深部高应力区岩石蠕变特性研究

通过新汶矿业集团孙村煤矿研究顶板岩石的单轴和三轴蠕变试验,研究了深部高应力区岩石的蠕变特性。11煤结果表明,岩层在低应力作用下,蠕变曲线很快趋于稳定,而当岩石所受压力增大时,达到变形稳定所需时间也变长;当压力达到极限应力的70%~85%时,蠕变出现加速阶段,并伴随裂缝破坏;深部高应力区岩石蠕变特性符合西元模型。根据计算分析,得到了岩石蠕变破坏的长时强度为极限应力的70%左右。     

砂岩力学特性与本构方程

采用MTS815岩石力学测试系统和CT机对高围压下砂岩的变形规律和断裂特征进行了试验研究,得到岩石应力应变全过程曲线。研究表明,岩石变形规律分为初始压密、弹性变形、应变硬化、应变软化4个阶段;随围压的增高,岩石的强度和残余强度增大,峰值应力点对应的轴向应变、横向应变增大,弹性变形阶段增长,岩石呈脆性-塑性-延性转变;三轴压缩试验试件破坏形式为剪切破坏,且破裂面与水平方向的夹角随围压的增高而减小。根据岩石的变形规律,对邓肯-张(Duncan-Chang)本构方程进行了改进,改进的本构方程能更好地描述岩石的变形特性。     

岩体强度浅议

岩石小型试块的强度不同于岩体强度,这在工程界早已确认。然而岩石试验时的加载速度也在很大程度上影响着岩石的强度指标。当动荷载循环次数不很多的情况下,岩石的极限强度及屈服点可能高于静力试验值。但在多次循环并有时改变荷载正负号的情形,也可能在小于静力强度指标的应力下遭到破坏。     

现场点荷载强度的破坏模式及其与单轴拉压强度的相关性研究

对不同破坏方式和不同岩性的点荷载强度与室内试验的岩石强度的相关性系数进行研究。通过现场点荷载强度测试,得出岩块的破坏方式主要分为平直破坏,不规则的弯曲破坏和沿节理面的不规则破坏,分析3种破坏方式的强度特征和破坏特征。结果表明:沿节理破坏的岩块破坏面有明显节理裂痕;平直破坏的岩块表现为弹性破坏,破坏面平整且新鲜;弯曲破坏岩块的点荷载强度较大,岩块的破坏面表现出微小的节理。3种不同破坏方式的点荷载强度相差较大,因此,认为不能盲目的将现场点荷载强度测试结果的平均值作为最终的实验结果,必须根据不同的破坏形式分析点荷载强度,从而提高测试结果的可靠性。     

岩石流变扰动特性单轴压缩试验研究

深井软岩条件下扰动荷载会引起围岩流变变形,在已提出的岩石流变扰动效应、强度极限邻域等概念的前提下,为得到岩石流变扰动效应本构关系,首先对岩石流变扰动效应实验仪的冲击扰动加载装置进行设计改进,能够准确测量出单次扰动冲击力及扰动作用时间,接着利用红砂岩进行单轴条件下的岩石流变扰动效应实验,研究岩石在恒定轴向荷载下,处于强度极限邻域内和强度极限邻域外的流变扰动效应规律,根据实验结果,绘制了不同流变阶段的累计扰动变形量-累积扰动能量曲线,结合岩石流变扰动的影响因素,在流变扰动曲线的基础上建立了岩石流变扰动本构方程。     

国外专利简介

确定注浆岩石强度的方法确定已注浆岩石强度的方法包括:在试块中形成裂缝,在裂缝表面喷涂注浆浆液,将试块加载直至使其破碎为止和确定破坏应力的平均值。为了提高这种方法的可靠性和准确性,在往裂缝表面喷涂浆液之前,借助格条在裂缝表面涂上抗粘结涂层,将试块分成几组,与裂     

岩石莫尔强度图形态相似规律

本文通过综合分析大量三轴实验数据发现:不同成因和结构的岩石,在不同受力状态和不同加载方式的条件下,强度曲线之间具有显著的形态相似性;在岩石破坏面上的抗剪强度系数A和正压强度系数B,内摩擦系数f和内聚力系数K之间存在高度相关性;在对数坐标中岩石强度图具有直线平行排列特性。经过幂回归分析计算得到了经验公式。只要测得岩石单轴抗压强度R_c,就可以求得任意给定正压强度值情况下的抗剪强度值,简而易行地确定岩石强度图。这将大大简化确定岩石强度图的实验工作和减少用排列组合方法确定内聚力C与内摩擦角φ的计算工作量。     

冻融-荷载作用下基于残余强度特征的岩石损伤模型

岩石变形破坏特性是寒区岩土工程建设所直接面临的基础力学问题。为模拟冻融与荷载作用下岩石变形破坏的全过程,将冻融-荷载作用下的岩石微元在轴向抽象为未损伤、冻融损伤、受荷损伤、冻融与荷载共同损伤4部分,这4部分材料共同承受轴向应力,其中冻融损伤、受荷损伤、冻融与荷载共同损伤3部分可承受残余应力。采用Weibull分布描述岩石材料的非均匀性,基于D-P破坏准则,定量表述了冻融与荷载的耦合效应对总损伤的影响规律,建立了考虑残余强度特征的冻融受荷岩石损伤本构模型;基于岩石变形破坏特征,推导出模型参数的理论表达式;开展红砂岩冻融循环及三轴压缩试验,研究岩石的变形破坏过程及冻融循环和围压对其力学特性的影响,验证所建模型的合理性;分析冻融-荷载作用下岩石的损伤力学特性。研究表明:本文所建模型反映了冻融受荷岩石变形破坏的全过程,并能表征冻融循环和围压对岩石变形特性的影响;岩石的总损伤演化途径反映了细观力学响应与宏观变形破坏特征相一致,刻画出冻融与荷载2种作用因素对岩石总损伤扩展的非线性影响特性,探寻了细观损伤演化所诱发的宏观力学效应,为揭示岩石的冻融破坏机制提供理论依据。     

高应力区岩石统计损伤本构模型及能量耗散研究

为了反映高应力区岩石变形破坏全过程,通过引入双参数抛物线型Mohr强度准则,建立适用于高应力区岩体的微元强度度量方式,并假定由该度量方式得到的微元强度服从幂函数概率密度分布,结合连续损伤理论,考虑损伤变量修正,建立一个新的适用于高应力区岩体的统计损伤本构模型。以高应力区英安岩为验证对象,进行常规三轴压缩试验,依据岩石应力-应变曲线特征,给出模型参数确定方法。引用基于线性Mohr强度准则而建适用于浅部低应力水平岩石的相关统计损伤模型,利用该模型和本文所建模型对英安岩试验数据进行验证,对比试验曲线和理论曲线,证明本文所建模型的可行性。分析高应力区岩石的损伤累积和能量耗散,从能量的角度证明损伤修正系数的正确性,分析岩石变形破坏过程中的能量变化规律,体现本文所建模型的合理性。     

充填体分级加载蠕变试验及模型参数智能辨识

为研究充填体在荷载作用下的长时稳定性,对充填体进行单轴分级蠕变试验,研究其蠕变特性。由胶结充填体单轴分级蠕变曲线,采用陈氏数据处理方法绘出试块分别加载蠕变曲线,试验结果表明:充填体具有显著的蠕变行为包括瞬时变形、衰减蠕变阶段、等速蠕变阶段,受荷载及时间所限并未出现加速蠕变阶段;瞬时应变与荷载成线性函数关系、蠕变速率随时间增长而逐渐降低至定值,显示出充填体具有同岩石类似的蠕变特性。充填体的蠕变特性符合Burgers模型,采用具有多点寻优、全局最优解等优点的遗传算法对不同应力水平下的Burgers模型参数进行了智能辨识,结果表明,蠕变试验曲线与理论曲线吻合较好,Burgers可较好的描述胶结充填体的蠕变特性。     

峰后岩石类材料的声发射特性研究

基于声发射试验系统和岩石声发射理论,对2种不同性质的岩石和水泥砂浆进行了单轴压缩试验,得到了3种试样破坏全过程的力学特性曲线、声发射振铃数和累计振铃数曲线,针对其变形特征及应力、振铃数与时间的关系分阶段进行了研究。研究表明:岩石类材料声发射受岩石强度、节理裂隙和晶粒软硬大小等的影响;部分质软岩石类材料在弹性、弹塑性阶段,其单位时间声发射振铃数逐步增加,但在接近强度峰值时出现声发射相对平静现象;峰后声发射活性主要受岩石的强度影响。对比不同岩石的破坏声发射特性,可为天然和人工岩土工程稳定性评估提供参数。     

基于黏弹性模型下的岩石动力强度研究

基于开尔文黏弹性模型,对岩石的动力强度进行理论分析,得到岩石动力强度与静力强度的数学关系,从理论上阐释了岩体动力强度硬化的现象。黏弹性决定了岩石的变形并非瞬间完成,而是一个逐渐完成的过程,在变化的动力作用下,其变形随时间的变化更加复杂多样,导致了岩体的动力强度与静力强度存在很大的差异。通过研究黏弹性模型下的动态本构关系,结合材料的最大线应变破坏理论,逐步推导出动力强度与静力强度之间的数学关系,并分析了影响有效应力系数〖WTBX〗m〖WTBZ〗的因素,最后将理论结果应用到马钢南山矿边坡岩石动力强度参数计算上。     

深部下组煤底板软硬岩石阻渗性试验及其耦合特征

为了探讨济北矿区下组煤底板阻水能力,对采动底板下部起主要阻水层位的软硬岩石阻水能力进行了伺服渗透试验研究,系统分析了软硬2种岩样变形破坏过程中应力、渗透率随应变全程变化关系和渗透率与应力耦合特征。试验结果表明:直接底板泥岩及其下部的灰岩在围压和水压作用下的渗透率—应变曲线、应力—应变曲线具有阶段性,峰前和峰后变化存在显著差异性;2种岩石峰前的渗透率与应力耦合结果表明软硬岩石均具有整体相似的变化规律,基本呈3次多项式关系,并得出渗透率随应力变化的1个重要特征拐点,由此可以界定出岩块破坏前后的屈服抗渗强度。     

边坡爆破开挖中岩体裂纹扩展机理及数值分析

采用动力有限元分析软件,研究了在爆破荷载作用下,荷载作用时间以及岩石参数对裂纹尖端动态应力强度因子的影响。分析结果表明,KⅠ(t)动态应力强度因子随着荷载时间的加大其最大峰值增大,曲线驼峰增宽;岩石弹性模量改变裂纹的起裂时间;岩石密度越小越易扩展。     

层状复合岩石双轴压缩的相似模拟实验研究

层状复合岩石是工程施工中常见的岩体结构.采用相似材料制作模型,通过双轴压缩实验研究单一岩石及水平和竖向层状复合岩石相似模型的荷载变形曲线及破坏形式,在特殊加载力的作用下,岩石破坏呈现出特殊拉-剪破坏规律,实验结果表明,在双向加载状态下,中间主应σ<,2>对试件的破坏强度有显著影响.     

节理边坡岩体参数获取与PFC2D应用研究

边坡稳定是决定露天矿山安全生产的前提,应用颗粒流方法研究边坡稳定性的首要任务是获得合理的边坡岩体强度参数。研究了应用于颗粒流的节理边坡岩体强度参数获取方法,应用点荷载仪及ShapeMetriX3D岩体数字测量技术进行边坡岩体调查,由修正Hoek-Brown准则得到岩体强度参数,最后通过宏细观参数标定确定相应的颗粒流细观参数。结合河北钢铁矿业公司黑山露天铁矿工程实例,建立边坡颗粒流模型,研究了挂帮矿回采中岩体的变形、失稳、破坏的整个过程,并与现场勘测结果和相似试验结果对比,得到的岩体破坏模式相似。     

煤层底板断层滞后型突水时效机理的力学试验研究

通过室内单向压缩、蠕变和三轴压缩、蠕变试验，对断层带物质在不同含水量、不同围压、不同加载方式条件下，其变形破坏方式进行了较为系统地试验分析与研究，提出断层带物质随围压的增加，强度有所提高，但随含水量的增加强度将降低；起始流变压力随围压的增加而增大，随含水量的增大而减小；断层带物质的变形破坏特征与荷载作用时间和其组成物质有着密切关系。     

在弹塑性岩体中管状锚杆岩石体系的动应变

在西马诺维奇和A.M.西马诺维奇的文章中已提出管状锚杆在岩体中动变形过程方程的一般形式,并确定出锚杆管腔的膨胀速度V取决于管状锚杆-岩体体系的几何、强度和变形参数。当确定τ(γ)与P_B(R_a)两个函数时,方程(1)的解可能是封闭型的。这两个函数相应表示管体材料的强度(γ—剪切应变)和在与岩石接触处压力P_B与半径为R_a锚杆管腔     

改进型岩石试验机检测系统的研究

改进型岩石变形检测系统,是在传统岩石试验机的基础上进行了软件和硬件的突破,由于岩石试件变形量非常小,为得到更精确的岩石变形参数及全程“应力-应变”曲线,本系统研制了轴、径向变形引伸计,配上压力、位移、轴、径向变形测量卡及控制卡,采用VC＋＋6．0语言开发一套专用软件,系统现已正常运行,其综合性能达到了国内外先进水平。     

临时矿壁稳定性影响因素敏感性分析及其应用研究

从破坏形式、荷载分析、强度、失稳势函数及影响因素5个方面推导出临时矿壁的强度安全系数和抗倾覆安全系数的计算公式,得到影响矿壁稳定性的6个主要因素,并设计6因素5水平的正交试验对这些因素进行敏感性分析。研究结果表明,矿壁厚度对矿壁稳定性影响程度最显著,进而得到矿壁厚度与强度安全系数和抗倾覆安全系数之间的关系曲线,得出不同矿壁厚度区间的破坏表现形式,最终得到一种新的矿壁厚度确定方式,为无间柱采矿法结构参数设计提供较好的依据。