基于核磁共振技术的岩石孔隙结构特征测定

为研究岩石的孔隙结构特征,采用核磁共振技术(NMR)对花岗岩进行测量,得到花岗岩的横向弛豫时间t2分布、NMR测量结果和核磁共振成像图像。研究结果表明:花岗岩的t2分布主要为3个峰,第1个峰和第2个峰的面积占峰总面积的98%以上;岩石组成颗粒粒度的不同,引起了岩石核磁共振弛豫特性的差异。花岗岩的平均孔隙度为1.79%,t′2平均值为26.1ms,束缚流体饱和度平均值占88.5%,核磁共振成像显示岩石的孔隙结构特征,为孔隙结构分析提供依据。岩石核磁共振特征的变化规律和成像结果为岩石微观结构和岩石损伤机理研究提供实验数据。

花岗岩压缩带电的实验研究

在单轴压力下用测量微电流方法对花岗岩标本表面的电荷性质进行了实验研究,同时对产生这种表面电荷的可能原因进行了分析.

冻融花岗岩细观损伤演化的核磁共振

为研究岩石经历冻融循环后的细观损伤演化特征,选取寒区花岗岩岩心为试样,划分为5组,在饱和状态下分别对各组进行多轮冻融循环试验,利用核磁共振技术在每轮冻融循环结束之后对试样进行检测,获得岩石在不同冻融阶段的试件表面变化、质量变化、弛豫时间T2分布、孔隙度变化和孔隙分布及结构成像等。通过对冻融循环数与试样质量、孔隙度等之间的关系进行分析对比,表明试样在冻融循环作用下岩石内部孔隙不断损伤扩展,孔隙度提高,使得试样在饱和状态下的质量增加。通过对比不同轮次核磁共振结构成像图,结合孔隙分布和孔隙度增长规律,总结岩石在冻融循环试验中的细观损伤的演化模式,为研究寒区岩体的破坏机理提供一定的理论依据。

沉积岩土粒度分布分形模型改进及应用

水流对岩土粒度的搬运主要有翻滚推移和悬浮2种方式,翻滚推移搬运物无论是粒度分布还是沉积规律都与悬浮搬运物差异很大,因此2种搬运方式所携带的物质沉积生成2种具有不同分形特征的沉积物,且沉积岩土可为2种具有不同分形维数沉积物的混合物。目前常用的粒度分形模型尚未考虑到这种情况,应用到岩土粒度分布描述时存在较大的误差。在常用模型的基础上,建立针对沉积岩土粒度分布描述的改进分形模型,并对模型参数的物理意义进行验证。与常用模型分形维数相比,成因不同的沉积岩土中悬浮搬运成分的分形维数值差别更为显著,该分形维数能更好地反映不同岩土沉积环境及其粒度分选程度。最后,将该模型应用于湖南红层软岩崩解性差异分析,取得较好的效果。

三峡船闸区硬性结构面蠕变特性试验研究

介绍了三峡工程船闸区硬性结构面的蠕变试验结果 ,着重分析了结构面在恒定荷载作用下的蠕变性态。在试验研究的基础上 ,提出了结构面蠕变的剪切蠕变方程。研究表明 :结构面的剪切蠕变位移不仅是加载持续时间的函数 ,且与所施加的法向压应力和剪切应力的大小有关 。

冻融作用下岩石细观结构损伤的低场核磁共振研究

为了研究冻融循环作用下岩石的细观结构损伤特性,以花岗岩为研究对象,进行了90次冻融循环实验,并采用核磁共振技术对冻融岩石进行了检测,得到了花岗岩的细观结构变化特征。结果表明:随着冻融循环次数的增多,花岗岩的孔隙度逐渐增大,在0~30次的冻融阶段,岩样的孔隙度增速缓慢,而在30~70次冻融循环阶段,孔隙度增长幅度明显加快,花岗岩的T2谱分布主要集中在0.1~100 ms;将岩样的T2谱分布转化为岩石孔径分布曲线,统计出了冻融后花岗岩的孔隙分布结果,孔径分布在1~500μm范围内最多,且以小孔孔隙为主,占总孔隙比例最高达78.62%,中孔次之,微孔数量最少。基于核磁共振技术的冻融循环作用岩石细观结构的损伤特性为研究岩石破坏机理提供了可靠的实验数据。

不同pH环境下黏土类岩崩解过程分形演化规律

基于分形的相似性原理和质量守恒定律,分别探讨了岩石颗粒的细观分数倍崩解过程及粒组宏观分布模拟崩解方法,得到了基于颗粒数量统计的岩石崩解分形描述的关联分维计算公式.在此基础上,以黏土类岩为研究对象,分析了不同pH环境下岩石颗粒崩解过程的分形演化规律.结果表明:初次崩解时溶液pH值越小颗粒分形维数越大,pH值越小分维数趋于稳定所需循环次数越少;酸性溶液对颗粒崩解分维数的增长起到加速作用,碱性溶液对颗粒崩解分维数的增加具有阻碍作用且循环多次后分维曲线才渐趋稳定,但任何溶液条件下黏土类岩崩解的颗粒分形维数最终趋于相等.

砂岩隙宽变化与CT数变化的相关关系

利用最新研制的中低压多功能CT机配套专用渗流试验装置,分别对干燥砂岩试样和渗流砂岩试样进行了三维应力状态下的实时CT观测,根据试验结果初步讨论了砂岩裂隙隙宽变化与CT数变化的相关关系,并提出了裂隙隙宽的计算公式。

模拟岩石破坏过程的物理细胞演化力学模型

基于细胞自动机理论和遗传算法,提出了一种物理细胞演化力学模型(ECA)。该模型利用遗传算法搜索试验所得到的应力-应变曲线所对应的最佳能量耗散率,并且可以模拟岩石的非均质性、各向异性等特性;根据该模型得出的能量耗散率模拟得到的应力-应变曲线与试验曲线得到了很好地吻合。

岩石试件刚度及压力机刚度对岩石主破裂前声发射相对平静的影响

本文通过对岩石试件的真三轴压缩实验，分析了岩石试件卸载刚度ＫＦ与压力机系统刚度比值对岩石破裂型式及破裂前声发射相对平静的影响。结果表明：当｜ＫＦ／ＫＳ＞１时，岩石试件产生突发断裂，当｜ＫＦ／ＫＳ｜＜１时，岩石试件产生缓裂。并且｜ＫＦ／ＫＳ｜的值越小，相对平静时间越长；｜ＫＦ／ＫＳ｜的值越大，相对平静时间越短；而当｜ＫＦ／ＫＳ｜＞３时，声发射相对平静时间为零。

氟石粉适应水分限量的测定

采用流盘法测定散装氟石粉发生液化的流动水分点,并建立其适运水分限量TML(Transportable Moisture Limit)的检测方法。着重讨论该方法中两个应用难点,确定外力振动的必要次数以及判断液化的统一尺度。方法应用于测定中国不同产地氟石粉样品的TML值,重复性好,填补国内外对散装氟石粉TML检验研究的空白。

沪昆客专姚家隧道板岩宏观崩解特性及微观机理研究

针对板岩遇水软化、崩解的特点,以沪昆客运专线长昆湖南段CKTJ-IX标段姚家隧道DK384+080附近的板岩岩样为研究对象,进行成分、微观结构测试和浸水崩解试验,分析板岩的宏观崩解特性和微观机理。试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,粒径大于2 mm的崩解物颗粒逐步向小于2 mm粒径区间过渡;对于不同风化程度的板岩,粒径大于2 mm的崩解物向其它粒径区间过渡的程度不同;风化程度越高,板岩的耐崩解性指数越低,其抵挡软化、崩解的能力越差;板岩的矿物成分、结构构造和充填胶结特征等内部因素对其崩解性起着控制作用,地理气候条件等外部因素是引起板岩崩解的诱发条件,各因素的作用效力和作用时间的不同使板岩的崩解强弱程度不尽相同。

岩石声发射Kaiser效应的数值模拟试验研究

运用岩石破裂过程分析 ＲＦＰＡ２Ｄ系统，对岩石破裂过程中声发射Ｋａｉｓｅｒ效应进行了数值模拟试验研究，得到了与物理试验现象十分吻合的模拟结果．

岩石试样的强度准则及内摩擦系数

岩石是一种非均质材料并含有各种缺陷 ,利用岩样的应力应变全程曲线可以确定理想强度 ,在排除岩样缺陷后讨论峰值强度与围压的关系 ,即强度准则。通过岩样剪切破坏后保持轴向变形恒定降低围压试验 ,可以确定岩样由摩擦力维持的承载能力随围压的变化关系。比较峰值强度和残余强度随围压变化关系的异同 ,可以研究岩样屈服过程中内摩擦系数的变化情况 ,以及内摩擦力对岩样变形特性的影响。粉砂岩试样在峰值应力时内摩擦系数已经达到最大值 ,峰后只是粘结力或者说是材料强度的降低过程 ,围压对变形没有明显影响。大理岩试样屈服过程中内摩擦系数不断增加 ,而内摩擦力的增加量与围压有关 ,高围压时只有材料强度完全丧失之后 ,由内摩擦力达到岩样的承载极限。内摩擦力系数随屈服过程增大 ,是岩石由脆性转变为延性的根本原因。

李家窑膨胀岩膨胀性能的试验研究

对山西万家寨引黄工程南干线某地的膨胀岩进行了室内物理化学性质测试、常规的膨胀率与膨胀力及非常规的三向膨胀与大比例尺膨胀试验。

荣华矿深部岩石吸水特性

为研究深部岩石吸水特性,以鸡西荣华矿深部粗中砂岩(CS)、细砂岩(XS)和泥质粉砂岩(NS)为研究对象,采用浸泡法进行吸水实验,并结合X射线衍射和扫描电镜方法分析三组岩石的矿物成分、吸水特性及水对其微观结构的影响。结果表明:荣华矿深部岩石以石英、长石和黏土矿物为主。三组岩石的吸水率均随吸水时间的增加而增大,吸水过程特征曲线呈三次和四次多项式型。吸水实验初期岩石的吸水速率由孔隙大小和连通性决定,5～10 d后吸水速率由黏土矿物膨胀的微孔数量及其连通性改善情况决定。岩石结构松散、黏土矿物含量低,吸水速率和吸水率高;岩石结构致密、黏土矿物含量高,吸水速率和吸水率低。该结果可为岩石吸水软化机理研究提供依据。

岩体负泊松比试验研究

高分子材料领域已经研制出一些具有负泊松比效应的材料,而岩石材料中负泊松比现象十分罕见。基于国内首条在建海底隧道——厦门东通道海底隧道工程而开展的岩体室内动力测试和静力测试工作中,均观察到了泊松比为负值的现象。利用晶粒转动模型,对此特殊试验现象的成因给出了初步解释,并得到了岩体试样泊松比值的合理计算方法。

深埋高围压高水压下低渗透岩石的渗透特性

为了探讨深埋高围压条件下低渗透岩石的渗透特性,取锦屏二级水电站大理岩试样分别进行不同围压条件下全应力—应变过程渗流试验。根据试验结果分析得出:岩石渗透系数变化与体积变形密切相关。因此,采用变形相关的渗透系数来研究岩石在破坏前后不同阶段的渗透系数与体积应变的关系。对于低渗透岩石,在峰前阶段渗透系数变化不明显,峰后破坏阶段渗透系数显著增大。高围压使岩石破坏延迟,岩石峰前阶段的低渗透特性表现的更持久。用变形相关的渗透系数模拟岩体流—固耦合问题更符合实际工程。

加载条件下软砂岩声波传播特性实验研究

软砂岩是红层软岩乃至砂岩中工程力学性质较差的一类岩石,对其超声波传播特性实验研究无论对工程的快速勘察还是岩石特性的理论研究都具有重大意义。因此,实验研究以力学测试系统为基本平台,集成超声波测试系统,同步同向地采集了软砂岩单轴压缩过程中的力学和声学数据,据此讨论了压缩过程中软砂岩不同变形阶段的声波传播特性与应力、岩石内部裂隙发育的相关性及其相互作用机理。研究发现:1纵横波波速、振幅、波形和频谱都随应变表现出阶段性变化特征且与岩石所处的应力-应变阶段相对应;2纵波横波速度都与瞬时弹性模量(应力应变曲线斜率)正相关,振幅与应力正相关;3纵波对岩石内裂隙的闭合紧密程度较为敏感,而横波对岩石内的裂隙数量较为敏感;4通过纵横波波形和频谱对比分析,可以辨别岩石所处的应力应变阶段。

红层泥岩击实作用下的破碎分布及破碎率指标的局限性

红层泥岩填料在西南地区的工程建设中使用较为广泛,其压实后颗粒的强度,渗透性与颗粒的破碎和实际分布情况息息相关。通过配置不同含水率,不同粗细比的泥岩试样,从红层泥岩击实后颗粒级配,破碎率等方面对颗粒破碎特征进行了对比研究。结果表明,含水率的增高以及粗颗粒含量的增多均会加剧岩土体的破碎效应。击实后试样的级配更加连续,且在含水率达到10%以后,水对颗粒级配的调节以及对粗颗粒破碎的影响较小。当P5初始值一定时,颗粒的破碎率随着含水率的增大而增大;当含水率一定时,破碎率与P5值呈正比例关系。破碎率在评价水作用影响下的破碎与实际较为符合,但用于评价其他因素对破碎的影响具有一定局限性。