冻融循环作用下岩桥变形破裂及能量转化特征研究*

为研究寒区锁固型岩质边坡的破坏机制,对岩桥试件开展冻融循环试验和单轴压缩试验。以数字图像相关方法为观测手段获得加载过程中的全局应变场,分析冻融循环作用对岩桥变形破裂演化特征的影响。引入能量特征指标,探究冻融岩桥加载过程中的能量耗散和释放规律。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件抗压强度和弹性模量逐渐劣化;冻融循环作用未改变最终破坏模式,均表现为剪切裂纹贯穿中部岩桥造成的失稳破坏。冻融循环作用促进应变集中带的出现和扩展,加剧裂隙周边的应变集中程度。随着冻融循环次数的增加,试件储能极限和应变能峰后转化率逐渐降低,说明冻融循环作用减缓能量耗散和释放;试件最终破坏与能量转化密切相关,储能极限和应变能峰后转化率越大,试件脆性破坏越显著。     

冻融循环作用下受荷砂岩的能量演化与破碎分形特征*

为研究冻融循环作用对岩石力学特性的影响,对砂岩试件依次进行冻融循环处理、单轴压缩实验以及筛分实验,分析不同冻融循环次数下砂岩试件加载过程中的能量演化、分配规律以及破坏后碎屑尺度分布的分形特征,并讨论冻融循环作用的影响效应。结果表明:随着冻融循环次数的增加,单轴抗压强度和弹性模量均呈指数衰减的趋势,峰值应力点对应的耗散应变能及其与总能量比值表现出类似的变化规律。这些试件破坏后的碎屑尺度分布具有分形特征,分形维数在2.50~2.61之间。数据拟合进一步表明冻融循环作用下耗散应变能与分形维数之间呈显著的线性正相关关系,这是因为冻融循环次数越大使得砂岩试件的抗压强度越小,破坏所需的耗散应变能越小,试件破碎程度越不严重,导致相应的分形维数越小。     

液氮对不同温度煤裂隙冻融扩展作用研究

为研究液氮冻融循环作用对煤内原生裂隙扩展和抗压强度的影响,选取初始温度分别为35,55和75℃的原煤煤样,采用激光共聚焦显微镜、声波测速仪测试煤样经液氮冻融前后的裂隙扩展程度,通过单轴压缩试验研究冻融循环前后煤样抗压强度的变化规律。结果表明,液氮冻融循环对煤裂隙的发育有促进作用,相同冻融循环周期下试样裂隙宽度扩展量随初始温度升高而增大;相同初始温度下试样裂隙宽度扩展量随冻融循环周期数的增加而增大,试样裂隙沿垂直节理方向扩展明显;55和75℃煤样破坏周期数分别为8和9。     

考虑孔隙瓦斯劣化作用的煤岩损伤本构模型

矿井瓦斯是煤岩体赋存环境因素之一,同时也是影响煤岩力学性质的主要因素,研究基于煤岩损伤统计特征及Drucker-Prager破坏准则,分析得出了煤岩单轴压缩载荷作用下损伤演化本构模型,基于煤岩弹性波速相关理论建立了孔隙瓦斯对煤岩力学性能劣化损伤力学模型,并在此基础上得出了考虑孔隙瓦斯劣化作用的煤岩损伤本构模型;以原煤及型煤试样为研究对象,开展了不同孔隙瓦斯压力条件下煤岩单轴压缩破坏实验,基于实验研究结果对模型进行了验证。研究结果表明所建立的模型可以很好的反映孔隙瓦斯作用下煤岩单轴压缩载荷条件下的应力-应变关系。     

冻融循环下路基改良土力学特性及破坏应变能密度研究

为了探究冻融循环条件下水泥改良路基土的力学特性变化,设计正交试验方案进行相应冻融循环条件下的三轴压缩试验,得到强度影响因素的敏感性排序,找到最佳试样配合比,并引入破坏应变能密度的概念,从能量角度对宏观力学变化规律进行了探究.结果表明:不同试验条件下,水泥改良土经历1次冻融循环作用后强度降低明显,初始黏聚力最大降低49.4％;水泥改良土强度影响因素中龄期及压实度的敏感性较强;水泥改良土在不同围压下经历1次冻融循环,破坏应变能密度分别降低41.12％、38.84％、34.73％、37.80％;分析发现破坏应变能密度和宏观强度与冻融循环次数呈负相关,与围压呈正相关.     

单轴压缩条件下预制裂纹红砂岩试样声发射特征研究*

为研究单轴压缩条件下预制裂纹红砂岩试样声发射特征,运用伺服压力机、声发射系统对砂岩试样进行单轴压缩试验,结合声发射特征参数与应力时间关系,对砂岩试样变形失稳破坏过程进行分析,并在相同加载方式下分析不同裂纹角度对砂岩试样变形破坏特征的影响。结果表明:砂岩试样破坏过程按力学性质可分为压密、弹性变化、塑性变化及峰后残余4个阶段,预制裂纹对试样的峰值应力有显著降低作用;声发射信号可分为平静期、上升期、波动期3个阶段,信号与砂岩试样破坏过程存在良好对应关系,不同角度预制裂纹对应的声发射信号特征不同,平静期45°裂纹试样声发射事件相对较活跃,振铃累积率相对最高,0°裂纹试样最早进入声发射波动期;在相同加载方式下,声发射信号参数RA值受裂纹角度影响较大,可以利用声发射信号RA值的演化判断岩石材料中裂纹方向与荷载方向的关系。     

构造煤分层对煤单轴压缩力学特性影响的颗粒流模拟

为了研究构造煤分层对煤的力学特性影响程度，采用颗粒流数值模拟方法研究不同赋存参数的构造煤分层对煤的单轴压缩力学特性的影响规律，从受荷后的裂纹分布和试样破坏形式2个方面分析试样压缩过程中细观力学响应机制。研究结果表明:构造煤分层厚度和倾角是影响煤的单轴压缩力学特性的重要参数，其中倾角主要影响内部裂纹的类型和分布，构造煤厚度主要影响煤的单轴抗压强度；单轴压缩下煤的破坏类型主要包括沿交界面的层裂破坏、拉伸破坏和复合破坏3种类型，构造煤分层倾角较小时，更容易由于构造煤挤出效应导致的失去承载能力，随倾角增大，挤出效应减弱，单轴抗压强度有增大趋势。     

化学腐蚀-冻融条件下加载岩石能量演化规律及耗散模型研究*

为研究在化学腐蚀和冻融循环复合作用下岩石的能量演化规律,以大理岩为研究对象,分析冻融腐蚀岩样能量演化过程,建立与强度衰减参数、pH、冻融次数相关的能量耗散模型,以期为长期服役岩石力学工程安全稳定性评价提供理论支持。研究结果表明:化学腐蚀冻融复合作用下,腐蚀孔隙为水增加了入渗通道,冻胀裂隙同时也为腐蚀溶液提供了贯穿的通道,加剧了岩石内部结构的崩解与裂隙扩展贯通;相同冻融循环次数下,HNO3溶液中的腐蚀岩石弹性模量降幅最高,NaCl溶液次之,NaOH溶液最低;腐蚀岩石弹性应变能的吸收和耗散能的释放,随着冻融循环次数的增大而减小;建立的能量耗散模型对于岩石峰后阶段耗散能具有较高的准确性,能较好地模拟岩石峰后能量转化特征。     

高温后砂岩抗拉强度及应变场演化实验研究

为研究高温后砂岩的抗拉力学特性及变形破坏规律，对不同温度作用后的砂岩进行巴西劈裂实验，同时采用数字散斑相关方法对砂岩变形破坏进行监测。研究表明:高温作用后砂岩质量损失率增加，波速整体呈降低趋势，砂岩物理特性出现一定劣化；高温作用使砂岩抗拉强度呈先增加后减小的趋势，25~400℃增大了16.08%，400~1 000℃减小了69.30%，砂岩表现为脆性破坏特征；砂岩劈裂过程中，水平应变场演化过程为:局部小变形产生、扩展→小变形区域聚集、合并、连接→应变局部化带产生→应变局部化带扩展并贯穿→宏观劈裂破坏；随着温度升高，应变局部化启动水平先增加后降低，400℃为转折点。该研究方法可为煤矿火灾安全等领域提供借鉴。     

型煤力学性质的影响因素实验研究

为了确定型煤最佳配比参数,为煤相似模拟材料实验提供一定的理论指导与借鉴,论文通过单轴压缩实验,探究不同煤粉粒径比例、腐植酸钠胶结剂掺入量、成型压力和保压时间4种因素相互作用下对型煤力学参数作用规律。依据抗压强度、弹性模量和泊松比3个力学参数变化情况,确定了各因素对型煤力学参数的影响规律。实验结果表明:在各因素相互作用下,一定范围内,型煤的抗压强度受成型压力与粒径比例的影响较大,弹性模量受腐成型压力的影响较为明显,泊松比受粒径比例、腐植酸钠掺入量和成型压力的共同影响。     

弱胶结软岩巷道高分子改性树脂注浆加固技术研究*

为解决弱胶结软岩胶结性差、力学强度低、遇水易软化带来的巷道围岩变形量大的问题，以王洼二矿为例，结合试验巷道围岩条件和注浆加固支护技术特点，提出高分子改性树脂注浆加固方案；并采用室内注浆加固体力学性能试验验证方案的可行性。结果表明:现场围岩单轴抗压强度平均值22.74 MPa、抗拉强度平均值0.674 MPa，高分子改性树脂注浆材料对围岩加固体单轴抗压强度影响不大，但加固体抗拉强度平均值3.07 MPa，相比原岩抗拉强度提高355.5%；现场试验顶板、两帮围岩变形量由之前的大变形逐渐控制在100 mm以内，注浆后30 d基本趋于稳定。研究结果对软岩巷道支护设计和施工具有一定的实际指导意义。     

考虑岩石抗拉强度受围压影响的地层破裂压模型

预测地层破裂压力是地下流体注入工程中的关键问题，关系到工程的稳定性和安全性。根据地测资料，岩石的抗拉强度会随着围压产生变化，然而目前常见的地层破裂压预测模型均未考虑该因素。基于厚壁圆筒法，针对2种砂岩开展不同围压条件下的砂岩致裂试验，根据试验数据，计算各组试验中试样的抗拉强度，并拟合围压与岩石抗拉强度的关系函数。研究岩石抗拉强度随围压变化的规律，提出能在实际地层中表征该规律的参数，基于该参数对现有的地层破裂压模型进行修正，并结合实测数据验证修正模型的可靠性。研究结果表明:岩石的抗拉强度随着围压的增加呈现明显的线性正相关关系，低围压下，新模型的预测结果与实测数据较为接近。随着围压增加，二者的差异逐渐增大，说明选取的特征参数在低围压下能较好地描述抗拉强度受围压的影响效应，而高围压下参数的取值需进一步研究。     

加卸荷条件下岩石力学特性与声发射特征

为了探究真三轴复杂应力变化条件下岩石强度及破坏模式,通过真三轴卸荷扰动测试系统对砂岩试件进行不同第二主应力加卸荷试验,讨论在加卸荷过程中岩石的力学特性及声发射特征。试验结果表明:第二主应力的增加对试件的承载能力起到先增强后弱化的效果;不同第二主应力加卸荷声发射能量及累计振铃计数变化趋势大体一致,耗散能量比在载荷达到岩石损伤强度时突增;声发射能量峰值提前于试件轴向应力跌落,声发射能量和累计振铃计数大幅突增可作为岩石破坏的前兆;在低载荷下岩石中活动主要是裂隙压密与发育,在达到岩石损伤强度后岩石中的活动主要是裂纹贯通形成破裂面,砂岩试件声发射定位点集中区域与试件主要破裂面基本吻合。     

火灾后套筒灌浆料力学性能试验研究*

为研究火灾对套筒灌浆料力学性能的影响,设计不同受火时间（60,90 min）,不同静置时间（1,14 d）以及不同冷却方式（自然冷却、喷水冷却）试验,分析不同工况下的套筒灌浆料的抗折强度和抗压强度。结果表明:随着受火时间的增加,套筒灌浆料的抗折、抗压强度均逐渐降低,自然冷却后抗折强度残余率分别为11.3％、9.1％,抗压强度残余率分别为48.4％、25.8％,抗折强度降幅更大;随着静置时间的增加,套筒灌浆料抗折强度逐渐降低,在自然冷却工况下抗压强度降低,降幅均为5.5％,而在喷水冷却工况下则升高,增幅分别为11.4％和7.3％;受火时间、静置时间以及冷却方式对套筒灌浆料抗折、抗压强度均产生不利影响,其中受火时间影响最大。试验结果可为火灾后装配式混凝土结构灌浆套筒连接节点的鉴定评估与加固设计提供依据。     

基于RFPA2D复合局部挠曲岩体数值模拟

为研究复合局部挠曲岩体强度特征以及破坏规律，采用岩石真实破裂软件RFPA^2D，对水平层面挠曲30°，45°，60°，75°的复合岩体进行单轴压缩试验模拟。模拟结果表明:挠曲角为30°，45°，60°，75°的复合岩体破坏面几乎与挠曲段夹层重合，其挠曲端部均产生了垂直于挠曲段夹层的裂纹；复合单斜岩体与复合挠曲岩体破坏面的形成因素大致相同，夹层强度是2种岩体失稳的主要因素；复合挠曲岩体单轴抗压强度随挠曲角增大同样呈“U”型变化，与单斜岩体变化趋势一致；当水平层状岩体发生挠曲后，其单轴抗压强度减小，当挠曲角为60°时，强度降低25.19%，当挠曲角为75°时，强度降低0.17%。；随着均质系数m的增大，复合挠曲岩体单轴抗压强度以及轴向应变均出现逐渐递增的趋势，且不同m值，其岩体裂隙扩展方式具有明显差别。