钻孔间距对岩石静态破碎效果影响的数值模拟研究

运用岩石破裂系统RFPA~(2D),基于静态破碎膨胀力增长曲线,模拟不同间距条件下双孔模型的破裂过程,探究不同钻孔间距在静态破碎作用下的岩石破裂贯通过程的声发射规律、钻孔间应力分布变化,研究不同间距钻孔之间裂纹生长、发育和破裂机制.研究结果表明:岩石破裂阶段产生少量的声发射事件,声发射累计能量较多,而裂纹贯通阶段正好相反;随着预制孔间距的加大,开裂破碎需要更多的载荷步,裂纹贯通阶段的声发射数量分布趋于平缓,同时裂纹发展方向不再沿着最短路径延伸且会产生较多的岩石碎块,运用孔间最小主应力曲线对裂纹扩展过程进行解释,以为不同工程条件下合理布置岩石钻孔提供新的研究方法和途径.     

灰岩三轴循环力学特性及能量演化特征试验研究

岩石的三轴力学特性及变形破坏特征对于指导地下工程稳定具有重要的意义。针对徐州地铁地层中灰岩开展了常规三轴和三轴循环加卸载试验,基于围压变化,分析其应力应变曲线、强度特征、破坏模式和能量演化特征,确定了灰岩力学特性及能量演化特征。具体结论如下,围压的升高会造成灰岩的弹性模量、变形模量、峰值强度和损伤阈值均逐渐增大,破坏模式由拉伸破坏转变为剪切破坏;三轴循环加卸载下灰岩的材料属性劣化程度要低于常规三轴,裂纹的贯通网络要比常规三轴的更为复杂;循环加卸载过程中能量演化呈现不同趋势,可依据单个循环内弹性能快速降低和耗散能快速升高作为岩石破坏的前兆信息。研究结果可为徐州地铁隧道和硐室的开挖及支护提供一定的指导。     

冰碛体三维细观结构随机重构及大型三轴试验离散元模拟研究

基于凸多面体顶点和面之间的拓扑关系，利用python语言编制三维随机块石生成程序，对生成的块石填充土体进而形成冰碛体数值模型。采用块体离散元程序对不同冰碛体试样进行了大型三轴试验模拟，研究了空间分布、围压大小和块石含量对冰碛体力学特性及变形破坏的影响。数值模拟结果表明，在三轴加载下，冰碛体试样发生剪胀现象，破坏后的剪切带表现出一定的绕石现象，形态上呈非对称的X形分布且受块石含量、空间分布、围压大小共同影响。冰碛体强度随着围压的增大而增大，侧面鼓胀随围压增大而减小，当围压大于800 kPa时，冰碛体在破坏后表现出应变硬化；随着含石量由5%增至35%,冰碛体黏聚力提高了68.21 kPa,内摩擦角提高了8.63°,内部块石分布造成的强度差异由0.03%增长到7%。其中含石量15%～30%阶段，抗剪强度参数急剧增大，块石对土颗粒约束增强，冰碛体由“块石悬浮”转变为“土石密实”,其余阶段黏聚力和内摩擦角缓慢增大。     

准脆性材料（岩石）结构的尺度效应

由于岩石类准脆性材料存在特征长度,其尺度效应不再符合Weibull尺度效应统计理论.具有非均匀性的岩石类准脆性材料,一方面特征长度破坏了几何相似,另一方面其破坏前的能量释放是与均匀材料构件完全不同的.本文运用RFPA2D软件研究了由于具有特征长度的材料本身的非均匀性引起的尺度效应以及能量释放规律.同时,对河北省井陉地区石灰岩进行了单轴压缩试验,结果与数值模拟取得了很好的一致性.研究认为(1)对于无宏观裂纹、均质度为2的岩石材料结构,临界尺度随材料特征长度的增大而增大.在临界尺度范嗣内,材料单轴抗压强度随尺度的增加呈幂函数减小;(2)对于无宏观裂纹、均质度为100的岩石材料结构,不同特征长度的材料临界尺度几乎相同,均为100mm;(3)岩样声发射能量随尺度的增加而增加,是解释准确性脆性材料尺度效应的重要研究思路.     

三轴压缩时砂岩的割线模量及其峰后损伤演化特征

基于典型岩石应力-应变曲线的分类特征,并根据割线模量衰减特征定义了损伤系数,对比围压对割线模量和损伤演化特征的影响,借助于砂岩的三轴压缩试验,对理论模型进行了验证,结果表明:基于割线模量衰减定义的损伤系数,本质上是刚度退化系数;围压通过抑制横向变形间接提高了割线模量,降低了割线模量衰减速度,延缓了损伤的发展;临界损伤系数随着围压的增大而增大,该系数可以用于定量表征材料的延性特征。     

金属板材液压胀形声发射检测

本文应用声发射技术检测了Ａ３钢、２０钢、４５钢、４０６钢板材液压胀形全过程，所得数据表明液压胀形全过程存在两个屈服阶段，两次变形转移。第一阶段的屈服是中心区与凹模入口区的屈服，第二阶段的屈服是中心区与凹模入口区之间的环形区域的屈服，第一次转移是中心区、凹模入口区向环形区转移，第二次转移是环形区向中心区转移。胀形深度一声发射计数率曲线有两个峰值区，两个平静区，第二个平静区预示着材料的破坏。     

裂纹扩展时声发射信号特性讨论

根据单向拉伸条件下有预制裂纹和无预制裂纹试件的声发射检测结果，研究了细颈后裂纹扩展和非细颈裂纹扩展过程，得出了三条结论。（１）缩颈后裂纹扩展声发射信号很少。（２）未经大的变形的金属，裂纹扩展时释放出大量的声发射信号。（３）裂纹扩展释放声发射信号的条件是有位错滑移、位错雪崩或应力松驰释放出大量弹性能。     

基于边界效应模型对高温后花岗岩断裂破坏预测

为分析高温后岩石断裂破坏特性并预测其断裂破坏,采用考虑岩石颗粒尺寸边界效应模型对不同温度(25～900℃)作用后鲁灰花岗岩断裂破坏进行研究。研究结果表明:常温下鲁灰花岗岩边界效应模型离散系数β取2. 0左右,可通过已知抗拉强度和一种尺寸下的三点弯试验数据的方法得到高温作用后鲁灰花岗岩的边界效应曲线,与其他三种岩石进行对比并验证了方法的正确性;分析不同温度对考虑岩石颗粒尺寸边界效应模型的影响,提出在模型中增加温度系数α_T,得到不同温度下鲁灰花岗岩α_T的变化;根据确定的参数建立不同温度作用后鲁灰花岗岩断裂破坏全曲线,对其断裂破坏进行预测。     

基于测井数据的砂岩三轴抗压强度预测模型

岩石的抗压强度对于优化钻头选型具有重要的意义。针对石油钻井中常遇到的砂岩提出了一种基于测井资料的三轴抗压强度解释模型,该模型是以测井声波、密度、伽马值等数据为主,以单轴抗压强度的解释结果为基础,结合围压下砂岩力学性质实验以及砂岩孔隙度变化实验结果所建立的。研究表明：围压对砂岩强度有较明显的影响,随着围压的增大,砂岩的三轴抗压强度也增大;砂岩的孔隙度随围压的增大而减小,且服从对数函数变化规律。     

一种金属薄壳膨胀系统动态特性研究

基于非线性动力学有限元程序LS-DYNA,对某金属薄壳膨胀系统动态膨胀过程进行了数值模拟,分析了非均布内压载荷参数对该系统膨胀特性的影响,获得了内压载荷参数对系统膨胀特性的影响规律。在此基础上,提出了一种调节膨胀系统内压载荷的基本方法,使得外围刚体具有较好的运动速度及姿态。最后,在相同的非均布内压载荷下,分析了系统中各子部件对金属薄壳膨胀系统动态特性的影响,给出了其对金属薄壳及外围多刚体动态变形及运动的影响规律。     

重型汽车轮胎径向刚度实验研究

为研究重型汽车轮胎径向刚度的非线性特性,选取全钢丝10.00R20子午轮胎分别进行静态和动态实验。实验测试结果表明:轮胎静态径向刚度与轮胎变形量、充气压力之间存在非线性关系;动态径向刚度与轮胎变形量、充气压力和振动频率之间也存在非线性关系;且不同激振频率下轮胎所表现出的迟滞特性有所不同。基于实验数据分别建立了轮胎静态和动态径向刚度的非线性模型,可以反映轮胎变形量、充气压力、振动频率等因素对重型汽车轮胎径向刚度非线性特性的影响,该模型可进一步用于轮胎力学和车辆系统动力学的研究。     

考虑合作程度的电信数据业务合作创新模型研究

基于模型试验，对堆载诱发型边坡滑坡的变形机理及演化过程进行研究。研究结果表明: （1）堆载诱发型滑坡的变形演化规律可归纳为：后缘压缩阶段→蠕动变形阶段→加速滑动阶段→剧滑阶段，且剧滑启动之前的加速变形过渡时间极短；（2）利用FLAC3D软件进行堆载滑坡演化过程的动态数值分析，模拟过程中坡体应力场和位移场的演化特征表现为从上向下逐步贯通，与模型边坡破坏过程相符；（3）堆载诱发型滑坡破坏过程历时短、突发性强，在坡脚产生持续位移时即应做出滑坡预警。     

不同加载条件下岩石破坏产生的次声波信号特征试验研究

次声波是一种频率范围小于20 Hz的低频声波信号,其在滑坡监测预警中的应用探索受到越来越多关注.选取浙江地区的玄武岩、砂岩、灰岩及凝灰岩四种典型岩石,通过单轴压缩试验、岩桥剪切试验和结构面剪切试验,研究了岩石在多种不同加载条件下发生破坏所产生的次声波信号特征.试验结果表明:四种典型岩石在单轴压缩、岩桥剪切及结构面剪切条件下发生破坏过程中均产生明显的次声波现象,次声信号主频基本上集中在1 Hz～8 Hz范围内,且与岩性和加载方式之间均不存在明显的相关性;不同加载条件下岩石发生破坏所产生的次声信号累计振铃计数呈现明显递增性,总体在岩石破坏前后达到峰值,与岩性和加载方式之间亦不存在明显的关联.研究结果对浙江地区滑坡灾害次声监测预警具有一定参考价值.     

典型盐岩力学特性分析

通过单轴、三轴压缩实验及劈裂等实验研究了湖北云应、江苏淮安和河南平顶山3 个地区层状盐矿岩样的短 期力学特性，并对不同地区及不同深度地层的纯盐岩力学特性进行比较分析。结果表明：（1）3 地区中单轴抗压强度 和弹性模量最大的岩样为泥岩和含泥岩的盐岩，而其泊松比却是最小的，证明了泥岩变形性能差的特性。含有不同杂 质的盐岩其抗压强度和弹性模量有所增加，其泊松比对杂质的变化不是太敏感。纯盐岩抗压强度、弹性模量和泊松比 随地层深度的增加而增大，取自较浅地层的岩样单轴实验有明显的压密阶段。（2）不同地区的岩样都有随围压的增大 峰值强度相应增大的规律。纯盐岩的内摩擦角基本都大于其他岩样的值，而黏聚力则都小于其他岩样的值。反映了纯 盐岩晶体颗粒大，含杂质少的特点。（3）不同地区的纯盐岩相对于其他岩样的抗拉强度最小。     

高温超导钉扎磁悬浮系统分岔和混沌特性研究

高温超导钉扎磁悬浮系统的应用十分广泛,但由于其悬浮力的非线性特性,导致在实际应用中经常引起设备的异常振动。为了探究高温超导钉扎磁悬浮系统的非线性振动特性和寻找避免发生异常振动的措施,首先,通过实验装置测量不同悬浮间隙下的悬浮力数据,将其拟合成指数模型,然后,基于该模型建立简谐激励下高温超导钉扎磁悬浮系统的动力学模型,最后,研究系统的分岔和混沌特性。研究表明,系统存在丰富的非线性动力学行为;系统的混沌阈值随着激励频率的增大先减小后增大,即系统在低频阶段和高频阶段不易发生混沌运动,而在中频阶段易发生混沌运动;质量、阻尼和场冷高度对混沌阈值均存在一定影响。研究结果为高温超导钉扎磁悬浮系统的参数设计及其抑振方法提供参考。     

岩体变形参数的应力状态效应研究

岩体力学参数存在随应力状态不同而变化的特性，称为应力状态效应。岩体力学特性的实测值具有空间场分布特征，分析表明地应力（或围压）的有规律变化是造成岩体力学参数空间变化的主要原因。考虑到实测地应力多具有较大的离散型，尝试利用反演方法获取地应力场信息，通过多元回归分析得到实测岩体变形参数与地应力的经验关系，以研究岩体变形参数的应力状态效应。通过一工程实例研究：得到地下厂房区域的岩体变形模量为16 GPa左右，与反演分析结果也比较符合；通过应力状态效应研究得到的岩体变形参数物理场，是一个渐变的物理场模型，是更为符     

充气膜造型结构的ANSYS软件非线性分析

考虑了充气膜结构几何大变形、小应变的主要特点,以非线性有限元理论为基础进行了包括形态、受荷及模态等全过程的受力分析.运用分析软件ANSYS对充气膜结构的各不同过程进行非线性有限元分析,以获得最优形态.     

基于DIC方法的沥青混合料断裂机理研究

开裂是沥青路面早期破坏主要形式之一。为研究沥青混合料的断裂性能,对胶粉改性沥青混合料小梁进行三点弯曲试验,利用CCD摄像头跟踪拍摄了沥青混合料小梁变形破坏的全过程,并利用数字图像相关技术(DIC)计算了弯曲过程中小梁的变形及应变云图。结果表明:沥青混合料的抗弯曲断裂性能取决于沥青砂浆、沥青与骨料间的界面特性和加载速率。DIC方法是一种测试沥青混合料变形破坏规律实用而经济的方法。     

裂隙粗砂岩渗透率的应力与时间效应研究

为了探究爆破增渗对储层改造后裂隙岩体渗透率随应力与时间的演化规律，通过室内试验，研究了应力和时间作用下单裂隙粗砂岩和多裂隙粗砂岩渗透率演化规律。主要结果如下：在应力和时间影响下，多裂隙粗砂岩的渗透率始终高于单裂隙粗砂岩，但在应力影响下其应力敏感性系数低于单裂隙粗砂岩，并且同一种类型的裂隙粗砂岩渗透率应力敏感性系数存在孔压>围压>轴压这一关系。单裂隙粗砂岩的渗透率随轴压和围压增加而降低，随孔压增加而升高。其渗透率应力敏感性系数随轴压和孔压的增加而增大，随围压的增加而降低；多裂隙粗砂岩的渗透率随轴压和围压增加而降低，随孔压增加先降低后增加。其渗透率应力敏感性系数随轴压的增加而降低，随孔压的增大而增大，随围压的增加先增加后降低。在渗流-时间试验中，单裂隙粗砂岩和多裂隙粗砂岩的渗透率随时间演化主要呈3个阶段，第1阶段渗透率快速降低，第2阶段缓慢降低，第3阶段趋于稳定。在开始的24 h内，单裂隙粗砂岩的渗透率降低幅度大于多裂隙粗砂岩。之后随着时间的变化，单裂隙粗砂岩和多裂隙粗砂岩的渗透率逐渐稳定。     

喷射混凝土黏结特性研究进展

喷射混凝土支护是目前地下工程中应用广泛的一种支护方式.综述了近些年来喷射混凝土与受喷层(岩石或老混凝土)交界面黏结特性的研究情况,讨论了喷射混凝土发生破坏的类型、试验方法以及影响因素.在综合分析相关文献的基础上,获得如下认识:(1)喷射混凝土发生的破坏主要表现为交界面的黏结破坏.但当岩石强度较低时,破坏有可能发生在岩石中.(2)岩石的矿物组成、喷射混凝土的配合比、受喷层表面情况和爆破振动都是影响喷射混凝土黏结强度的重要因素.调查发现,喷射混凝土的黏结强度受岩石类型、矿物组成与岩石结构的影响比表面粗糙度的影响更大;而良好的砂石级配、水灰比可提高黏结强度;同时,喷射混凝土前的高压水清洗可提高岩石与喷射混凝土的黏结效果.但由于喷射混凝土力学的复杂性,目前还存在一些问题,例如喷射混凝土受喷面的粗糙度的影响,喷射混凝土之前用水先预湿是否合理有效,黏结强度随龄期的变化情况以及组合支护方式的相互作用等都还有待进一步研究.