楔刀不同加载速率条件下细砂岩裂纹扩展研究

为提高西部竖井钻井法楔齿滚刀钻进细砂岩的破岩效率,开展西部弱胶结砂岩XRD与SEM试验,微观结构验证PFC2D模拟试验细观参数标定结果,探讨不同加载速度工况下弱胶结砂岩拉、剪裂纹形成,破岩阻力变化及破岩机理、破岩效率。研究结果表明：胶结物是加卸载段生成的微宏观裂纹萌生、扩展的通道,贯入速率超过0.01 m/min以上,将导致更大的动力效应、更大的应力集中(楔刀贯入)和应力波(密实核应力膨胀)传播,岩石内部的应力集中区域扩展,产生部分无效裂纹。贯入速率0.02 m/min平均贯入力是贯入速率0.01 m/min平均贯入力的1.64倍;贯入速率为0.01 m/min时取得最小胶结破坏比能耗,与可可盖矿中央回风立井施工现场钻进速率非常吻合。研究结果可为西部弱胶结砂岩楔齿滚刀破岩提供参考。     

砂岩混凝土复合路面力学分析及结构优化设计研究

针对砂岩混凝土斜向预应力混凝土基层复合路面结构层厚度,通过梁单元建立预应力钢筋模型,通过接触单元模拟了各层之间的相互作用,对砂岩混凝土复合路面进行了三维有限元建模。分析了各层厚度对于路面结构力学响应的影响,并结合经济性与极限寿命分析,对结构层厚度进行了优化分析,得出了一定范围内的最佳层厚组合,为类似工程的设计施工提供参考依据。     

水膜预湿行为对典型保温材料燃烧抑制实验研究

为探索喷淋形成水膜的预湿行为对外立面典型保温材料燃烧抑制机理,采用自建水膜预湿抑制保温材料燃烧实验装置,研究外加辐射作用下,水膜流率对聚苯乙烯(PS)保温材料表面出现干斑、变形和熔融的影响规律.结果表明:实验结束时PS材料表面水膜出现干斑、材料发生变形和熔融面积占比均与无量纲辐射强度呈正相关;PS材料表面水膜出现干斑、...     

高温后不同类型混凝土力学性能试验研究

对高温后C40和G50普通混凝土以及C80高性能混凝土的力学性能进行了试验研究,描述了试验现象,探讨了火灾温度、恒温时间、试件尺寸、冷却方式和混凝土类型等因素对高温后混凝土力学性能的影响,提出了高温后不同类型混凝土的轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变等经验计算公式和高温后混凝土轴压应力-应变关系曲线表达式.试验研究表明,随着火灾温度的升高和恒温时间的增加,高温后混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量等整体上呈降低趋势,而峰值应变逐渐增加;在火灾温度、恒温时间恒定时,试件尺寸越大越不利,喷水冷却不如自然冷却,高性能混凝土不如普通混凝土.     

重复采动顺层岩质斜坡变形破坏动态演化规律研究

在顺层岩质斜坡下覆岩层中进行采煤活动极易诱发滑坡、崩塌等地质灾害,严重威胁人民群众的生命和财产安全。运用UDEC离散元数值模拟方法,研究了近距离煤层群重复开采对其上覆顺层岩质斜坡变形破坏的动态演化规律。结果表明：1)重复开采导致斜坡的滑移范围扩大,坡面附近的下沉位移明显增加,且超过采高,同时坡肩附近的水平位移加剧,超过单层开采时的2倍;2)采动斜坡裂缝具有明显的动态阶段性发育特征,单层采动时坡面中下部临时性裂缝发育过程为“积累—产生—扩展—缩小闭合”,坡面上部及坡顶未贯通至滑面的裂缝发育过程为“积累—产生—扩展—稳定”;3)在重复采动影响下,部分临时性裂缝和未贯通裂缝均开始活化,其发育过程为“活化—扩展—稳定”,最终转化为永久性裂缝,同时坡体内出现离层,横向裂缝显著增多,坡表产生更多细小开口的裂缝群;4)重复采动不仅会导致新裂缝的产生,也会加剧横向裂缝的产生和扩展,使得坡体更加破碎,稳定性逐步降低。研究成果为采动顺层岩质斜坡变形破坏机理研究奠定基础,为采动顺层岩质斜坡稳定性分析提供参考。     

降雨条件下凝灰质砂岩软化特征及边坡稳定性研究

为了揭示滇西南地区凝灰质砂岩遇水劣化效应及劣化机理,本文以墨临高速凝灰质砂岩为研究对象,采用X射线衍射、偏光显微镜、水理试验以及边坡数值模型进行降雨条件下岩体遇水劣化特征及边坡稳定性分析,提出基于次生孔隙率的劣化程度指标,表征砂岩遇水劣化效应。研究结果表明：凝灰质砂岩遇水后随着Ca²⁺、K⁺等阳离子析出,其内部矿物发生水解、迁移等变化,导致岩体宏观开裂、崩解等劣化特征,滑裂面的上缘越靠近坡顶,滑裂面底端向前延伸越多,边坡整体稳定性降低。研究结果可为滇西南地区此类特殊岩土体的边坡稳定性研究提供参考。     

硫高温腐蚀及腐蚀产物氧化自燃性的研究

随着炼制原油硫含量的增加,炼油装置的硫腐蚀问题也日益严重.针对硫高温腐蚀状况,用差热-热重分析仪研究硫与Fe(OH)3、Fe2O3和Fe3O4发生硫化腐蚀反应的初始温度,并采用X射线衍射仪鉴定了360 ℃高温无氧条件下硫化腐蚀产物的组成.结果表明,硫与Fe(OH)3、Fe2O3和Fe3O4发生硫化反应的初始温度分别为287.67 ℃、233.34℃和308.47 ℃;高温硫化腐蚀产物主要是FeS2.对硫化产物FeS2进行氧化反应,氧化升温曲线和耗氧曲线表明,硫化腐蚀产物FeS2具有很高的氧化自燃性,在一定条件下能引发油品火灾和爆炸等事故.     

高温对机织布玻纤覆膜滤料耐折性能影响实验研究

为研究机织布玻纤覆膜滤料耐折性能,通过实验研究在不同温度、不同加热时间下高温老化对机织布玻纤覆膜滤料耐折性能的影响.结果表明:随着温度升高、加热时间延长,滤料耐折次数下降趋势明显,2#滤料耐折次数随温度和作用时间下降趋势最明显.红外光谱结果也表明,900～1200 cm-1频段内透射率随温度升高和加热时间的延长有下降趋...     

爆炸冲击波及高温耦合引起瓦斯二次爆炸特性研究

在煤矿安全事故中,破坏程度最严重的事故之一就是瓦斯爆炸,而瓦斯爆炸冲击波及火焰锋面可能会二次点爆其他位置积聚瓦斯,加速火焰锋面及冲击波传播,并能产生更高的超压,造成更大的人员伤亡及财产损失。借助详细反应机理GRI Mech 3.0,基于开源化学动力学软件Cantera,研究冲击波强度、瓦斯体积分数和冲击波及高温耦合条件下对瓦斯爆炸特性的影响。结果显示,冲击波诱导瓦斯爆炸中,点火延迟时间随着瓦斯体积分数的增大而出现增大现象,随冲击波强度的增大而降低;同时分析了二氧化碳、一氧化碳和一氧化氮致害物质的浓度随瓦斯体积分数、冲击波强度和冲击波及高温耦合条件下的变化情况。     

松软煤层钻进高温闭锁及预警装置研究与应用

针对高瓦斯松软煤层钻孔施工存在孔内瓦斯燃烧的安全隐患问题,提出钻进高温闭锁及压力预警系统,开展钻头与闭锁装置之间的温度传导规律实验、储液密封仓液体介质实验,并进行现场工业性试验。研究结果表明:钻头与储液密封仓之间的温度传输平均差值约为251.52 ℃;储液密封仓选取水为充填介质时,能够保障钻头温度在380~424 ℃范围时蒸汽活塞发生动作;通过现场工业性试验,高温闭锁装置可实现钻头高温下的风水通路闭锁,及时切断氧气来源,避免钻进过程中瓦斯燃烧事故;压力预警装置可将钻进风水通路闭锁转化为声音信号,根据预警时长对钻进过程中的高温、渣堵钻头、瓦斯大等现象进行识别,并及时调整钻进速度及压力,从而降低钻进过程中事故发生的概率。     

基于时序InSAR的覆砂石尾矿坝形变演化研究

为解决目前采用在尾矿坝坝体及滩面覆盖砂石进行防尘治理与闭库,但传统监测手段难以实现坝体整体监测的问题,采用时序InSAR技术对2014年10月至2018年7月的Sentinel-1A影像进行处理,提取了对应时间段内卡房尾矿坝的形变信息,并结合实地调查及尾矿坝建设资料,研究了卡房尾矿坝的时序形变演化规律。结果表明:SBAS InSAR监测到坝体出现第1次异常形变加速运动时间与坝体开始铺设砂石工程的施工时间节点完全吻合,体现SBAS InSAR技术在受人为工程影响的坝体形变监测方面具有极高的敏感性。坝体在施工结束后,坝体形变加剧趋势并未缓解,并且出现2次加速现象,分析认为是由于在坝体铺设约2 m厚的碎砂石极大地增加了坝体荷载,打破了坝体原有的应力平衡状态,且识别出雨季对坝体形变影响显著,表明铺设砂石会使得降雨在坝体中的停滞时间加长,进一步引发非雨季期间坝体形变加剧。研究结果不仅能还原坝体出现异常形变的时间与演化过程,而且还可以对引起异常形变的内在影响因素进行分析与论证,对指导尾矿坝灾害识别、分析与治理具有重要的指导意义。     

冻融影响下不同岩性岩石物理力学特性试验研究*

为探究冻融循环影响下不同岩性岩石的物理力学性质的差异化响应,对青砂岩、灰砂岩2种砂岩,白色大理岩、麻粒岩2种变质岩开展冻融循环试验和相关力学试验。研究结果表明:在冻融循环过程中,2种砂岩的质量变化幅度明显高于2种变质岩。相较于青砂岩与麻粒岩,大理岩的单轴压缩强度及弹性模量劣化速率最快。冻融前后青砂岩、大理岩的单轴压缩破坏模式发生明显变化。灰砂岩抗拉强度劣化速率显著低于青砂岩。基于单轴抗压强度、抗拉强度的脆性指数表明冻融作用提高青砂岩的脆性。研究结果可为冻融影响下工程岩体的稳定性与安全性评价提供参考。     

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。     

基于实现高强度充填体要求的全尾砂膏体配比试验研究

为了解决分级尾砂作为充填骨料存在的尾砂产率低、采场滤水严重、充填成本高等问题,以某典型矿山为背景,结合膏体充填的特性,分析了该矿充填存在的主要问题,总结并提出了改用全尾砂膏体充填的必要性,开展了全尾砂充填性能评价基础试验以及室内全尾砂膏体正交配比试验研究。研究结果表明:该矿全尾砂粒度适中偏粗,适合选用全尾砂膏体充填,全尾砂膏体充填体强度与分级尾砂充填体强度相当,选用该矿原有灰砂配比1∶4和1∶8即可达到下向充填法开采所需高强度充填体要求,对采用分级尾砂充填拟改为全尾砂膏体充填的矿山具有一定参考价值。     

高温高压下煤孔隙结构的变化对瓦斯吸附特性的影响

为了研究高温高压条件下煤孔隙结构变化对瓦斯吸附特性的影响,选取九里山矿无烟煤,在压力为7 MPa、温度为40～130℃的条件下进行等温吸附实验和压汞实验。研究结果表明:煤样对甲烷的等温吸附曲线在该压力、温度条件下符合Ⅰ型吸附曲线特性,吸附规律符合Langmuir吸附模型;在压力7 MPa和温度130℃条件下,煤样的孔隙结构发生一定的变化,煤的比表面积增大、累计孔体积降低,可见孔及裂隙的数量比例增高,加强了煤样孔隙之间的连通度,导致原本吸附在煤样表面的甲烷分子大量解吸;在压力不变的情况下,随着温度的不断增高,煤的极限吸附量逐渐减小,其主要原因是样品孔隙结构的破坏和分子间作用力的变化。     

分级加载条件下红砂岩蠕变特性试验研究

岩石的蠕变性质是引起工程岩体破坏的主要原因之一。通过进行分级加载蠕变试验,分析了红砂岩在不同加载应力条件下的蠕变特征。试验结果表明:在不同加载应力条件下,试件等速蠕变阶段应变速率与加载应力呈指数函数关系,并且当加载应力大于损伤强度σcd时,径向等速蠕变阶段应变速率大于轴向;同时,试件在破坏过程中存在加速蠕变阶段不明显的现象。根据蠕变破坏过程中黏滞系数的变化特点,将理想黏塑性体中的黏滞系数定义为时间的负指数函数,建立了一个非定常西原蠕变模型,该模型能较好反映红砂岩在单轴压缩条件下的蠕变特性。     

圆拱形缺陷对砂岩力学特征影响的试验研究

为研究含圆拱形预制缺陷砂岩的力学特征,在板状黄砂岩试样内预制了不同α值的圆拱形缺陷。采用YNS-2000型电液伺服控制试验系统和数字照相采集系统研究了不同圆拱形缺陷倾角α对黄砂岩力学特征和破坏模式的影响规律。研究结果表明:试样峰值强度、平均模量和割线模量随着α的增大呈先减小后增大再减小趋势,α=30°试样峰值强度和峰值应变均最小,α=75°试样峰值强度和应变均达到最大;预制圆拱形缺陷α对试样起裂应力、起裂位置和破坏模式均具有重要影响,随着α值的增大,试样起裂应力总体呈先减小后增大再减小趋势,当α=30°时,试样的平均起裂应力最小,其值为10.90 MPa;当α=75°时,试样的平均起裂应力最大,其值为18.91 MPa。     

高温高湿巷道内不稳定换热系数影响因素分析及模型建立*

为研究高温高湿巷道不稳定换热系数的变化规律,采用Fluent软件对高温高湿巷道内的热湿交换进行数值模拟,通过单因素和正交模拟实验探讨风流温度、风流速度、岩石导热系数、原岩温度以及巷道当量直径对高温高湿巷道不稳定换热系数的影响。研究结果表明:高温高湿巷道不稳定换热系数随时间的变化规律与普通巷道一致,均与通风时间呈负相关,但通风时间为1 a的高温高湿巷道不稳定换热系数较普通巷道增加了12.5%。通过单因素分析得到风流速度、岩石导热系数和当量直径与不稳定换热系数呈正相关。通过极差分析得到各因素对不稳定换热系数的影响程度为:岩石导热系数>当量直径>风流速度>风流温度>原岩温度。利用SPSS软件对正交实验数据进行拟合,建立不稳定换热系数的计算模型,拟为高温高湿巷道内热负荷计算及井下风温预测提供参考。     

海上超高温高压钻井井筒温度压力场耦合研究

为研究海上超高温高压钻井井筒温度压力的变化规律,基于流体力学和传热学理论,考虑超高温高压井筒环境对钻井液密度以及钻井液流变参数的影响,建立海上超高温高压钻井井筒温度压力耦合预测模型,并利用实例井现场随钻数据进行模型验证,分析正常钻进期间井筒温度压力的变化规律。研究结果表明：对井筒温度而言,钻井液流变性变化的影响大于钻井液密度变化的影响,耦合计算温度结果要大于不耦合计算的温度值,且两者之间的温差随井深的增加越来越大;对井筒压力而言,钻井液密度变化对当量循环密度ECD(equivalent criculating density)的影响要大于流变性对ECD的影响,且耦合计算的ECD要小于不耦合计算的ECD值。该耦合模型可以提高井筒温度压力的预测与控制精度,并降低超高温高压地层窄密度窗口中的安全钻进风险,研究结果对超高温高压钻井精准的井筒温度压力预测及控制具有重要意义。