基于核磁共振监测的砂岩强度软化实验及微观机制研究

随着煤炭开采向深部不断发展,岩石所处地质条件愈发复杂,地下水作用使得围岩强度明显降低,严重影响现场人员及生产安全.为研究巷道开挖后水岩相互作用对围岩性质的影响,以万福煤矿深部巷道砂岩为研究对象,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、压汞(MIP)及核磁共振实验(NMR),对砂岩样品矿物成分、孔隙尺寸及微观结构进...     

石屑混凝土强度及微观结构试验研究

本文利用正交试验设计,对太原石渣厂的碎石屑和石粉代替砂子在砂浆和混凝土中的应用进行了一些宏观和微观的分析研究工作。文中谈到石屑在砂浆和混凝土中的最优掺量以及它们对砂浆和混凝土材性改善情况,并明确提出了石粉的极限掺量。     

水泥石灰改良盐渍土强度形成微观机理研究

利用扫描电镜结合IPP(Image-Pro Plus)专业图像分析技术,分析了颗粒椭圆度、颗粒个数等指标与不同改良剂用量、养护条件的改良盐渍土试件强度指标的关系。研究结果表明:随着颗粒椭圆度、颗粒个数的降低及颗粒等效圆直径的提高,改良盐渍土的强度指标提高。     

黏土触变过程中强度恢复的微观机理

触变性是复杂的流变特性之一,它是指外力扰动导致土体强度衰减,静止后随时间增长逐渐强度恢复的现象。为了探寻黏土触变过程中强度恢复机理,开展了在长达500 d的龄期内,观测湛江黏土扰动后不同静置龄期下的无侧限抗压强度与贯入阻力,分析触变强度的恢复时间与过程,利用触变强度比率评价湛江粘土的触变性。利用扫描电镜与压汞试验,分析不同静置龄期下的结构演变规律。结果表明,湛江粘土具有明显的触变性,扰动后静置500 d后土体持有强度是其扰动后的2.58倍,但触变恢复强度仅占扰动损失强度的21.2%~23.5%。对于高灵敏性、强结构性的地基土,因施工扰动带来的强度损失引发的工程灾害不容忽视。黏土触变过程中的强度恢复主要是颗粒间引力与斥力的相互作用的力场变化使结构有分散趋向絮凝发展所导致,这一过程中结构产生自适应调整,孔隙分布均匀化发展,微观结构向亚稳定结构转变,在一定时期内表现出触变现象。     

岩石损伤软化统计本构模型之研究

从岩石微元强度分布的随机性出发，引进正确描述岩石微元强度分布的参量，建立了三维岩石损伤演化方程和岩石损伤软化本构方程，从而阐述了岩石损伤的机理。充分反映了岩石破裂的全过程，尤其是软化特性，也真实反映了岩石强度受应力状态影响的现象。该模型已由试验得到验证，具有广泛的应用前景。     

绿泥石片岩遇水软化的强度试验及机理研究

选取四川省雅砻江锦屏二级水电站地下围岩绿泥石片岩,分别用饱和NaCl溶液和蒸馏水进行饱和,利用RMT试验机和MTS试验机进行单轴和普通三轴的室内强度试验,分别测定绿泥石片岩在两种饱和状态和干燥状态下的强度指标。对比绿泥石片岩力学参数的变化,通过对岩石双电层进行微观机理分析,得出绿泥石片岩遇水后强度有显著的降低,表现出明显的遇水软化特性;软化的主要原因是岩石周围双电层的影响,且双电层厚度越厚,岩石强度降低越多;双电层厚度越薄,岩石强度降低越少。     

深部矿井综掘面煤的突然压出机理及其预测

针对淮南矿区深部矿井丁集煤矿煤的突然压出区域瓦斯地质特征,分析了综掘面煤的突然压出摩擦滑动失稳力学机制,并研究得出了其预测敏感指标钻屑量S及孔深系数S′、钻孔瓦斯涌出初速度q及衰减系数Cq的临界值:S0=6.0kg/m;S0′=0.9kg/m/m;q0=2.5L/min和当2.5≤q0﹤5L/min,Cq=0.65。创新性地提出了采用S′预测以地应力为主导作用的低指标突出,并可提高预测准确率,在试验区近3000m巷道掘进过程中,预测不突出危险率87%,不突出准确率100%,其研究成果对类似矿井异常瓦斯动力灾害治理具有重要借鉴作用。更多还原     

铁尾矿砂水泥土强度特性及微观孔隙研究

为了提高固体废料的二次利用率,改善水泥土的力学性能,采用无侧限抗压强度试验和氮气吸附试验等试验方法,探究了铁尾矿砂对水泥土力学特性及微观孔隙的影响,试验结果表明：随着铁尾矿砂掺量的增加,水泥土的无侧限抗压强度呈先增加后减小的趋势,在铁尾矿砂20%～30%时抗压强度达到最大值;相同水泥掺量下,铁尾矿砂水泥土的比表面积随铁尾矿砂掺量的增加呈先增大后减小的趋势,在铁尾矿砂20%时,比表面积最大;铁尾矿砂水泥土的孔隙组成为：少量的微孔、大量的中孔以及一定数量的大孔;随着铁尾矿砂掺量和水泥掺量的增加,水泥土孔隙中的有害孔持续减小,少害孔持续增加,平均孔径减小。     

滨海淤泥质软土微观结构及固结特性试验研究

针对曹妃甸工业区近海风电工程,以滨海淤泥质软土为研究对象,应用SEM-EDS-XRD技术进行微观结构研究,结合宏观固结特性试验,确定滨海软土微观物理结构与宏观结构强度关系。通过室内试验与理论分析表明,微观结构及矿物元素组成反映了该淤泥质软土具有典型海相软土特性;基于原状土与重塑土的固结特性压缩曲线,推算滨海软土先期固结压力及结构屈服压力,确定了该滨海软土结构强度;揭示了微观结构与宏观力学性质的紧密联系。     

典型深海软黏土全流动循环软化特性与微观结构探究

深海软黏土具有不同于陆相或近海软黏土的岩土工程性质。针对取自中国南海西部深水区5个典型站位的海床软黏土,采用一种改进的全流动贯入装置对其强度特征进行测试,并结合深海软黏土特殊的微观结构和生物硅矿物,对其循环软化特性进行分析和探讨。研究结果表明:南海西部深海软黏土普遍具有高含水率、高液性指数、高活性值、低不排水抗剪强度和高灵敏度等特点,极慢的沉积速率和稳定的沉积环境是深海软黏土具有高灵敏度的主要原因。全流动循环软化过程中土体结构的变化主要体现在絮凝体的破坏和孔隙结构的改变两个方面。特殊的生物硅颗粒在循环作用下会发生破碎,导致内部孔隙水释放,从而加剧了土体循环软化的程度。     

深部硐室群围岩蠕变特征及稳定性控制

为了探究深部硐室群围岩蠕变特性和不同锚杆间排距对围岩变形的抑制作用,本文以陈四楼煤矿深部硐室群为研究对象,采用室内实验对深部硐室群砂质泥岩试样的蠕变特性进行分析,通过数值模拟方法对锚杆间排距和硐室群的支护效果进行研究。研究结果表明:随着荷载水平的增加,岩石轴向变形不断增加,当荷载增加到0.9σ_c时,岩样发生蠕变失稳破坏;深部巷道随着锚杆间排距的增加,围岩应力及变形均呈现先减小再增加的特征,当间排距为0.5 m时,可以较好地实现围岩与锚杆的耦合支护效果;将 0.5 m 的锚杆间排距应用到深部硐室群时,硐室群顶板及两帮应力分布更加均匀,围岩整体变形量较小,现场监测表明,硐室围岩底鼓量最大,顶板下沉量次之,两帮收缩量最小。     

重力坝岩基深层抗滑稳定分析的新方法

考虑重力坝岩基各向异性和非均匀强度的特性建立了一种对重力坝岩基深层抗滑稳定分析的方法,对岩基与结构面的弹性模量等参数分别进行设定并且对岩基与结构面破坏强度分别进行讨论,从而建立了岩基的深层滑动面的搜索程序,通过数值试验验证了该方法的计算方法。     

隧道围岩稳定分析中Hoek-Brown强度准则的运用

结合经典岩体力学理论分析了隧道围岩失稳的原因,然后提出了基于Hoek-Brown强度准则的围岩稳定分析方法,并且结合工程实例论述了其在隧道围岩分析中运用的优越性,认为用其判别完整坚硬围岩的破裂扩展情况的方法是可行的。     

矿井充水及防治水

介绍了构成矿井充水的条件,从矿井回采、充水水源、充水通道三个角度分析了影响矿井充水的因素,并提出了地面防水、井下防水、疏干降压、矿井及露天矿排水的治理措施,以加强矿井水的防治工作,促进矿井安全生产。     

软化模量对岩样全部变形特征的影响

采用FLAC内嵌语言编制了计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数。研究了软化模量对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响。在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别为线弹性模型及莫尔–库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。结果表明,随着软化模量(脆性)的增加,剪切带倾角由Arthur向Coulomb倾角转变,Coulomb、Roscoe及Arthur理论对此不能解释,可能是未考虑渐进破坏;剪切带宽度降低,这可采用基于梯度塑性理论且考虑剪胀的剪切带宽度的公式予以定性的解释;岩样可以达到的最小体积增加;岩样失稳破坏的前兆越来越明显;峰后的轴向应力–轴向应变曲线、轴向应力–侧向应变曲线、侧向应变–轴向应变曲线、泊松比–轴向应变曲线及体积应变–轴向应变曲线均有稍微变陡峭的趋势,可采用基于梯度塑性理论的单轴压缩岩样受到剪切破坏时的解析解对前2种曲线的数值解的合理性进行定性的解释。     

深埋超大跨度地下洞室围岩稳定性研究

在深埋超大跨度地下洞室的开挖过程中,若支护方式和开挖方法不合理,易导致坍塌、大变形等失稳破坏现象,保证洞室的稳定性是施工过程中的核心任务,而现阶段国内外尚无明确标准对于地下洞室的稳定性定量分析,本文采用强度折减法对于深埋超大跨度洞室围岩稳定进行理论研究,得到了不同围岩等级下的安全系数,并对地下洞室破坏形态进行研究,为支护设计提供参考。     

深部巷道块系围岩分析模型及稳定性探讨

深部岩体具有典型的不均匀、不连续的自应力块系等级构造结构。由于浅部巷道围岩应力场分析是基于连续介质力学理论,没有考虑岩体的块体特性,因而无法应用于深部巷道块系围岩的应力场分析。考虑到深部巷道块系围岩破坏类型主要表现为峰后岩块沿软弱接触面的剪切滑移破坏,通过建立深部巷道的平面应变块系围岩模型,得到了轴对称条件下岩块相互作用的解析解;分别假设岩块之间的接触满足刚塑性和Mohr-Coulomb屈服条件,推导得出上述两种屈服条件下的块系围岩模型和连续介质模型的围岩支护力的计算公式。对比分析表明:围岩块体构造特性对深部巷道施工和承载力设计计算有重要的影响;通过假设块体间剪应力与剪切滑移满足分段线性关系,得到了块系围岩径向位移,剪应力和剪切滑移量的解析表达式,引入无量纲化的深部巷道块系围岩稳定性参数λ,并得出当λ<1时块系围岩是稳定的,当λ>1时块系围岩是不稳定的。     

不同围压下软岩巷道全长锚固支护优化研究

以淮南矿区丁集矿西三采区地质条件为背景,采用FLAC 3 D计算软件对深井软岩巷道全长锚固支护条件下围岩稳定性进行模拟计算,获得不同围岩应力和支护强度作用下巷道围岩稳定性影响规律.得知,随着围岩应力环境增大,巷道顶帮下沉量和底板底鼓量增大,巷道顶底板变形位围岩移量变化趋势与巷道两帮变形趋势基本一致,在10 MPa围岩环...     

岩石深基坑裂隙水综合防排施工方法

为了保证深基坑施工的顺利进行,通过利用明沟排水、盲沟排水、集水井(坑)排水以及基坑周边地表水的防护等多种方法,对岩石深基坑施工进行排水.通过几种方法的综合应用,本工程取得了良好的效果:既节约了成本,又保证了工程在基础阶段的施工进度和安全.由此可见,只有灵活应用好各种排水方法,积极主动地解决排水问题,才能保证深基坑施工的顺利进行.     

基于岩石长期强度特征的岩质边坡时效变形过程分析

基于对岩体流变特性的认识,从岩石材料内在物理力学性质受环境影响随时间劣化与岩石内部细观损伤积累的角度出发,通过引入岩体细观表征单元体的强度退化模型,开展岩质边坡的时效变形与破坏特征的研究。首先模拟了含顺坡软弱结构面边坡的时效破坏模式,分析了软弱结构面分布和强度劣化特性对边坡长期稳定性的影响;其次对一含有明显的软弱结构面的软硬互层岩质边坡,进行了时效变形破坏的实例分析。由于岩体的流变特性,岩体强度参数随时间的推移而逐渐衰减,致使边坡稳定程度降低。特别是对于含有明显的软弱结构面及软岩层的边坡,软弱结构面及软岩层的长期强度特性不容忽视。对含有明显的软弱结构面的软弱互层边坡蠕滑破坏的控制和治理,应在顾及时间效应的基础上,着重考虑长期强度、渗控和开挖卸荷等主要因素。研究成果可望对类似边坡的安全评价和设计提供一定的参考。