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。     

响应曲面法优化表面活性剂改性低渗透煤体工艺

为了改善我国煤层渗透性低、结构致密的特点,以提高煤层渗透性、减少煤层冲击性、防止瓦斯事故为目的,通过单因素实验初步确定表面活性剂改性低渗透煤体时SDS溶液质量浓度、浸泡时间和浸泡温度等因素对煤样孔隙率的影响,进一步采用Box-Behnken实验设计优化其工艺参数,并分析改性后煤样物相结构和微观结构。研究结果表明:表面活性剂改性低渗透煤体的最佳工艺条件是SDS溶液质量浓度为0.5 wt.%,浸泡时间为44 h,浸泡温度为40℃;该条件下煤的实际孔隙率为33.29%,与模型预测值33.37%非常接近,验证了响应曲面设计优化的有效性。改性后煤样碳酸盐矿物减少,硅酸盐矿物增加,内部有杂质残余;煤样表面凹凸不平,结构松散,孔隙增加,矿物解理面模糊不清,胶结面消失。     

冷加载循环作用下煤样强度特性研究

为研究煤样强度与冷加载周期、表面裂隙宽度和裂隙体积变化量之间的关系,实验采用液氮作为制冷剂,对水饱和煤样进行1~5周期循环浸泡冷加载,使煤样原生裂隙结构发生损伤,通过拟合多项式揭示周期、表面裂隙宽度和裂隙体积变化量作为损伤因子对裂隙结构的损伤规律,构建损伤判据。结果表明:煤样随着循环冷加载周期的增加,表面裂隙宽度由微观向细观和宏观演化;循环冷加载4个周期为煤样冻裂和抗压的强度极限,2个周期为煤样裂隙饱和水吸附能力极限;冷加载对煤样的原生裂隙结构作用显著,使裂隙在膨胀拉应力作用下发生扩展,同时水结冰体积膨胀,对裂隙结构损伤产生了重要作用。     

铬渣浸溶Cr(Ⅵ)溶解释放规律研究-以锦州堆场铬渣为例

通过锦州地区铬渣样品静态浸溶实验,测定不同固液比、浸出时间、浸取剂pH及组成、振荡速度、铬渣粒度大小、温度等因素对铬渣中Cr(VI)溶解释放的影响,揭示铬渣中Cr(VI)析出、释放机理。结果显示,稀释作用在不同固液比浸出中起主导作用,随固液比的降低,Cr(VI)浸出浓度逐渐降低,但是Cr(VI)浸出总量却在增加;随着浸出时间的增大,浸出Cr(VI)浓度随之增大;铬渣浸出液碱性很高,在铬渣溶解释放过程中,随酸性增强Cr(VI)溶解量相应增大,体现强的酸中和能力;随着振荡速度增加,Cr(VI)溶解释放速度明显加快;粒径越小,铬酸盐的溶解释放速度越快,溶解作用越充分;铬渣的浸出为吸热反应过程,铬渣溶解度随温度升高而增大。铬渣中Cr(Vl)溶解释放速率服从菲克(Fick)扩散定律。研究结果为铬渣危害的评价、监测及铬渣污染有效防治提供参考。     

顺层或逆层岩质急倾斜边坡坡角的确定

为了解当岩体具有急倾斜构造和水平裂隙发育时,由该岩体形成顺层和逆层边坡情况下,不同坡角对该边坡稳定性的影响,使用基于颗粒流理论的PFC3D进行了模拟。利用PFC3D中的JSET和Bonds模拟了非连续性和连续性的岩体构造形式。构建了坡角为40°、50°、60°、70°和80°的顺层和逆层边坡,并对边坡稳定性进行了模拟。模拟结果表明,岩层的重力作用在逆层时有利于岩体外倾,顺层时抑制外倾。相同坡角时顺层较逆层更为稳定。大变形裂隙区的出现位置与岩体构造有很大关系。提出的修建边坡坡角建议为顺层时坡角不应大于60°,逆层时坡角不应大于50°。     

特厚倾斜煤层采空区对公路路基沉降影响研究

为了研究采空区导致上覆复杂岩层运移致使公路路基沉降问题,以颗粒流理论为基础,通过下落法构建模型。根据煤层位置,假设了7种采空区长度进行模拟。模拟的结果为岩层应力、应变在不同情况下的最终状态,同时提出了影响区和松散堆积区的概念。结果表明,由于岩层构造复杂,在不同情况下主要影响区和松散堆积区的发展变化是不同的,特别是岩层4的作用较为特殊。根据公路路基设计规范,采空区只限于假设1和假设2的采空区范围内,路基沉降才能满足规范要求。     

草本植物对排土场边坡稳定性提升效果研究

为了研究草本植物对排土场边坡加固能力,通过对排土场碱蓬和早熟禾根系生长情况进行调查,量化植物根随深度的分布关系,与此同时,采集2种草本植物根,通过根的抗拉试验,采用纤维束模型量化2种草本植物根黏聚力,采用FLAC3D分析边坡稳定性.结果表明,2种草本植物根的抗拉力与直径呈现幂律关系,根的抗拉力存在显著性差异.2种草本植...     

基于能量理论的冲击地压细观过程研究

为了解冲击地压细观发生过程,从而分析冲击地压不同阶段特点,从能量消耗角度对该过程进行了研究。认为冲击地压是岩体系统由于外界扰动引起的能量释放过程,总释放能量理论上等于岩体形成期间残余弹性势能。由于该弹性势能和岩体形成后裂隙发育的不同,导致岩体受开采扰动后经历的能量释放形式有所不同。大体上能量释放形式可分弹性变形、可产生裂隙的大变形、岩体破碎飞石、广义变形集中区岩体失稳和伴随裂隙产生的机械振动5种。过程可分三部分:初期变形和裂隙、中期飞石-变形-破碎-飞石的循环破坏过程(岩爆)、末期广义应变失稳破坏。使用颗粒流理论的PFC3D对上述过程进行了模拟,结果表明:-120 m、-220 m、-320 m时开采面岩体只发生变形和裂隙;-420 m、-520 m、-620 m岩体先经历变形和裂隙,然后发生岩爆;-720 m和-820 m岩体经历变形和裂隙、岩爆和广义应变区失稳坍塌。     

基于PFC3D的煤堆自燃过程模拟与实现

为了解煤堆自燃过程中的温度场变化、能量迁移和氧气流动情况,基于煤堆的颗粒特性以PFC3D为模拟平台,借助其热力耦合模型,模拟了煤堆的自燃氧化过程,及该过程中的温度场变化和能量迁移;使用极小颗粒模拟氧气的流动及其与煤的反应,并通过FISH实现该过程。结果表明:随模拟时间延长,温度场高温区向煤堆坡面边界水平移动;能量迁移主要发生在靠近低温区的区域,且不同温区交界处迁移最多;高温区移动是由于氧化需氧量的变化、造成对氧的"抽吸"作用而产生的;煤堆内氧颗粒的流动可分为稳定区、杂乱区、微弱区,随着"抽吸"作用的增加,稳定区减小,杂乱区增加,微弱区增加。模拟计算至70 d,煤堆出现大范围高温区域并产生自燃,此时最高温度为362.1 K。     

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。