Testing and numerical simulation of a medium strength rock material under unconfined compression loading

This study aims to numerically and experimentally investigate the response of a medium strength rock material under unconfined compression loading up to failure. The unconfined compressive strength (UCS) is one of the most important parameters in characterising rock material behaviour. Hence the UCS is crucial in understanding the failure mechanism of fractured rocks. An effective approach to determine the UCS and to investigate the behaviours of rock materials under unconfined compression is essential in the majority of research fields of rock mechanics. The experimental configuration for the unconfined compression test, suggested by the protocols of the ASTM standard, has some limitations which affect the accuracy in determination of the real UCS. Among several alternative configurations proposed, the Mogi's configuration seems to be the most appropriate one. Therefore, the ASTM and Mogi's configurations were used to perform the tests on a medium strength rock material, i.e. Pietra Serena sandstone. The results using two configurations were discussed in terms of the differences. The tests were also replicated in LS-DYNA using a finite element method (FEM) coupled smooth particle hydrodynamics (SPH) technique. This technique is employed in this study due to its capabilities to cope with large deformation issues related to the rocks. An advanced material model, called the Karagozian and Case Concrete (KCC) model, is implemented in the numerical simulations. The KCC model consists of three independent fixed failure surfaces and it can consider the damage accumulation based on the current state of stress among these failure surfaces. An equation-of-state (EOS) is used in conjunction with KCC material model for decoupling the volumetric and deviatoric responses. The numerical and experimental results were finally compared with the focus on the stress–strain diagram and the failure patterns. The comparison shows that the numerical results are in good agreement with the experimental results.     

干沟拗陷砂岩型铀矿成矿地质条件研究

干沟拗陷处于我国著名的青龙-兴城铀成矿带上,已发现有岭头中型(433)和干沟(434)大型铀矿床。前人多注重对矿床解剖研究,缺少对整个拗陷的成矿条件综合分析。本文在野外地质调查、室内样品分析测试基础上,对整个拗陷成矿条件进行了综合分析。结果显示,拗陷基底和盖层铀源丰富、目的层海房沟组铀背景高,岩相、古地理、古气候有利,断裂构造夹持带、围岩蚀变发育,发育一条氧化还原过渡带和酸碱过渡带,发现有明显的铀矿化富集,具有良好的成矿条件和找矿前景。     

某强风化砂岩层深基坑设计及施工分析

对某超高层建筑项目深基坑支护设计及施工进行研究分析,结合该场地的实际工程地质和水文条件,证实了该项目基坑设计及施工的可靠,对其他类似项目起到一定借鉴作用。     

表面活性剂作用下致密水湿砂岩的渗吸特征

针对致密油藏低孔低渗的特点,笔者通过核磁共振测试的方法开展了致密水湿砂岩的自发渗吸实验,研究了表面活性剂作用下的致密岩心自发渗吸驱油机理及其对不同孔隙中油相的动用程度。实验证明,小孔隙吸水大孔隙排油是致密水湿砂岩渗吸驱油的主要机理,渗吸对小孔隙中原油的动用程度远高于其他孔隙,达到了70%以上,渗吸采油可以成为致密油藏开发的一种有效开采方式。研究也发现,十二烷基硫酸钠与其他表面活性剂相比表面活性剂,在促进油滴活化,提高洗油效率等方面效果更明显,提高了渗吸效率,乳化作用可能在渗吸采油中发挥着重要的作用。     

渗流水压力分级加载岩石蠕变特性研究

采用RLW-2000M微机控制煤岩流变仪,以细粒砂岩为研究对象,对三轴压缩条件下岩石渗流水压力分级加载蠕变试验进行了蠕变特性研究。重点分析了渗流水压力分级加载时蠕变条件下岩石的应变、渗流体积(体积速率)演化曲线,同时对不同渗流水压力分级加载条件下的岩石蠕变与渗透系数演化曲线进行了分析和对比。试验结果表明:分级加载渗流水压力作用下细粒砂岩的蠕变曲线符合蠕变演化三阶段特征;随着渗流水压的逐级加载,瞬时轴向、横向应变和瞬时泊松比呈增大的趋势;随着应变的累积,横向应变量大于轴向应变量呈扩容效应,直至发生蠕变破坏;分级加载渗流水压力作用下渗流体积曲线呈线性演化。研究认为:渗透系数先瞬时减小后增大,初始渗透系数都具有记忆性,即岩石孔隙通道具有记忆特征,孔隙通道经过变形→闭合→冲蚀→形成新通道过程。     

不同粒度砂岩力学和渗透特性试验研究

为探讨砂岩粒度对力学行为和渗透特性的影响,利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,对取自同一工程的粗粒砂岩、中粒砂岩和细粒砂岩进行常规三轴试验和三轴压缩全过程渗透试验。研究表明:随着粒度减小,砂岩抗压强度及抗剪强度参数c和φ均增大;渗透水压作用下砂岩强度降低5.15%~24.66%。渗透率变化规律与变形变化特征呈阶段对应:线弹性阶段砂岩内部孔隙被压密,渗透率降低;弹塑性阶段渗透率先是缓慢增加然后急剧上升,在峰后达到最大值;峰后继续破坏阶段渗透率又呈逐渐降低特征。相同粒度砂岩的渗透性随围压增加而降低,且不同围压下渗透率可拟合成线性函数;相同围压下不同粒度砂岩渗透率整体特征表现为:粗粒砂岩渗透率K约为中粒砂岩的105倍,中粒砂岩渗透率K约为细粒砂岩的10倍。     

西部弱胶结砂岩循环载荷作用下塑性应变能变化规律

通过不同应力路径下的三轴循环加卸载实验,对中国西部矿区中不同粒径弱胶结砂岩的塑性应变能和塑性变形变化规律进行了研究。实验结果表明,加载路径对砂岩的塑性应变能及塑性变形特征有显著影响;在加载过程中,粗砂,中砂,细砂储存的塑性应变能以及累计速度依次递减,并且塑性应变能随应力增大按指数规律变化;各加卸载周期内储存的塑性应变能随加卸载次数及应力的增大呈“U”字形变化,即初始阶段由于孔隙裂隙压密,会储存较多塑性应变能;弹性阶段变形源于晶格弹性压缩,卸载时可以恢复,储存的塑性应变能较少;屈服阶段由于破裂面滑移也会储存较多塑性应变能;轴向和径向残余应变随应力增大呈指数形式增长,并且径向残余应变增长速度大于轴向;残余应变与塑性应变能变化规律不同,塑性应变能更能真实反映岩石在受载过程中的状态变化。     

不同应变率下砂岩的动态力学特性研究(增刊)

矿山等地下硐室施工通常采用工程爆破的方式进行开挖,在工程爆破等动力荷载作用下岩石存在动力硬化现象。利用分离式霍普金森压杆装置对砂岩岩样进行了5组不同应变率下的冲击试验,在此基础上系统分析了入射波、反射波和透射波等试验数据,绘制出动态抗压强度与应变率的散点关系图、峰值应变与应变率的散点关系图、动态应力-应变曲线图,并得到砂岩在不同应变率下的动力硬化因数,分析了砂岩在不同应变率下的动态力学特性及动态抗压强度与应变率的关系,并对不同应变率下岩石样本的破坏形态进行了归纳分析。     

复杂地质条件下煤层顶板砂岩水的防治

煤层顶板砂岩水严重危害煤矿安全生产,在煤矿生产中需对其进行防治。本文以杨庄矿WⅢ采区5110工作面5煤开采为例,通过对该工作面地质、工程地质及水文地质条件的分析,探讨5煤顶板砂岩水突水机理,并提出相应的防治水措施,确保了工作面安全回采。     

砂岩-页岩互层气藏物质平衡方程构建与应用

在国内外很多盆地的气藏,富含有机质的页岩中发育不连续的砂岩夹层,页岩气层和砂岩气层具有很好的连通性,同属于一个压力系统。在这种类型的页岩气藏的储量计算中,不应该忽略砂岩中的游离气储量。为了计算地质储量,首先分析了页岩和砂岩的骨架、孔隙及其流体储存的差异性,在此基础上,将气藏的储集单元分为无机质基质和有机质基质两大类,并建立了此类页岩气藏的体积模型。根据体积守恒原理、Langmuir等温吸附模型和PalmerMansoori模型,分别讨论了两类基质在地层压力下降过程中孔隙和流体的变化特征,推导出页岩-砂岩互层气藏的物质平衡方程。通过实例分析验证了新的物质平衡方程能够分别计算出页岩与砂岩中的游离气储量和吸附气储量,以及开发过程中解吸的天然气体积。