长期浸润状态下煤岩损伤机制研究

富水状态下煤岩力学性能的持续劣化是导致煤矿水害的重要原因,为探究长期浸润作用下煤岩的渐进损伤特征,以神木地区弱黏煤为研究对象,首先以无压力水浸泡的方式模拟煤岩的长期浸润(15,30,60,120,240 d);然后对干燥及浸润试样进行渐进破坏试验,辅以声发射(AE)监测,定量分析煤岩的软化特性;最后利用扫描电镜(SEM)和核磁共振(NMR)研究不同浸润时长下煤岩孔隙结构的劣化规律。研究表明:(1)煤岩饱和度随浸润时长的增加而增加,增加速度先快后慢,最后达到稳定。(2)随饱和度的增加,煤岩力学性能劣化;饱和后,随浸润时长的持续增加,煤岩力学性能仍持续劣化,表现为抗压强度、弹性模量的减小和累计振铃数的增加;(3)干燥处理后,原状煤岩表面干燥收缩,浸水后吸水膨胀,随着浸润时间的增加,小孔隙逐渐增多,孔隙结构趋于复杂。研究结果可为浸水煤岩失稳破坏问题提供有益参考。

冻融作用下伊犁原状黄土水力特性劣化规律与微观机制

新疆伊犁地区冻害严重,尤以滑坡灾害最显著,主要体现在冻融作用下原状黄土的水力特性劣化方面,然而其水力特性的劣化规律和微观机制目前并不明晰,因此本文开展了冻融前后伊犁原状黄土的水力试验和微观试验研究。结果表明:冻融作用使得黄土内部的胶结性和结构完整性遭受破坏,在原位有效应力施加于冻融后的原状黄土,后续加上水分浸泡后,黄土会产生更大变形,因而冻融后原状黄土的自重湿陷性系数增加和孔隙比减小。冻融作用会使得原状黄土内部产生大裂缝和大孔径,渗流过程中水分会从大裂缝和大孔隙流失,因而冻融后原状黄土的渗透系数增加。冻融循环中的冻胀作用使得原状黄土内部自由水变成冰体,产生膨胀作用,其会破坏原状黄土的胶结性和结构完整性,同时产生大裂缝和大孔径,最终造成原状黄土的剪切强度和黏聚力降低。反复的冻融使得土颗粒发生破坏、移位,形成较为复杂的接触形式,从而使得内摩擦角减小并不显著。

考虑岩石微元强度呈对数正态分布的冻融岩石损伤特性

冻融环境下准脆性岩石损伤力学特性对寒区工程建设有重要影响。由于准脆性岩石存在特征长度,其尺度效应不再符合Weibull尺度效应统计理论。本文以准脆性岩石为研究对象,考虑准脆性岩石微单元强度服从对数正态分布的条件下,依据D-P破坏准则,运用损伤力学理论建立了围压作用下冻融准脆性岩石的损伤本构模型,对冻融准脆性岩石损伤力学特性进行了探讨。研究表明,(1)采用对数正态分布建立的冻融准脆性岩石损伤力学本构模型与试验结果一致,该模型反映出冻融环境下准脆性岩石总损伤沿应变、围压和冻融循环路径相互作用,能够揭示出准脆性岩石损伤演化的本质特征。(2)冻融与围压共同作用下,准脆性岩石应力-应变变化关系可划分为线弹性阶段、非线性强化阶段、应力减弱阶段以及应变衰退阶段。(3)当准脆性岩石所受围压一定时,冻融次数是使准脆性岩石冻融受荷总损伤增大的关键因素。冻融循环次数对准脆性岩石的损伤劣化起促进作用;当准脆性岩石所受冻融循环次数不变时,冻融受荷总损伤随围压增大而减小,即围压对准脆性岩石力学性能劣化起抑制作用。相关研究成果对寒区岩体工程安全稳定性评价有一定的理论参考价值。

三向受力条件下冻结岩石力学特性试验研究

随着寒区或特殊施工环境条件下基础设施建设的需要,越来越有必要对冻结岩石力学问题进行深入的研究。以陕西彬长矿区胡家河煤矿冻结立井为背景,从现场采集的煤岩和砂岩为代表,进行常温(+20℃)和不同冻结温度(-5℃,-10℃,-20℃)条件下的岩石在不同围压下的三轴压缩试验。分别探讨了围压对于冻结岩石三轴强度特性的影响和冻结温度对于冻结岩石三轴强度特性的影响规律,分析煤岩及砂岩在相同围压不同温度条件下及相同温度不同围压条件下的强度特性,并对2种岩样冻结温度的同一性和差异性进行比较研究。煤岩和砂岩在冻结的效应方面有着明显的差异性,主要原因是其岩石内部结构性的差异。富水砂岩冻结后对温度的敏感程度要高于煤岩。强度随温度降低而增大的主要原因是温度降低时,岩石冻结时的矿物收缩和冰本身的强度及冻胀力使得富水冻结岩石的峰值强度得到提高。为低温条件下岩石力学特性和煤矿冻结立井设计施工提供参考。

岩石损伤特性的CT识别

首次将ＣＴ检测技术用于岩石损伤特性的研究，分析了ＣＴ扫描对岩石损伤的定性和定量的成果与规律。

冻结速度对铜川砂岩损伤CT数变化规律研究

在寒区岩土工程中,季节性冻融是温度由正温经过数月缓慢变化到负温的过程及其逆过程,而昼夜冻融和气候骤变造成的冻融是温度由正温经过较短时间迅速变化到负温的过程及其逆过程。因此,研究冻结速度对岩石损伤结构的影响具有重要意义。利用 CT 扫描技术和岩石冻融实验,探讨了开放环境下冻结速度对 3 种铜川砂岩损伤扩展的影响,运用扫描层面内 CT 数统计频率分析法着重对冻融岩样扫描层面内的 CT 数变化规律进行分析,对寒区岩土工程具有一定的指导意义。

岩石单轴受力CT识别损伤本构关系的探讨

对岩石在单轴受力状态下的损伤扩展进行CT扫描，分别利用CT扫描和Lemaitre等效应变假设计算其损伤变量。损伤本构关系分析表明，Lemaitre等效应变假设采用不同形式损伤变量时，既有形式上的差异，又有其内在的联系。

煤矿立井井筒冻结壁软岩力学特性试验研究

在煤矿立井井筒建设过程中,近年来的矿井建设逐步向深厚冲积层的深井建设发展,冻结法是有效穿越不稳定深厚基岩的有效施工方法。本文以陕西彬长矿区胡家河煤矿立井冻结施工工程为背景,从主井井筒穿越的不同类型的砂岩、煤岩、和砂质泥岩为代表,进行常温(+20℃)和不同冻结温度(-5℃,-10℃,-20℃,-30℃)条件下的岩石在单轴和不同围压条件下(6 MPa,8 MPa,10 MPa)的三轴压缩试验。分别探讨了围压对于冻结软岩三轴强度特性的影响和冻结温度对于冻结软岩三轴强度特性的影响规律,分析了不同类型的砂岩、煤岩、和砂质泥岩在相同围压不同温度条件下及相同温度不同围压条件下的强度特性,并对3种软岩冻结温度效应的同一性和差异性进行比较研究。为低温条件下岩石力学特性和煤矿冻结立井设计施工提供有价值参考。

胡家河煤矿主井井筒冻结壁岩石力学特性研究

以陕西胡家河煤矿主井井筒选取的煤岩及砂岩作为具有代表性的岩样,在MTS815试验机上进行不同围压及不同冻结温度条件下的单轴及三轴压缩试验,分析煤岩及砂岩在相同围压不同冻结温度条件下及相同冻结温度不同围压条件下的强度特性,并对2种不同岩样的同一性和差异性进行了比较。结果表明,煤岩和砂岩在冻结的效应方面有着明显的差异性,富水砂岩冻结后对温度的敏感程度要高于煤岩,主要原因是其岩石的内部结构性的差异。

冻结温度影响下岩石细观损伤演化CT扫描

岩石冻融过程的细观损伤研究是近年来冻融损伤研究的一个新方向。岩石中的水分一般含有各种盐分,而盐分的存在降低了水的冰点,同时岩石本身的结构构造和力学性能也有差异性,这就使岩石冻结问题更为复杂。采用3种不同岩样,首先使其饱水,然后将其分别降低到0℃,-10℃和-20℃,利用CT扫描实验技术,研究了不同冻结温度条件下岩石内部的细观损伤扩展机理、水分迁移、冰的形成及其损伤结构的变化。利用区段划分和区段统计频率分析损伤演化过程,对寒区岩土工程的研究具有重要意义。

软岩类材料冻融过程水热迁移的实验研究初探

进行软岩类材料–水泥砂浆的冻融水热迁移实验,对两种不同类型的软岩类材料进行开放系统下具有温度梯度的水热迁移实验研究。实验结果表明:不同类型的软岩类材料水热迁移程度不同,试样中的石英矿物含量越高,温度场重新分布时间越长;温度梯度是水分迁移的主要驱动力,当温度梯度越大时,水分场越快达到重新分布状态;孔隙率越高,冻结过程越长。

寒区冻融环境条件下岩石损伤扩展研究探讨

本文借助于岩石材料冻融循环 CT扫描实验 ,对岩石材料在冻融循环条件下损伤扩展特性进行研究 ,着重探讨了冻融循环次数对岩石材料损伤扩展的影响 .

冻结条件下岩石强度特性的试验

随着寒区或特殊施工环境条件下基础设施建设的需要,人们越来越发现有必要对冻结岩石力学问题进行深入的研究。以从胡家河矿井筒冻结现场选取煤岩及砂岩2种具有代表性的岩样,在MTS815实验机上进行不同围压及不同温度条件下的单轴及三轴压缩实验,分析煤岩及砂岩在相同围压不同温度条件下及相同温度不同围压条件下的强度特性,并对2种不同岩样的同一性和差异性进行了比较研究,推导了含温度因子的冻结岩石非线性破坏准则。为低温条件下岩石力学特性研究提供参考。

冻融循环对结构性黄土构度指标影响研究

为研究冻融循环对结构性黄土构度指标的影响,以山西阳曲一号隧道黄土为研究对象,基于综合结构势和构度概念为理论基础,对不同含水率黄土进行了不同冻融循环次数的无侧限抗压试验。试验表明:原状土样和重塑土样在含水率变大的过程中,单轴抗压强度均减小,且呈现出相同的变化趋势,而原状土样的无侧限单轴抗压强度均高于同含水率重塑土的无侧限单轴抗压强度,有着明显的结构强度。黄土的无侧限抗压强度和构度随着含水率和冻融循环次数的增加而减小的主要原因是由于黄土的结构性被土中水和冻融循环综合作用破坏的结果,该研究可为季节性黄土地区隧道建设提供科学依据。

冻结温度对岩石细观损伤扩展特性影响研究初探

岩石冻融过程的细观损伤研究是近年来冻融损伤研究的一个新方向。岩石中的水分一般含有各种盐分,而盐分的存在降低了水的冰点,同时岩石本身的结构构造和力学性能也有差异性,这就使得岩石的冻结问题更为复杂,笔者采用三种不同岩样,首先,使其饱水;然后,将其分别降低到 0 ℃,-10 ℃和-20 ℃,利用 CT 扫描实验技术,研究了不同冻结温度条件下岩石内部的细观损伤扩展机理、水分迁移、冰的形成及其损伤结构的变化。利用区段划分的手段和区段统计频率,分析了损伤演化过程,对寒区岩土工程的研究具有一定的指导意义。

煤矿立井冻结壁温度场演化规律数值模拟分析

为了研究煤矿立井冻结壁温度场发展规律,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合程序,建立了立井冻结壁有限元分析模型,该模型考虑了冻结过程中相变潜热因素影响,模型与工程实际更为吻合。为验证模型的准确性,以某矿风井为研究对象,进行了170 d的冻结过程模拟,并与实测数据进行了对比分析,模拟结果与实测吻合度较好。依据模拟结果,可得出:1冻结过程中,测温孔温度呈负指数型下降,最终趋于恒定值;2冻结壁厚度初期增长幅度较大,而进入156 d增长趋势趋缓,最终趋于稳定,厚度达到8.2 m;3主面温度曲线以冻结管位置为中心呈V型发展,界面温度曲线则近似呈弧形发展。本模拟方法为冻结壁温度场研究提供了一种新的分析手段,相应研究成果对冻结法凿井准确把握井壁温度场演化具有较好参考价值。

岩石损伤CT数分布规律的定量分析

在岩石CT扫描CT数分布规律的基础上，建立了CT数分布规律的数学模型，推导了岩石损伤密度与CT数的定量关系。重要的是将CT数和岩石损伤变量联系起来，推导了用CT数表达岩石损伤变量的公式，并和Bellion公式和Lemaitre用材料密度表达损伤变量公式进行计算分析比较，从而验证本文用CT数表达岩石损伤变量公式的正确性。

依托行业特色优化专业结构培养高素质应用型人才

西安科技大学依托学校的办学定位、办学特色和学科优势,确立了"以地矿及其相关学科专业为特色,其他专业围绕特色学科专业发展"的专业建设格局。不断调整优化专业结构,明确本科教学培养定位。实施科研反哺教学,培养创新意识和创新能力,强化实践教学训练,不断创新人才培养模式,为培养高素质应用型人才奠定了坚实的基础。

岩石损伤扩展力学特性的CT分析

将CT识别技术用于岩石损伤扩展研究，对岩石损伤扩展过程进行即时CT扫描。发现CT数的大小、分布规律及其变化情况与岩石损伤扩展密切相关，揭示了岩石损伤扩展过程中CT数与应力、应变间的定量关系，为建立岩石损伤扩展本构关系奠定了基础。

冻融循环条件下岩石损伤扩展研究初探

借助于岩石材料冻融循环CT扫描实验 ,对岩石材料在冻融循环条件下损伤扩展特性进行研究 。