碳填料/天然橡胶复合材料热导率及层间接触热阻对微波加热效果的影响

制备炭黑/天然橡胶(NR)、石墨烯/NR和碳纳米管/NR复合材料,采用试验与数值模拟相结合的方法研究复合材料热导率和层间接触热阻对微波加热的影响。结果表明:炭黑、石墨烯和碳纳米管自身热导率越大,复合材料的热导率越大,层间接触热阻越小;通过增大填料用量来增大复合材料的热导率和减小层间接触热阻具有一定的局限性,需考虑复合材料的配方设计适用性和经济性;复合材料的热导率对微波加热过程中高、低温区域分布规律和微波加热效率基本无影响,但影响复合材料的温度分布均匀性。为保证微波加热硫化均匀性,多层复合材料的层间接触热阻不可忽略。

石墨烯和碳纳米管的天然橡胶纳米复合材料的性能研究

采用湿法混炼工艺制备石墨烯/天然橡胶(NR)纳米复合材料和碳纳米管/NR纳米复合材料,研究石墨烯和碳纳米管用量对NR纳米复合材料性能的影响。结果表明:随着石墨烯和碳纳米管用量的增大,NR纳米复合材料的热导率和比热容均先增大后减小;石墨烯/NR纳米复合材料的300%定伸应力先减小后增大,石墨烯用量为2份的石墨烯/NR纳米复合材料的拉断伸长率最大;碳纳米管/NR纳米复合材料的300%定伸应力增大,碳纳米管用量为3份的碳纳米管/NR纳米复合材料的撕裂强度最大。随着温度的升高,石墨烯/NR纳米复合材料的相对介电常数呈先增大后减小的趋势,在110℃时最大;碳纳米管/NR纳米复合材料的相对介电常数呈增大的趋势。

加锚异性结构面剪切破坏及声发射特征研究

自然界中广泛存在着两侧岩性不同的结构面,工程中常用锚杆抑制结构面的滑动。为了研究加锚异性结构面的直剪特性,开展了室内直剪试验,结合声发射监测结果,探讨了加锚异性结构面的抗剪强度、破坏类型及裂隙演化规律。研究结果表明:随着加锚异性结构面弱侧壁岩强度增加,抗剪强度呈非线性增加趋势,结构面加锚时的抗剪强度相比未加锚时依次提高了200%、267%、303%,破坏类型依次为剪切、拉剪、劈裂,且主裂纹方向与剪切方向基本一致;加锚异性结构面剪切—位移曲线分为压密、弹性、屈服、破坏4个阶段,压密阶段锚固剂出现挤压破坏,弹性阶段岩体与锚杆挤压处出现裂隙,屈服阶段锚杆承担主要抗剪力且发生了变形,破坏阶段岩样被剪碎;当结构面弱侧壁岩强度较低时,声发射事件集中在弹性阶段,当其壁岩强度较高时,声发射事件集中在屈服阶段;随着结构面弱侧壁岩强度增加,当λ<1时岩样产生大尺度剪切裂隙,当λ≥1时岩样产生小尺度剪切裂隙。

煤层钻孔卸压效果定量化评估及应力分布研究

大直径钻孔作为煤层巷道常用的卸压手段,其卸压效果在定量化评估方面有待提高。采用FLAC3D数值模拟软件,对钻孔直径、钻孔间距及钻孔深度进行了正交试验模拟分析,提出了钻孔卸压评价指标,运用极差分析法对卸压效果进行了定量化研究,并探讨了不同冲击倾向性煤层钻孔后的应力重新分布情况。结果表明:钻孔直径对卸压效果影响最大,与卸压比值K呈正相关关系,钻孔间距影响次之,钻孔深度影响最小;钻孔直径的增大能提升卸压区范围,钻孔间距的减小有利于卸压区的贯通,钻孔深度的增大能使高应力区向煤层深部转移,转移距离与钻孔深度呈正相关关系;钻孔卸压区的贯通能显著降低高应力区整体应力且能有效避免孔间应力集中。研究结果对冲击地压煤层大直径钻孔参数设计具有指导意义。

非均质性对砂岩试样宏细观破坏特征影响研究

砂岩的细观非均质性是造成应力-应变曲线及破坏特征差异性的本质原因。为探究非均质砂岩的宏细观破坏特征,采用X射线衍射(XRD)精细表征砂岩的矿物成分和含量,通过Fish语言构建矿物、节理力学参数正态分布的UDEC-Tri非均质模型,提出非均质岩样的损伤判别指标,研究了矿物颗粒弹性模量、矿物颗粒空间分布及节理黏聚力的非均质性对岩样宏观破坏及细观损伤的影响规律。结果表明:矿物弹性模量的非均质度(C^(b)_(v))增大,岩样应力-应变曲线的非线性特征增强,切线模量和抗压强度呈线性降低趋势,宏观破坏形式从剪切破坏向劈裂破坏转变。另外,C^(b)_(v)值增大导致更多相邻矿物颗粒屈服不同步,张拉裂纹占比增加,岩样起裂应力与损伤应力降低。C^(b)_(v)值相同时,矿物颗粒空间分布导致相邻颗粒之间出现力学参数“薄弱接触面”,与宏观裂缝扩展路径的一致性较好,是低强度岩样破裂特征离散性的根本原因;相比矿物C^(b)_(v),节理非均质度(C^(j)_(v))对岩样力学性质的弱化作用更显著。随着C^(j)_(v)的增大,岩样张拉裂纹长度逐渐增加直至超过剪切裂纹,小尺度裂纹占比增大,其破裂模式从“单斜面剪切破坏”转变为“X状共轭斜面剪切破坏”。研究结果解释了同一产地、尺寸砂岩试样破坏特征差异性的机制,为建立非均质与试样强度、破坏特征的映射关系提供参考。