石灰岩热冲击破裂二维分形参数演化规律研究

为探究石灰岩热冲击破裂二维分形参数演化规律,应用高分辨X射线三维CT检测系统对经过不同温度热冲击试验处理的标准石灰岩试件进行观测,结合图像处理软件统计并计算石灰岩二维分形参数,对石灰岩热冲击破裂后的二维分形参数演化规律进行研究。结果表明：高温石灰岩在20℃水中热冲击冷却时,随着温度由200℃升至600℃,二维分形维数D单调递增,且D在200℃～400℃上升幅度小于400℃～600℃阶段。对于裂隙强随机分布的石灰岩,引入裂隙发育指数K,并得到在20℃水中热冲击下K关于石灰岩温度T的拟合关系式;400℃石灰岩在不同温度水中热冲击破裂,随着水温由20℃升至100℃,任意方向的二维分形维数逐渐减小,且具有方向差异性;400℃石灰岩在不同温度水中热冲击破裂,裂隙面三维分形容量维数与二维分形维数演变规律一致,且两者具有高度拟合的线性关系。研究结果可以丰富和发展高温岩石力学理论。     

武汉地区志留系坟头组石灰岩工程特性研究

对武汉地区志留系坟头组石灰岩工程特性进行研究,薄片鉴定结果和室内岩芯观察描述表明,石灰岩中含有三叶虫、海百合、珊瑚及棘皮动物化石等,生物群丰富;粉砂岩-石灰岩-粉砂岩的沉积序列反映了海退时期短暂的海侵作用;石灰岩的揭露丰富了坟头组岩石种类与层序关系.首次在武汉地区坟头组岩层中发现笔石化石,建议将该坟头组地层所属地质时代...     

凝灰岩渗透性演化规律分析研究

以往的试验试样主要为花岗岩、砂岩、煤岩,对凝灰岩的渗透性演化规律研究较少,本文针对某矿区开采区底部基岩凝灰岩进行不同围压和渗压条件下的岩石瞬时三轴力学性质试验,对凝灰岩的渗透演化规律进行了初步探讨,分析了凝灰岩试验样本渗透性在应力应变全过程的演化规律与渗透系数随围压变化规律,为岩石工程的长期稳定性分析提供参考。     

石灰岩局部化变形的图像特征

 根据室内单轴压缩试验视频图像对石灰岩局部化变形的数字特征进行分析。原始视频在岩石单轴抗压试验时摄得,根据试验荷载–时间关系曲线得到加载阶段的视频图像并转化为计算机易于识别的视频格式,利用粒子图像测速技术得到石灰岩试样表面任意时刻任意位置的位移大小,分析不同荷载作用下既有裂纹端点的变化过程及新生裂隙的萌生和扩展过程,选取单帧图像纹理参数作为石灰岩不同变形状态的数字特征参数,分别使用灰度直方图和灰度共生矩阵得到石灰岩图像数字特征参数随时间的变化过程。结果表明,既有裂隙端点和新生裂隙的局部化变形现象非常明显;可以将平稳变形阶段和急剧变形阶段间的分界点作为局部化变形的起始点并据此作为局部化变形的启动条件;图像纹理特征参数能够较好反映不同荷载阶段的变形状态,可以用于预报局部化变形的起始时刻。由于图像特征反映岩石的变形破坏过程,该方法将为研究岩体地区局部化变形和地质灾害的细观机制提供一条新的研究途径。     

江西信丰丫叉桥石灰岩矿岩溶分布特征

本文阐述了丫叉桥石灰岩矿液的分布特征发，发育条件和控制因素，并讨论了岩溶的水文地质和环境工程地质意义。     

岩溶尺寸对隧道围岩稳定性影响的模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合试验系统，对石灰岩地区大断面隧道开挖过程中，不同大小溶洞对隧道围岩稳定性的影响进行相似模型试验研究，并运用ANSYS软件进行了弹塑性有限元数值分析：三维动态施工过程模拟与试验结果均表明，溶洞对围岩的变形有较大影响，随着溶洞尺寸的增加，开挖前的围岩先期位移和开挖瞬间的释放位移均有较大幅度的增长，同时，溶洞区的开挖对无溶洞区的围岩变形有放大作用。     

温变条件下石灰岩裂隙渗透特性实验研究

 在中等温度(25 ℃～90 ℃)和渗透压的条件下,裂隙渗透性对矿物质的溶解表现的很敏感。因此重点通过4个温度平台阶段(25 ℃,50 ℃,70 ℃,90 ℃),以温变对流量和等效水力开度的调节过程来反映温度对石灰岩裂隙渗透特性演化规律的影响。测量反应过程中岩样的渗透流量和渗出液的离子浓度,并将测量的渗流量经过经典的立方定律变换得到裂隙开度随时间的变化情况。实验结果表明：升温过程中流量和等效水力开度表现出明显增大的趋势,恒温过程中等效水力开度逐渐变小并趋于稳定;在不变的有效应力下,经历渗透压增大后,随着温度的升高,裂隙开度总体呈下降趋势。通过分析渗流量、等效水力开度和矿物离子浓度随时间变化的过程,以及它们之间的内部关系,得出温度升高能促进应力作用和渗流作用,渗流通道的局部溶解作用也随着温度的变化而改变,从而影响压力溶解和自由溶解的进程。     

脆性岩石各向异性损伤和渗透性演化规律研究

 在压应力作用下,脆性岩石的渗透性随着裂纹的扩展而演化。通过试验观察和微观机制分析,提出渗透系数计算方法。在已建立的细观损伤力学模型的基础上,对摩擦准则和加载函数进行改进,采用改进模型模拟Lac du Bonnet花岗岩三轴压缩试验。根据力学模型中得到的损伤变量和裂纹的法向、切向位移,引入连通系数描述裂纹扩展过程中,裂纹逐渐贯通形成渗流通道,采用立方定律作为单个裂纹中渗流方程,利用细观力学定义裂纹半径和等效开度,对各方向裂纹上的渗流速度进行平均化,得到渗透系数张量计算方法。采用此方法对Lac du Bonnet花岗岩现场试验结果进行模拟,比较轴向和侧向渗透系数的不同演化规律,预测不同围压条件下轴向渗透系数的演化规律。分析结果表明,模型的计算值与试验值非常吻合,验证了模型的适用性。     

坝陵河大桥西锚洞岩溶围岩分级

 坝陵河大桥隧道锚洞工程周边围岩的岩溶较发育,勘察设计阶段确定其围岩级别为II～IV级。根据实际开挖所揭露的岩溶状况,需要调整超前支护和初期支护参数,以保证锚洞施工安全。在岩溶地质预报和一般地下工程岩体质量分级基础上,专门针对围岩为不同岩溶发育状态的岩体进行质量分级修正,建立锚洞岩溶围岩分级的物理模型和数学模型。根据岩体波速测试、岩体抗压强度以及岩溶发育程度修正系数等参数的确定,计算锚洞岩溶围岩级别主要为V级。事实上,在整个锚洞施工过程中,均采用超前小导管、超前锚杆、型钢拱架、挂网及喷射混凝土等强支护措施,锚洞开挖采用台阶法分步开挖。锚洞开挖完毕后对周边的破碎岩体及溶洞进行了注浆加固处理,也就是说,锚洞施工的超前支护和初期支护参数实际均按照V级围岩实施。实践表明,本工程岩溶围岩分级是合理的,对其他同类工程可提供借鉴。     

石灰岩在单轴压缩条件下的声发射特性

为研究岩石受压及破坏失稳过程中的声发射特性，作者利用改进的岩石声发射参数动态测试系统，对广西某矿石灰岩作了岩石的单轴压缩试验，检测了岩样从加载直至破坏过程中的声发射活动，表明内部微裂纹的形成与原有裂纹的扩展是岩石加载过程中声发射活动的主要原因。     

岩溶坝区溶蚀岩体的渗透性变异研究

通过对溶蚀岩体渗透变异特性的研究,提出了一种确定渗透性变异的方法,即基于“3σ法则”的误差传播函数法。先根据“3σ法则”求得溶蚀岩体统计变量的端点,再利用误差传播函数法基于立方定律求得溶蚀岩体的渗透性变异。将裂隙岩体与孔隙溶洞区别考虑,补充和完善了克立格随机场理论和Vanmarcke 相关性理论对岩土参数变异的研究。基于现场灌浆平硐揭露的工程地质统计资料,对清江水布垭工程左岸帷幕线上部分段进行了渗透性变异的量化研究。研究结果表明,该方法简单适用,且在确定岩溶坝区渗透参数的统计量基础上,可进行随机渗流计算。     

低渗透岩石非线性渗流规律研究

通过大量的实验研究表明，流体在低渗透岩石中的渗流不同于在中高渗透岩石中的渗流，主要表现在低渗透岩石由于孔隙微细，固液界面作用明显，渗流曲线呈现明显的非达西渗流特征。通过理论分析，建立了描述低渗透岩石非线性渗流的运动方程，给出了确定出现非达西渗流临界条件的方法，最后利用实验数值验证了所建立的方程的正确性。     

温度围压对低渗透砂岩孔隙度和渗透率的影响研究

 对低孔、高孔两组低渗透砂岩岩心孔隙度和渗透率在温度压力共同作用下的变化特征进行试验研究。在围压5 MPa、温度25 ℃的条件下,第一组砂岩的孔隙度变化范围为3.2%～4.6%,渗透率为0.098 8×10－3～0.191 9× 10－3 μm2;第二组砂岩的孔隙度变化范围为12.8%～14.2%,渗透率为0.176 7×10－3～0.301 3×10－3 μm2。研究结果表明,在试验采用的温度、压力变化范围(25 ℃～80 ℃,5～55 MPa)内,两组低渗透砂岩的孔隙度、渗透率都表现出了较强的压力、温度敏感性。随温度、围压升高,孔隙度、渗透率都减小,围压对渗透率的影响明显高于温度对渗透率的影响。总的趋势看,温度对孔隙度的影响高于围压对孔隙度的影响,恒定测量围压5 MPa,温度由25 ℃升高到80 ℃,低孔低渗砂岩孔隙度下降了34.7%,渗透率下降了75.1%;高孔低渗砂岩孔隙度降低了18.4%,渗透率下降了35.2%;恒定测量温度25 ℃,围压由5 MPa升高到55 MPa,低孔低渗砂岩孔隙度降低32.3%,渗透率下降了89.5%,高孔低渗砂岩孔隙度降低了4.6%、渗透率降低了77.4%。     

峰后砂岩非Darcy流渗透特性的试验研究

研究高应力状态下，尤其是峰后低围压下岩石的渗透性具有十分重要的现实意义。利用获得专利权的岩石渗透试验装置与MTS815．02岩石力学伺服试验系统相配套，用来测试单轴峰后给定应变状态下岩样的非Darcy流渗透特性。在阐述岩石Darcy流渗透性的测试原理及误差的基础上，介绍了峰后岩石非Darcy流渗透特性的测试原理、试验系统与测试方案，并给出峰后中砂岩非Darcy渗透特性的试验结果。试验数据表明，单轴峰后应力状态下中砂岩的渗透率k与峰前比较有量级增加，峰后k值随轴向应变ε增长呈二次抛物线关系。     

酸液对灰岩力学性质影响的机制研究

通过岩芯静态溶蚀试验、岩芯动态流动试验并结合三轴力学测试及岩芯微观结构分析,从宏观和微观角度研究不同酸液对岩石力学强度破坏问题。动静态溶蚀试验表明,胶凝酸以点状溶蚀为主,而变黏酸主要以表面溶蚀为主。三轴力学测试表明,胶凝酸溶蚀后岩石抗压强度降低18%,杨氏模量降低26%,高于变黏酸对岩石力学强度的破坏。应力-应变曲线显示反应后岩芯的压实致密过程持续时间较长,岩芯表现出更强的塑性。扫描电镜观察发现,胶凝酸反应后在岩芯内部形成大量酸蚀孔洞,而变黏酸主要以均匀溶蚀为主,对岩芯内部结构破坏较小,酸液对岩芯内部溶蚀结构的差异是产生力学强度差异的根本原因。对于高闭合应力储层,在酸液选择方面应更多考虑酸液对岩石力学强度的破坏,选择控制滤失能力强的酸液体系。     

非均匀岩石破裂过程渗透率演化规律研究

应用自主开发的数值模拟系统，通过数值试验，很好地描述了岩石破坏损伤演化过程中渗流场变化规律，包括岩石在应力．应变曲线不同阶段的渗透率演化规律、非均匀性对渗流场分布和渗透率的影响。结果表明，非均匀性对岩石的应力峰值强度、峰值前后渗透性演化规律及其破裂机制的影响十分明显。     

灰岩平板试件变形破坏过程的实验观测研究

利用扫描电镜实时观测系统,研究了带预制割缝灰岩平板试件受单轴压缩时微裂纹的萌生、扩展和连通过程。实验所用灰岩平板试件尺寸为25 mm×13 mm×1.1 mm,试件中心预制一直径为3.0 mm的圆孔或一长轴与外载方向成不同角度(30°,45°或60°)的割缝,割缝长约6 mm,宽约1 mm。在扫描电镜的观察下,灰岩试样受到准静态单轴压缩。用照相的方法记录了试件受力产生变形和微裂纹扩展过程中的表面图像。将实验观测的微裂纹扩展结果与大理岩和砂岩中的裂纹扩展过程进行对比,发现次生裂纹的萌生部位与大理岩和砂岩中比较一致,但灰岩中的裂纹发育较单一。用NOLM程序中的低抗拉应变软化本构模型对实验结果进行了有限元模拟计算,将计算结果与实验观测结果进行对比,两者吻合较好。     

岩溶地区公路隧道施工力学响应研究

岩溶地区公路隧道因受岩溶发育程度、岩溶位置等的影响，其施工力学响应与一般隧道存在较大区别。利用“公路隧道结构与围岩综合试验系统(CTSSSRH)”和有限元分析程序对岩溶地区公路隧道施工力学响应进行了一系列的大型相似模型试验和数值模拟研究，探讨了溶洞发育程度和位置对围岩施工力学响应的影响，总结了岩溶地区公路隧道围岩位移场、塑性区等的一些分布规律。     

地应力对裂隙岩体渗流特性影响的研究

岩体总是赋存于一定的渗流场与应力场中的，研究地应力场对渗流场的影响具有重要的意义。首先分析了裂隙岩体渗流运动的基本规律，研究了应力对渗流作用影响的机理。在此基础上，结合甘肃某工程进行了现场地应力测量及高压压水试验，并且作了大量地表的、钻井岩芯的节理裂隙地质调查，得到了该地区的地应力值和渗透系数值。然后通过回归分析，可以发现该地区渗透系数随地应力值的增大呈负指数递减的变化规律。     

压裂酸化中近缝区灰岩强度弱化效应试验研究

采用静态高温酸蚀试验和常规岩石力学试验,探讨胶凝酸对于灰岩的强度弱化效应,给出灰岩的应力-应变曲线,分析灰岩的破裂特征。试验结果表明,在与相同配方的胶凝酸反应后,灰岩弹性模量大幅降低,泊松比略有上升,单轴强度约为酸蚀前的20%,强度弱化效应明显;在反应过程中,基质型灰岩和裂缝型灰岩在反应速度、刻蚀模式上存在明显差异。在与相同配方的胶凝酸反应过程中,塔中裂缝型灰岩的反应速率约为轮古基质型灰岩反应速度的3倍。在与胶凝酸反应过程中,裂缝型灰岩的刻蚀模式为局部深度刻蚀,基质型灰岩的刻蚀模式为表面均匀刻蚀。该项研究可为现场酸压设计及优化提供有效的技术参数,具有重要的工程意义。