改进后的软化模型能够较好拟合试验曲线的发展趋势;同一土样在相同含水率下,负温对重塑土抗压强度的影响程度大于原状土,且负温越大,影响程度越大,当负温达到一定值后,重塑冻土的抗压强度接近原状冻土的抗压强度;试验建立了以温度为变量的指数函数强度模型以及幂函数峰值强度比模型。     

高家堡煤矿冻岩单轴压缩力学性质试验研究

基于岩石低温损伤问题,为进一步研究砂岩低温下物理力学性质变化,对高家堡煤矿525,657和782 m深度层位砂岩,进行了不同低温(-15～-5℃)下的单轴压缩试验,观察3个深度层位砂岩在不同低温下的单轴压缩后的破坏模式,并分析应力、应变变化规律以及单轴抗压强度、弹性模量和泊松比随温度的变化规律。试验结果表明,在试验温度范围内,砂岩单轴抗压强度、弹性模量和泊松比均受温度影响较大,单轴抗压强度和弹性模量随温度的降低而增加,泊松比随温度的降低而减小。拟合出砂岩单轴抗压强度、弹性模量和泊松比随温度的变化曲线,得出结论:砂岩单轴抗压强度和弹性模量在-15～-10℃温度范围内的变化率,比在-10～-5℃温度范围内更大;而其泊松比变化率受温度影响不大。     

尾砂胶结充填体力学性能与微观结构研究

胶凝材料水化产物的种类、数量及其微观结构将直接影响尾砂胶结充填体的宏观力学性能。本文采用XRD、TG-DSC、SEM等研究方法,建立了尾砂胶结充填体宏观力学性能(单轴抗压强度)与胶凝材料水化产物种类和数量之间的关系。研究结果表明,随着灰砂比和养护龄期的增长,尾砂胶结充填体内钙矾石等水化产物的含量随之增多,尾砂胶结充填体的单轴抗压强度σc与胶结体中钙矾石的含量x呈一次直线正相关关系,即σc=2.0126x+0.5295,相关性系数为0.9610;增加充填体中AFt的含量有助于提高其单轴抗压强度。     

基于尺寸效应的红砂岩点荷载强度试验研究

以云南武定南华采石场的红砂岩为研究对象,制备不同尺寸的岩心样,利用自行研制的便携式点荷载仪进行点荷载轴向试验、径向试验,并结合单轴压缩试验,分析尺寸效应对规则岩心样点荷载强度的影响以及点荷载强度与单轴抗压强度的关系.试验结果表明:点荷载强度具有明显的尺寸效应,在不同试验方式下,试件直径和厚度对点荷载强度值的影响不同;分析了形状系数与点荷载强度的关系,并提出不同试验方式下形状系数的建议取值范围;获得云南武定地区红砂岩点荷载强度和单轴抗压强度之间的经验转换公式,以期为该地区的工程应用提供参考.     

低温冻结作用下砂质泥岩基本力学特性试验研究

以砂质泥岩为研究对象,对饱水状态岩石试件进行不同温度(-30~20℃)、不同围压(6,8,10 MPa)条件下的单轴压缩试验及三轴压缩试验,分析了低温对砂质泥岩基本力学参数的影响规律,探讨了抗压强度和残余强度随围压的变化。研究结果表明:低温(0℃以下)对砂质泥岩强度特性和变形特性均有较大的影响,其抗压强度、黏聚力、内摩擦角、残余强度和弹性模量随温度的降低均有所提高,残余强度呈衰减增长趋势,而最大轴向应变值随着温度的降低而不断减小。围压对砂质泥岩强度特性的影响非常明显,抗压强度、残余强度均随围压的增加呈线性增加。通过对大量的试验数据进行分析,得到一系列有意义的拟合曲线及关系表达式。     

潜江超深盐矿盐岩力学特性的试验研究

对取自潜江白垩系地层2000 m的盐岩试样,进行了一系列的力学特性试验。包括单三轴压缩试验,巴西劈裂试验,直接剪切试验。研究了盐岩的单轴抗压强度,弹性模量等,并与国内外其他地区盐岩相比较,得出潜江盐岩单轴抗压强度,弹性模量都偏小;研究了三轴压缩强度特性,着重研究了模拟地层温度和高围压条件下,温度和高围压对盐岩力学特性的影响机理,研究表明:温度对盐岩的力学特性影响明显,盐岩塑性变形能力非常强,围压对弹性模量的影响非常小,高围压下盐岩没有明显的破坏面,不再是单纯的剪切破坏;同时对盐岩的抗拉强度,抗剪强度参数进行了研究,得到潜江盐岩的抗拉强度为1.041 MPa,抗剪强度参数c,φ值分别为2.46 MPa和41.36°     

重塑对人工冻结粘土力学参数影响试验研究

 采用自行研制的WDT-100型微机控制电液伺服冻土单轴试验机,通过与原状冻土的对比试验研究分析了重塑状态对人工冻结粘土单轴抗压强度和弹性模量的影响.结果表明,重塑土试样单轴抗压强度低于原状土试样,实践中可采用重塑土强度乘以1.2比例系数的方法来模拟无法直接得到的原状土强度;对于弹性模量,在温度高于-10℃时可采用重塑土切线模量乘以1.16比例系数的方法来模拟原状土弹性模量;当温度低于-10℃时,可采用重塑土割线模量直接模拟原状土弹性模量.     

冻融循环对风化花岗岩物理特性影响的实验研究

在冻结温度为-40 ℃,融化温度20 ℃的环境下对风化花岗岩进行0,10,20,30次冻融循环实验;并对岩样进行室温下岩芯核磁共振和常规单轴压缩实验,得到冻融循环后岩石的孔隙度、孔隙分布和单轴抗压强度,孔隙度与循环次数拟合多项式。实验结果表明：冻融循环后风化花岗岩饱和水状态下的质量均会增加;岩石内部的孔隙分布发生了明显变化;中小尺寸的孔隙数量增加且随循环次数增加而增长;花岗岩强度明显降低,冻融系数和单轴抗压强度随循环次数的增加而减小,弹性模量有所降低。最后利用损伤力学原理对岩样进行冻融损伤分析,得到有效应力与孔隙度表达式,为研究寒区岩体工程损伤破坏机理和稳定性评价提供参考数据。     

冻融后花岗岩孔隙发育特征与单轴抗压强度的关联分析

为了研究冻融后岩石的孔隙特征与力学性质之间的关系,对冻融后的花岗岩进行了核磁共振测试和力学试验,分别分析了NMR孔隙度和谱面积与单轴抗压强度之间的关系,并将岩石核磁共振成像结果与力学破坏特性进行了关联分析。研究结果表明：孔隙的发育程度对岩石的力学损伤有重要的影响,岩石的NMR孔隙度和谱面积与单轴抗压强度之间的关系式均为指数分布,岩石内部的孔隙分布情况与其力学性质和宏观破坏特征之间存在一定的联系;采用分形理论对冻融后花岗岩的孔隙发育特征进行了描述,得出了冻融花岗岩孔隙发育的分形维数。分析表明,冻融作用下岩体内的裂隙产生及其演化具有自相似性,分形维数值越大,孔隙越发育,其单轴抗压强度就越小。     

数字钻探随钻参数与岩石单轴抗压强度关系

针对常规的现场岩石单轴抗压强度测试方法周期长、成本高的问题,提出一种基于数字钻探测试岩石单轴抗压强度的方法。根据岩石钻进过程中的受力特点,基于能量分析法,推导了岩石单位切削能与随钻参数的关系式。同时,基于自主研发的多功能岩石钻探测试系统,开展了砂岩及不同强度砂浆试件等完整岩石的数字钻探试验,通过试验结果分析,建立了随钻参数与岩石单轴抗压强度的定量关系模型(DP-UCS模型),并对其进行了验证,结果表明:DP-UCS模型预测的单轴抗压强度与单轴压缩试验测定的单轴抗压强度的差异率平均值小于10%,证明了该模型的有效性。     

人工冻结黏土经验模型参数确定及蠕变规律验证

人工冻结法不仅常用于软土、砂层中地铁旁通道开挖及基坑围护等工程,在富水、深厚岩土层矿山井筒建设中也常采用此方法。掌握人工冻土物理力学性质及蠕变规律对安全、快速施工至关重要。对采用冻结法施工的某矿立井深部地层黏土进行-5、-8、-10、-15℃下单轴抗压强度试验及不同应力水平的蠕变特性试验。试验结果表明:抗压强度与冻结温度呈线性相关;在同一试验温度下,随着应力等级升高,轴向变形呈上升趋势;在同一应力水平下,随着试验环境温度下降,轴向变形呈下降趋势。引入考虑温度效应的经验蠕变模型,在各负温及不同应力水平下的应变与时间取对数具有线性关系的基础上,将线性表达式代入对应公式中联立方程组进行求解确定模型参数。将模型计算值与试验数据进行对比,反映出该模型能够较好地模拟人工冻结黏土蠕变初始变形阶段和稳定变形阶段。所建立的模型具有参数较少、易于确定、参数物理意义明确等优点,为冻结壁设计提供了一种有效的计算方法。     

万福煤矿深厚表土层冻土力学性质试验研究

针对山东万福煤矿深厚表土采用冻结法施工的基础数据不足及工程经验欠缺等难题,采 集万福煤矿的深部土样,开展深厚表土层冻土力学性能参数的测试与研究。结果表明:在本试验 设计的冻结温度下,冻土试样的单轴抗压强度、三轴抗压强度、蠕变应力及冻胀力随着冻结温度 的降低均呈现增大的趋势,同时深部表土层的冻土蠕变性质表现尤为明显,含水率和采样深度对 冻结壁设计的影响不可忽略。通过对原状土单轴压缩试验、三轴抗压强度试验、单轴蠕变试验、 冻胀试验等数据进行多元回归分析,综合考虑冻结温度、含水率和采样深度对冻土试样力学性能 的影响,归纳得到的数学模型拟合程度高,相关性好,为深厚表土层冻结壁的设计和在不同地层 地质条件下力学参数的确定提供了技术支撑。     

径高比对细砂岩压缩破坏特征及强度影响研究

以陕北榆神矿区河兴梁井田内的煤层顶板砂岩为研究对象,采用单轴抗压试验,对直径为50mm、径高比为0.5和直径为70mm、径高比为0.7的岩石试样进行了单轴压缩,分析了两种不同径高比完整岩石试件的峰后破坏形式以及端部约束效应在单轴抗压强度试验中对两种不同径高比试件试验结果的影响,验证了将直径为70mm、径高比为0.7的非标准形态岩样单轴抗压强度转换为直径为50mm、径高比为0.5的标准形态岩样单轴抗压强度时单轴抗压强度经验换算公式的适用性。试验结果表明：单轴压缩条件下,0.7径高比完整试件的破坏形态以压裂破坏为主,而0.5径高比完整试件的破坏形态则以剪切破坏为主|端部约束条件相同时,0.7径高比岩样经单轴抗压强度经验换算公式所得的计算值在一定范围内大于0.5径高比标准形态岩样实测单轴抗压强度值|对于细砂岩,将径高比为0.7的非标准形态岩样单轴抗压强度值转换为径高比为0.5的标准形态单轴抗压强度值时,上述公式具有较好的可靠性、可比性和适用性。     

低频机械振动含瓦斯煤孔隙率方程及其试验

为研究低频机械振动作用对含瓦斯煤孔隙率的影响,建立煤体孔隙瓦斯压力、吸附膨胀力、振动衰减挤压应力作用下振动动态孔隙率方程。采用前人得出的煤体孔隙率与单轴抗压强度变化规律,以及不同频率、不同时间振动型煤试件后的煤体单轴抗压强度变化试验对方程进行检验,结果显示:低频振动作用下,振动频率相同,振动时间越长,煤体单轴抗压强度越小,孔隙率越大;振动时间相同,振动频率越小,煤体单轴抗压强度越大,孔隙率越小,且30 Hz与20 Hz单轴抗压强度、孔隙率差值要小于20 Hz与10 Hz之差。表明振动使煤体孔隙率增大,从而减小了煤体单轴抗压强度,且振动频率从10,20,30 Hz逐渐增加,孔隙率逐渐变大,单轴抗压强度相应变小,计算孔隙率能正确反映振动后煤体单轴抗压强度变化规律。对比计算孔隙率和试验单轴抗压强度关系进一步得到前人得出的单轴抗压强度随孔隙率变化曲线呈现类指数变化规律,因此方程计算值能正确反映低频机械振动作用下不同振动频率、振动时间影响煤体孔隙率变化规律。