数字散斑相关法在SEM观测岩石变形时的应用

通过带扫描电镜的伺服实验机对岩石进行了原位拉伸观测实验,实时采集了岩石变形破坏过程中表面细观形貌的扫描电镜(SEM)照片.将亚像素插值和相关系数插值相结合,有效提升了数字散斑相关法的搜索效率和计算精度,并通过自行研发的数字散斑相关方法(DSCM)程序实现了岩石SEM图像中微小变形的分析计算.通过对比实验测定结果和软件计算结果,验证了算法的有效性.结果表明:岩石变形具有明显的非均匀性,在整体受拉的情况下局部出现受压区,其原因在于应力集中或损伤软化现象,且随着载荷的增加,损伤逐渐加剧并导致应变集中,从而诱发断裂.     

基于单元质心对应法花岗岩热开裂及变形模拟研究

基于SEM所获取的岩石非均质数字图像,提出了一种既能考虑预制和原生缺陷,又能近似反映材料非均匀性的三维细观结构有限元模型的方法,即单元质心对应法.应用该方法进行了热力耦合下岩石的热开裂及变形破坏数值模拟.结果表明,北山花岗岩热开裂临界温度大约为82℃,与实验值68～88℃基本吻合.低温时北山花岗岩热开裂以沿颗粒热开裂为主;而高温后既有沿颗粒热开裂,又有穿颗粒热开裂.温度的升高导致花岗岩由脆性向延性转变,破坏将由低温下以载荷裂纹为主的裂纹模式转为高温下以热裂纹为主的裂纹模式.对比实验结果发现,数值模拟得到的拉伸强度在低温下高于实验测试值,而中高温度下基本与实验结果吻合.     

深部巷道围岩梯度破坏机理及模型研究

深部巷道围岩变形破坏行为及理论模型研究对于我国深部开采工程具有重要意义.根据巷道附近围岩的受力特征,认为临近巷道的围岩经历了"三向应力→双向应力→近似单轴应力"作用过程,从而在巷道周围会形成应力梯度,而应力梯度是导致巷道围岩破坏的重要影响因素之一.通过不同应力条件下的围岩发生梯度破坏的宏观和细观特征,发现了随着深度增加,应力梯度更明显.根据宏细观破坏实验及数值分析,建立了深部巷道围岩破坏的梯度破坏理论模型,并给出了相对应力梯度与周围岩体提供的平均切向应力水平的关系.该模型表明:深部巷道围岩破坏跟所处的应力梯度场有很大的关系:靠近巷道的区域相对应力梯度越大而应力贡献度较小,该处岩体容易发生破坏;离巷道较远时,相对应力梯度接近零而应力贡献度上升,则趋于稳定,这是围岩松动圈理论的进一步发展.     

爆破对邻近巷道背爆侧倾斜裂纹影响实验研究

基于常被忽略的爆炸荷载对邻近巷道背爆侧围岩缺陷的扰动问题,采用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统,探究了爆炸荷载作用下邻近巷道背爆侧不同倾角裂纹缺陷的扩展规律。试验结果表明:爆炸荷载作用下,直墙拱形巷道背爆侧倾角θ=30o(逆时针方向为正)的预制裂纹最终扩展位移最大,之后随着倾角增大或者减小,裂纹扩展位移均逐渐减小;弧形断面对应力波的削弱作用小于矩形断面,这导致斜向上预制裂纹扩展位移为关于水平方向对称的斜向下裂纹的2~3倍;能量释放率对裂纹的扩展具有驱动效应,且其随时间基本呈现先振荡增加达到峰值,然后振荡减小为零的规律,但这种振荡幅度随裂纹最终扩展位移的减小而变小。上述的研究为邻近巷道背爆侧经济安全合理的支护提供了理论依据。     

煤岩体破裂过程中声发射行为及时空演化机制

 利用MTS 815试验机和声发射监测系统对单体岩石、单体煤和煤岩组合体进行单轴试验下的声发射测试,找出三者之间破坏机制的差异,从而为现场微震监测提供指导。试验结果表明,随着荷载的增加,单体岩石、单体煤及煤岩组合体的累积声发射数都增加,并且煤及煤岩组合体单位体积的声发射数要比岩石的声发射数高1个数量级,这主要是煤的强度较低且内部结构松软破碎所致。通过区分不同时段的声发射特征,得出三者破坏存在本质差异：随着荷载的增加,岩石的时段声发射数逐渐增多,煤的时段声发射数逐渐减少,而煤岩组合体的时段声发射先逐渐增加后逐渐减少。岩石的抗拉强度最高,煤的最低,而煤岩组合体的位于单体岩石和煤之间。对于煤岩组合体,岩石内部的声发射数约占声发射总数的10%～30%,煤体占70%～90%;并且声发射的空间分布主要受煤体结构及原生裂隙的影响。     

混杂纤维延性水泥基材料单轴受压力学特性

针对纤维增强延性水泥基材料(ECC)在高强度等级下的抗压韧性退化问题,在传统ECC体系中附加微细钢纤维,制备混杂聚乙烯醇(PVA)-钢纤维增强延性水泥基材料.通过圆柱体抗压试验研究混杂纤维延性水泥基材料的单轴受压力学特性.结果表明:随着钢纤维掺量的增加,材料受压应力-应变曲线的上升段斜率呈增大趋势,而曲线下降段逐渐平缓,残余应力水平显著提升;混杂纤维延性水泥基材料的单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变随钢纤维掺量增加小幅提升,而材料抗压韧性指标的提升效果较为显著;PVA纤维与钢纤维混杂在改善ECC抗压韧性方面具有独特优势,实现了高强ECC的抗压韧性.     

焦炉煤气脱硫PDS法代替改良ADA法

改良的ＡＤＡ焦炉煤气脱硫法由于其存在成本高、副产物含量高，从而影响脱硫效率，本文叙述了ＰＤＳ脱硫法的工作原理、工艺流程及使用时的注意问题，克服了以上缺点，提高了脱硫效率。     

破碎围岩梯度支护模型及分级控制研究

针对深部巷道大变形难控制问题,基于深部巷道围岩梯度破坏机理及巷道等强支护理论,进一步提出了围岩梯度支护分级控制原理和屈服破坏判据.针对巷道围岩破碎区,采取锚杆和高强水泥材料加固控制;对围岩塑性区,采取锚索和纳米基水泥材料控制,由此实现基于梯度破坏机理的巷道围岩分级三维承压壳控制.研究结果表明：破碎半径、支护强度以及加固厚度对梯度支护模型的敏感度较大,当r=R₁和r=R_p时,基于围岩梯度破坏的梯度承压壳发生屈服破坏的极限强度分别约为25和15 MPa;理论分析验证加固后的梯度承压壳可以实现破碎区边缘和塑性区围岩的恢复,理论得出最好状态分别能近似恢复至初始状态的52%和95%左右.梯度支护模型和分级控制方法在一定程度上为深部巷道围岩控制提供了理论和实践指导.     

煤气柜干式排水器的改进措施

武汉市青山地区约8万户居民生活用煤气,是由武钢燃气厂经净化处理后,供应给其高峰用量主要靠5.4万m3煤气柜。在煤气供应过程中,该柜起重要的调节作用。但由于气柜进、出口煤气管干式排水器,按原设计排出煤气管道内的冷凝水时,需要操作人员9每日至少两次)下入深约3m的水井内,在抽水管处采用活塞式抽水器或应用虹吸原理将胶皮管插狼抽水管内抽吸等方法将排水贾内的集水排出。因而不仅操作复杂,劳动强度大,而且由于抽水管处常常泄漏煤气,滞留在井内,极易引起操作人员煤气中毒,故很不安全。这样操作人员往往减少排水次数,导致经常有集水堵塞煤气…     

高强混凝土裂纹扩展规律的CT观察

随着我国煤矿开采深度的不断加大,对深厚表土层立井井壁所使用的高性能混凝土的强度、耐久性等性质的要求也越来越高.基于工业CT测试技术,对深厚表土层立井使用的C100高性能混凝土试样进行了细观力学试验,分析了在单轴压缩条件下其内部微裂纹的孕育、萌生、发展及其贯通过程.并利用盒维数法,计算了其内部微裂纹演化的分形维数,在此基础上,获得了载荷、裂纹扩展及分形维数三者之间的对应关系.结果表明:C100高性能混凝土胶凝材料具有较高的强度;随着加载应力的提高,混凝土的破碎程度加深,裂纹的弯折程度加大,导致裂纹演化的分形维数也增大.