深厚表土综放采场应力加载型冲击地压机理

应力加载型冲击地压是深厚表土综放采场特有的冲击地压类型,其发生机理尚不清晰,导致煤矿面临此类型冲击地压时无法有效防治甚至发生严重事故。以山东巨野煤田赵楼煤矿3304(超前100 m)长时间(持续38 d)冲击预警为工程背景,采用相似材料试验、理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压的发生机理,得出了以下结论:由模拟试验和理论分析提出了深厚表土综放采场的覆岩空间运动特征,基于承载基岩初次破断时厚表土的成拱性和延时加载性,推导了厚表土垮落拱和压力拱的轮廓表达式,建立了深厚表土综放采场走向覆岩传递应力估算模型。揭示了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压机理:当承载基岩达到悬露极限发生断裂回转时,厚表土层运动下沉形成土压力拱结构,其上覆巨厚表土层自重通过拱脚传递至煤层中,导致煤壁前方大范围煤层应力在短时间内大幅度持续升高,容易诱发应力加载型冲击地压。数值模拟结果表明深厚表土综放采场承载基岩断裂后,厚表土呈现由下至上渐进式破碎、垮落的运动特征,采场以岩、土接触面为界形成2个压力拱,表土压力拱传递的表土自重导致煤壁前方大范围煤层应力高度集中。现场实测表明应力加载效应发生后采场动载释放水平较低且呈现固定位置的微震集中带,土压力拱的形成将限制表土层快速下沉,工作面位于土压力拱的支点区域进行回采工作,当工作面推过该支点加载区域后,土压力拱破坏导致采场地表整体大幅度下沉。设计并实施了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压的防治方案,包括井下地面联合监测预警、围岩高强度钻孔弱化、显现区域支护体系补强、“监测−卸压”临界推速控制。

不同应力加载速率下深埋泥岩力学特性与扩容特征试验研究

岩石工程的损伤破坏过程和其扩容现象密不可分,扩容是岩石在偏应力超过屈服极限后表现出的体积增大的现象。为了进一步研究深埋泥岩扩容现象,对矿山现场钻取的埋深近1 300 m的岩石试样做了系列试验,包括XRD衍射试验、SEM电镜扫描试验和不同加载速率下(0.1、0.5、2.0和5.0 kN/s)的单轴压缩变形试验等。结果表明:泥岩成分以长石为主,岩石内部各矿物成分分布不均匀,长石呈条带状分布,其间填充其他矿物,填充物以绿泥石为主。在不同的加载速率下,各试样轴向应力-应变曲线属典型的塑-弹-塑性曲线,有明显的压密过程,加载速率越小,压密过程越明显,即曲线越平缓。进入弹性阶段后,加载速率越大,曲线斜率越大,即平均弹性模量越大。采用单因素方差分析方法对各组数据进行了差异显著性检验,结果显示试验加载速率(Vload)和泥岩岩石单轴抗压强度(σ_(c))、平均弹性模量(E)、最大轴向应变(ε_(a,max))、最大径向应变(ε_(d,max))、扩容起始应力(f^(*))、扩容起始应力与单轴抗压强度比值(f^(*)/σ_(c))有关联关系,和试样最大体积应变(ε_(V,max))、扩容起始体积应变与最大体积应变比值(ε_(V,d)/ε_(V,max))无关联关系。加载速率越大,测试得到的泥岩岩石单轴抗压强度、平均弹性模量越大,加载速率由0.1 kN/s增大50倍至5.0 kN/s时,测得单轴抗压强度均值由26.8 MPa增大至36.5 MPa,平均弹性模量均值由3.5 GPa增大至5.9 GPa。加载速率越大,最大轴向应变和最大径向应变均越小,轴向和径向应变率均越大,即加载速率越大,泥岩岩石在未充分变形的情况下发生破坏的可能性越大。加载速率越大,试样扩容起始应力、试样扩容起始应力与单轴抗压强度比值越小,即试样加载荷载速率越大,越容易进入体积扩容阶段。认为泥岩强度参数、变形与扩容参数有显著的应力加载速率依赖性。

2021年玛多M_(W)7.4地震强震加载及其对周围地区应力扰动的影响

2021年5月22日在青海玛多发生M_(W)7.4地震,为了探究玛多地震的不同滑动模型对周围地区及断层应力的加卸载作用,本文首先以GNSS数据为约束,结合中国地震局地质研究所公布的玛多地震同震滑动模型(模型A)断层面几何结构反演获得同震滑动模型(模型C),再分别利用模型A、模型B(USGS)、模型C计算玛多地震对周围地区及断层的应力加卸载作用.结果显示:(1)模型C矩震级为M_(W)7.46,最大滑动量为3.39m,主体破裂位于0—10km深度范围,整体破裂东侧大于西侧,滑动分布相对于模型A也更加均匀平滑,反演效果较好;(2)不同模型计算的应力分布基本相同,沿破裂段同震库仑应力加载区域面积随着深度的增加而增加,且在发震断裂带西端、东端分别各有两处明显的库仑应力加载区域,在昆仑山口—江错断裂东、西段、甘孜—玉树断裂、东昆仑断裂东段、玛多—甘德断裂、清水河断裂中、西段、达日断裂西段均产生了明显的应力加载,但模型B计算结果有所差异,昆仑山口—江错断裂中段处于应力卸载状态,震后10年断层应力状态变化不大,但清水河断裂东段在震后应力调整中卸载作用较为明显,地震危险性降低;(3)为了探究强震对玛多地震的影响,本文分别计算了2008年汶川地震以后巴颜喀拉地块M≥7.0强震同震及震后效应对玛多地震的应力加卸载,结果表明所有强震均对玛多地震有应力加载作用,但累积库仑应力并未超过触发阈值.

新工科背景下应力加载系统功能提升思路的探讨

大型仪器设备的功能提升对于教育部重点实验室平台的有效运行至关重要。新工科建设背景下,厘清应力加载系统功能开发及提升的建设思路,具有重要意义。文章结合目前应力加载系统使用功能与应用的现状与问题,从细胞居中培养、细胞动静态培养、细胞共培养等三个方面探讨应力加载系统的升级增配、扩展与完善的途径,致力于提升应力加载系统的科研教学服务以及社会服务价值,为大型仪器设备的功能提升方面提供借鉴和参考,为新工科卓越人才培养提供重要保障。

高应力循环加卸载下不同张开度裂隙类岩体变形损伤及能量演化

为研究高应力循环加卸载作用下不同张开度对裂隙类岩体应力-应变曲线特征、滞回环面积和动弹性模量变化规律以及裂隙类岩体损伤特性的影响。基于RMT-150B岩石力学试验机开展了不同张开度和裂隙倾角下裂隙类岩体高应力循环加卸载试验,获得高应力循环加卸载作用下裂隙类岩体力学性能。结果表明:高应力循环加卸载对类岩体峰值强度有“弱化”作用,“弱化”程度约为11%;以0.4 mm张开度为界限,小于0.4 mm的裂隙岩体滞回环面积随裂隙倾角增大呈先增大后减小规律,动弹性模量随裂隙倾角增大先减小后增大,大于0.4 mm时,滞回环面积和动弹性模量随裂隙倾角增大均呈递减趋势,且张开度增大,张拉裂纹萌生概率随之增加;绝对损伤参数随循环次数增加而增大,45°裂隙倾角涨幅最为显著。

天鹅记忆加压接骨器治疗肱骨骨折加载应力的选择

目的:分析天鹅记忆加压接骨器(swan-likememoryconnector,SMC)固定肱骨时不同应力加载的选择,为今后肱骨骨折治疗时内固定器械的放置部位、载荷的施加方向及大小等提供力学依据。方法:选择湿肱骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像,采用大型有限元分析软件ANSYS5.6建立肱骨、SMC以及SMC固定肱骨的三维模型。结果:所构建SMC固定肱骨三维模型,逼真反映真实解剖形态及生物力学行为,同时获得不同加载方式下肱骨的受力情况。结论:SMC固定肱骨三维有限元模型的构建,可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。

弹性杆稳定性动力分析与应力波加载杆的动力屈曲

对轴压直杆的稳定性进行了动力学分析。分析表明,屈曲运动方程的解依动力学参数取值范围不同有3种情况,分别相应于稳定平衡、中性平衡和不稳定平衡。进而,对于两端简单支承的直杆直截了当地得到动力学参数对轴向载荷的依赖关系;若引入初始缺陷,与放大函数法相结合,便可找到最优发展模态。接着讨论了应力波加载引发的动力屈曲,为这一复杂问题的分析提供了某些有益的启示。

C型环环向应力与加载载荷的公式推导与验证

基于任意C型环试样结构尺寸及其力学关系,建立了C型环内任意截面的力学模型,根据材料力学基本理论,推导出了其外壁和内壁任意一点环向应力与C型环试样加载位移、加载载荷之间的理论计算公式。为了验证本文推导的理论公式的正确性,建立了C型环试样的有限元计算的力学模型,当某试验要求C型环试样最大环向拉应力为650 MPa,对油管外径88.9 mm的C型环试样,通过有限元法和本文推导的理论公式对该结构工况进行计算和对比分析,得出有限元法和理论公式计算出需要施加的载荷和位移的误差分别为-1.82%和1.25%,证明推导文中推导的理论公式的正确性,为C型环硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)和应力腐蚀开裂(SCC)实验加载参数的确定提供了简便的计算方法。

成骨细胞应力加载方式及生物力学特性的研究进展

成骨细胞是参与骨的生长、重建和修复的关键细胞,力学刺激与成骨细胞的生长发育和修复功能有密切关系。体内骨组织力学环境复杂,而体外培养成骨细胞进行离体实验可以有效排除临床实验及动物实验的各种复杂干扰因素,同时可以通过设计特定的加载方式以控制应力的各种变量(力的加载方式、大小、频率、时间等),以观察细胞对力学刺激的响应。因此,在体外培养成骨细胞及分子水平上研究不同应力加载对成骨细胞的生物学及生物力学特性的影响,对细胞生物力学实验技术、临床疾病的诊断和治疗以及组织工程学都有重要意义。本文就近年来成骨细胞应力刺激的加载方式,以及应力刺激下成骨细胞生物学及生物力学特性的相应改变进行综述。

密集钻孔周围透气性与加载应力关系的模型实验

密集钻孔预抽瓦斯防止煤与瓦斯突出已在煤矿中得到应用，瓦斯抽采率与钻孔间距和煤层的透气性密切相关，应用物理模拟实验，以达西定律为测定理论，在不同载荷应力作用下，对2种不同的钻孔直径和间距进行了透气性考察；实验表明，用小直径和大间距的钻孔，其周围透气性随着加载应力的增大而减小，用大直径和小间距的钻孔，最近钻孔测点的透气性随着加载应力的增加而增大，增透半径约为0．8～1．0倍的钻孔直径；离钻孔较远的测点的透气性随着加载应力的增加而减小。

低氧诱导因子-2α在不同应力加载髁突软骨细胞中的表达及意义

目的研究低氧诱导因子-2α(HIF-2α)及其下游分解代谢因子(MMP3,MMP13,ADAMTs-4)在不同应力加载髁突软骨细胞中的表达变化情况。方法对培养到第3代的新生SD大鼠髁突软骨细胞采用5%的低氧培养箱培养。0.5 Hz下分别加载0,1 000,2 000,4 000单位压力,2 h后立即收集样本,台盼蓝染色,光镜下观察细胞形态并计数细胞数,计算死细胞率。采用westernblot及RT-PCR技术检测HIF-2α及其下游分解代谢因子(MMP3,MMP13,ADAMTs-4)的蛋白及基因表达。结果随着压力的增加,髁突软骨细胞死亡率显著上升(P<0.05)。HIF-2α及其下游分解代谢因子(MMP3,MMP13,ADAMTs-4)的表达相应增加(P<0.05)。结论超负荷压力激活HIF-2α,继而激活下游分解代谢因子可能是导致髁突软骨损伤的一个机制。

应力加载作用引起地下水微温度场变化的研究综述

在地震地下流体动态观测中,水温对地震活动的响应非常敏感,井水温度微动态观测越来越受到有关学者的关注。本文收集了相关资料,以引起水温变化的水动力学机制为基础,从应力加载作用下渗流场的变化、渗流场变化引起地下水温度变化以及裂隙介质热量运移三个方面分别阐述了前人研究成果,旨在理清“含水层受力变形→井-含水层系统内水流变化→井水温度变化”的理论模式,探讨应力加载作用引起地下水微温度场变化的理论基础和技术途径。对这一领域研究成果的综合分析将有助于我们深入地研究地震孕育过程中的前兆成因机理。

C型环试验的加载应力计算

推导了C型环的挠度——应力关系式,对NACE TM 0177和GB/T 15970.5中的加载应力计算公式进行了比较和讨论;进行了C型环应力与加载挠度的测试,通过公式计算应力值与实际应力值的比较,对加载应力误差进行了分析和讨论,进一步确定了这两个标准各自的适用范围,推荐了对试件进行合理加载的方式。

应力加载对体外培养C2C12细胞自身抗原及TLR3的影响

目的探讨机械应力加载是否干扰体外培养C2C12成肌细胞自身抗原及TLR3的转录表达。方法对生长于BioFlex柔性基底膜表面的C2C12细胞施加不同频率的拉伸加载,流式细胞术分析细胞增殖情况。Real-time RT-PCR检测并比较分析应力加载前、后骨骼肌自身抗原(HRS、Mi-2、U1-70、DNA-PKcs)、TLR3的mRNAs表达差异。结果 0.25 Hz、10%幅度、2 h/d的拉伸条件能加速C2C12细胞进入细胞周期。2 d和4 d拉伸组DPI较对照组提高(P<0.05),尤以2d拉伸组细胞增殖最为显著。拉伸2 d时,C2C12细胞内HRS、Mi-2、U1-70、DNA-PKcs以及TLR3的mRNA水平均显著低于同一培养时间的对照组(P<0.05)。结论机械应力刺激信号可能参与下调与骨骼肌组织炎症相关的免疫调节分子。

基于几种应力加载方式的井水温度响应机理探讨

本文在前人研究的基础上,针对几种不同周期的应力加载方式以及井-含水层的水位、水温响应特征,对井水温度的应力加载响应机理进行了系统分类研究,总结了对于3种不同周期应力加载的水温响应机理。分别是对地震波应力加载的气体脱逸模式、裂隙渗流模式、热弥散效应模式及冷水下渗模式,对固体潮应力加载的水动力学模式以及对地震孕育阶段长周期缓慢应力加载的应力-耗散热模式等,文章中针对每一种不同方式应力加载给出了典型的观测实例并对其可能的响应机理进行了初步的探讨。

应力加载及卸载对致密油层孔隙度的影响

致密砂岩油层孔隙度受地层有效应力的影响。本文通过实验研究了不同的应力加载/卸载速率以及黏土矿物含量对致密砂岩孔隙度的影响。结果表明,应力加载及卸载速率越大,岩心孔隙度保留率及恢复率越小;岩心黏土矿物含量越高,应力加载及卸载过程中岩心孔隙度保留率及恢复率越小。

不同加载应力下6061-T6铝合金挤压型材的疲劳断口研究

对6061-T6铝合金挤压型材进行了轴向拉伸疲劳试验,在加载应力121~198MPa下测定其S-N(应力-循环次数)曲线,并对高应力(198MPa)和低应力(130MPa)下铝合金疲劳断口形貌特征进行分析。结果表明:6061-T6铝合金挤压型材疲劳寿命随加载应力增大而减小,其条件疲劳极限为127MPa。随着加载应力增大,疲劳裂纹萌生呈现多源性,疲劳裂纹扩展区面积减小,裂纹扩展第一阶段的裂纹偏转更加剧烈,疲劳条带宽度增加。

2219铝合金在不同加载应力下的疲劳断裂机制

试验研究了疲劳极限附近(240 MPa)和高应力(360 MPa)下2219铝合金疲劳断口形貌特征,揭示了两种不同加载应力下该合金疲劳裂纹萌生和扩展规律。结果表明,在宏观上,高应力下的疲劳断口呈"V"字形,而在疲劳极限附近则形成唇形平直断口。微观上,在疲劳极限附近发生疲劳断裂时,裂纹主要萌生于θ相(Al_2Cu)处,而随着应力增加,裂纹除了可于θ相(Al_2Cu)处萌生,还可于铁锰相和空洞处萌生,呈现从单一疲劳源向多源化转变趋势,且疲劳源离表面的距离和源区面积均随应力增大而减小。在裂纹扩展过程中,疲劳条带宽度随应力增大而增大,且不同类型的第二相粒子对裂纹扩展的阻碍作用也不同,在该合金中,铁锰相对裂纹扩展的阻碍作用明显高于θ相(Al_2Cu)的。

预加载疲劳应力对R-相镍钛锉表面形态及疲劳折断性能的影响

目的:比较K3XF和K3经过预加载疲劳应力后的表面形态和疲劳折断性能。方法:25 mm长、25#/0.06锥度的K3XF和K3各48支,随机分为4组(n=12),组1不做预加载。组2~组4分别使用60°弯曲角度、3.5mm弯曲半径的模拟金属根管预加载疲劳应力5s、10s、20s。每组随机选取2支锉在SEM下观察表面形态,其余10支锉使用上述模拟根管进行疲劳折断实验。记录疲劳折断时间,计算疲劳折断圈数;测量折断段长度,并对折断断口进行SEM观察。SAS 9.3软件进行双因素的方差分析,显著性水平0.05。结果:SEM见两种根管锉弯曲最大处的切割刃明显磨损、出现大量裂纹、边缘不整齐。K3XF表面缺陷明显少于K3。K3XF预加载疲劳应力20s后的疲劳折断圈数从新锉的(210±59)降低为(156±37),差异有显著性(P<0.05)。K3预加载疲劳应力5s、10s、20s后的疲劳折断圈数从新锉的(145±38)分别降低为(110±27)、(101±31)和(62±31),5s和10s组无显著差异,其余两两之间差异有显著性(P<0.05)。结论:K3XF对预加载疲劳应力的抵抗性优于K3。

不同热处理后不锈钢摇椅弓的加、卸载应力及其力学性能的实验研究

目的研究不同热处理不锈钢摇椅弓的加、卸载应力及其力学性能。方法①将12 cm0.018-inch的不锈钢圆丝弯制成4 mm深度的摇椅弓,进行不同温度、时间的热处理。②不锈钢摇椅弓根据不同的热处理情况分为6组:热处理1、2、3、4、5组和未经热处理的对照组,每组50个样本。③用万能材料力学实验机测试各组摇椅弓加、卸载应力值。④在观察1、2、3、4周后分别测试各组不锈钢摇椅弓的加、卸载应力变化情况。结果热处理1、2、3、4、5组和对照组摇椅弓丝的加、卸载应力-应变均呈近似的线性关系,无明显的平台期。热处理2、3、4、5组初始加、卸载应力值与对照组比较差异均有统计学意义(均P<0.05),保持后3、4周加、卸载应力值与对照组比较差异均有统计学意义(均P<0.05);热处理1组初始加、卸载应力值与对照组比较差异均无统计学意义(均P>0.05),保持后1、2、3、4周加、卸载应力值与对照组比较差异均无统计学意义(均P>0.05)。保持4周后,各组不锈钢摇椅弓的加、卸载应力值均有所减小,热处理2、3、4组的减小程度均低于热处理1组和对照组(均P<0.05),热处理5组的减小程度高于对照组(P<0.05)。经过热处理的不锈钢摇椅弓加卸、载应力与热处理温度200～400℃均呈正相关(r=0.871、0.855,均P<0.05)。结论对于0.018-inch的不锈钢摇椅弓,在临床上进行热处理温度在200～400℃为宜,可使弓丝刚度增加。