大主应力方向及中主应力系数对重塑黄土小应变刚度特性影响试验研究

利用配备高精度应变传感器的空心圆柱扭剪仪对重塑黄土开展了一系列定向剪切试验,剪切过程中保持平均主应力p、大主应力方向角?以及中主应力系数b不变。共完成了包括3组不同大主应力方向角和1组不同中主应力系数的4组试验,共21个试样。对定向剪切条件下重塑粉土的应力-应变-强度以及小应变(<0.1%)刚度特性进行了研究,分析了不同大主应力方向角及中主应力系数的影响。试验研究结果表明,重塑黄土存在显著的强度各向异性特性,沿?=0°方向的强度最大,而最小强度方向因中主应力系数的不同而不同。?=0°时,b=0.25的强度最大,此时试样接近平面应变条件。小应变条件下重塑黄土的剪切刚度也因剪切时?和b的不同而不同,剪应变小于0.02%和大于2%时,刚度基本保持不变,初始剪切刚度很大,当剪应变大于0.02%后,随着剪应变的增加而迅速衰减,衰减曲线可以采用指数函数进行较好的拟合。

考虑大主应力方向转换的横压试验机理分析

本文分别对纯粘土和一般土的横压试验进行了分析。根据土体开始屈服时的大主应力方向，将屈服划分为两种类型，给出了判别式，推导出每种屈服的比例极限压力。然后，根据屈服后大主应力的转换情况，将屈服后的塑性区划分为两个亚区，推导出每个亚区的应力场。最后，给出了极限压力的计算式，并与试验值作了对比。

煤矿现代构造应力场最大主应力方向判定方法

现代构造应力场最大主应力方向不仅是影响煤矿巷道稳定性的主要因素,也是煤层瓦斯抽采钻孔优化设计依据的重要参数。运用FLAC^(3D)有限差分数值模拟方法,分析了不同侧压系数下巷道塑性区分布规律,揭示了巷道变形破坏特征与原岩应力场的密切相关性,提出了通过观测多条巷道变形破坏特征综合判定煤矿现代构造应力场最大主应力方向的方法。古汉山煤矿实际应用表明,该方法简单实用,预测结果可靠,具有现行应力测量技术无法替代的优点。

不同大主应力方向角剪切对重塑盐渍土变形特性的影响

为了研究复杂应力路径下重塑盐渍土强度与变形特征,采用英国GDS空心圆柱扭剪仪,对青海海东地区重塑盐渍土进行定向剪切试验,探讨不同大主应力方向角对重塑盐渍土强度变形和各向异性的影响。结果表明:以不同大主应力方向角剪切时,重塑盐渍土的八面体剪应变随着八面体剪应力的增大呈现出先减小后增大的“V”字形发展趋势;在不同大主应力方向角定向剪切条件下,中主应变基本保持不变,大主应变和小主应变对称发展;切向应变和轴向应变发展具有对称性;基于不同大主应力方向角的峰值八面体剪应变归一化强度曲线呈现出近似“勺”型变化。本研究结果可以为路基稳定型设计和路基修筑提供参考。

大倾角煤层开采顶板主应力方向分布特征及力学分析

为了分析大倾角煤层开采顶板最大主应力方向旋转对顶板变形破坏的影响,以新疆焦煤集团2130矿25221工作面为背景,采用物理相似模拟实验、FLAC^(3D)数值模拟方法对大倾角煤层开采过程中顶板破坏及岩层结构演化特征、最大主应力方向等值线分布及其对顶板破坏影响进行分析,在此基础上建立顶板力学模型,讨论了顶板挠度分布特征。结果表明:随工作面推进,顶板破坏包络线上方承载拱拱体范围逐渐增大,拱顶逐渐向岩层中上部延伸;顶板的最大主应力方向等值线分布形态由“m”逐渐向“n”型演化(采空区中、上部区域顶板最大主应力方向偏转程度较大),在主应力方向偏转和最优扩展裂隙角协同作用下,促使顶板中上部发生破坏并逐步向高位岩层迁移;建立顶板力学模型,通过Python编程将顶板数据代入计算可得,在顶板岩层倾向4/5处出现挠度峰值。

主应力方向角对重塑黄土各向异性的影响研究

为探究主应力轴循环后不同主应力方向角对青海重塑黄土各向异性的影响,对取自青海西宁地区的黄土进行了主应力循环后的定向剪切试验。试验结果表明:主应力方向角对重塑黄土各向异性具有显著影响,不同主应力方向角下重塑黄土的八面体剪应力-应变曲线和偏应力-主应变曲线均表现出很大差异,且不同主应力方向角下土体归一化强度不同;当主应力方向角超过60°时,土样剪切破坏的八面体剪应变变小;土体大主应变曲线的发展趋势与八面体剪应变相似,主应力方向角不超过75°土体中主应变不断向正向发展,主应力方向角为90°时,中主应变有着不同变化趋势,不断向负向发展,土体小主应变的总体变化趋势为负向;重塑黄土归一化强度随主应力方向角增大呈非线性降低,且主应力方向角为90°时土体归一化强度最小。

主应力方向和中主应力系数对冻结黏土性状的影响

为研究复杂应力路径下冻土的力学特性,利用冻土空心圆柱仪对饱和冻结黏土开展了定向剪切试验,重点研究了大主应力方向和中主应力系数对饱和冻结黏土应力应变性状的影响.试验结果表明:定向剪切路径下饱和冻结黏土应力-应变曲线基本呈现应变硬化特征,且广义剪应力-应变曲线受扭剪分量的主导.不同大主应力方向下冻结黏土应力-应变曲线水平存在一定差异,当中主应力系数b为0.5和1时广义剪应力-应变曲线水平随着大主应力方向角α的增加而降低.中主应力系数b对冻结黏土扭剪分量的应力应变性状影响相对较小,而对轴向分量与广义剪应力应变性状影响显著.

大巷合理布置受地应力影响规律及其应用研究

基于地应力实测结果,采用有限元软件ANSYS和BP神经网络对李村矿地应力场进行反演,得到矿区最大、最小以及中间主应力空间分布规律。数值模拟分析了巷道围岩稳定性随最大主应力与巷道轴向夹角α增大演变规律:浅部围岩最大主应力逐渐增大,呈“对称→不对称→对称”变化,且等值线密集由顶底板转向两帮;顶板最大拉应力与α呈正相关,其深度与α呈负相关;顶板浅部拉应力随α增大而增大,顶板更易发生拉伸破坏。应减小大巷轴向与最大主应力方向的夹角,据此李村矿设计大巷布置方向与最大主应力方向夹角约为7°。

塔里木盆地新构造运动时期构造应力方向

塔里木盆地的新构造运动强烈,对盆地的构造变形和油气成藏产生了重要的影响。从断层、褶皱及钻井诱导缝3方面分析研究区在新构造运动时期不同区块的最大主应力方向,进而预测盆地的应力场方向。塔北地区、柯坪断隆和塔西南地区主要受挤压应力作用,形成排状分布的断层及褶皱,向盆地方向断层及褶皱的形成时期逐渐变新,应力作用逐渐减弱;巴楚隆起和麦盖提斜坡的断层走向相近,呈排状分布;塔东南地区主要受走滑和挤压的共同作用,断裂与构造带平行分布;塔中地区以走滑、挤压作用为主,扭应力使该区发育较对称的褶皱,形成现今的构造形态。塔北地区、柯坪断隆和塔东南地区最大主应力方向主要为北西—北北西向,塔西南地区和巴楚隆起—麦盖提斜坡最大主应力方向为北东—南西向;而塔中地区最大主应力方向为北东东—北东向。从盆地新构造运动各时期发育的断裂、褶皱及主应力方向分布特点可以看出,其主应力方向在时间和空间上存在一定的继承性。预测塔里木盆地台盆区区域应力主要来自天山中西段及西昆仑山,呈"S"型分布,具有一定的压扭性。

延怀盆地活动断裂运动与现代构造应力场

延怀盆地包括延矾、怀涿两个相互连通的次级盆地。野外地震地质调查和断裂滑动观测表明:延矾盆地NE向活动断裂以右旋走滑为主,兼具正断层分量;怀涿盆地NE向活动断裂以正断为主,兼具右旋走滑分量;盆地内NW向断裂以左旋走滑为主,兼具正断层分量。采用野外观测取得的10个测点337条活断层擦痕数据,利用由断层滑动资料反演构造应力张量的方法,计算获得了研究区现代构造应力场的主要特征:延矾盆地现代构造应力场以NEE—近EW向挤压、NNW向—近SN向拉张为主要特征,应力结构均为走滑型。其最大主压应力(σ1)方向为N74°～88°E,平均倾角18°;最小主压应力(σ3)方向为近SN,近水平;中间主应力(σ2)倾角较陡,近垂直。怀涿盆地以NNW向拉张为主要特征,应力结构为正断型为主。其最大主压应力(σ1)平均倾角68°,近垂直;中间主应力(σ2)倾角较缓,最大的不超过35°;最小主压应力(σ3)方向为NNW—近SN向,近水平。断层滑动反演的结果与北京及周边地区由震源机制解资料反演分析结果基本一致。

复杂应力路径下杭州原状软黏土破坏标准研究

采用空心圆柱扭剪仪对主应力轴方向固定不变定向不排水剪切应力路径下杭州原状软黏土破坏标准进行试验研究,重点探讨了中主应力参数b、大主应力方向角α及孔压积累对剪切过程中黏土抗剪强度的影响,并提出原状软黏土剪切破坏的标准。试验结果表明,中主应力参数的变化没有对应力应变变化模式和试验应力路径产生影响,随着中主应力参数的增大,黏土抗剪强度的变化并没有呈现出一定的规律性;大主应力方向角对原状软黏土强度的影响反映出原生各向异性对黏土抗剪强度的控制作用;黏土样在剪切后期会产生显著的孔压积累,影响了黏土强度的发挥。考虑中主应力参数等影响因素,通过分析广义剪应力-应变曲线的变化情况,取广义剪应力qJ的峰值作为原状软黏土的剪切破坏标准。

郯庐断裂带区域应力状态研究综述

系统梳理和总结了前人对郯庐断裂带区域应力状态的研究成果,包括最大主应力方向、稳定性及动力机制分析等。郯庐断裂带北段最大主应力以NEE方向为主,中段以EW方向为主,南段以NEE方向为主。说明郯庐断裂带整体受东西方向的挤压作用,其活动受太平洋板块和东亚大陆板块控制。研究成果揭示了郯庐断裂带整体的应力状态,为防震减灾研究提供依据。

某拟建电站地应力特征与地质构造的关系浅析

以我国某拟建电站为依托,运用孔径变形法于一勘探平硐内进行了地应力测试,分析地应力测试结果及其与区域地质构造的关系,结果表明:地下硐室埋深较浅时,自重应力在地应力中起主要作用;随着地下硐室埋深增加,铅垂应力与最大水平应力的比值总体呈现降低趋势,自重应力在地应力中的作用在减弱,而构造应力作用在增强;地应力测试结果中最大主应力方向同电站所在区域的某一级断裂倾向NW方向大致相同,区域最大主应力方向受区域地质构造的影响。

焉耆盆地宝浪油田地应力的测定与研究

运用声发射凯塞尔效应法,对宝中、宝北三口井4组岩样的地应力进行了测试,并对宝浪油田地应力大小以及最大主应力方向进行了计算和分析。根据破裂理论和大量岩石力学实验以及实测对比结果表明,钻孔崩落的方向与最小水平主应力方向一致,最大水平主应力方向总的趋势是:宝中区块为NE60±5度左右,宝北区块为NE50±10度左右。

基于围岩变形破坏特征的煤矿地应力场主应力方向预测方法

地应力场是煤层渗透性优势发育方位重要影响因素,准确获取地应力场主应力方向信息可以为煤矿瓦斯抽采工程设计与煤层气井网布置提供理论指导。系统总结了巷道变形破坏特征与地应力场类型、井下应力痕迹特征与地应力场最大水平主应力方向之间关系,提出了利用围岩变形破坏特征预测煤矿区地应力场主应力方向的方法。在焦作古汉山矿进行了现场应用,预测矿井地应力场为σH>σv>σh型、地应力场最大主应力方向应为NE向,预测结果与地应力实测结果基本吻合,证明了该方法有效性。

玻璃态聚合物银纹化过程的数值模拟

银纹化是玻璃态聚合物材料所特有的一种现象。本文在代表体积单元中嵌入能够刻划银纹萌生与生长的银纹单元 ,运用有限元方法对银纹化过程进行了数值模拟。银纹化过程中的最大主应力矢量图说明计算模型以及计算方法是比较合理的。而且 ,本文所揭示出来的银纹化过程的规律与实验中观察到的现象是吻合的。

定轴剪切实验中砂土的非共轴变形特性

针对目前主应力轴固定单调剪切情况下砂土是否存在非共轴性这一争议,以山东汶河粉细砂为研究对象,采用空心圆柱仪对砂土进行一系列不同大主应力方向角的定轴剪切排水实验,对饱和砂土的强度、应力应变以及非共轴变形特性进行研究。结果表明:大主应力方向角对于砂土的强度特性具有明显的影响,随着大主应力方向角的增大,强度呈现先减小后增大的规律,同时变形表现出明显的各向异性;更为重要的是,在不同大主应力方向角下进行主应力轴固定单调剪切时,主应力方向与主应变增量方向存在明显的非共轴角,这种非共轴现象不可忽略。

变刚度铺放改善单钉双剪螺栓连接拉伸强度

沿最大主应力方向的变刚度铺放可有效提高复合材料构件的强度。以与孔周围设定区域内,单元格上流场速度矢方向与有限元得到的最大主应力方向之间的差异最小为优化目标,优化有势流场构造参数,从而得到优化的变刚度铺层轨迹。该方法得到的变刚度铺层能最大程度地使纤维主方向与层合板在该点处的最大主应力方向一致。研究结果表明,变刚度铺放不仅可提高层合板的拉伸强度,还可使试件在达到极限载荷后的承载能力下降速度平缓,从而降低了发生瞬时性损坏的概率。

各向异性软土基坑抗隆起稳定极限平衡分析

土体的各向异性与沉积环境和应力历史密切相关。以能够考虑土体特性的各向异性不排水抗剪强度公式为基础,利用圆弧滑动方法,并考虑破坏面上强度的折减(τf=Su cosφ’),推导各向异性软土基坑抗隆起稳定极限平衡解。对软土基坑抗隆起稳定进行研究,系统分析了开挖深度H、围护结构插入深度D、最下道支撑与坑底相对距离He/H等几何因素及土体有效内摩擦角φ’、各向异性强度比k及强度沿深度非均质变化的斜率λ等强度参数的影响。最后结合工程实例,验证了公式的适用性,为软土基坑工程抗隆起分析提供了新的思路。

深部巷道底鼓原因及治理技术研究

为了对深部巷道底鼓进行治理,分析了研究区原岩应力,得出了研究区最大主应力方向大致为东向西分布,研究了巷道底鼓原因,主要有最小水平主应力的影响、巷道底板泥岩等软弱层的影响、巷道底板和底角缺少有效支护、相邻巷道掘进的动压影响和围岩蠕变变形。然后采用反底拱+大直径锚索束+深浅孔注浆技术,使巷道底板得到了有效的控制,减少了底板变形。研究为类似工程条件的巷道底鼓的治理提供了技术支持。