不同应力状态下岩石蠕变全过程

基于岩石流变理论,采用解析方法和蠕变试验分析相结合,研究了不同应力状态下岩石黏弹塑性变形全过程的表述方式、对应的本构方程、蠕变方程、蠕变破坏时间、蠕变变形与破坏属性,建立了岩石三维黏弹塑性蠕变基本方程的统一格式.该统一格式可方便描述蠕变变形全过程,包括根据不同应力状态呈现出完整3阶段全过程,或其中某2个蠕变阶段组成的蠕变变形全过程.将其应用于以西原模型表述的三轴蠕变试验,建立了相应的三轴蠕变本构方程、蠕变变形公式的显式.利用某地片麻岩蠕变试验结果,验证了所建立理论模型的正确性.     

混合粒径散体岩石非线性渗流的试验研究

由于渗流引起的动力灾害多发生在破碎岩体中,因此研究破碎岩体的渗流特性是非常必要的。利用MTS815.02岩石力学试验系统及破碎岩石渗透仪,采用稳态渗透法和轴向位移控制法测定了混合粒径的煤、煤矸石及灰岩在承压过程中非Darcy流的渗透特性,得到了渗透特性随孔隙率的变化规律。研究结果表明:混合粒径破碎岩体中的渗流为非达西渗流,混合粒径岩石在压实过程中随孔隙率φ的减小渗透率k逐渐减小、非达西流β因子变大,渗透率的量级为10-14～10-13 m2,而非达西流β因子的量级为1010～1011m-1,该研究可为解决破碎岩石渗流的工程问题提供一定的参考。     

级配饱和破碎岩石压缩变形与分形特性试验研究

综合利用MTS816.03试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验,分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率4种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论:1)矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似且可分为2个阶段,即为0~4MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段;而灰岩试样的压缩过程变形速率均匀。2)在相同粒径配比条件下,随着轴向应力的增大,砂岩分形维数单调增大,岩石颗粒破碎程度加剧。轴向应力与分形维数之间关系可用指数函数拟合。3)在试样压缩过程中,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大;加载速率越大,试样轴向位移越小。4)在12 MPa轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样压缩后的分形维数增量越大,被压碎的岩石颗粒越多;加载速率越大,试样分形维数越大,破碎程度越低。     

饱和含水石灰岩散体蠕变过程中孔隙度变化规律的试验

利用一种破碎岩石渗透特性试验系统进行了饱和含水状态下石灰岩散体的蠕变试验.通过回归分析得到了蠕变过程中孔隙度的变化率与当前孔隙度、应力水平之间的关系.研究表明：在恒定应力水平下，孔隙度的变化率与当前孔隙度之间可用三次多项式拟合；在不同应力水平下，多项式系数取决于轴向应力与岩芯单轴抗压强度的比值，并且可用该比值的幂函数拟合.     

含水率对岩石蠕变规律影响的试验研究

通过对不同含水状态页岩岩样三轴蠕变实验结果和与实验结果相符合的蠕变模型参数进行分析,得出了含水状态对岩石蠕变影响的规律,并对影响岩石蠕变的因素进行了探讨,结果表明,含水率和应力差是影响岩石蠕变的重要因素.     

侧向约束条件下砂岩的压缩蠕变特性研究

近年来,岩石蠕变而引起的隧道工程及大型地下硐室的长期稳定性问题受到国内外学者的广泛关注,蠕变试验的研究也取得了极大的进展。模拟巷道围岩的受力状态,通过试验研究了砂岩在单轴压缩及侧向约束条件下的蠕变特性,对比分析了2种试验条件下的蠕变变形规律:侧向约束下将发生加速蠕变的应力阀值和极限应变有较大提高,蠕变速率得到减缓。在试验数据的基础上,分析了岩石粘弹性变形随应力水平不同和时间发展的变化规律,为数值分析和理论计算提供了试验依据。     

连续级配饱和破碎岩石压实特性试验研究

为研究满足连续级配的饱和破碎岩石压实特性及压实前后岩石粒径的分布规律,利用MTS816.03岩石力学试验系统及自制装置对满足Talbol分布的饱和破碎岩石进行压实试验研究。分析了Talbol指数对割线模量、切线模量、孔隙率、碎胀系数和压实度的影响,讨论了分布系数r随Talbol指数和轴向应力的变化规律,建立了一种反映颗粒粒径分布变化的破碎岩石应力-应变关系。研究表明:破碎岩样在承载过程中,割线模量、切线模量、孔隙率、碎胀系数、压实度与Talbol指数n呈负相关关系。分布系数r随轴向应力的增大而减小;且在轴向应力小于单轴抗压强度的50%时,分布系数r随n呈增大趋势;当轴向应力大于单轴抗压强度的50%时,破碎岩样分布系数r与n的关系出现波动;当轴向应力达到单轴抗压强度的90%后,不同n的破碎岩样分布系数r趋于一致。     

围压卸载对岩石力学性能影响的试验研究

对花岗岩在不同围压条件下的卸载及围压卸载引起的岩石损伤进行试验研究,着重研究了围压卸载速率对岩石强度及损伤的影响。研究表明:围压卸载速率直接影响岩石的破坏形态,围压卸载速率越大,试件破坏时对应的围压值越低,相同条件下对岩石造成的损伤越小。     

爆破对预留岩体力学特性影响的试验研究

研究了爆炸冲击载荷对围岩或预留岩体力学特性的影响，采用实验室模型实验取芯检测方法，对爆破损伤岩体进行了抗压强度检测以及超声波检测，研究了爆炸冲积载荷对预留岩体的不同位置所造成的损伤程度，提出了计算损伤程度的具体方法。     

不同加卸载方式下饱和岩石力学特征的试验研究

为研究不同加卸载方式下饱和岩石的力学演化特征,开展了等增幅加卸载、多重加卸载和微扰动加卸载3种不同方式的加卸载试验,分析了不同加卸载方式下的岩石力学特征。结果表明,3种加卸载方式下各循环曲线大体呈下凹型; 等增幅加卸载下塑性阶段的各循环曲线会在应力峰值前突变为上凸型,并在加载段后期发生振荡,且出现越来越早的下跌; 多重、微扰动加卸载下曲线连续性好,首循环应变远大于多重或微扰动循环; 多重加卸载下,随着循环次数增加,应力零点处的曲线斜率越来越大,多重循环较首循环的加载曲线斜率大; 微扰动加卸载下,塑性阶段的卸载曲线为近似垂直线,加载段曲线斜率呈现“增-减-增”三段式变化。各加卸载方式下软化阶段、峰值应变的关系均为: 多重加卸载>等增幅加卸载>微扰动加卸载; 塑性阶段的长短关系为: 等增幅加卸载>多重加卸载>微扰动加卸载,而依此顺序岩石也由剪切破坏向张拉破坏变化。     

岩石力学参数概率统计特性研究

岩石力学参数在岩土工程及石油工程设计与计算中具有重要作用,其合理与否直接关系到相关工程分析设计的可靠性.在总结前人工作的基础上,基于任丘油田的现场实际资料,利用概率统计的方法,研究了小样本条件下岩石力学参数概率分布的推断方法,确定了该油田目标储层岩石弹性模量及泊松比的概率分布模型,回归拟合了其分布函数表达式.     

水泥-膨润土泥浆固结体力学性能室内试验研究

将不同配合比的水泥-膨润土泥浆养护到一定龄期,对硬化后泥浆固结体的无侧限抗压强度、变形模量以及极限应变等力学性能进行了试验研究,得到了原材料对固结体力学性能的影响规律以及无侧限抗压强度与变形模量之间的关系.结果表明,固结体的无侧限抗压强度主要受水泥影响;极限应变随水泥用量增加而减小,随膨润土用量增加而增大;变形模量随水泥用量增加而增大,但膨润土对变形模量的影响比较复杂;固结体的无侧限抗压强度和变形模量随养护龄期的增长而增加.     

不规则煤岩的力学特性试验研究

以马兰选煤厂煤岩为研究对象,进行了不规则煤岩力学特性试验。试验表明不规则煤岩强度具有离散性,且煤岩强度受煤岩粒度影响较大,随煤岩粒度减小,煤岩点载荷强度逐渐增加,且离散性逐渐升高。另外,煤岩强度具有明显的层理效应,垂直于层理面的点载荷强度明显高于平行于层理面的点载荷强度。随浸水时间增加,不规则煤岩点载荷强度先减小后趋于稳定。不规则煤岩点载荷强度随灰分增加逐渐升高,并且在高灰阶段增幅更大。     

冻融循环对饱水岩石纵波波速影响的试验研究

为探究冻融作用对饱水岩石纵波波速与损伤变量的影响规律,在冻结温度为-20℃、融解温度为20℃的条件下,对饱水砂岩、黑云变粒岩、闪长岩和灰岩开展了40次的冻融循环试验。结果表明:在相同的冻融条件下,岩石的矿物成分、胶结类型、孔隙特征、矿物颗粒的排列方式对岩石的纵波波速和损伤变量均产生重要影响;经历40次冻融后,砂岩、黑云变粒岩、闪长岩和灰岩的纵波波速较饱水岩样分别降低了42.12%、14.30%、23.21%和19.24%;纵波波速和损伤变量降低幅度在前5个冻融周期降低较为明显,随冻融次数的增加,纵波波速与损伤变量的降低幅度逐渐减小并趋于稳定。     

煤矿膏体充填材料力学变形性能的试验研究

力学变形性能的研究在煤矿膏体充填材料压缩变形研究中居于十分重要的位置。通过实验室正交试验,得出了膏体充填材料的弹性模量、横向应变、纵向应变和泊松比,并首次利用数字图像测量软件绘制了材料在单轴压缩过程中的全应力-应变曲线和泊松比曲线,为选择最佳配比的充填材料提供依据。     

废石尾砂胶结充填体强度性能及物料配比参数试验研究（增刊）

某矿地处高原,当地水泥成本高,若采用全尾砂进行充填,充填体强度偏低,充填成本较高。废石尾砂胶结充填可以降低水泥单耗,为矿山充填方案选择提供了技术思路。本文通过充填配比试验研究了废石尾砂胶结充填体强度性能,确定了废石尾砂胶结充填物料配比参数,为充填方案论证提供了依据。通过试验可知,相同水泥单耗情况下,废石尾砂胶结充填体强度显著高于全尾砂胶结充填体,60%~65%的尾砂浆浓度、50%的废石添加量可使废石胶结充填具有较优的强度性能及流变性能。     

低温下煤岩体力学特性实验研究

基于岩石低温损伤问题,为进一步研究煤岩在低温下力学特性,选取黄陵煤岩样,冻结到不同温度(-60~20℃)后进行单轴压缩实验,研究力学性质及破坏特点。实验结果表明:低温下煤岩体积明显收缩,温度越低其体积收缩程度越大,平均收缩率约为0.02 mm/℃;根据曲线图采用面积积分法量化出各温度下煤岩破坏做功总值以及各阶段吸收的能量;煤岩体的单轴抗压强度随着温度降低有增加趋势,但当温度低于-40℃后趋于稳定;煤岩随温度降低逐渐呈现脆性增强,塑性减弱趋势,其破坏以类似岩片崩落为主。