煤层水力压裂应力与裂隙演化的细观规律

水力压裂作为煤层强化增透技术的一种,其应力演化特征及裂隙形态与扩展范围的判断尤为重要。采用离散元数值方法,以导向压裂为背景,建立水力压裂流固耦合模型;通过应力路径、裂纹热点图等手段,探究水力压裂过程中压裂排量、泊松比、天然裂隙密度对应力演化和裂隙演化的影响及其细观规律。结果表明:不同压裂排量下的应力演化方向及最终应力路径曲线形状有着明显的不同,低排量下裂隙附近的应力比值逐渐增大,而在高排量下先增大后减小;煤层泊松比越大,平均压裂半径越低,但对起裂时间及裂隙的扩展形态影响不明显;天然裂隙的发育情况对水力裂隙的扩展起着关键性作用,高裂隙发育煤层水力裂隙扩展的方向性无法预测,应力演化方向会出现反转现象;压裂过程中不同区域的应力演化特征能够反映出裂隙的扩展状态,现场可通过监测压裂区域附近应力变化,判断水力压裂缝网的扩展范围。

高温后混凝土裂纹萌生及演变细观规律试验

火灾高温作用对混凝土的性能有很大影响,采用先进的实验技术研究经历高温后的混凝土力学特性对灾后混凝土结构的修复有重要意义。本文将实时激光全息干涉试验系统与静态承压装置相结合,在单轴连续静态荷载作用下分别对不同高温处理后混凝土试块动态测试。根据试验获得的干涉条纹的分布规律及其路径,直观地再现了混凝土的损伤演化过程,描述了混凝土构件的损伤演化断裂特征,为高温后混凝土结构破坏分析与缺陷诊断探索出了有效的试验方法。

强降雨条件下花岗岩残积土滑坡模拟试验及坡体滑移细观规律研究

以花岗岩残积土为代表性土样,制作4种不同坡度的边坡模型,分别进行4种不同强降雨条件下滑坡模拟试验.利用岩土细观变化的图像采集和分析系统,采集大量细观变化图像和照片;再通过计算机编写图像处理程序,获取土体颗粒团的细观运动数据信息和滑移轨迹.经过统计分析,从细观角度研究强降雨条件下残积土边坡模型坡体细观滑移规律,揭示出坡体宏观滑塌破坏形式与细观滑移运动演变之间的关系.

三轴加载过程中土体剪切带的细观演化规律

为揭示土体在加载过程中剪切带的细观演化规律,以陕西宝鸡某原状黄土为对象,进行了天然含水率条件下的三轴剪切试验,并在试验过程中采用CT技术进行了实时监测扫描,得到不同应变条件下各断面的CT切片。基于CT重建技术分析了试样在受荷条件下局部裂隙扩展逐渐贯穿形成完整剪切带的过程,推导了CT值与密度的定量关系,发现了等压固结条件下试样的端部约束效应较明显,揭示了不同应变条件下的CT值的变化规律。试验结果表明:在峰值强度前试样逐渐压密,在峰值强度后裂隙开始形成,并在接近残余强度时充分发育;各级应变下典型横剖面的局部CT值与密度均呈正态分布,随应变增加波峰位置下降,波形逐渐变宽。研究成果为岩土材料在受力过程的细观演化定量分析中提供了参考与借鉴。

基于颗粒流的膨胀土裂隙填充细观试验研究

为了更好地研究蒙脱石裂隙填充对膨胀土影响的作用机理,先进行室内试验,之后通过颗粒流法对直剪试验进行模拟,分析颗粒在剪切过程中的细观规律.在填充层厚度为1、1.5、2 mm三种情况下,通过位移等值线图和转角云图等从具体数值上分析颗粒运动的变化规律.主要结论如下:颗粒的位移随着剪切的进行不断增大,1 mm填充层位移变化随剪切的进行变化最为均匀,1.5 mm和2 mm填充层位移变化规律较为接近;当填充层厚度不同时,剪切面附近颗粒转角大小的变化规律相似,但在上部和下部有明显差别;颗粒的平均转角在剪切面附近达到最大值,沿中间位置向上部和下部逐渐减小;颗粒力链的变化规律符合宏观下力学规律,在剪应力峰值处强力链的方向基本一致.

基于承载板试验的风化千枚岩填料细观研究

为了解风化千枚岩填料在承载板试验中的细观变化,本文运用离散单元法颗粒流理论,采用粒间作用为平行黏结模型的圆球模拟土颗粒为研究对象,建立PFC2D计算模型,模拟了风化千枚岩颗粒在加载和卸荷状态下的应力-应变关系以及颗粒间的细观规律。数值计算结果和试验实测结果的比较表明:由p-l曲线计算的回弹模量值满足设计规范要求;位移场及接触应力场的变化现象与室内小型承载板试验宏观现象比较相似。