城郊矿煤样冲击倾向性指数的试验研究

利用 RMT-150B 伺服试验机对城郊矿煤样进行冲击倾向性试验,试验结果表明：测定冲击倾向性指数时煤样峰后变形特征与加载控制方式相关,测定动态破坏时间采用应力控制方式,冲击能量指数则采用应变控制方式;煤样的抗压强度与弹性模量、冲击能量指数、弹性能量指数和剩余能量指数呈正相关,而与动态破坏时间呈负相关,表明煤样抗压强度越高时发生冲击地压的危险程度越大;煤样的冲击能量指数与弹性能量指数,弹性能量指数与剩余能量指数均具有良好的正相关性;动态破坏时间与冲击能量指数具有呈良好负相关;剩余能量指标和弹性模量能否作为评判煤层冲击性等级划分有待进一步研究;城郊矿二2煤层煤样的动态破坏时间为306 ms、弹性能量指数为5.91、冲击能量指数为2.48、单轴抗压强度为8.86 MPa,依据规程模糊综合法评判二2煤层属于弱冲击类。     

饱水对煤系地层岩石力学性质影响的试验研究

 为研究饱水对煤系地层岩石力学性质的影响,在自然和饱水状态下,利用RMT–150B岩石力学系统对砂岩、砂质泥岩和泥岩进行巴西劈裂、单轴压缩和常规三轴压缩试验。试验结果表明：3种岩石的平均吸水率为0.241%～0.482%,吸水率与时间的关系可以用对数函数进行拟合;饱水后对3种岩石的强度和变形特征均有不同程度的影响,泥岩表现最为明显,其次是砂质泥岩和砂岩,抗拉强度的软化系数为0.40～0.92;单轴抗压强度的软化系数为0.58～0.94,弹性模量的降低系数为0.58～0.95,变形模量的降低系数为0.68～0.94,泊松比的降低系数为1.08～1.11;三轴压缩峰值强度的软化系数K与围压?3大致成正相关,表明饱水状态下试样峰值强度对围压的敏感度大于自然状态下试样峰值强度对围压的敏感度;饱水对3种岩石试样的黏聚力均有不同程度降低,降低幅度为20.6%～67.0%,而摩擦因数大致保持不变,表明黏聚力是一个结构参数,摩擦因数是一个材料参数。     

大理岩蠕变特性试验研究

岩石的流变特性是岩石重要的力学特性之一，它控制着岩石的蠕变参数。利用自行研制的UCT-1型蠕变试验装置，采用单调连续加载和分级加载方式，对南阳大理岩进行了单轴压缩蠕变试验研究。根据试验结果，将蠕变强度与瞬时强度进行了比较，得出蠕变强度与瞬时强度之比为0．9左右的结论。拟合试验曲线得出了蠕变曲线经验公式，认为蠕变试验曲线接近对数规律；并分析了曲线的特点，建立了由Kelvin模型和Maxwell模型串联组成的Burgers大理岩蠕变理论模型，求出了相应的蠕变参数。     

温度因子对深部开采影响的研究现状与展望

我国煤矿正在逐步进入深部开采阶段,温度因子在深部矿井开采中的影响权重较浅部开采时明显增大,因高温带来的问题已经成为深部矿井开采中的主要难题之一。在综合分析深部开采高温问题有关研究成果的基础上,从温度对地下作业环境的影响,温度对岩石的本构关系,岩石强度和岩石变形等深部岩体力学性质的影响,温度对煤层自燃、深部岩石时-温效应的影响几个方面进行了综述,系统分析了温度因子在深部开采中的作用。最后指出了目前深部开采有关温度问题研究中存在的不足。     

岩石动静态参数间关系的研究

岩石由矿物颗粒组成,内部存在弱面、裂隙等结构,并非线弹性材料,动静态参数之间并没有确定的力学关系.含有大量裂隙的砂岩、煤等软弱岩石,动态模量大于平均模量;大理岩的动态模量大于变形模量,但与平均模量的关系较为复杂;火成岩及其变质岩,动态模量可以小于变形模量.动态泊松比对波速极端敏感,与静态参数没有明确的关系.现场取回岩块已经卸载、脱水,岩样加工也会对材料产生损伤,内部出现张开裂隙,超声波速度降低.如某大理岩矿岩墙端头所测纵波速度的平均值就大于室内岩样纵波速度的最大值,因而以岩体与岩样纵波速度的比值评价岩体完整性将偏于不安全.     

含天然贯通弱面石灰岩试样的力学性质研究

 为研究天然弱面对岩石力学特性的影响,对40个完整和含有53°～90°倾角的天然贯通弱面石灰岩试样进行纵波速度测试、单轴和常规三轴压缩试验。试验结果表明：纵波速度与弱面倾角和单轴抗压强度并没有明确的关系。试样破坏有沿弱面滑移、穿切弱面和复合破坏3种形式：弱面倾角为65°～80°时易沿弱面滑移破坏,强度明显偏低;弱面倾角小于65°或大于80°时出现穿切弱面破坏,强度和破裂角大致满足Coulomb 强度准则;有2个试样发生复合破坏,强度介于两者之间。石灰岩充填弱面的材料与主体类似,因而与完整试样具有相同的内摩擦因数 0.944;据此可以从三轴压缩强度扣除围压影响,得到40个试样材料强度为30.3～177.1 MPa,平均值为121.3 MPa,标准差为32.6 MPa,大致服从正态分布规律。因最弱断面的方向随试样而不同,其黏聚力也存在显著差异,引起试样三轴压缩的强度和破坏方式的显著不同。     

不同加载速率对石灰岩巴西劈裂特性的影响

利用RMT-150B岩石力学试验系统进行了6种加载速率下石灰岩圆盘试样的巴西劈裂试验,分析了圆盘试样劈裂破坏过程中的变形、强度、能量和破坏特征与加载速率的关系.试验表明:整个加载劈裂过程中压应力-压应变曲线大致可分为压密、弹性和破坏3个阶段,拉应力-拉应变曲线大致可分为弹性和破坏2个阶段,峰值前拉应力-拉应变始终保持良好的线性关系,平均峰值压应变、拉应变与加载速率没有明显关系.加载速率对试样劈裂强度、劈裂能率的影响大致相同:加载速率(0.005～0.5 kN/s)较低时,劈裂强度、劈裂能率随加载速率增加较为缓慢;加载速率(4.78～58.8 kN/s)较高时,劈裂强度、劈裂能率随加载速率增加较快,采用对数函数能够表征三者的关系,且劈裂强度与劈裂能率呈正相关,加载速率为0.005～58.8 kN/s范围内大多数圆盘试样劈裂成对称半圆,劈裂破口面宏观特征与加载速率关系不明显.     

不同应力路径下煤样变形破坏过程声发射特征的试验研究

 利用RMT–150B岩石力学试验机对义马耿村具有冲击倾向性煤样进行常规单轴、三轴和三轴卸围压试验,研究在不同应力路径下煤样变形破坏过程中的声发射特征。试验结果表明,煤样在不同应力路径下加载变形破坏过程中产生的声发射特征有所差异。常规单轴压缩过程中各个阶段均有不同程度的声发射事件,与三轴筒内单轴压缩相比,声发射累计计数和能量明显偏大,破坏瞬时的声发射计数和能量大致相当;常规三轴压缩试验时,在围压作用下煤样屈服前声发射事件较少,进入屈服阶段声发射事件逐渐趋于活跃,计数和能量大幅度增大,标志煤样破坏前兆,破坏瞬时声发射计数和能量达到最大值;三轴卸围压试验时,在卸围压前煤样处于弹性阶段声发射事件较少,随围压逐渐降低,由正应力提供的摩擦力不断减小,煤样内部材料强度相对较低逐步屈服破坏形成微裂纹。屈服前期产生少量声发射事件,屈服后期声发射事件逐渐趋于活跃,计数和能量大幅度增大,标志煤样卸围压破坏前兆,破坏瞬间计数和能量同时达到最大值,与常规三轴压缩相比,声发射计数更大,能量则更高,表明三轴卸围压煤样破坏时更加强烈;常规单轴压缩煤样破坏产生的声发射累计计数和累计能量明显偏大,三轴筒内单轴、常规三轴压缩以及三轴卸围压试验时,声发射累计计数和能量大致相同,没有明显差异。     

粗砂岩高温作用后力学效应的试验研究

利用RMT-150B岩石力学试验机进行单轴压缩试验,研究高空隙度粗砂岩经历100 ℃～900 ℃高温后,波速、抗压强度、平均模量、变形模量以及极限应变随温度的变化规律.尽管试验结果离散较大,但仍具有明显的总体规律.当粗砂岩经历温度在100 ℃以内时,波速变化不明显;超过100 ℃,波速随温度大致成线性降低.当试样经历温度100 ℃～500 ℃时,强度、平均模量有所增加,变形模量稍有降低;超过500 ℃以上,则强度、平均模量、变形模量有所减小,峰值变形增大.温度对试样的力学特性有两种不同的影响:一方面,温度增高产生热熔变形可以使部分原生裂隙逐渐愈合,裂隙数量减少,密实程度提高,改善了矿物颗粒之间的接触状态,摩擦特性得以增强,试样的承载能力和抗变形能力得以强化;另一方面,不同热膨胀率引起跨颗粒边界的热膨胀不协调引起结构热应力,试样内部产生微裂隙,同时胶结物刚度降低也会影响试样的变形,使试样承载能力和抗变形能力减弱.     

损伤岩石试样的力学特性与纵波速度关系研究

讨论大理岩试样围压下压缩和砂岩试样经历不同温度烘烤后的力学特性与纵波速度的关系.岩石不是线弹性材料,纵波速度、杨氏模量和强度是岩石试样力学性质的不同宏观表现.大理岩块曾经历地质应力,局部的低强度材料可使其附近材料承受较小荷载,晶粒之间维持相对较好的接触状态,因而试样初始纵波速度和强度呈负相关性.围压下压缩时大理岩试样承载能力随着变形增大可以大致保持恒定,但内部材料产生损伤弱化,损伤特性与围压、轴向变形有关.损伤大理岩试样的纵波速度和单轴强度、杨氏模量之间具有相关性,但例外现象大量存在.粗砂岩主要由矿物颗粒和胶结物构成,试样烘烤后胶结物发生变化而刚度降低,因而纵波速度和初始切线模量随温度增加而降低;但岩石的热变形可以改善颗粒间接触状态,降温之后因摩擦作用等并不会消失,因而在500 ℃之内平均模量随温度增加变化不大,强度却有增大趋势;其后平均模量和强度才开始降低.