煤样分级加载蠕变破坏试验研究

为深入研究煤样分级加载蠕变的能量演化及损伤破坏特征,采用岛津AX-G250试验机对煤样进行了分级加载蠕变试验。试验结果表明:应力水平对煤样蠕变过程有显著影响,在煤样破坏前的蠕变应力水平,随蠕变应力的提高,初始减速蠕变阶段持续的时间逐渐增大;煤样分级加载蠕变能量演化过程分为能量停滞、能量稳定增加、能量显著增加和能量释放4个阶段;随蠕变应力水平的提高,弹性能耗比呈"U"型演化规律。基于耗散能量法的损伤公式表明:煤样分级加载蠕变损伤过程可分为损伤线性增加和损伤非线性显著增加2个阶段,后一阶段的出现可作为煤样分级加载蠕变破坏的前兆。     

不同含水状态采空区冒落岩体压缩变形特征研究

为了研究含水条件下采空区对地表变形的影响,进而给采空区稳定性评价提供科学的依据,以杨庄煤矿5号煤层采空区的冒落岩石为研究对象,通过对自然状态冒落岩块进行加载试验和注水加载试验,研究松散岩体在自然状态和饱水状态下的压缩变形特征。试验证明:各级荷载下压力传感器监测到的采空区冒落松散岩体轴向压应力先增大再减小,采空区冒落松散岩体压实过程伴随着其内部应力集中的逐步消散。通过对比发现,随着外加荷载的逐级增加,自然状态采空区冒落松散岩体的压缩变形量的增加量逐步减小;而在一定外加荷载下,变形已趋于稳定的非饱水状态采空区冒落松散岩体在注入水之后仍会发生迅速而明显的压缩变形,从而导致采空区地表的二次变形。     

分级加载速率对无烟煤蠕变特性的影响规律试验研究

为研究分级加载速率对无烟煤蠕变特性的影响规律,通过进行4种不同分级加载速率下无烟煤三轴蠕变试验,分析了分级加载速率和应力水平对煤样瞬时应变、蠕变应变及蠕变速率的影响规律。结果表明：在同级应力水平下,分级加载速率越大,瞬时应变越小,蠕变应变越大,但蠕变应变的增加趋势逐渐放缓;分级加载速率相同时,随着应力水平的提高,煤样瞬时应变表现为快速减小—缓慢减小—增加的整体减小趋势,而煤样蠕变应变则表现为基本不变—缓慢增加—快速增加的整体增大趋势;蠕变速率的变化过程可分为急速衰减、缓慢衰减和稳定3个阶段,同级应力水平下,分级加载速率越大,最大蠕变速率越大,蠕变速率衰减越快。     

饱水节理岩体蠕变特性研究

分析在裂隙水作用下岩体蠕变变形发育过程,通过Betti能量互异定理,从岩石的有效弹性模量和固有弹性模量的角度,引出了模量与岩体的裂隙形态之间的联系,并建立蠕变的力学模型及模型参数,表明在分析岩体结构时要充分考虑水的存在状态对工程结构的影响.     

砂岩真三轴分级加载声发射特性与损伤演化研究

深部矿井、隧道等深地工程岩体处于三向高应力状态,受采掘影响围岩在竖向常受到明显的分级加载作用。针对岩石真三轴分级加载声发射特性的研究,对于深地工程围岩变形破坏灾变监测预警具有重要意义。为此,开展了砂岩真三轴分级加载声发射监测试验,分析了砂岩在真三轴分级加载过程中的声发射信号特征,揭示了基于声发射窗口波形数的岩石损伤演化规律。结果表明:砂岩在真三轴条件下,随着最大主应力不断提高,破坏形式逐渐由拉伸破坏向剪切破坏转化。声发射窗口波形数对于砂岩内部应力变化具有良好响应,能够直观反映岩石内部损伤演化,因此提出了基于累计窗口波形数的损伤变量和损伤演化模型。砂岩损伤—应变关系可以分为4个阶段:初始损伤阶段,三向同时加载导致岩石内部缺陷压密闭合引起轻微损伤;损伤平稳发展阶段,损伤缓慢增加,损伤—应变关系接近线性;损伤快速发展阶段,岩石应变不随应力升高而增加,损伤迅速增长;破坏失稳阶段,岩石应变不断增加,内部裂隙扩展、贯通形成宏观破裂面直至岩石失稳破坏。     

不同加载速率红砂岩峰后蠕变特性试验研究

低强度岩石峰后蠕变特性复杂,在实验室通过RLW-2000型三轴流变仪,对2种加载速率9个红砂岩样进行峰后增量加载单轴蠕变试验,分析岩样峰后不同应力水平与不同加载速率下瞬时应变与蠕变应变特征,确定瞬时强度与峰后蠕变破坏强度关系,探讨不同阶段红砂岩样破坏失稳基本形态。结果表明：在相同应力加载条件下,加载速率越大,瞬时应变变化越小,衰减蠕变应变增量越大,等速蠕变应变增量越小;随着蠕变应力水平的提高,红砂岩样瞬时应变表现为快速减小-缓慢减小-缓慢增加-快速增加的整体减小趋势,而红砂岩样峰后蠕变应变则表现为平缓-增加-急速增加的非线性增加趋势,且非衰减蠕变具有明显蠕变3阶段特征;峰后岩样蠕变破坏强度较为接近,离散性小,岩样峰后蠕变破坏强度平均达到了瞬时强度的89.73%;瞬时压缩破坏岩样呈现压剪破坏,岩样破坏块度大,峰后蠕变破坏主控破裂面形态复杂,加载速率越小,峰后蠕变岩样局部弱化特征越明显,但破坏失稳以主破裂面压剪失稳为主。     

牛马司水井头矿粉砂岩分级加载条件下的流变特性

取牛马司水井头煤矿粉砂岩,用RMT-150C微机控制电液伺服岩石力学机测得了粉砂岩的相关力学参数;在RYL-600仪器岩石剪切流变试验仪上采用分级加载方式进行岩石流变试验,得到了位移-时间曲线;处理位移-时间曲线为应变-时间曲线,分析应变-时间曲线,发现该粉砂岩有弹性-粘性-粘弹性的流变特性,这与伯格斯模型性质相似;用MATLAB对试验数据进行伯格斯方程拟合,得出4个应力水平下粉砂岩的流变拟合曲线,发现拟合曲线能较好地反映实验数据,表明伯格斯模型能较好地反映粉砂岩的流变特性;并求出了不同应力水平下粉砂岩流变模型的各项参数.     

砂岩的三维非线性损伤蠕变特性

岩石的蠕变性质对预测巷道围岩失稳、保障矿山生产安全等具有重要影响,岩石蠕变本构模型的建立是研究岩石蠕变变形特性的重要依据。针对传统蠕变模型难以反映岩石的加速蠕变阶段特征的问题,提出了一种改进的西原体模型,建立了一个可变黏性系数的黏性元件,用来替代传统西原体模型中的常规黏性元件,并推导出改进后的西原体模型的本构方程和一维、三维蠕变方程。通过不同应力等级下的三轴压缩蠕变试验,采用Origin软件对该模型进行参数辨识及曲线拟合,对比分析实际试验数据与模型参数,结果表明：试验实际数据值与理论计算值吻合度均大于0.93,改进的西原体模型能够准确描述岩石加速蠕变阶段的特征,验证了该模型的正确性和适用性,具有重要的理论意义。     

干燥和饱水状态下炭质板岩力学特性试验

针对兰渝铁路二期木寨岭隧道炭质板岩富含裂隙水,遇水易软化的工程特性问题,开展了干燥和饱水状态下炭质板岩基本力学特性的试验研究,包括三轴压缩、巴西劈裂和楔形剪切试验。结果表明:炭质板岩饱水前后的应力峰值、应变峰值以及弹性模量均随围压的提高而增大,泊松比随围压的提高有所降低,并且干燥试样强度和弹性模量对围压的敏感度要高于饱水试样。相对于干燥岩石,饱水状态下岩石的强度峰值降低,而应变峰值提高,并根据楔形剪切试验结果,得到了饱水前后岩石的抗剪强度包络线,反映了水对炭质板岩强度和变形特性具有显著的影响。     

断续双裂隙砂岩三轴卸荷蠕变特性试验及损伤蠕变模型

为研究卸荷条件下裂隙岩体的蠕变特性,以通过对砂岩切割并充填水泥砂浆制备的裂隙试样为对象,开展了恒轴压分级卸围压三轴卸荷蠕变试验。试验结果表明:试件在破坏时对应应力差最小的是缓缓和陡缓裂隙组合岩体,其次为陡陡裂隙组合岩体和完整试样;从变形特点来看,相同应力状态下,瞬时应变与蠕应变从大到小的顺序依次均为缓缓、陡缓、陡陡裂隙组合岩体和完整岩石。采用元件模型对各试件不含加速蠕变阶段的变形进行的拟合显示,可采用同一形式的本构模型对裂隙岩体和完整试样进行描述。根据这一结论提出了基于Lemaitre应变等效原理和Sidoroff能量等价原理的裂隙岩体损伤蠕变模型,并与室内试验结果进行了对比与分析。该模型可通过完整岩石蠕变模型参数推导裂隙岩体蠕变模型参数,从而建立了完整岩石与裂隙岩体间的关系。     

不同加载速率下石灰岩与砂岩的声发射特征试验研究#br#

通过RMT 150b岩石力学刚性伺服机进行了不同加载速率的单轴压缩声发射试验,测试和分析了变形破坏过程中石灰岩和砂岩的声发射特性。结果表明：当加载速率增大时,强度为148.89~202.02 MPa的高强度石灰岩的单轴抗压极限强度和振铃计数极值均先增后减,而振铃计数频率先减后增;强度为77.52~94.59 MPa的低强度砂岩的单轴抗压极限强度随速率增大而减小,振铃计数极值先减后增,低速率时声发射活动在岩石损伤阶段活跃,振铃计数频率高且分布均匀,高速率时振铃计数易突增,振铃计数频率降低且分布不均。声发射能量则与振铃计数变化规律一致。研究结果对于利用声发射监测技术预测矿井围岩的失稳破坏具有一定意义。     

立井含水软弱砂砾岩地层快速施工技术

介绍了大柳煤矿在3条井筒施工中,采用综合防治水措施,利用普通法施工成功穿过富含水地层,解决了立井含水软弱地层中施工进度慢、造价高的难题。     

单轴循环加卸载过程中砂岩能量变化特征实验研究

通过砂岩试样的单轴等幅循环加卸载实验,分析试样变形过程中能量变化特征。分析实验结果,发现卸载过程中,应力-应变曲线表现出明显的应变滞后现象;分析滞后能发现随着循环次数的增加,滞后能逐渐减小;不同的等幅加卸载过程,岩样能量分布略有不同,随着循环次数的增加,耗散能逐渐减小,弹性能基本保持稳定。     

砂岩蠕变过程中的渗流特性试验研究

岩体是由岩块,结构面和结构面内充填物构成的结构体,在岩体结构的控制下,岩体的变形破坏是复杂的。通过采用RLW-2000型微机控制煤岩三轴流变试验机对水压-应力耦合作用下的脆性砂岩试件蠕变特性研究,认为在实际渗流岩体中,岩体渗透系数与岩体周围应力状态关系密切相关,渗透系数伴随围压增加呈现减小趋势,孔隙水压的上升,在一定范围内使得渗透系数发生变化。且最终孔隙水存在的力学以及侵蚀作用,在试件蠕变变形的过程中加快了试件的破坏速度。     

水—岩化学腐蚀损伤作用下红砂岩蠕变特性试验研究

为探讨水—岩化学腐蚀损伤作用下红砂岩的蠕变力学行为,设计开展了不同浓度和pH值Na2SO4溶液化学腐蚀作用下的单轴压缩和分级加载蠕变试验.结果表明:红砂岩的水—岩化学腐蚀损伤情况与化学介质浓度和溶液pH值密切相关,酸碱性越强、浓度越高,试件内部的孔隙率越大,纵向超声波速度越小,红砂岩对化学溶液的敏感性具体表现为:酸性溶...     

分级循环加卸载试验下砂岩的力学特性研究

采矿工程中岩体受开挖过程影响易发生不可逆破坏,为保证矿山开采的安全运行,须研究扰动荷载 下岩石的力学特性。为此,探讨了不同围压条件下,致密砂岩在常规三轴加载和分级循环加卸载作用下的力学特 性,并将二者进行对比分析。得出结论：破坏形式均属脆性破坏,循环加卸载下的砂岩试样破碎程度更大;循环加 卸载试验中,试样峰值强度较常规三轴试验有所减小,轴向峰值应变有所增大;增大围压能够提高砂岩抵抗变形的 能力;随着分级循环上限应力值的增加,滞回环曲线的面积逐渐增大,产生的耗散能也逐渐累积;循环加卸载过程 对砂岩弹性模量起到强化效应;同时,循环荷载加剧了裂纹损伤。此研究结果对砂岩在复杂应力下的矿山安全工 程实践具有重要的理论指导意义。     

不同加载形式的矿岩-充填体相互作用的力学变形特征分析

为研究矿岩-充填体组成的复合体及其接触带的力学变形特征,进行复合体试样的轴向加载、双向剪切加载、设计的类三轴加载试验等3种不同的模拟加载方式。借助应变片和应变计观察充填体与矿岩复合体在轴向加载作用下的应变变化情况,通过显微成像设备观察不同荷载作用下存在的裂纹萌生扩展。同时进行了相应的数值模拟研究。试验结果表明对于矿岩接触带的应变值,上水平面的应变值要远远大于下水平面的应变值;从充填体到接触带,再到矿岩,其应变值逐渐减小,其中靠近接触带充填体侧的应变值突变次数要多于靠近接触带矿岩侧的应变值;在荷载作用下,出现的裂纹萌生,会随着荷载的加大而逐渐扩展,而没有裂纹和破坏的表壁并没有相关破坏点。3种加载方式中都是矿岩产生损伤破坏相对较大,其中类三轴加载试验中的矿岩破坏最严重。数值模拟结果验证相应监测点的应变值变化规律,结果吻合较好。     

上覆含水流砂层下安全采煤技术

含水流砂层下煤炭资源的开采是个工程难题,方法不当就可能引发淹井事故。对白音查干煤矿矿井水文地质特征进行了分析,认为对矿井开采构成威胁的水体为第四系流砂含水层。根据井田的水文地质特征和矿井涌水量预计,建议采取地面和井下联合疏放水措施,以保证煤炭的安全开采。     

不同饱和度时砂岩材料循环载荷特性曲线实验

通过对在自然、烘干、半饱和及饱和4种状态下的砂岩材料进行循环加、卸载试验,对比试验原始图形和拟合参数曲线得出砂岩为非弹性材料;随着饱和度的增加,材料的变形增大、屈服强度和抗压强度降低;受饱和度的影响,表征砂岩变形特性的各拟合参数各异。     

不同加载速率下岩石断面细观特征研究

以高速相机和CCD相机搭建数字图像采集系统,利用数字散斑相关方法对数字图像进行分析,开展不同加载速率下岩石断面细观特征研究。对不同加载速率下岩石断裂强度、沿晶断裂特征以及裂隙演化特征进行了分析。从分析结果可知,随着加载速率增加,岩石断裂强度总体呈增加趋势;通过对不同加载速率下沿晶断裂占断面总面积比例的分析可知,随着加载速率增加,沿晶断裂占断面总面积的比例呈先减小后增大的变化趋势;从图像灰度相关性角度分析可知,不同加载速率作用下岩石断裂过程中,裂隙演化特征存在较大差异。