高温后粗砂岩弹性纵波波速的试验研究

对粗砂岩经历不同高温后弹性纵波波速进行了相关研究.分析了粗砂岩波速与温度的变化规律.总体上随着加热温度的升高,粗砂岩弹性纵波波速处于单调下降的趋势.试验结果表明,粗砂岩作为高空隙度岩石,加热温度小于100℃时,弹性纵波波速变化不明显;而当加热温度超过100℃后,弹性纵波波速大致成线性降低,波速与温度具有良好的相关性.     

高温后大理岩各向异性响应特征研究

通过对含层理大理岩开展经历不同温度后的纵波波速测试试验,分析高温作用后大理岩纵波波速的变化规律,在此基础上探讨各向异性指数(平行与垂直层理方向波速比值)的变化趋势,研究温度对大理岩各向异性的影响规律。研究结果表明:经历高温后大理岩纵波波速下降,而且随经历温度的升高,大理岩纵波波速持续降低;大理岩纵波波速存在层理效应,主要表现为平行层理方向的波速大于垂直层理方向波速,各向异性指数为1.11~1.19;在30~200℃范围内,大理岩各向异性指数随温度呈现出两边低中间高的"倒U"形变化规律。研究成果在一定程度上反映了经历高温后岩石各向异性的变化,为预测和评估高温工程围岩的长期稳定性和安全性提供理论基础。     

基于Boltzmann函数的砂岩波速与温度关系特性试验研究

为了探究高温作用下砂岩物理性质的变化规律,对经受不同等级温度后的砂岩试样的纵波波速的变化特性进行研究。试验结果表明:可采用Boltzmann函数理论模拟砂岩vp-T变化曲线并推导出波速随温度变化的理论表达式;高温后砂岩的物理性质会出现弱化现象,其纵波波速会降低,且其经受的温度越高,波速降低的幅度会越大;该砂岩在500℃左右达到其门槛值温度。     

粗砂岩高温后干密度的研究

对不同温度粗砂岩的干密度进行了研究,分析了粗砂岩的干密度经历了不同温度后的变化规律.结果表明:经历了高温后粗砂岩的干密度变化很小,没有明显规律性,在很多情况下可忽略不计.     

温度对岩石强度及损伤特性的影响研究

通过单轴压缩试验,对经历不同温度(25~1000℃)后大理岩的纵波波速、抗压强度、破坏形态以及损伤特性随温度的变化规律进行研究。试验结果表明：高温后大理岩破坏时,沿轴向存在多个劈裂面,主要体现为劈裂破坏的模式;单轴抗压强度在100℃和400℃时有2次强化作用,从800℃左右,抗压强度开始急剧下降直至1000℃时,基本失去了承载能力;随着加热温度的升高,大理岩试样的纵波波速近似线性下降,损伤因子近似线性增加,反映了大理岩经历高温作用后内部性质的变化;岩石是由不同矿物组成的多晶体,高温环境下各种矿物性质的变化,在一定程度上影响着岩石高温后的物理力学性质。     

温度对砂岩弹性模量影响的试验研究

对鹤壁六矿煤层顶板砂岩在经历不同高温后测试其纵波波速,并计算出砂岩的动弹性模量,应用力学常规压缩方法直接测试计算砂岩的静力弹性模量,分析了经历不同高温后砂岩的纵波波速、动静弹性模量的变化规律。结果表明,经历高温后砂岩随加热温度的升高,动弹性模量的变化幅度远大于静弹性模量的变化幅度,这说明经历高温后物理性质的变化比力学性质的变化更剧烈。     

温度对砂岩弹性模量影响的试验研究

对鹤壁六矿煤层顶板砂岩在经历不同高温后测试其纵波波速，并计算出砂岩的动弹性模量，应用力学常规压缩方法直接测试计算砂岩的静力弹性模量，分析了经历不同高温后砂岩的纵波波速、动静弹性模量的变化规律。结果表明，经历高温后砂岩随加热温度的升高，动弹性模量的变化幅度远大于静弹性模量的变化幅度，这说明经历高温后物理性质的变化比力学性质的变化更剧烈。     

冻融循环条件下岩石物理力学指标相关性分析

为了得到冻融循环条件下岩石强度指标与物理指标的关系,在室内实验和理论分析的基础上,建立了冻融循环过程中岩石抗压、抗剪强度力学指标与纵波波速、孔隙率物理指标的关系。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,岩石的孔隙率增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力降低;冻融循环条件下粗砂岩的孔隙率、纵波波速与单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力之间具有良好的相关性。通过测量经历不同冻融次数的岩石的孔隙率和纵波波速,较好地反映出冻融循环过程中岩石强度的衰减关系。     

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。     

高温处理后花岗岩应力作用下渗透特性演化研究

随着核废料处置、地下煤层气开发、地热资源的开采利用等领域的蓬勃发展,高温处理后岩石物理力学性质和渗透特征演化规律备受关注。为了对不同高温处理后花岗岩试样渗透特性进行研究,采用实验室试验的方法,设定围压10～30 MPa,进水口压力低于相应围压区间并逐渐增大,选用GWD-02A型高温炉对加工好的花岗岩试样进行高温加热,将花岗岩试样分别加温至200、300、400、500、600、800℃,采用全自动岩石渗透率测试系统对高温处理后花岗岩试样开展一系列渗透试验。通过测量不同温度作用后花岗岩试样直径、高度以及质量,得到不同温度花岗岩的密度;采用PDSSW声波检测仪对不同高温处理后花岗岩纵波波速进行测试,得到波速与密度随温度变化情况;分析高温对花岗岩密度和波速的影响,得出高温处理后花岗岩试样体积流速与压力梯度的关系,分析得出渗透系数和导水系数与围压和温度的关系。研究结果表明:(1)随着温度的升高,花岗岩内部微裂纹逐渐发育,纵波波速与密度逐渐减小。(2)压力梯度与体积流速呈现线性关系,可用线性达西定律进行描述,随着温度的升高,等效渗透系数表现为逐渐增加的趋势,且温度越高,增大幅度越显著,试验结果可以用指数函数很好地拟合。(3)对于同一种高温处理后的试样,随着围压的升高,导水系数表现为减小的趋势。     

温度对大理岩力学性能的影响

采用RMT-150C岩石力学试验系统开展不同温度作用（20、200和800 ℃）下大理岩的单轴、三轴试验及温度循环作用后大理岩的单轴压缩试验,系统地分析了大理岩在不同温度以及温度循环作用下的物理力学特性。试验结果表明：随着温度的升高,大理岩的变形特性表现为塑性变形明显、弹性模量降低、峰值应变增大。和常温下试件相比,加热到200 ℃后,试件的黏聚力提高,内摩擦角降低;加热到800 ℃后,试件的黏聚力降低,内摩擦角基本相同。在200 ℃循环作用下,随着作用次数的增加,大理岩试件的峰值强度、弹性模量均呈现出降低的趋势。随着温度的升高,大理岩的纵波波速发生不同程度的降低;与单次加温相比,随着循环加温次数增多,纵波波速降低,但是降低幅度很小。常温以及200 ℃温度作用下,试件的破坏基本为宏观单一断面的剪切破坏; 800 ℃高温作用下,部分试件产生了很多条破裂面;温度循环作用对岩石试件破裂形式没有显著影响。     

温度变化对花岗岩井壁稳定性的影响

针对深井、超深井钻遇的花岗岩地层,通过对花岗岩进行加温后纵波波速测量和常规三轴压缩试验,并基于所得到的试验结果研究不同温度后花岗岩的纵波波速和三轴压缩状态下的宏观力学特性,分析了花岗岩纵波波速、峰值应力、弹性模量、峰值应变与温度的关系;同时对三轴压缩条件下花岗岩的宏观破坏形式进行总结。研究结果表明,经过加温冷却后,花岗岩的纵波波速随着温度的升高呈降低趋势;同时,围压一定时,温度为20~200℃时,随着温度的升高,试样的峰值应力、弹性模量、峰值应变呈增大趋势,而在200~400℃,这些力学参数呈降低趋势。温度的升高,不仅会使得岩石内部的含水量逐渐减小,而且由于岩石内部矿物成分的热膨胀性不同等因素使得岩石内部产生附加热应力,从而使得岩石内部的初始裂纹发生扩展、贯通或产生新裂纹,进而影响井壁及围岩的稳定性。     

高温单向约束下煤系砂岩物理力学及声学特性研究

针对煤炭地下气化通道围岩在气化过程中具有两个自由面的情况,采用自行研制的高温单向膨胀约束试验装置对煤系砂岩试件常温至700 ℃高温过程中的物理力学及声学特性进行了试验研究。试验结果表明,高温后由于水分挥发、有机物分解,砂岩试件的质量逐渐减少;砂岩试件高温加热后尺寸均有变大趋势,但由于约束条件的影响,沿y方向试件膨胀缓慢;整个高温过程中,砂岩试件的纵波波速随温度的升高逐渐减小,整体上,y方向声速随温度呈反S型变化,而x方向声速随温度呈二次曲线下降,y方向声速因施加约束,降幅较小,膨胀约束抑制试件沿约束方向损伤的发展,同时对x方向损伤因子的发展也起限制作用;高温单向约束加热后砂岩单轴压缩全过程应力-应变曲线经历了压密、弹性、屈服、破坏4个阶段,温度越高,曲线右移趋势越明显,高温单向约束条件下砂岩的峰值强度、弹性模型都随温度升高而降低,峰值应变随温度升高而增加。     

高温对弱黏结中砂岩物理力学性质的影响

基于弱黏结中砂岩经历400~1 000℃高温后进行物理力学参数测试,分析了高温后弱黏结中砂岩的物理力学参数与温度、围压的关系。结果表明:经历400℃以内高温对试样体积、质量和波速影响很小,超过400℃以后试样体膨胀率、烧失率随温度升高单调增加,波速随温度升高单调降低,经历400和800℃高温后试样的变形参数明显高于自然状态(25℃)单轴试验值,高温后试样的弹性模量和变形模量大幅度降低,极限应变随温度升高单调增加。试样的弹性模量、变形模量和峰值强度与围压呈正相关,试样峰值强度与围压符合Coulomb强度准则。经历800℃以内高温对试样黏聚力的影响不大,超过800℃以后黏聚力急剧降低。高温后试样的内摩擦角与温度呈正相关;经历1 000℃以内高温对弱黏结中砂岩具有强化作用,但超过800℃对试样材料强度有所弱化。Mohr-Coulomb预测理论破坏角与试验破坏角大致相当,试样的试验破坏角与围压呈负相关。     

高温作用后砂岩力学性质实验研究

研究了5种温度作用后砂岩的纵波速度以及力学特性。研究表明:高温作用后砂岩纵波速度逐渐减小,并且随着温度升高,纵波速度降低值增大;400℃~800℃随着温度升高而降低,脆性减小;砂岩三轴抗压强度随着围压升高而增大,且围压越大,增加幅值越大,弹性模量随着温度升高而减小。研究表明,高温作用使岩体的水分含量减少,孔隙体积增大,使岩体裂纹扩展,并且产生新的裂缝。     

峰后冷热循环下砂岩破坏过程力学特征及能量演化规律北大核心

在煤火治理中常因复燃等原因而多次注浆/水灭火,围岩经历反复升温遇水冷却,致使强度降低,发生破坏,延伸地表形成塌陷、裂缝,造成安全隐患,为此研究了峰后高温冷热循环下岩石力学变化情况;以砂岩为研究对象,测试了岩样超声波波速与吸水率,开展了单轴压缩试验,分析了砂岩力学损伤特征,并进一步探究了其能耗演化规律。结果表明:峰后500℃开始,岩样超声波波速衰减率与吸水变化率由正转为负,波速变小,吸水率增加;500℃为峰后高温岩样力学突变的阈值温度,之后应力应变曲线峰值点快速右移,峰值应力大幅衰落,冷热循环造成的初始热损伤加剧,延性破坏突出;在岩样承压破损不同阶段,能耗演化特征不一;峰后500℃开始,峰前耗散应变能占比逐渐大于弹性应变能,耗散应变能与力学强度负相关。     

高温循环加卸载作用下砂岩力学性能弱化及超声规律研究北大核心

为探索煤层气顶部岩石在高温与循环加卸载后力学性质弱化的规律,采用DDL-200单轴电子试验机对岩石进行分级循环加卸载试验,分析了力学参数、波速传播等弱化规律。结果表明:在25~400℃不同应变增量较小,形态破坏为劈裂破坏且内部损伤不均匀,纵波波速传播快;在400℃后应变增量大,破坏形态主要为剪切破坏,内部碎屑增多孔隙变大,岩石外层断裂面多而不规则,纵波波速慢;软化系数在加载期,同循环下随温度升高而减小,同温下随循环增多而变大,劣化度在加载期,同循环下随温度升高而降低,同温下随循环增加先变大后减小;在卸载期,软化系数与劣化度都随同循环(或同温下)升高而增大。     

煤炭地下气化覆岩相似材料热损伤特性研究

为了开展煤炭地下气化三维相似模拟模型试验,对覆 岩相似材料热损伤特性开展试验研究。对覆岩相似材料在 不同温度下处理,并进行单轴压缩试验,研究分析其力学性 能及热损伤特性随温度的变化规律。得出结论:加热后各试 件的直径稍微增大,高度有增有减,质量和密度降低;高温处 理后的试件其应力 应变曲线通常经历孔 隙 压 实、弹 性 变 形、断裂和破坏4个阶段;试件的抗压强度随温度的升高而 降低,试件经过600℃处理后,粗砂岩相似试件的抗压强度 从1.61MPa降低到0.622 MPa,降低61.38%,弹性模量从 0.29GPa降至0.12GPa,降低59.4%;细砂岩相似试件的抗 压强度从1.34MPa降低到0.65 MPa,降低51.57%,弹性模 量从0.28GPa降至0.12GPa,降低56.7%;选择弹性模量来 定义损伤变 量,试 件 的 热 损 伤 演 化 在 100℃ 处 存 在 一 个 阈 值,在这个阈值之前,试件颗粒的热膨胀作用只是用来填充 试件本身存在的孔隙裂隙,只有当试件在温度作用下将其内 部的孔隙裂隙完全闭合后,损伤才显露出来。     

冲击倾向煤岩纵波波速与应力关系试验研究

为了弄清煤矿中冲击矿压现象的发生机理,在实验室单轴条件下对冲击倾向性煤岩样的应力与纵波波速耦合关系进行了研究,建立了两者关系的试验模型,并对模型参数进行了分析.研究结果表明:1)岩样纵波波速对应力的敏感程度要高于煤样,即随应力增加,纵波波速变化更快；2)冲击倾向煤岩试样在弹性阶段纵波波速变化梯度大,塑性阶段波速变化趋于平缓,它表明应力与纵波波速间具有幂函数关系,与实测值的相关系数计算说明,模型具有较高的拟合度,能准确描述应力与波速的变化关系,并服务于现场层析成像冲击危险性计算.     

饱和花岗岩残积土强度演化的温度效应研究

我国东南地区夏季炎热多雨,地表温度变化频繁且幅度大,其对饱和花岗岩残积土强度及其演化特性具有重要影响。将含水率由25%~10%~25%作为一次循环,分别在30℃、40℃、50℃、60℃与70℃条件下进行多次含水率循环的饱和花岗岩残积土室内直剪试验和声波测试,研究饱和花岗岩残积土强度演化的温度效应及其规律。结果表明,各种温度下,随着循环次数的增加,花岗岩残积土黏聚力和纵波波速均呈下降趋势,下降速率先快后慢,然后逐渐趋于稳定;温度为50℃、60℃与70℃时,黏聚力在第2次循环中降幅最为显著;循环次数相同,温度越高,黏聚力和纵波波速衰减较大;损伤变量随循环次数增加而增加,增长幅度先快后慢,然后趋于平稳;循环次数相同,温度越高,损伤变量越大;平均纵波波速和黏聚力具有较好的对数关系。本研究结论对东南地区花岗岩残积土边坡工程和地下工程的科学处理具有重要意义。