岩石峰前阶段变形光纤光栅传感检测研究

为了获得更为精确的岩石变形破坏测试数据,提出了一种采用光纤光栅传感技术对岩石变形破坏过程进行检测的方法。该方法将光纤光栅粘贴于岩样的轴向方向,岩样在815MTS液压伺服机上进行单循环加载实验,测试岩石峰前变形阶段的轴向位移,岩样破坏后即停止实验。实验结果表明,光纤光栅传感技术所测应变值经应变传递系数换算后与MTS所测应变值一致性良好,相对误差率仅为3.2%。采用光纤光栅传感技术可以实现岩石峰前变形阶段的高精度测试。

单轴压缩下不同煤岩组合体峰前、峰后变形能变化规律研究

为探讨不同煤岩组合形式、不同组合单元对组合体峰前、峰后变形能影响,分别对不同比例条件下的组合体进行单轴压缩实验。结果表明,细砂岩-粗砂岩-煤组合体比细砂岩-煤-粗砂岩组合体峰前、峰后变形能变化大;组合单元满足一定高度比例下,组合体峰积聚变形能或峰后消耗的变形能存在最大值。同一类型不同比例的组合体,在粗砂岩、细砂岩所占高度比相等,并在20%、25%、33%、40%、50%、60%间变化。各对应高度比下组合单元煤所占高度比相等条件下,细砂岩-煤-粗砂岩组合体,细砂岩所占高度比是决定组合体峰前积聚变形能的主要因素,峰后消耗的变形能受细砂岩、粗砂岩所占高度比交替影响;细砂岩-粗砂岩-煤组合体,峰前积聚变形能受细砂岩、粗砂岩所占高度比交替影响,粗砂岩所占高度比是决定组合体峰后消耗变形能的主要因素。该结果为峻德煤矿井下开采设计及开采过程中的冲击地压防治研究提供了参考。

高低温加载对大理岩力学特性影响的试验研究

许多工程(如采矿、隧道掘进、地热开采等)都涉及到岩石损伤及破碎问题.传统的岩石损伤破碎技术,如爆破法、水射流法、机械掘进法等均面临着一系列问题,利用岩石的热损伤性质辅助机械破岩有望实现安全、高效破岩的目的.大理岩是一种典型的硬岩,常见许多工程之中,因此本文以大理岩为研究对象,首先将均质性较好的大理岩试样加热至不同温度(20~1000℃)后放入液氮中进行急速冷处理,然后对其进行了系列的物理力学性质测试.试验结果表明:处理后密度、纵波波速、抗拉强度、单轴抗压强度(UCS)和弹性模量整体上都随温度的上升而下降;当加热温度在100℃之前,大理岩表现出一定的热硬化现象,即随着温度升高,其UCS、纵波波速以及弹性变形模量均增大;UCS变化的阈值温度为400℃左右,一旦温度超过400℃,UCS迅速下降,其速率达到了9 MPa/100℃,当温度超过500℃弹性模量迅速下降,其速率达到7.00 GPa/100℃,表明岩样抵抗变形能力减弱.整体上,热加载降低了大理岩的脆性,使其在单轴作用下的破坏模式由脆性破坏逐渐转化为弹塑性破坏.

水化学作用下钙质砂岩力学特性的劣化及能量机制试验研究

岩石材料的变形与破坏与其在加载过程中能量的变化关系密切,为了研究不同水化学溶液对钙质砂岩力学特性和能量机制的影响,利用WDT–1500多功能材料试验机对化学腐蚀后饱和状态与自然状态钙质砂岩进行单轴压缩试验。试验结果表明:水化学溶液对钙质砂岩的强度特性与变形特性影响显著,腐蚀后其强度特征与抗变形能力均呈现不同程度的劣化,并具有明显的时间阶段性,化学腐蚀后砂岩有具有明显的脆性向延性转化的特征。腐蚀后砂岩各部分的应变能相对于自然状态下的有所降低,同时,以可释放弹性应变能形式储存下来的能量占吸收应变能的百分比有所降,并随着化学腐蚀时间的加长,Ue/U也随着降低。溶液的p H值、浓度和化学成分对砂岩试样峰值处各部分应变能的影响显著,说明:水化学溶液对试样吸收的应变能、储存能量极限有明显的影响。随着化学腐蚀时间的加长,化学溶液对砂岩试样的腐蚀程度越强,其吸收的总应变能和耗散能均有所增加,而可释放弹性应变能的时间效应并不明显。单轴压缩全过程中,自然与化学腐蚀后钙质砂岩试样能量的演化过程均有明显的阶段性。

化学腐蚀后砂岩三轴压缩力学特性及其能量机制的试验研究

为研究不同化学溶液对砂岩力学性质及能量特征的影响,采用不同的水化学溶液对砂岩试样进行腐蚀,利用WDT-1500多功能材料试验机对化学腐蚀后饱和状态与自然状态的试样进行常规三轴压缩试验。试验结果表明:化学腐蚀后砂岩试样的强度及其抗变形能力呈现不同程度的劣化;化学腐蚀后砂岩试样的峰值应变小于相同围压下自然状态试样的峰值应变,与单轴压缩条件下不同,这可能是由于围压和化学溶液共同作用的结果;砂岩试样的似软化系数与围压之间呈现负相关性,同时,其降低速率随着围压的增加而降低。砂岩试样峰值前吸收的能量绝大部分是以可释放弹性应变能Ue形式储存下来的,而化学腐蚀后砂岩试样以Ue形式储存下来的能量占其总吸收应变能的百分比却有所下降;同时,围压与试样的可释放应变能/应变能比值之间呈负相关性,而与耗散能/应变能比值存在正相关性;岩石脆性指标修正值呈现不同程度的增加,试样的脆性减弱延性增强,即塑性变形增加,塑性变形与耗散能之间具有很好的线性特征。溶液的pH值、浓度和化学成分对砂岩试样峰值处各部分应变能的影响显著。