高围压高水压条件下岩石非线性蠕变本构模型

基于高围压高水压条件下砂岩三轴压缩蠕变试验结果,分析岩石蠕变规律,选取Burgers模型对低应力水平下的蠕变特性进行描述,效果较为理想。当应力水平高于屈服应力时,岩石在经历一段时间后发生加速蠕变。采用幂函数、对数函数混合方程对加速蠕变段进行拟合,再通过类比的方法提出一个新的非线性黏性元件,并将其与塑性体并联,得到一个可以反映岩石加速蠕变特性的非线性黏塑性模型,将该模型与Burgers模型串联,构建一个新的六元件非线性黏弹塑性蠕变模型,并推导了该模型在常规三轴应力状态下的蠕变本构公式。结合试验结果,运用通用全局优化算法,对提出的非线性黏弹塑性蠕变模型参数进行了辨识,辨识结果验证了新构建模型的正确性与合理性。     

孔隙水压对岩体蠕变影响研究

将巷道围岩视为多孔介质，考虑地下水渗流作用的影响，应用弹性力学理论以及粘弹性蠕变力学理论。导出了巷道围岩的应力、应变、位移等的分布规律，以及它们与孔隙水压力之间的关系；找到了影响蠕变的又一主要因素——孔隙压力，建立了深部岩体非线性蠕变的力学模型和数学模型。     

不同孔隙率及孔隙水压条件下无烟煤蠕变特性研究

长期浸泡在采空水中的残采煤柱,会发生蠕变失稳.为研究孔隙率及孔隙水压对煤柱蠕变特性的影响,以山西沁水煤田3#无烟煤为研究对象,以三维CT扫描技术为手段,对无烟煤试样进行孔隙尺度分类,并对不同孔隙率煤样进行分级加载单轴蠕变试验,得出不同孔隙率无烟煤蠕变本构模型,嵌入FLAC3D数值模拟软件中,模拟不同孔隙率及孔隙水压下无...     

高水压对岩石动态能量耗散和破坏特性的影响

地下工程岩体普遍处于水压力和地应力环境中,极易引发涌突水等事故,严重影响地下工程的安全稳定性。为研究水压力与地应力对岩石能量耗散和破坏特性的影响,笔者利用自主研发的高水压高地应力岩石动力学试验系统,设置多组水压力和轴向静应力用于模拟地下水压力和地应力环境,对岩石进行冲击试验。基于试验得到的入射波、反射波与透射波计算岩石的耗散能,研究岩石能量耗散率与水压力与轴向静应力的关系。对冲击后的岩石试件进行筛分,计算其质量分形维数,用于表征岩石试件的破坏程度,研究水压力和轴向静应力对岩石分形维数的影响规律。改进孔隙裂纹扩展模型,研究岩石微裂纹扩展的变化规律,探索水压力与轴向静应力对岩石破坏特性的影响机理。结果表明,岩石能量耗散率随水压力的增大呈现先上升后下降的变化趋势,表明水压力对岩石能量吸收起到先促进后抑制的作用。能量耗散率随轴向静应力的增大持续增加,表明轴向静应力有利于增强岩石的能量利用率。相同轴向静应力工况下,岩石的质量分形维数随水压力的增加逐渐减小,即其破坏程度不断降低;相同水压力情况下,质量分形维数随轴向静应力的增加逐渐增大,即其破坏程度逐渐提高。改进的孔隙裂纹扩展模型可以直观表征水压力...     

孔隙水压对岩体蠕变影响研究

将巷道围岩视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用弹性力学理论以及粘弹性蠕变力学理论,导出了巷道围岩的应力、应变、位移等的分布规律,以及它们与孔隙水压力之间的关系;找到了影响蠕变的又一主要因素———孔隙压力,建立了深部岩体非线性蠕变的力学模型和数学模型。     

孔隙水压力对软岩蠕变规律影响的实验研究

利用带有压力密封仓的三轴蠕变仪进行了不同孔隙水压力条件下软岩蠕变试验,通过最小二乘回归分析对蠕变方程进行了参数识别.研究表明：孔隙水压力对软岩蠕变影响显著,主要体现在初始应变量和弹性参数的变化;不同应力水平作用下,软岩蠕变存在着明显的应力阙值,在高应力水平作用时,蠕变表现为完整的3个阶段,稳定蠕变阶段比较短暂.     

孔隙水压对工作面前方煤体特性影响的研究

为了研究注水压力对松软煤体特性的影响,利用FLAC3D有限差分程序模拟分析了不同注水压力产生的孔隙水压对工作面前方煤体垂直应力、水平应力、煤层压缩率、塑性区的影响,得出了孔隙水压对煤体特性的影响规律,由此可知,适当增加注水压力,有利于煤壁的稳定。     

孔隙水压作用下主井砂岩变形强度特性研究

以湖北祥云磷矿矿区含水层的砂岩为研究对象，开展了水-力耦合试验，探讨围压和孔隙水压对岩石变形特性和强度特性的影响。研究结果表明：水-力耦合作用下砂岩试件的应力-应变曲线的发展趋势基本一致，其轴向应变-应力曲线均经历了原生裂隙压缩闭合阶段、线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹不稳定发展阶段和峰后残余阶段等5个阶段；试件的峰值轴向应变与孔隙水压呈负相关，与围压呈正相关，而峰值环向应变和体积应变随着孔隙水压的增大而上下波动；砂岩的峰值偏应力、残余偏应力、起始扩容偏应力与孔隙水压呈线性正相关关系，而与围压呈现负相关。研究成果展现了地下水对祥云磷矿砂岩力学性能的影响规律和影响程度，可为该矿区砂岩的稳定性分析提供参考。     

孔隙水压对充填体性能的影响

为探究大水矿山充填体的力学性能变化,将充填体试块置入高压水体中使其内部形成孔隙水压,研究孔隙水压下充填体的抗压强度、抗拉强度和含水量等指标的变化。试验以孔隙水压、浸入时间、充填配比和料浆浓度为主要影响因素,开展29组充填体强度试验。方差分析表明,料浆浓度和充填配比对充填体抗压强度影响极显著,孔隙水压影响显著;浸入时间对充填抗拉强度影响显著。相同充填配比和料浆浓度下的充填体抗压和抗拉强度随孔隙水压和浸入时间增长而下降,其中抗拉强度下降幅度较大。充填体含水量随孔隙水压增大而增大,增长趋势和充填体强度增大趋势相吻合。     

围压作用下水射流破岩损伤机理的数值模拟研究

采用显示动力学软件对水射流冲孔过程进行数值模拟,探究煤岩在高压水射流冲击下的破碎规律及裂隙发育状态,分析射流水柱冲击有/无围压的煤岩时,掏槽成孔的过程及机理,论证了煤岩体受拉伸力和剪切力的作用下导致横纵向裂隙形成并逐渐延伸成裂隙网的过程。研究结果表明:水射流冲击煤岩形成孔洞的同时,会在周围煤岩形成供瓦斯运移的裂隙,且成孔损伤范围受围压的影响;射流参数一定时,围压作用会阻碍孔深和孔径的扩展,但会使得周围裂隙的发育范围进一步扩张,20 MPa围压作用下扩张范围约增加40%。     

高温作用下围压对页岩力学特性影响的试验研究

利用MTS815型程控伺服刚性试验机对页岩开展高温常规三轴压缩试验,基于试验结果分析围压与页岩应力-应变曲线特征、峰值强度、弹性模量、泊松比、峰值应变的关系。结果表明,按体积应变特征,应力-应变曲线可归为3类：扩张型、压缩-扩张过渡型和压缩型,围压对页岩具有较明显的扩容作用。在同一温度时,在5～25 MPa围压范围内,页岩峰值强度（σ1-σ3）较低,表现出较强的塑性变形破坏特征,峰值强度和弹性模量具有随围压增加而增大的趋势。围压小于15 MPa时,页岩泊松比随围压增大而增大,而峰值轴向应变和峰值横向应变均随围压增加而逐渐降低;围压大于15 MPa后,泊松比随围压增加呈小幅下降,峰值轴向应变和峰值横向应变随围压增加而略有增大。     

含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及渗透率演化规律实验

以重庆松藻煤电有限责任公司的典型煤与瓦斯突出矿井--打通一矿7号煤层为研究对象,利用自行研制的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置”,进行了不同初始围压和不同瓦斯压力组合条件下,含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及渗透率演化规律实验研究。研究结果表明：开始卸围压后,煤岩并不是立即被破坏失稳,而是维持在σu1一段时间,经历n级卸围压作用后才会失稳;在煤样失稳前,每一级卸围压过程中煤样的变形和渗透率变化速度都是不一样的,均呈加速增大的趋势;在每一级围压恒定阶段,随着围压的降低,煤岩的蠕变速度和渗透率也均是加速增大的;卸围压阶段比围压恒定阶段变形和渗透率增大速度快得多;无论是卸围压过程还是恒定围压阶段,围压降低引起的横向变形的变化速度均大于轴向变形的变化速度。     

高水压下基岩冻结壁设计方法

首先提出了高水压基岩冻结在冻结壁和井壁设计方面存在的问题;其次回顾了冻结法凿井中冻结壁厚度设计理论的发展,客观地揭示了井筒井壁内外分层的力学原因,以及基岩冻结壁设计方面所需考虑的基本问题;第三,探讨了包神公式设计冻结壁的载荷性质,及与冻结壁外缘载荷的关系,剖析了冻结壁与井筒的几何尺寸、刚度等因素对冻结壁外缘载荷的影响;第四,深入研究了采用拉麦和包神公式进行冻结壁弹性设计的力学条件;第五,定量分析了井筒冻结壁弹性设计的深度范围;最后探讨了冻结基岩许用强度、剪切模量之比等参数对设计冻结壁厚度的影响。     

渗透水/气压反复循环下软岩剪切蠕变试验及本构模型研究

为探究软弱夹层在雨水反复作用下的剪切蠕变特性,以西南地区二叠系炭质页岩软弱夹层为研究对象,利用实时渗透水/气压循环剪切试验系统,开展了渗透水/气压循环剪切蠕变试验,分析了软弱夹层的剪切蠕变特性和长期强度劣化机理,并建立了考虑Weibull分布的蠕变损伤本构模型。结果表明：1)软弱夹层具有明显的蠕变特性,随渗透水/气压循环次数的增加,破坏前剪切变形逐渐增大,破坏时呈现出韧性与脆性两种不同的破坏形式;2)随渗透水/气压循环次数的增加,软弱夹层的劣化程度呈增大趋势,但最终趋于一定值,其劣化程度可用函数D_i=0.7717×[1-exp(-0.1n)]来表示;3)基于试验数据,提出了基于Weibull分布理论的损伤黏塑性元件,构建了渗透水/气压循环蠕变损伤模型,模型能够很好地描述软弱夹层蠕变的三阶段。研究成果对含软弱夹层的高陡边坡长期稳定性分析具有重要指导意义。     

不同水压与初始卸荷水平下砂岩的力学特性及卸荷本构模型

为研究深埋高水压条件下岩石卸荷力学特性,以砂岩为研究对象,开展了不同水压及初始卸荷水平条件下的三轴加、卸荷试验,研究了卸荷下砂岩的应力-应变特征、强度变形特征等,并推导了卸荷本构模型。研究表明:对于卸荷试验,当初始卸荷水平n降低或者水压p增大时,砂岩的卸荷极限强度和轴向应变ε1降低,表现出更明显的脆性特征,侧向应变ε3增大,扩容特征越明显。相对于常规加载试验,卸荷试验的峰值黏聚力c最大降低59.78%,峰值摩擦角最大增加54.72%,初始卸荷水平n每降低0.1,峰值c(φ)约多减少10%(10%~15%)。将卸荷应力-应变曲线划分为4段,选取Mohr-Coulomb屈服准则,对参数a_f,a_r,b_f,b_r进行了一元、二元函数拟合,获得了各参数的变化规律,最后得到了卸荷条件下的本构关系。结果表明,理论模型与试验结果吻合较好。     

不同条件下非饱和土中孔隙气压变化特征研究

在研究土体内水的渗透行为时,通常直接采用压力表测量孔隙水压力。实际上压力表的测量值中包含了孔隙水压和孔隙气压。通常假设土体内的孔隙气压为0 kPa,所以一般没有考虑孔隙气压的影响。然而,根据近年来的研究认为,土体内孔隙气压的上升可能会对降雨时的边坡破坏、雨水渗透等产生影响。因此,在本研究中,为了掌握不同条件(降雨条件、地下水条件、排气条件)下的孔隙气压情况,进行了雨水渗透情况下土体内孔隙气压的测量试验。结果表明,由于地表处于内涝状态,土体内的孔隙气压会上升,说明了降雨时测量孔隙气压是极为必要的。研究结果为弃土边坡的长期运行与监测预警提供一定的理论依据。     

不同侧压下沉积岩石变形与强度特征

基于沉积岩石类型,系统地研究了在不同侧压条件下不同岩性岩石的力学特性。研究表明,沉积岩的变形和强度以及破坏机制与其所承受的有效侧压大小有关,不同岩性岩石的刚度和强度均随侧压的增大而增大;不同岩性岩石的应变软化性态和破坏机制也均随侧压的增大而发生转化。