RLW-2000岩石三轴流变试验系统研制

为研究深部高应力区以及卸荷等复杂应力条件下岩石流变特性，研制了RLW-2000岩石三轴流变试验系统。该试验系统采用先进的伺服电机、滚珠丝杠和液压等技术组合，配置进口原装全数字伺服控制器（EDC）和采用美国泰瑞泰克公司技术生产的变形测量装置。通过进行岩石三轴蠕变试验，对试验系统稳压性能、压力和变形测量系统以及岩石三轴流变试验功能进行了检验，检验结果表明其自动稳压、数据采集等整体性能良好。     

岩石流变扰动效应三轴压缩试验研究

为了研究三向应力状态下扰动荷载引起的围岩流变变形规律,在岩石流变扰动效应单轴压缩试验研究的基础上,利用自主研发的岩石流变扰动效应三轴试验系统,选取红砂岩进行流变扰动效应三轴压缩试验,分析不同应力状态下流变扰动变形规律。试验结果表明:随着围压增大,各级流变变形量有所下降,长期强度增大,流变变形破坏滞后,破坏变形量有所增加;在进入扰动敏感区后,流变变形速率增大,变形不可恢复。最后,根据试验结果得出不同应力状态下岩石累计扰动变形量与累计扰动能量之间的本构方程。     

岩石流变扰动效应三轴试验系统

深井软岩巷道围岩易发生流变变形,且对外界扰动极为敏感,为研究岩石在不同流变状态下受外加扰动影响变形规律,在以往两种型号流变仪的基础上,研发出了RRTS-III型岩石流变扰动效应三轴试验系统,流变仪主机提供了长期稳定的轴向压力,采用齿轮和液压两级扩力结构,扩力比达1∶100;注油式三轴压力室提供了长期稳定的围压,结构采用油气隔离的设计原理,液压泵能够最大提供50 MPa压力,精度为0.1 MPa;改进后的冲击扰动加载装置可操作性高,依据冲击作用原理设计出了IEPE动态力传感器,量程0～10 000 N,灵敏度0.497 mV/N,能够精确测量单次实际冲击扰动荷载大小;配备自动监测系统包括荷载、位移、应变和振动4种数据采集仪及处理软件。运用岩石流变扰动效应三轴试验系统初步进行了单轴流变扰动试验及三轴流变试验,其试验过程操作简便,数据结果可靠性较高。     

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。     

煤矿水砂膏体充填材料流变性质研究

为探究水砂膏体充填材料与时间相关的力学特性和行为，开展膏体材料单轴单级加载及三轴多级加载流变力学特性试验，获得了单轴五级荷载下及三轴三组围压四级荷载下应变-时间曲线。试验结果表明，荷载水平增加，试样流变变形量增加；在稳态流变状态，变形随时间增长缓慢；在恒定的轴向应力下，围压增加，流变变形量减小。结果为充填体非线性流变本构模型建立及流变参数模型辨识提供依据。     

煤层顶板岩石应力变化特性实验研究

为了研究平煤股份十矿己15组煤层顶板岩石的长期强度,以及顶板岩体在加、卸载过程中表现出的蠕变特性,利用煤岩三轴流变试验机进行了系列研究,测定岩石在一定条件下的蠕变强度,确定岩石试件在蠕变条件下的变形情况与时间的关系。研究结果可为顶板沉降预测、直接顶垮落步距研究以及长期稳定性评价提供依据。     

金鼎钨钼矿花岗闪长斑岩力学特性试验研究

采用岩石常规三轴试验手段测试花岗闪长斑岩的力学特性。在此基础上,运用H-B经验强度准则对岩石力学参数进行估值,并用岩石单轴抗压强度试验、点荷载强度试验及摩尔应力圆作图法取得的结果对估值进行检验,以期获得高精度岩石力学参数。研究结果表明：花岗闪长斑岩的变形模量E、泊松比μ值随侧压变化不大,可以采用不同侧压下E、泊松比μ值的均值来确定;单轴抗压强度σ_c估值与实测值吻合较好,但单轴抗拉强度σ_t估值与实测结果相差较大;在低侧压的条件下,内摩擦角φ估值与实测值、摩尔应力圆作图法确定的值吻合较好,但黏聚力c估值与摩尔应力圆作图法确定的值相差较大。经综合分析,推荐了金鼎钨钼矿花岗闪长斑岩力学参数。     

硬岩三轴仪全应力应变曲线与流变试验功能分析

地下金属矿山进入深部开采阶段以后,硬岩的岩爆和流变等工程灾害问题凸显,试验研究是了解其破坏机制的基本手段。由于硬岩具有高强度和弹脆性特点,峰后行为的试验研究在常规三轴仪上很难实现,加之流变变形非常小,对传感器精度要求非常高。鉴于此,结合国际先进岩石三轴伺服系统的开发经验,提出系统可行方案和强化指标满足硬岩全破坏过程和流变试验要求,与长春朝阳试验仪器有限公司合作开发Rockman207岩石三轴仪。由于该系统具有较高的系统刚度、较快的伺服响应速度和高精度的体积变化测量特点,验证和前期试验结果表明,其在硬岩力学试验中可以满足短期全破坏过程试验和长期流变试验研究需要。     

围压对软岩力学性质影响的试验研究

利用XTR01-01型微机控制电液伺服岩石三轴试验仪,研究在不同围压下软岩强度的变化规律,对于岩石工程的设计和施工具有重要意义。文中就国内某大型露天煤矿开采过程中揭示的黑色炭质页岩设计了不同围压的三轴试验方案,并进行了三轴力学性质测试,描述了软岩在饱水时间为1个月的全应力—应变曲线特征,重点探讨了围压对软岩强度的影响规律,详细分析了围压对软岩强度变化的作用机理及特点。     

不同应力状态下岩石蠕变全过程

基于岩石流变理论,采用解析方法和蠕变试验分析相结合,研究了不同应力状态下岩石黏弹塑性变形全过程的表述方式、对应的本构方程、蠕变方程、蠕变破坏时间、蠕变变形与破坏属性,建立了岩石三维黏弹塑性蠕变基本方程的统一格式.该统一格式可方便描述蠕变变形全过程,包括根据不同应力状态呈现出完整3阶段全过程,或其中某2个蠕变阶段组成的蠕变变形全过程.将其应用于以西原模型表述的三轴蠕变试验,建立了相应的三轴蠕变本构方程、蠕变变形公式的显式.利用某地片麻岩蠕变试验结果,验证了所建立理论模型的正确性.