3D打印技术在岩石力学试验中的应用与展望

非连续、非均质性岩石试样加工和复杂岩体物理模型成型技术一定程度上影响着岩石力学试验的发展,3D打印技术具备几何适应性好、可个性化定制、天然模型还原度高、离散性小、高效便捷等优势,能克服传统制样方法的诸多不足。通过介绍目前岩石力学试验中常用的3D打印技术和打印原料,从岩石裂纹扩展和破裂机制、岩体剪切和渗流特性、岩体物理模型试验及岩土交叉学科研究等方面较为系统地阐述了3D打印技术在岩石力学试验中的发展现状,重点分析了当下3D打印技术的局限性及亟待解决的问题,认为3D打印技术在模型尺度、打印精度、成型速度之间的协调性还需进一步提升,多出料口多材料协同连续打印技术亟待突破,打印模型还原度和相似度定量评价问题尚待解决,打印模型的后处理和养护有待标准化和规范化。最后,着眼于复杂岩体物理模型试验、岩石尺寸效应、各向异性和岩土交叉学科等岩石力学研究的热点和难点问题,对3D打印技术在岩石力学领域的应用进行了展望。

马达岭滑坡室内岩石力学试验研究

马达岭滑坡所在的自然边坡为一典型的缓倾斜横向斜坡,岩层近南北走向,呈软硬互层状结构。岩性以砂岩为主,坡体内存在大量软岩夹层和裂隙。斜坡下120m处发育有2层可采煤层,且煤层开采后留下大量采空区。斜坡的变形及稳定性主要受采空区顶板砂岩和坡脚煤岩的强度特性控制,本文以室内岩石力学试验为基础,系统研究了砂岩的基本力学属性及煤岩的抗剪强度特性,并分别分析了两种岩石的变形破坏特征。综合分析实验结果表明,砂岩的抗拉强度在坡体稳定性评价中起着控制性作用;煤岩的抗剪强度对斜坡稳定性影响最为直接;受层面控制,煤岩抗剪强度值较小,而其残余强度较峰值强度更是减小了60%;2种岩石的变形破坏特性受其风化程度不同,都存在较大差异。

水布垭水利枢纽地下厂房室内岩石力学试验研究

针对水布坯水利枢纽工程地下式电站厂房，以岩块的力学性质试验为基础，对围岩体的基本力学属性进行了系统研究，对重要的变形及强度试验成果进行了对比试验，并就某些测试技术提出了有益的建议。

二郎山公路隧道岩爆岩石力学试验研究

试验研究表明，二郎山公路隧道岩石（体）只有岩爆倾向性指数（Ｗｃｔ）和高地应力这两个内、外因条件均满足要求时才有可能发生岩爆活动；单轴压缩试验结果则表明，发生岩爆的岩石峰值后区变形段出现了非稳定的Ⅱ型破坏，这为岩爆预测提供了重要的科学依据。

岩石力学试验及工程应用

岩石力学试验研究应做到理论与实际的统一,并应用于工程的效果。本文在国内外成果研究的基础上,根据我所历年来的试验资料和笔者近年来工作经验,对岩石力学试验与地质体特点进行探讨。文中阐述岩石抗压强度(Cc)破坏机理与基础允许承载力[R]的经验力学模式,岩体抗剪断(f)与(c)值的比配关系图式,以及不同类别岩体弹性模量(E)与弱结构面内夹的物质厚度(h)的关系曲线。

误差理论在岩石力学试验数据分析中的应用

一些研究人员发现,在岩石力学性质试验中,会有出现与其它数据差异较大的异常数值这样的比较棘手的问题,可能会导致实验结果不够精确科学,或者是试验结果失去其使用价值。笔者试图通过采用应用误差理论,分析计算岩石力学性质试验数据中的异常数值,为得到更加可靠的岩石力学性质实验结果提供借鉴和参考。

浅析岩石力学试验新技术和新设备

本文结合最新的岩石力学测试技术，介绍了岩石力学测试技术的试验方法和设备，包括岩石分类回弹试验、岩石耐崩解试验、岩石剪切试验、岩石三轴试验、岩石渗透性试验和岩石三轴流变试验，为岩石力学试验提供了新的方法和依据。

未确知数学在岩石物理力学试验中的应用探析

岩石物理力学试验作为岩石性质分析、岩土勘察工作重要内容,若能积极应用未确知数学,即可增加参数测量结果的可靠性。本文立足未确知数学应用原理,结合未确知有理数以及未确知数学准则、常见力学参数,具体通过建立未确知模型、分配模型权重、综合测量参数等要点,充分体现未确知数学的应用价值,保障力学试验数据的准确度。

地应力与岩石弹性模量关系试验研究

在北京某深孔原岩应力测量和原岩应力测量段同等深度单轴及不同围压下的三轴岩石力学试验的基础上,结合统计的钻孔岩体结构参数,分析了原岩应力测量段深度处修正前、后的岩石弹性模量,进而探讨了地应力与岩石弹性模量间关系。结果表明,在花岗岩中,主应力大小与修正前、后的岩石弹性模量间均呈正相关关系,而在灰岩中,主应力大小与修正前、后岩石弹性模量间的关系不明确,需要进一步研究;在花岗岩中,主应力大小与修正后的岩石弹性模量间的相关性系数高于主应力大小与修正前的岩石弹性模量间的相关性系数;各向同性高的岩体(如花岗岩),实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性好,而各向异性大的岩体(如沉积岩),实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性较差。

塔里木盆地塔中地区岩石力学参数模型建立及其应用

通过对塔里木盆地塔中地区鹰山组地层的岩心进行室内岩石力学试验,获得了该地区岩石的杨氏模量、泊松比、内聚力、内摩察角等静态岩石力学参数和动态岩石力学参数。对试验结果进行了分析研究,得到了岩石纵横波时差关系拟合模型、岩石力学参数拟合模型及动静态参数关系模型。根据回归分析建立的岩石力学参数模型,结合测井资料得到的岩石力学参数剖面,为预测区块地应力、地层孔隙压力、合理钻井液密度确定等提供准确的岩石力学参数,为钻探提供合理的工程参数。

非标准岩样室内力学试验的几种处理方法

本文解释了室内岩石力学试验中使用非标准岩样的主要原因。参考国内外部分相关研究成果,针对高径比非标准岩样的单轴压缩试验、尺寸大小非标准岩样的单轴压缩试验和小直径岩样三轴试验等3种情况,提出适合工程应用的处理方法:将试验结果乘以高径比修正系数或直径修正系数,以及在小直径岩样三轴试验中采用轴向应力计算公式。上述方法具有较好的可靠性、可比性、通用性和可操作性。

岩体力学试验的理论分析

本文通过对岩石力学试验中岩石试件破坏方式的分析，在理论上解释了岩体力学试验中经常遇到的一些力学现象并且作出了定量的回答，同时还建立了岩石的各种破坏模式的判据。对于根据应力状态用基本的岩石力学参数进行岩体强度分析的方法。

未确知数学在岩石物理力学试验中的应用

某工程岩石物理力学试验应用未确知数学方法，对试验成果进行分析，给出了试验参数的标准值和保证率，提高了试验参数在工程设计中应用的可靠性。

岩石多次全过程压入硬度的测试试验

介绍了在ＭＴＳ８１５型岩石力学试验机上配置专用夹具和平底圆柱压模后成功地进行岩石表面多次全过程压入破碎试验的情况，分析了这种试验方法与传统的单次压入硬度测试法相比在反映岩石破碎过程特征、表征岩石压入硬度方面所具有的优点。最后指出了进一步研究应解决的几个问题。

薄层状灰岩区大型隧道锚碇承载力特性的岩石力学综合研究

基于矮寨悬索桥,总结了茶洞岸隧道锚区勘察和施工期所揭露的地质条件,通过布置在隧道锚处的勘探洞进行了相关的岩石物理力学试验、现场岩体变形与结构面抗剪试验以及岩体卸荷带划分,并在此基础上概化了岩体地质力学模型,采用三维数值分析法,考虑了岩体的正交各向异性,对层状岩体隧道锚的开挖、正常加载和超载工况下的变形破坏机理进行了分析。结果表明:隧道锚区岩石强度高,但岩体强度则主要受控于软弱结构面;隧道锚正常加载情况下变形为mm量级,即使在超载(5～7)P下围岩也未出现明显的大变形或塑性区大面积贯通,隧道锚的围岩挤压效应明显。后期隧道锚稳定监测表明:自隧道锚洞开挖到主缆和吊索施工完成后的阶段内,围岩整体变形0.25～0.9mm,其中因主缆和吊索载荷施加而新增位移总体上小于0.1mm,隧道锚工作状态好。根据围岩受荷变形特点和隧道锚现所受荷载初步推断,整个大桥建设完成后,隧道锚围岩最终变形可能约为1mm。

含水状态下膏溶角砾岩破裂全程的细观力学试验研究

利用新型岩石细观力学试验系统,对石家庄—太原铁路专线太行山隧道工程6#斜井的膏溶角砾岩在单轴压缩荷载作用下的岩石细观损伤裂纹扩展直至破裂的全程进行了实时观测,得到了不同含水状态下岩石初始损伤微裂纹的萌生、扩展、连接、贯通直至宏观破裂的数字显微和全场实时图像。从岩石细观损伤机制出发,结合同时获得的应力-应变曲线,将损伤破裂过程分为4个阶段,得到了含水状态下岩石损伤发展演化的初步规律,并给出了应力损伤门槛值,发现水环境影响下造成的初始损伤微裂纹是水对膨胀软岩力学性质产生软化作用的重要因素。

弓长岭井下矿矿岩物理力学参数试验研究

为了充分回收弓长岭井下矿富矿资源,提高矿山生产经济效益,需要对现有采矿方法进行更新优化,矿岩物理力学特性研究是矿山设计过程中采场结构参数确定及采场稳定性分析的前期重要工作。基于矿山前期勘查成果和生产实践揭露的岩性,在弓长岭井下矿现场采取了8种不同岩性的矿岩试样并开展了室内岩石物理力学特性参数测试试验,获得了大量的岩石物理力学性质参数,将为矿山后期采矿工程设计研究提供基础数据支撑。

岩石非均质程度对水压致裂地应力测试方法影响的分析与讨论

准确揭示原位地应力状态,对地下工程开挖支护设计和长期稳定性分析等具有十分重要的意义。利用水压致裂技术开展了纱岭金矿主竖井地应力测试工作,获得了20个测段地应力状态;室内进行了主竖井测试孔岩芯的岩石力学试验,包括巴西劈裂试验、单轴压缩试验及声发射监测试验,获得了岩石空间非均质度和强度分布特征,并分析了岩石非均质度与水压致裂测试结果的关系。结果表明:主应力大小随测量深度近似呈线性增大,测试孔的最大水平主应力值为20.78~45.20 MPa,最小水平主应力值为14.94~35.33 MPa,平均最大水平主应力方向为NW65°;测试孔岩芯各层位非均质度不同,变辉长岩非均质度系数为0.1~0.3,且岩石不同强度条件下声发射信号数量变化不显著,岩石离散度较小,花岗岩非均质度系数最高,可达1.0,以加载后期强相破裂产生的声发射信号为主;岩石非均质度影响水压致裂裂纹的扩展方向,扩展方向和最大水平主应力方向的夹角φ影响着最大、最小水平主应力的测量结果,且对最小水平主应力的影响尤为显著。分析水压致裂测量结果与岩石性质之间的关系,对精确探测非均质地层的地应力场分布规律具有一定的指导作用。

渝东北盆缘高陡页岩储层的岩石力学特性

渝东北盆缘某区高陡页岩储层具有岩性复杂、非均质性强等特性,其力学性质随岩性变化差异较大。为探寻这一特殊的高陡页岩的岩石力学性质,采用国外先进的力学设备对渝东北盆缘某区X组页岩开展了多应力路径、单轴、巴西力学试验。结果表明:黑色硅质岩各向异性低于黑色炭质页岩,两者各向异性分别为位于一类(碳酸盐)与三类(粉砂质泥岩)之间。黑色硅质岩具有较高的单轴抗压强度及弹性模量,分别为248.7 MPa和71724.1 MPa,属中硬地层;黑色炭质页岩单轴抗压强度及弹性模量均较低,分别为15.3 MPa和7006.8 MPa,且岩石脆性差,均低于50%,压裂过程中黑色炭质页岩形成复杂缝网的难度大。通过分析认为,在该井的储层改造中,以硅质岩为主的层段压裂应选择以滑溜水为主的体积压裂模式,以炭质页岩为主的层段压裂应选择以低黏度线性胶为主的体积压裂模式,压裂设计原则应为"大液量、大排量、小粒径支撑剂、低砂浓度和转向技术",并选择脆性指数高的地方进行射孔。

便携式岩石力学测试仪设计

为在交通不便的野外作业时,能够获得实时的岩石全过程力学特性数据,本文提出了一种便携式多功能岩石力学测试仪,系统以单片机为核心,配置压力传感器、位移传感器、激光开关传感器及角度传感器等,现场采集信号处理后,将过程特性曲线显示在液晶屏上,同时支持数据的本机存储及蓝牙上传.仪器集测试岩石点荷载、单轴抗压强度以及结构面摩擦角功能于一体.此外,配合便携式机械压力系统和液压系统,能够就地展开岩石力学试验,可实时获取试验机上的应力、位移、岩石摩擦角等参数.通过测试数据及图像效果表明:测试仪运行正常,数据采集可靠,控制准确、平稳.