煤层顶板破碎岩石压实特征的试验研究

 为研究煤层顶板破碎岩石压实特征,对义马新安煤层顶板砂岩、砂质泥岩和泥岩,利用自制装置在RMT–150B电液伺服岩石力学试验系统上进行压实试验,得到3种碎石压实试验的应力–应变关系,分析岩石强度、块径、压实应力对碎石压实特性的影响。结果表明：碎石压实变形过程可分为快速压实、缓慢压实和稳定压固3个阶段;碎胀系数随块径增大而增加,可以采用对数关系描述;碎石经历压实后残余碎胀系数与岩石强度、块径的关系不大,差异性有所减小,碎胀系数减幅与块径相关,块径越大减幅越大;压实度为压实应力的函数,块径越大压实度变化越明显;压实能耗随岩石强度增高而増大,砂岩、砂质泥岩与泥岩平均能耗比约为3.5∶2.2∶1.0,同种岩石块径大于5 mm后压实能耗与块径关系不大。     

饱和破碎泥岩蠕变过程中孔隙变化规律的试验研究

 破碎岩石具有显著的蠕变特性,可引起孔隙连续变化,从而导致渗透特性的连续变化。利用自制的破碎岩体多相耦合蠕变试验装置,研究饱和破碎泥岩蠕变过程中孔隙的变化规律。结果表明,破碎泥岩蠕变过程中孔隙率与时间呈负指数关系,整个过程具有明显的阶段性;荷载相同时,破碎泥岩粒径越小,孔隙率变化也越小,最终稳定下来的孔隙率越大;随着荷载的增大,这种因粒径不同而产生的孔隙率大小差异逐渐缩小;相同粒径下,荷载越大,孔隙率变化越快。     

松散岩块压实变形模量的试验研究

通过对松散岩块压实试验研究，得到了变形模量与轴向应力、轴向应变的相关性规律。试验结果表明：松散岩块的切线模量与轴向应力间呈指数关系，并随其颗粒粒径和岩性不同而变化；而其割线模量与轴向应力则呈线性关系；松散岩块的切线模量和割线模量均与轴向应地指数相关性。研究结果对松散岩块压实变形机理分析具有重要价值。     

松散岩块压实破碎规律的试验研究

通过对松散岩块压实破碎的试验研究,得出松散岩块的压实破碎规律。研究结果表明,岩块的破碎大部分发生在压力水平较低的情况下,一般相对压力小于0.5～0.6,当压力超过这个范围时,岩块的破碎率就很小了,颗粒的级配基本保持不变。岩块压实破碎后,当颗粒级配趋于稳定时,对于强度较低的岩块,所产生的细颗粒的成份较多;而对于强度较高的岩块,所产生的各级颗粒的含量相差并不明显;对于强度不同的岩块,其级配曲线具有很强的相似性和相关性,并可用二次多项式进行描述。     

坝基破碎岩体高压渗透变形原位试验

 为获取向家坝水电站坝基挤压破碎带岩体的渗透变形特性,针对坝基破碎岩体空间分布特点,研究适合于渗透变形试验的现场压水试验系统和压水试验方法,提出坝基岩体渗透变形的原位高压试验方法。本研究最大特点是采用对观测孔内的水质取样分析和钻孔电视录像进行对比分析方法来研究原位渗透变形特征,并提出确定临界水力坡降的基本判据。研究结果表明,所提出的原位渗透变形高压压水试验方法可以较好地反映破碎岩体实际环境状态,原位渗透变形试验获得的临界水力坡降较室内试验成果更真实合理。     

碎石土振动压实特性试验研究

利用自行研制开发的表面振动压实仪。对6种级配碎石土进行了室内振动压实试验，取得了不同激振力、不同激振频率和不同激振时间作用下的大量试验数据，研究了级配碎石十最大干密度与激振力、激振频牢之间的关系。提出了反映碎石上粒径级配的不均匀系数、曲率系数和特征粒径的级配特征值，并建赢了碎石上级配特征值、最大干密度、振动参数间的相关关系，存在良好的相关性。系统地研究了碎石土振动压实特性，研究结果具有蕈要的理论研究意义和工程指导作用。     

破碎岩石锚固结构承载力学特性模型试验研究

为揭示破碎岩石锚固结构承载失稳机制,探索支护构件与破碎岩石相互作用下锚固结构内部应力演化规律,通过自主研制的试验系统开展不同预紧力下破碎岩石锚固结构的自稳及再承载模型试验,研究破碎岩石锚固结构承载力学特性与变形破坏特征,分析破碎岩石锚固结构自稳及再承载全过程预紧力对结构内部压力和锚杆锚托力时空响应的影响规律,探讨破碎岩石锚固结构自稳及再承载失稳机制,并从强化破碎岩石锚固结构内部力链网络角度出发,提出以恒高预紧力、强均压护表、高刚度及合理支护密度为核心的巷道冒顶防控理念。结果表明：破碎岩石锚固结构自稳的临界锚杆预紧力约为3 N·m,其自稳过程内部压力在上层中部出现突增,并向四周扩散维持稳定,而在下层中部出现突降,这与结构内部力链网络重分布密切相关。随着锚杆预紧力的增大,锚固结构内部压力突增更显著、锚托力突降数值有所减小,表明高预紧力的破碎岩石锚固结构容易形成强力链网络,低预紧力的破碎岩石锚固结构力链网络较弱且离散显著,难以自稳及承载。破碎岩石锚固结构承载过程中出现频繁的大幅应力跌落,预紧力越大的模型应力跌落数值越大,且最大承载位移往往大于其峰值位移,对应的荷载也低于峰值荷载。破碎岩石锚固...     

含节理岩石试件的卸荷变形特性研究

 开展含节理岩石试件在主应力差卸载路径下的变形特性试验,试验发现：(1) 恒定s3减小s1卸载主应力差过程中,完整岩石卸载变形曲线与加载变形曲线基本重合,但节理试件加卸载变形曲线表现出较大差异,且卸载后试件轴向和环向均出现较大残余应变;(2) 按照2种不同路径卸载主应力差时,含节理试件变形特征存在很大差异。为从理论上研究含节理试件变形特征并解释上述试验现象,建立节理加卸载本构模型,并提出确定模型参数的方法。研究表明：用节理面加载与卸载变形特征的差异,从理论和试验结果两方面能很好地解释含节理岩石试件加卸载变形特性的差异以及在不同卸荷应力路径下的变形差异。研究成果可以反映含单组节理岩体的加卸载变形特性。     

岩石节理经历不同变形历史的剪切试验研究

基于不规则的人工岩石节理经历不同剪切变形历史的剪切试验，分析了岩石节理剪切变．形特性及与变形历史的依存关系。结果表明，岩石节理峰值和残余剪切应力随垂直应力的增加呈线性增长趋势，而剪胀特性已变得不明显。两类节理面在经历不同垂直应力下的剪切变形历史后，剪切应力均不再出现尖峰；而不同剪切变形历史主要影响节理的剪切强度，对剪胀特性影响较小。     

不同加载路径对岩石变形特性的影响

以往在研究岩石的力学特性时，大都采用持续加载的方法进行试验。三向压缩试验也不例外。就绝大多数工程而言，所遇到的却是在某种应力状态下由于开挖而产生一个方向应力减小、其他几个方向应力增大的现象。根据工程对岩体稳定性评价的要求，应该模拟不同加载路径的应力状态下的试验条件，以便掌握在该试验条件下岩石所作出的力学响应。通过对红砂岩在不同加载路径条件下的三轴试验。分析了不同加载路径所得到的应力，应变曲线及其对岩石的变形影响，得出了在不同加载路径条件下，岩石变形表现与常规试验有较大差异，有着较明显的非线性特性的结论。     

压缩带形成过程中渗透性变化试验研究

 压缩带的形成能够较大地降低岩石渗透性,存在潜在的经济价值。为研究岩石在压缩带形成过程中的渗透性变化特征、卸载围压时渗透性变化、体积应变与渗透性变化的关系,利用风化的高孔隙率岩石进行三轴试验,同时测量渗透性。试验中得到discrete压缩带、高角度剪切带、以及discrete压缩带、diffuse压缩带和高角度剪切带中2种的混合形式。试验中观察到3种不同类型的渗透性变化曲线。渗透性一般随轴向应变的增加而降低,在形成第一个局部化结构过程中渗透性突然大幅度降低。渗透性降低一般在2个数量级以内,大部分在1个量级以内。这比其他2～3个量级渗透性降低的结果小,但与试验中岩石颗粒破碎不严重相符合。在加载的后期,试件体积膨胀,而渗透性降低。因此,可能存在孔隙率增加而渗透性降低的现象。卸载围压过程中渗透性存在不同类型：有的渗透性随围压降低一直增加,而且增加越来越快;有的渗透性随围压降低先降低,而后增加。     

土石混合料压实特性试验研究

对不同级配、不同粗粒含量及破碎率的土石混合料进行了击实试验，分析了击实功、击实方法及等效处理法对土石混合料击实结果的影响。试验结果表明：级配良好的试样，压实特性较好；粗粒含量超过75％时，最大干密度增加不明显，此时，击实功不宜太大；等量替换法与大型击实试验结果接近。在实际施工过程中，应综合考虑以上因素，这样便能获得更好的压实效果。     

饱水对煤系地层岩石力学性质影响的试验研究

 为研究饱水对煤系地层岩石力学性质的影响,在自然和饱水状态下,利用RMT–150B岩石力学系统对砂岩、砂质泥岩和泥岩进行巴西劈裂、单轴压缩和常规三轴压缩试验。试验结果表明：3种岩石的平均吸水率为0.241%～0.482%,吸水率与时间的关系可以用对数函数进行拟合;饱水后对3种岩石的强度和变形特征均有不同程度的影响,泥岩表现最为明显,其次是砂质泥岩和砂岩,抗拉强度的软化系数为0.40～0.92;单轴抗压强度的软化系数为0.58～0.94,弹性模量的降低系数为0.58～0.95,变形模量的降低系数为0.68～0.94,泊松比的降低系数为1.08～1.11;三轴压缩峰值强度的软化系数K与围压?3大致成正相关,表明饱水状态下试样峰值强度对围压的敏感度大于自然状态下试样峰值强度对围压的敏感度;饱水对3种岩石试样的黏聚力均有不同程度降低,降低幅度为20.6%～67.0%,而摩擦因数大致保持不变,表明黏聚力是一个结构参数,摩擦因数是一个材料参数。     

隧道及井巷工程超前探测模拟及其偏移技术研究

隧道及井巷工程中前方地质构造超前探测是一项技术难题,目前国内在基于反射波法探测方面开展了大量的应用性研究工作,但较少进行探测方法布置及数据处理技术的研究,在实际工程探测中未取得较为理想的效果。利用多炮检反射波观测系统,通过水槽超声波试验模拟隧道及井巷掘进过程中可能遇到的不同地质条件,进行反射波超前数据采集,并实现了对数据绕射扫描偏移方法处理。探测模拟结果表明,多炮检反射波观测系统对不同地质条件产生的波阻抗差异具有明显的反应,其偏移结果与实际界面位置相吻合,但多层介质探测时对后续界面的分辨率降低。因此必须进一步完善三维多分量立体数据的采集与波动方程数据偏移方法技术的研究,增强对隧道及井巷工程前方复杂地质构造的探测能力。     

钙芒硝盐岩溶蚀试验研究

 采用μCT225KVFCB型高精度显微CT试验系统,对钙芒硝盐岩试样进行不同溶蚀时间的显微CT扫描,并根据整个溶蚀过程中射线的衰减系数变化,从细观的角度揭示钙芒硝盐岩的溶蚀规律。研究结果表明：随着溶蚀时间的持续,钙芒硝盐岩的密度损伤、孔隙率逐渐增大;随着孔隙率的增大,总比表面积逐渐减小且呈线性下降趋势,而通道比表面积的变化则比较特殊,表现为先增大后减小。研究结果对研究钙芒硝矿床原位溶浸开采的产出率、生产效率和地面沉降具有非常重要的意义。     

红层软岩变形特性试验研究

 以沪蓉西高速公路工程中发生变形破坏较多的巴东组红层软岩为研究对象,通过室内三轴压缩试验、现场承压板压缩试验及流变试验对岩体的变形特性进行系统分析。室内三轴试验分别对自然和饱水状态下的岩体进行分析研究,建立考虑结构面闭合变形的红层软岩弹性本构模型,并分析水对岩体变形特征的影响;现场承压板试验分别对泥质含量不同的2处岩体进行压缩试验,分析其变形特性的异同,同时对其中一点在外荷载作用下内部岩体的应力分布以及位移影响范围和深度进行探讨,并对循环荷载作用下岩体的变形特性进行分析;流变试验在3级不同荷载下进行,通过试验结果建立考虑结构面闭合变形的流变本构模型。通过以上一系列分析研究,从整体上把握巴东组红层软岩的变形特性,为深入研究该岩体其他特性打下基础,同时对该类岩体组成边坡,尤其是对反倾边坡的设计具有重要的指导意义,也为预应力锚索在该类岩体边坡中的加固效果研究提供参考。     

循环加、卸载条件下岩石类材料变形特性的实验研究

从不同位移速率、不同载荷水平和不同岩石孔隙性(如坚硬致密的细粒砂岩和软弱多孔的混凝土加气砖等)3个角度对岩石类材料在循环加、卸载条件下所形成的封闭塑性滞回环的演化规律进行探讨。通过对其实验结果的分析发现:(1)岩石类材料在循环加、卸载条件下的卸载曲线与加载曲线不重合,确实将形成一封闭的塑性滞回环;(2)循环加、卸载条件下,加载曲线段的位移变化量在第1次循环期间变化较大,但从第2次循环开始,其位移变化量的变化并不明显,而卸载曲线段的位移变化量在整个循环加、卸载过程中的变化似乎都不明显;(3)一般而言,位移速率越大纵向载荷–纵向位移曲线的斜率就越大,载荷水平越高第1次循环中载荷卸载至零时所残余的位移量也越大;(4)从第2次循环开始,在每次循环加、卸载完成之后,加载曲线段的起点与卸载曲线段的终点几乎是重合的,即从第2次循环实验开始几乎不再产生新的残余位移量;(5)针对具有不同孔隙性的岩石,在不同位移速率和不同载荷水平时其循环加、卸载条件下的变形响应程度将有所不同。