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。     

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。     

陕北地区人工冻土蠕变试验研究

以小纪汗煤矿小苏计井筒检查孔为研究对象,在安徽理工大学冻土实验室内进行试验,根据冻土的单轴抗压强度试验、单轴蠕变试验及其数据分析得到冻土本构关系曲线以及蠕变曲线规律,这对陕北地区矿井井筒的冻结法的设计和施工具有指导意义。     

冻结钙质粘土的强度试验研究

通过对冻结钙质粘土的波速测定,证实随着温度的降低波速增大;波速与试件的密度有关,密度越大,则波速越大.并通过对不同低温下冻结钙质粘土的单轴抗压强度试验,得出其单轴抗压强度和弹性模量随温度的降低而增大.     

深厚冲积层人工冻土力学性能试验研究

为了获得深厚冲积层的冻土物理力学参数,从施工现场获得了十个层位(-193~-624m)的原状土样,在实验室中完成了十个层位重塑土冻结后的物理力学参数测试。试验结果表明:相同冻结温度条件下,第2层冻土冻胀力最大,第8层冻土冻胀力次之,而第9层冻胀力最低;第5土层冻结后单轴抗压强度最高,地层冻结稳定性较好,相比较第8层单轴抗压强度最低,地层冻结稳定性较差;第4~6层土层的粘聚力受冻结温度影响较为敏感;-15℃的冻结土层条件下,不同恒定应力剪切时第3、4、5层黏土的剪切蠕变变形量相对较大。地层土层结构特征、含水率、温度、应力与时间是影响冻土强度的关键因素。     

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。     

不同温度及橡胶掺量下冻结黏土力学性能北大核心

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。     

深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性试验

为研究深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性,通过对某金矿19~1 320 m深度水平的花岗岩岩样的岩石参数(单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、天然重度等)统计分析,结果发现,岩石参数变异系数大小顺序为：弹性模量>单轴抗压强度>黏聚力>泊松比>内摩擦角>天然重度;单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角、天然重度随着深度增加有线性增大趋势,而泊松比随深度增加有线性减小趋势;根据地质统计学的变异函数,拟合出岩石参数最优模型,分析了岩石参数在空间变异的性质,天然重度在赋存深度尺度内变异性小,而弹性模量和单轴抗压强度变异性较大。许多学者对土的参数变异性研究相对较多,而对岩石参数的变异性研究相对较少,以岩石试验为基础对岩石参数进行分析,揭示了岩石参数随赋存深度变化的规律及变异性,对深部开采有一定参考意义。     

原状与重塑冻结黏土单轴抗压对比试验

以某矿区地下不同深度的黏土为研究对象,采用冻土的单轴压缩试验,在3种温度下对原状与重塑人工冻土进行压缩指标及破坏特征的测定,并分析了因不同温度及不同深度下压缩特征的变化规律。结果表明:原状冻黏土在-5℃时呈现腰鼓状的塑性破坏,-10℃与-15℃下则为脆性破坏,重塑冻黏土在-5℃与-10℃下呈现塑性破坏,-15℃下则为脆性破坏;冻土的抗压强度随温度降低而增强,抗压强度与温度的关系可用指数函数来进行拟合,3种温度中-10℃情况下的峰值应变最大;温度越低弹性模量越大,弹性模量与温度的关系呈线性关系,相比于重塑冻黏土,温度对原状冻黏土弹性模量的影响更大;温度越低,深度对抗压强度比值的影响越小,重塑冻黏土的抗压强度越接近原状冻黏土的抗压强度。     

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。     

离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响研究

构建不同结构特征的离散裂隙网络,然后建立相应的等效岩体模型,通过单轴压缩数值试验得到等效岩体模型的力学参数,分析离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响。结果表明：随着裂隙密度P₃₂的增加,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变近似线性递减,泊松比近似线性递增；随着裂隙倾角均值的增加,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变先减小后增大,泊松比先增大后减小,在60°时达到极值；对于裂隙倾角的分布特征,当裂隙倾角均值为60°时,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变随Fisher分布常数的增加而减小,泊松比随Fisher分布常数的增加而增加,而对于其它裂隙倾角均值的情况,Fisher分布常数对裂隙岩体力学参数的影响较小；对于裂隙直径的分布特征,幂律分布指数对裂隙岩体力学参数的影响较小；敏感性分析结果表明,单轴抗压强度对于离散裂隙网络几何参数的敏感性最大,弹性模量的敏感性最小。     

人工冻结钙质粘土无侧限抗压强度影响因素试验研究

对典型的钙质粘土进行人工冻土单轴抗压强度试验，分析了强度曲线的特征，得到冻结钙质粘土抗压强度随冻结温度、应变速率的变化规律，及在不同养护时间，尺寸效应的影响规律，其结论对冻结法施工冻结壁设计具有应用价值。     

冻结粉质黏土强度同温度和含水率的关系

通过对不同温度、不同含水率下的人工冻结粉质黏土单轴无侧限抗压强度试验,得出其抗压强度随冻结温度和含水率的变化规律,试验结果对冻土工程的设计和施工具有一定的参考价值。     

不同温度下混凝土材料的短时蠕变特性研究

通过对不同温度下混凝土试块进行单轴压缩蠕变试验,研究分析不同温度下混凝土材料的蠕变特性。研究结果表明,温度对混凝土的蠕变有重要的影响,蠕变随温度的升高而降低,不同温度下混凝土的蠕变速率随温度的升高而减小,最大减小了83.7%,这反映出温度对混凝土的蠕变起抑制作用;根据蠕变劲度所反映出的变形速率的关系,蠕变劲度随混凝土温度的增大而变小,其中最大的变化降低了约39.7%;通过西原模型进行数据拟合所得到的蠕变参数与试验结果对比,准确反映出不同温度下混凝土材料的蠕变特性,混凝土的温度越高,粘弹性模量越小,蠕变变形越小。     

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。     

含盐对长三角粉砂冻土无侧限抗压强度的影响

通过试验手段,对长三角粉砂含盐冻土的强度特性进行分析,研究了不同盐度的重塑土在不同温度下的强度表现。以无侧限抗压强度为研究对象,对冻土强度和含盐量的关系进行分析,分别得到了几个典型温度下的冻土强度和含盐量的关系。结果表明:强度随盐度的增大而成指数降低,降低幅度在低温和高盐度时较小。试验结果可为近海、沿海地区人工冻结法提供理论基础。     

长期荷载对人工冻土单轴强度的影响

取自煤矿井检孔的原状黏土,加工成准50 mm×100 mm标准试样,先分别在-5℃、-10℃、-15℃下进行单轴压缩试验获得单轴极限抗压强度,然后进行-5℃、-10℃、-15℃下蠕变荷载分别为0.3σs、0.5σs的单轴蠕变试验,最后将蠕变试验后的试样进行单轴压缩试验。结果表明:随着温度的降低,原状黏土的单轴抗压强度不断提高;原状黏土经受长期荷载后的单轴抗压强度有所降低,在-5℃降幅最大达到15%,且都是塑性破坏方式。     

石灰岩单轴压缩尺度效应试验研究

选取河北省井陉坚硬致密的石灰岩,加工成截面为50mm×50mm,长度分别为50, 100, 150, 200, 250, 350, 400mm的方柱,进行单轴压缩试验,得出了一些统计规律: ( 1 )长细比在1~3倍范围内,长细比对岩柱单轴抗压强度没有显著影响,而弹性模量近似呈直线增大,变形模量变化与弹性模量类似,其值约为弹性模量的83%; ( 2 )随着岩柱长细比的增大,岩柱脆性增强,岩柱对应力集中的敏感程度增大,长细比大于3以后,岩柱单轴抗压强度随长细比增加呈幂函数关系减小; (3)岩柱泊松比随长细比增加呈幂函数增大,长细比大于3以后,岩柱表面破损严重,其泊松比变化在0.4左右; (4)岩柱轴向极限应变随长细比增加呈幂函数减小,其吸收能量的性能减弱。     

冻融循环条件下人工冻结砂土力学特性试验研究

通过两淮地区人工冻结砂土在不同含水率和冻结温度(-5℃、-10℃、-15℃等3水平)下进行冻融循环单轴无侧限抗压强度试验。结果表明：在冻结温度较高(-5℃)的条件下,不同含水率的冻结砂土随着冻融循环次数的增加,无侧限抗压强度先减小后增大。当冻结温度较高(-10℃)时,随着冻融作用次数的增加,瞬时强度先增加后减小,但变化幅度很小。当冻结温度为-15℃时,冻融作用对人工冻土的单轴抗压强度影响不显著。在试验温度范围内,冻融作用使其强度变化范围为0.16～1.32MPa。试验结果对深部矿井冻结法设计和施工提供科学指导。     

侏罗系冻结砂岩单轴抗压强度与孔隙度的关联性分析

为研究冻结条件下岩石的孔隙度与单轴抗压强度之间的关系,对人工冻结条件下的侏罗系饱和含水砂岩进行了核磁共振测试和单轴压缩试验;分析了不同温度条件下,温度与单轴抗压强度和孔隙度之间的关系,并将孔隙度和单轴抗压强度进行了关联分析。研究结果表明:砂岩单轴抗压强度和温度满足二次曲线变化关系;-5～-15℃等温度区间,单轴抗压强度增长值从4.54 MPa降至0.54 MPa,单轴抗压强度增长率从14.22%降至1.33%;饱和冻结砂岩孔隙度随着温度的下降,其孔隙度亦减小,且孔隙度和温度的关系符合幂指函数变化规律;冻结砂岩孔隙度和其单轴抗压强度满足幂指函数关系。