基于虚拟仪器的工业CT无线自动加载测试系统

传统的试样工业CT(computerized tomography)加载测试劳动强度大,效率低,根据工业CT中自动加载监测控制的需求,开发了基于虚拟仪器技术的工业CT无线自动加载测控系统。该系统实现了工业CT中试样加载测试过程中的自动控制,提高了工业CT设备试样动态加载特性测试的测试精度和效率。试验结果表明该系统整体刚度好、受载均匀、控制稳定,较方便获得试件在动荷载作用下裂纹的开始、扩展、贯通过程的荷载时间-力曲线及相应的CT图像,为工业CT的各项动态加载试验奠定了基础。     

基于半圆弯拉试验的煤样抗拉及断裂性能研究

 为研究准静态加载条件下煤的抗拉及断裂性能,采用巴西圆盘劈裂法和半圆弯拉法对煤样进行抗拉性能对比测试;并开展不同切缝深度的半圆弯拉煤样断裂性能测试分析,探讨平面应变断裂韧度KIC和J积分断裂韧度对评价煤的断裂性能的适用性,研究切缝深度对半圆弯拉煤样的2种断裂韧度测定结果的影响;并结合受载过程中煤样表面应变监测和破坏后试样的工业CT扫描图像分别对煤样受载变形特征和破坏后裂纹展布规律进行分析。研究表明：半圆弯拉试验更适于测定煤的抗拉强度;当量纲一化的切缝深度 = 0.28时半圆弯拉煤样平面应变断裂韧度KIC离散度最小;煤样的J积分断裂韧度离散度更小,且更适用于评价煤的断裂性能。     

高庙子钠基膨润土纳米孔隙结构的同步辐射小角散射

针对内蒙古地区2种钠基膨润土(GMZ001,GMZ07),采用同步辐射小角X射线散射(SAXS)技术进行纳米孔隙结构表征,通过FIT2D软件数据处理和背底散射扣除,校准并基于Porod校准后的曲线,利用最大熵统计方法得到孔径分布,分析了Guinier曲线并通过小角区域近似和外推方法,得到回转半径和孔径尺寸。同时,基于双对数曲线求斜率测定了分形维数。结果表明:GMZ07的散射强度大于GMZ001散射强度;Porod正偏离效应表明造成微密度起伏的不均匀区可能是膨润土中存在无定形成分。GMZ001分选性较GMZ07好,孔径集中;与GMZ001平均孔径和最可几孔径相比,GMZ07尺寸更小。最大熵理论估算的平均孔径相比于Guinier曲线估算的偏高,但差值不大。二者分形类型及维数差别不大,表明2种膨润土复杂程度类似。上述研究为膨润土SAXS制样、数据处理、孔结构参数获取提供参考。     

基于渗流实验的三轴流固耦合离散元数值模拟研究

卸压开采覆岩的应力场、裂隙场及渗流场耦合特性直接影响卸压瓦斯的运移特征。 本文 根据弹性煤样及贯穿裂隙煤样的应力渗流实验数据,结合渗流立方定律提出了数值模型中裂隙 煤岩体流固耦合参数的选取方法,建立了三轴加载流固耦合数值模型。 在此基础上模拟分析了 单轴及三轴加载过程中煤样应力、裂隙及渗流的耦合特性。 模拟结果表明:煤样渗透率随着轴向 应变的升高呈Ｓ形变化,在煤样内部裂隙产生前随着轴压的增加而逐渐减小;煤样内部裂隙的产 生及扩张使得渗透率开始升高,且裂隙扩张速度越快渗透率升高幅度越大;围压的升高使得煤样 内部裂隙产生及扩展速度减缓,致使渗透率降低阶段延长,煤样初始渗透率及屈服后的渗透率逐 渐减小。     

基于扰动状态理论的回采巷道稳定性分析

为定量评价不同回采阶段对煤层巷道稳定性的影响,以宁东矿区任家庄矿11501和11503工作面回采巷道为研究对象,根据现场监测数据,引入扰动状态理论中扰动因子D的概念,探讨了回采巷道受本区段回采(一次扰动)、上区段和本区段回采(二次扰动)的影响情况,并基于数值模拟和高精度地质雷达对所研究回采巷道不同位置处的围岩松动圈进行了分析和实测.结果表明:基于围岩变形的扰动因子具有较好的物理意义,能够用于分析不同开采阶段不同巷道受扰动情况;扰动因子D越大,回采对巷道稳定性影响越大;当受一次扰动的回采巷道扰动因子D≥0.7时和受二次扰动的回采巷道扰动因子D≥0.6时,巷道稳定性均需加强安全预警.     

加载速率对能量积聚与耗散的影响

为研究加载速率对岩石内能量积聚与耗散的影响规律,运用FLAC3D软件结合岩石CT扫描结果重构出具有真实分布的非均质模型,并进行多加载速率单轴模拟试验,借助Fish语言实现加载过程中能量积聚及耗散量的统计.结果表明:加载速率增加将会使能量耗散和积聚更早发生,介质中弹性能存储密度的最大值与加载速率呈正相关的指数关系,指出研究介质力学响应应当与加载条件建立对应关系.     

冲击地压机制的细观实验研究

在国内外现有研究成果的基础上，总结冲击地压发生特征，结合我国最新冲击地压案例，分析冲击地压的诱发因素。基于非平衡态热力学和耗散结构理论，阐述冲击地压孕育过程中“煤体-围岩”系统内能量集聚及耗散特征：同时，研究煤体细观结构参数及有机组分分布等因素与煤体冲击倾向性的内在关系。通过煤样断裂过程的细观实验，探讨煤岩体在采动等外界因素影响下内部微裂纹快速成核、贯通、扩展进而诱发煤体整体失稳的机制。     

忻州窑烟煤Ⅰ型和Ⅱ型断裂特性的半圆弯曲试验对比研究

为研究切缝深度和层理角度对煤样Ⅰ,Ⅱ型断裂特性的影响差异,采用半圆弯曲测试法对SCB煤样开展3种切缝深度和5种层理角度下的Ⅰ,Ⅱ型断裂测试,分析切缝深度与层理角度对煤样Ⅰ,Ⅱ型断裂峰值载荷、断裂韧度及裂纹扩展路径的影响规律;并对煤样加载过程中的声发射信号进行实时监测,获取煤样变形破坏过程中的微裂纹损伤演化及宏观破坏特征。研究表明:测试煤样的Ⅱ型断裂峰值载荷与断裂韧度均大于Ⅰ型断裂峰值载荷与断裂韧度,且KⅡC/KⅠC=1.02;煤样Ⅰ,Ⅱ型断裂峰值载荷随无量纲切缝深度a的增加逐级降低,断裂韧度K_(ⅠC)和K_(ⅡC)均随a的增加先增大后减小。Ⅱ型断裂峰值载荷与断裂韧度随层理角度的增加均先减小后增大,呈"对勾"型分布;煤的Ⅰ型断裂裂纹扩展路径近似为直线,而Ⅱ型断裂裂纹扩展路径为曲线。层理对Ⅱ型断裂裂纹扩展路径影响较大,层理角度为22.5°,45°和90°时,裂纹出现沿层理面扩展的现象;煤样的Ⅰ,Ⅱ型断裂破坏过程分为压密、裂纹稳定扩展和裂纹非稳定扩展3个阶段。总体表现为拉伸裂纹主导的拉剪复合型断裂,拉伸微裂纹最先发育,之后拉剪复合型微裂纹急剧扩展,并最终造成试样的宏观失稳破坏。     

一种新型真三轴巷道模型试验台的研制

介绍了一种新型真三轴巷道平面模型试验台的设计原理和技术特征。该试验台采用6个液压枕加载，最大施加载荷为10 MPa，具有整体刚度好、柔性加载、受载均匀、伺服稳定等特点，能够实现效果较好的真三轴巷道模型试验。同时，介绍了与之配套的相似材料技术和有关巷道稳定性模拟试验的部分研究成果。