预制钻孔煤样冲击倾向性及能量耗散规律

基于煤的冲击倾向性测定方法进行预制钻孔煤样单轴加载试验,研究钻孔煤样的冲击倾向性变化规律,引入破碎颗粒分形维数与新增表面积,分析钻孔煤样破碎过程中的能量耗散规律。结果表明:(1)钻孔使试样以剪切劈裂破坏形式转变为在孔洞两侧孕育、融合裂隙并在岩桥之间产生贯穿裂纹的破坏形式,同时伴随塌孔现象。随钻孔排数增多,钻孔试样呈现出应力峰前塑性损伤逐渐增大,峰值强度降低、积聚弹性能减少,峰后破坏耗时延长、耗能提升的趋势,且单轴抗压强度、冲击能量指数、弹性能量指数均逐渐降低,动态破坏时间显著升高,冲击倾向性逐渐减弱。(2)试样破碎颗粒分形维数与新增表面积具有良好的负相关性:试样破碎程度越低,分形维数越高,新增表面积越小。(3)试样应力峰前能量的输入、耗散与新增表面积无明显关系。峰后能量释放及耗散规律与破碎颗粒新增表面积变化规律一致,新增表面积越大则峰后耗能越多。受加载速率及钻孔布置影响峰后能量差值与新增表面积变化呈"U"形变化趋势。钻孔减缓了试样峰后能量释放与能量耗散速率,且二者降低幅值较为相近,单孔试样降低约17.0%,双孔试样降低约68.3%,三孔试样降低约70.8%。钻孔卸压可以降低峰前积聚的应变能,降低峰后单位时间内释放的能量,使得不易发生动力破坏。     

复式钢管混凝土柱-钢梁外加强环板节点滞回性能及核心区变形研究

为了研究复式钢管混凝土外加强环板节点滞回性能及核心区变形场,基于数字散斑方法（DSCM）进行了复式钢管混凝土外加强环板节点低周往复加载试验,对节点的梁柱相对转角变化、核心区受剪性能、节点初始转动刚度以及滞回耗能特性等进行了分析。结果表明：节点弯矩-转角和核心区剪力-剪切变形滞回曲线没有捏拢,呈饱满的梭形,说明节点耗能性能良好;提高环板宽度、锚固腹板加肋和轴压比增大均可提高节点初始转动刚度和节点域抗剪刚度;提高梁柱线刚度比可提高节点的受弯能力、耗能能力和节点域剪切变形能力。节点域剪切变形对复式钢管混凝土柱 钢梁相对转角贡献较大,占比超过30%。测得的核心区剪应变云图分布基本发展为沿对角线对称,后期随着荷载增加,破坏形态为梁端弯曲的试件节点域剪应变发展较缓,而柱端压弯破坏的试件剪应变发展充分,在整个加载过程中,其节点核心区剪应变为梁端弯曲破坏试件的2~3倍。     

煤岩组合结构失稳滑动过程的实验研究

为了研究结构失稳型冲击地压机理,依据双面剪切实验模型设计了砂岩-煤组合试样在不同轴向荷载下的滑动摩擦实验,运用数字相机和声发射记录仪搭建了声光监测系统,克服以往煤岩摩擦实验不易进行位移观测的难题。实验研究了煤岩组合样本失稳滑动的产生条件、特定条件下的滑动类型、位移演化规律以及滑动过程所伴随的声发射特征。实验发现：组合结构的滑动形式与轴向荷载具有相关性,轴向荷载越大,越易于出现失稳滑动;失稳滑动前无明显的位移征兆,失稳滑动后,滑动位移快速增长;产生滑动时的剪切应力峰值与轴向荷载呈正相关性,而失稳滑动产生的位移量与轴向荷载无相关性,本次实验一次失稳滑动产生的最大滑动位移为35.5 μm,最小为5.6 μm;试件滑动前有较为密集的声发射事件出现,稳定滑动后,声发射数降低。实验模拟了结构失稳型冲击地压的发生过程,并对于认识断层活化,以及煤体克服顶底板夹持作用突然滑出的物理过程具有重要意义。     

双轴比例加载条件下岩石的应变局部化分析

采用梯度塑性理论对双轴比例加载条件下岩石变形局部化进行研究.应用应变梯度塑性增量本构关系,推导Mises屈服准则下岩石应变局部化带的带宽及其倾角的解析表达式.通过绘制定值泊松比和定值E/λ条件下的应变局部化带的带宽与倾角随双向荷载比值的变化曲线,分析应变局部化带宽度和倾角的变化范围及极值.结果表明:双轴比例加载条件下泊松比和E/λ对应变局部化带带宽和倾角的扩展作用效果相反,双向荷载比值在一定区间内的提高会促进应变局部化带的发展,区间具体大小与泊松比、E/λ有关.     

煤破坏过程中的温度演化特征实验研究

 以红外热像仪和数字散斑相关方法作为试验观测手段,对一种煤试件进行实验研究,观测和分析煤试件从变形到破坏过程中的变形演化、温度演化及二者的对应变化关系。研究结果表明：(1) 煤试件变形场演化主要体现为初期的均匀变形演化到加载峰值前的变形集中带形成,加载峰后阶段主要为变形集中带的加速滑动;(2) 煤试件温度场演化在加载峰前由于受压应力作用,内部质点间距发生改变的热力耦合效应引起温度上升,在加载峰后阶段由于变形集中带内煤体受拉剪作用及变形集中带的滑动,引起温度降低;(3) 煤试件在变形破坏过程中存在明显的温度场变化,且变形集中带内、外温度演化特征相似,加载峰前阶段温度增加,加载峰后阶段温度降低,但变形集中带内温度总体高于带外温度。     

对“岩石塑性应变梯度与Ⅱ类岩石变形行为研究”讨论的答复

感谢范华林、金丰年和浦奎源对“岩石塑性应变梯度与Ⅱ类岩石变形行为研究”的讨论 (以下简称 :“讨论”) ,现就有关问题答复如下 : ( 1 )变形局部化是材料不稳定的重要表现形式 ,是材料破坏的先兆 ,在广泛的材料如金属材料、复合材料和地质材料等都可观测到 ,是国际上一个研究热点[1] 。目前 ,解释变形局部化现象一般采用可考虑材料细观结构的Ｃｏｓｓｅｒａｔ微极理论和梯度塑性理论。对于岩石的宏观尺度与其内部的裂隙和孔隙尺度的数量级相差较大时 ,仍可用将岩石做为连续介质的研究方法对岩石破坏进行研究 ,用连续介质力学的框架和材料学的方法 ,定量地分析不稳定性 ,剪切带的形成[2 ] 。作者汲取上述     

不同加载速率下岩石断面细观特征研究

以高速相机和CCD相机搭建数字图像采集系统,利用数字散斑相关方法对数字图像进行分析,开展不同加载速率下岩石断面细观特征研究。对不同加载速率下岩石断裂强度、沿晶断裂特征以及裂隙演化特征进行了分析。从分析结果可知,随着加载速率增加,岩石断裂强度总体呈增加趋势;通过对不同加载速率下沿晶断裂占断面总面积比例的分析可知,随着加载速率增加,沿晶断裂占断面总面积的比例呈先减小后增大的变化趋势;从图像灰度相关性角度分析可知,不同加载速率作用下岩石断裂过程中,裂隙演化特征存在较大差异。     

循环加载岩石界面滑移位移演化特征试验研究

在岩土工程实践中,岩石界面摩擦滑移会引起工程失稳问题,严重威胁着人们的生命财产安全;岩石界面的滑移问题往往处于一种往复加载状态,目前大多数学者对于岩石界面滑移问题的研究往往是在单一的加载状态下进行的,而对于往复加载状态研究较少;为了研究循环加卸载作用下界面滑移位移场演化特征,设计并开展了花岗岩试件恒定围压下的双剪模型试验研究。利用CCD相机采集界面滑移过程中的散斑图像,并利用白光数值散斑相关方法对该组花岗岩试件在实验过程中的位移场、摩擦滑移位移在循环加卸载情况下的演化特征进行研究分析。试验结果表明:①在循环加卸载作用下,随着循环次数的增加,位移场会发生明显的摩擦滑移,且当循环到一定次数,试件会发生整体黏滑现象;②随着循环次数的增加,位移场随着循环加卸载发生明显的时空演化特征,空间上存在明显的剪切位移增大和减小区域,同时随着循环次数的增加位移存在明显的累积,表现为位移演化的分区性及剪切位移场累积效应。时间上存在剪切位移演化相对于剪切应力的滞后性;③相同剪应力水平下,随着循环次数的增加,垂直位移整体趋势有所降低,界面咬合程度增加,水平滑动位移有所增加,界面分区滑动机制改变,加载端和自由端存在明显的黏滑现象;④在试件发生整体黏滑前后,剪切位移随着循环次数的增加发生不同的变化;黏滑前,随着循环次数的增加,剪切位移缓慢增大,黏滑后,随着循环次数的增加剪切位移明显增大;即黏滑前后,界面滑移速率由小变大。     

三元复合体系乳状液在岩石介质中渗流的数值模拟

三元复合驱是一种具有广阔应用前景的采油新方法,通过数值模拟的手段研究三元复合体系在岩石中的渗流规律对于三元复合驱在石油工程中的应用具有十分重要的意义.为此,作者配置了7种不同成分的乳状液,通过流变实验得出了乳状液流变曲线.研究表明,原油/三元复合体系乳状液为非牛顿流体,其流变方程可用幂律方程表示.在流变实验的基础上,根据渗流连续性方程,推导给出了原油/三元复合体系乳状液在岩石介质中的渗流方程.在对非线性渗流分析的基础上,利用ANSYS应用软件,对渗透系数矩阵进行了相应的调整,给出了模拟乳状液在地下渗流的方法.最后,利用ANSYS软件,对原油/三元复合体系乳状液在一区块内的渗流情况进行了数值模拟,得到了井间的压力分布曲线和区块模型中的压力分布情况.     

单轴加载下煤样失稳破坏的多参量前兆特征

建立了多参量监测系统,包括声发射、介电常数、应变场和表面温度场等监测手段,来研究在单轴压缩条件下,变形局部化演化过程中煤样失稳破坏的多参量前兆特征.研究发现:在煤样劈裂破坏过程中,变形局部化带的演化经历了3个阶段:在第Ⅰ阶段中,变形局部化相对滑动分量占据主导;第Ⅱ阶段中,相对拉伸分量快速增加;第Ⅲ阶段中,相对拉伸分量和相对滑动分量均急剧增大.样品表面温度场前兆特征发生在第Ⅱ阶段,介电常数前兆特征发生在第Ⅲ阶段,声发射前兆特征发生在第Ⅰ和第Ⅱ阶段.