万福煤矿深厚表土层冻土力学性质试验研究

针对山东万福煤矿深厚表土采用冻结法施工的基础数据不足及工程经验欠缺等难题,采 集万福煤矿的深部土样,开展深厚表土层冻土力学性能参数的测试与研究。结果表明:在本试验 设计的冻结温度下,冻土试样的单轴抗压强度、三轴抗压强度、蠕变应力及冻胀力随着冻结温度 的降低均呈现增大的趋势,同时深部表土层的冻土蠕变性质表现尤为明显,含水率和采样深度对 冻结壁设计的影响不可忽略。通过对原状土单轴压缩试验、三轴抗压强度试验、单轴蠕变试验、 冻胀试验等数据进行多元回归分析,综合考虑冻结温度、含水率和采样深度对冻土试样力学性能 的影响,归纳得到的数学模型拟合程度高,相关性好,为深厚表土层冻结壁的设计和在不同地层 地质条件下力学参数的确定提供了技术支撑。     

袁大滩矿主斜井冻土物理力学性质研究

为分析冻土单轴抗压强度、弹性模量和泊松比随温度变化的规律,以及冻土的蠕变规律,开展单轴压缩和单轴蠕变试验,研究袁大滩矿主斜井冻结表土层的物理力学性质。试验结果表明,单轴抗压强度和弹性模量随冻土温度的降低而增加,泊松比随冻土温度的降低而减小,冻土的蠕变应变较小,但当应力水平较高时,冻结黏土会发生蠕变断裂。     

平凉安家庄矿人工冻土力学性能试验分析

平凉安家庄煤矿主副风井拟采用冻结法施工,为了给白垩系地层冻结设计提供参数依据,对安家庄井筒检查孔所取土样进行了人工冻结的单轴抗压强度、三轴剪切强度及土壤热物理性能试验研究,得到了其应力-应变的关系及导热比热及结冰温度等参数,试验结果为平凉地区类似矿井冻结设计、施工提供了基础。     

厚600m以上冲积层冻结壁厚度设计方法研究

冻结法凿井是井筒穿过厚600 m及以上冲积层的主要凿井方法,冻结壁厚度设计计算方法是深厚冲积层冻结法凿井必须要攻克的难题之一。且深厚冲积层冻结壁厚度计算公式中涉及的相关参数难以确定,无法在工程中设计应用。结合赵固二矿西风井厚704.6 m冲积层冻结法凿井工程实践,提出厚600～1 000 m冲积层冻结壁设计时可采用经典的多姆克计算公式、维亚洛夫—扎列茨基有限段高塑性计算公式分别计算砂性土层、黏性土层冻结壁厚度,并提出计算公式中掘进段高、冻土抗压强度等关键参数取值方法。提出厚600 m以上冲积层冻结法凿井深部采用爆破掘进时,应将爆破掘进段高作为计算段高代入维亚洛夫—扎列茨基有限段高塑性计算公式,从而计算得到正确的黏性土层冻结壁厚度。针对深部不同层位地层冻土抗压强度试验值具有很大离散性的特点,提出冻结壁设计要从安全性、先进性、经济合理性的角度综合考量,系统分析冻土、非冻土抗压强度试验特点和深厚冲积层冻结段掘进工艺特点,冻土计算强度选取应区分均值与低值,均值用来计算各层位一般状态下的冻结壁厚度,低值用来核算层位最不利情况下的冻结壁厚度。提出合理发挥掘砌段高调控对冻结壁稳定性的影响作用,确定深厚冲积层黏性土层控制层位冻土计算强度取值和冻结壁设计厚度。设计方法在工程实践得到验证,取得安全优质、经济合理、快速施工的效果,科学指导了施工。     

伊犁肖西矿井人工冻结岩石物理力学特性分析

对伊犁矿区肖西矿井筒冻结岩石的物理力学特性进行了试验研究,得到了主要层位导热系数、比热容等热物理参数及-5,-10,-15℃冻结状态下的单轴抗压强度、弹性模量等力学参数;并对岩石常温与低温状态下的物理力学特性作了对比分析,为该地区矿井冻结工程设计和施工提供了参考。     

万福矿深部黏土冻结状态的蠕变性状及其参数

根据万福矿井深部黏性土层冻土的蠕变试验结果,确定出-15℃,-20℃及-25℃冻土温度下深部3层黏性土试样的蠕变参数.对比结果表明,-20℃及-25℃冻土温度下,土的蠕变性明显降低,蠕变幅度达到20%的承压能力高于6 MPa,可以其作为深部黏性土层冻结施工的最低控制标准.     

人工冻结黏土经验模型参数确定及蠕变规律验证

人工冻结法不仅常用于软土、砂层中地铁旁通道开挖及基坑围护等工程,在富水、深厚岩土层矿山井筒建设中也常采用此方法。掌握人工冻土物理力学性质及蠕变规律对安全、快速施工至关重要。对采用冻结法施工的某矿立井深部地层黏土进行-5、-8、-10、-15 ℃下单轴抗压强度试验及不同应力水平的蠕变特性试验。试验结果表明：抗压强度与冻结温度呈线性相关;在同一试验温度下,随着应力等级升高,轴向变形呈上升趋势;在同一应力水平下,随着试验环境温度下降,轴向变形呈下降趋势。引入考虑温度效应的经验蠕变模型,在各负温及不同应力水平下的应变与时间取对数具有线性关系的基础上,将线性表达式代入对应公式中联立方程组进行求解确定模型参数。将模型计算值与试验数据进行对比,反映出该模型能够较好地模拟人工冻结黏土蠕变初始变形阶段和稳定变形阶段。所建立的模型具有参数较少、易于确定、参数物理意义明确等优点,为冻结壁设计提供了一种有效的计算方法。     

人工冻黏土单轴无侧限抗压强度试验研究

对祁南矿井3个不同层位的原状冻土样及同含水率下的重塑冻土样进行单轴无侧限抗压强度试验。试验分析表明:原状冻土试样破坏时均发生沿斜向下45°～55°方向的剪切破坏,而重塑冻土试样破坏时表面产生网状裂纹,呈塑性破坏;试验过程中原状冻土和重塑冻土试样的应力-应变曲线均呈现出软化现象,采用改进后的软化模型能够较好拟合试验曲线的发展趋势;同一土样在相同含水率下,负温对重塑土抗压强度的影响程度大于原状土,且负温越大,影响程度越大,当负温达到一定值后,重塑冻土的抗压强度接近原状冻土的抗压强度;试验建立了以温度为变量的指数函数强度模型以及幂函数峰值强度比模型。     

查干淖尔矿风井冻结温度场分析

采用ANSYS软件对查干淖尔矿风井冻结法施工的冻结温度场进行数值模拟,根据测温孔测得的温度数据,对冻土热物理参数进行了参数反演,获得了符合工程实际情况的冻土热物理参数,基于反演得到的最优参数,预测分析了井筒开挖层位的冻结壁平均温度、冻结壁平均厚度、井帮温度、冻结交圈时间等设计参数,为井筒的施工提供了科学的指导作用。     

土工基本参数与冻结粘性土瞬时单轴抗压强度的关联分析

冻结凿井工程中的断冻结管事故，多数发生在深厚粘土层中。冻结粘土强区低是断管原因之一。试验研究表明：冻结粘性土的时时单轴抗压强度同其土工基本参数有关联关系，粘粒和粉粒量超过９０％、塑性指数大于２８、自由膨胀率大于１００％冻土的瞬时单轴抗压强度最低，冻结施工中应加强对这类土层冻结。     

负温下白垩系岩石的物理力学性能试验研究

 摘要：通过对常温（20℃）和负温（5℃~-15℃）下内蒙鄂尔多斯地区白垩系岩层的物理力学性能试验,获得了不同负温条件下岩石的单轴抗压强度、弹性模量、应力-应变关系曲线等力学性能,分析了单轴抗压强度与温度、含水率之间的相互影响关系,为内蒙鄂尔多斯地区白垩系地层的冻结法施工和井壁结构设计提供参考数据。     

西北地区风化岩土体冻结特性及抗压强度分析

陕北侏罗纪煤田榆横矿区松散层较厚,岩石风化严重,冻结井筒施工设计需要依据表土和风化岩石的冻结特性和力学参数。目前对于风化岩土体的冻结特性及力学性质尚未有研究,根据榆横矿区钻孔风化岩土体取样,对细砂、黏土、细粒砂岩、粉砂岩和砂质泥岩试件进行了冻结温度、冻胀特性和冻结单轴抗压方面的试验研究。结果表明:表土的冻结温度介于-1.0～-1.5℃之间,风化岩层冻结温度相对较低,介于-2.5～-3.0℃之间;表土的冻胀率和冻胀力明显大于风化岩石;随冻结温度的降低,试件的抗压强度逐渐增大,且增长幅度呈加快的趋势;冻结温度对细砂、黏土和粉砂岩抗压强度的增强幅度相对较大,对细粒砂岩和砂质泥岩的增强幅度相对较小。     

高家堡煤矿冻岩单轴压缩力学性质试验研究

基于岩石低温损伤问题,为进一步研究砂岩低温下物理力学性质变化,对高家堡煤矿525,657和782 m深度层位砂岩,进行了不同低温(-15～-5℃)下的单轴压缩试验,观察3个深度层位砂岩在不同低温下的单轴压缩后的破坏模式,并分析应力、应变变化规律以及单轴抗压强度、弹性模量和泊松比随温度的变化规律。试验结果表明,在试验温度范围内,砂岩单轴抗压强度、弹性模量和泊松比均受温度影响较大,单轴抗压强度和弹性模量随温度的降低而增加,泊松比随温度的降低而减小。拟合出砂岩单轴抗压强度、弹性模量和泊松比随温度的变化曲线,得出结论:砂岩单轴抗压强度和弹性模量在-15～-10℃温度范围内的变化率,比在-10～-5℃温度范围内更大;而其泊松比变化率受温度影响不大。     

土的力学性质概论

液态、气态和固态物体有不同的力学性质,表现为不同的应力应变规律、单轴抗压强度剪切强度及压力传递特点.土是液体、气体和固体颗粒组成,它的力学性质组组成土的液体、气体和固体土颗粒力学性质综合影响确定.土特有力学性质是:弹塑性变形,变形表现为土的体积与质量减小,变形稳定需要一定时间.外力对土作的功与土物理力学指标有一定相关关系.     

人工二次冻融土热力学参数试验

通过对上海软土某工程3种不同的土样进行不同状态下（原状土、一次冻融土、二次冻融土）进行土工力学及人工冻土试验和结果分析,得到土体在二次冻融循环作用下主要热力学参数的变化规律：与一次冻结相比,二次冻结时土的冻结温度、导热系数、冻胀力和冻胀率略有降低,而融沉率则变大.     

基于纳米SiO2改良的橡胶冻黏土性能试验研究

为研究橡胶改良冻土的力学性能,提高废弃橡胶利用率,通过掺入1%和3%的SiO_2对橡胶改良冻土性能进行再改良。采用WDT-100D型冻土压力试验机,针对不同纳米SiO_2和不同橡胶掺量的冻土进行轴向抗压强度试验,得到了不同冻结温度水平下改良冻土的破坏形态、力学参数及应力应变关系曲线,确定了纳米SiO_2和橡胶掺量对冻结黏土力学性能和破坏特征的影响规律。结果表明:掺入10%的橡胶对冻结黏土的抗压强度、弹性模量提升效果较好,橡胶掺量过多时提升效果较差;在橡胶改良土体中掺入纳米SiO_2可以进一步提升改良冻土的韧性、轴向抗压强度,进一步减小土体的受压破坏程度,提升橡胶利用率。     

冻结白垩系砂岩强度特性试验研究

为研究白垩系地层冻结砂岩的强度特性,采用MTS-815电液伺服岩石试验系统开展了不同温度状态下饱和中砂岩和粗砂岩的单轴压缩试验,获得冻结白垩系砂岩的力学性质与低温的相关性。试验表明:冻结白垩系中粒砂岩及粗粒砂岩,其单轴抗压强度均随温度的降低而增大,从25℃降至-30℃的过程,中粒砂岩强度提高了49.475%~64.656%,而粗粒砂岩的强度提高了59.455%~84.886%,相同温度下,饱和粗粒砂岩的单轴强度总是大于中粒砂岩;两种岩石强度的差异性较大,且差值随着温度降低而总体上不断增大;随着温度的降低冻结白垩系岩石弹性模量明显增大,应力-应变曲线的压密段和塑性变形段越来越不明显,表现出更明显的弹性和脆性特征。通过试验结果分析,可为该地区冻结法凿井冻结壁和井壁的设计参数的选取提供参考。     

三岔河矿区矿体岩石物理力学试验研究

通过对三岔河矿区岩体进行试验研究,得出了该矿区具有代表性岩石的密度、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、剪切强度、内摩擦角、粘聚力、弹性模量和泊松比等岩石的物理力学性质;并通过对岩石物理力学参数进行工程处理,得到了符合工程实际的岩体力学参数,为开采设计、物理模拟、数值模拟和实际生产提供了科学依据。     

乌鲁木齐市主要岩土层物理力学性质指标的相关性分析

对岩土层物理力学性质指标进行数理统计,研究其相关关系具有重要工程意义。在对乌鲁木齐城区主要岩土层土工试验数据和原位测试数据收集的基础上,运用数理统计和概率论的方法,对该地区主要岩土层物理力学性质指标进行了概率统计特征分析和相关性分析,并建立了岩土参数之间的经验公式。研究结果表明：粉土物理力学参数和泥岩单轴抗压强度基本符合正态分布;粉土液性指数和含水率、塑限和液限的相关性极强,主要呈线性相关性;卵石的重力触探击数与剪切波速存在一定相关性,但相关性较弱;泥岩剪切波速与天然单轴抗压强度存在强相关性,与饱和单轴抗压强度存在中等相关性,主要呈线性相关性。通过对乌鲁木齐城区主要岩土参数特性及其相关性的分析研究,可以为乌鲁木齐城区岩土工程勘察、设计和施工提供参考。     

不同温度及橡胶掺量下冻结黏土力学性能

为研究橡胶改良冻结黏土的力学特性,探究其随温度及橡胶掺量的变化关系,并确定不同温度水平下的最佳橡胶掺量,选用WDT-100型冻土压力试验机,采用应变加载的方式对矿井黏土进行单轴抗压强度试验,得到不同橡胶掺量和不同冻结温度条件下改良土体的力学性能指标及应力应变关系曲线。结果表明:橡胶的掺入可提高冻结黏土的弹性模量和强度,掺量为10%～15%时提升效果最显著;橡胶对冻结黏土强度的提升幅度,随冻结温度的降低而减小;橡胶掺量为10%时冻结黏土受压后破坏程度最小;温度为-5℃和-10℃时,掺入橡胶可以提高冻结黏土的韧性,温度低至-15℃时,掺入橡胶使得冻结黏土韧性降低。