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岩石单轴压缩下破坏失稳过程SEM即时研究 被引量:33
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作者 黄明利 唐春安 朱万成 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第4期426-429,共4页
通过在扫描电镜下进行单轴加载实验,即时观察分析岩石受力过程中微裂纹的萌生、扩展和贯通破坏的全过程,得到各试样的应力应变曲线及其所对应的微结构变化的电镜照片·实验结果表明,岩石试件的变形与破坏过程可以分为裂纹压密... 通过在扫描电镜下进行单轴加载实验,即时观察分析岩石受力过程中微裂纹的萌生、扩展和贯通破坏的全过程,得到各试样的应力应变曲线及其所对应的微结构变化的电镜照片·实验结果表明,岩石试件的变形与破坏过程可以分为裂纹压密、微裂纹萌生和扩展以及断裂破坏3 个阶段;微裂缝首先在预裂缝周围的拉应力集中区产生,随着外载荷的增加不断扩展,最后形成与最大主应力方向平行的宏观断裂带· 展开更多
关键词 单轴压缩实验 预裂纹 失稳过程 岩石 破坏失稳
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煤岩单轴压缩破坏PFC^(2D)数值反演模拟研究 被引量:11
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作者 周天白 杨小彬 韩心星 《矿业科学学报》 2017年第3期260-266,共7页
煤岩材料作为一种天然非均匀不连续材料,实验室里很难获得其可重复性实验结果。文章基于PFC^(2D)离散元软件,采用数值实验反演煤岩材料参数,得到煤岩材料变形破坏的主控参数。利用软件模拟煤岩单轴压缩变形破坏过程,对比数值模拟结果和... 煤岩材料作为一种天然非均匀不连续材料,实验室里很难获得其可重复性实验结果。文章基于PFC^(2D)离散元软件,采用数值实验反演煤岩材料参数,得到煤岩材料变形破坏的主控参数。利用软件模拟煤岩单轴压缩变形破坏过程,对比数值模拟结果和实验室实验结果,验证了数值反演模拟对于研究煤岩类天然材料变形破坏的可行性数值模拟结果,可以为工程实际应用提供理论及数据支持。 展开更多
关键词 PFC2D 微观参数设置 单轴压缩实验 数值反演模拟 参数分析
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岩爆问题中岩块弹射速度的数值计算与实验研究 被引量:8
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作者 陈滔 黎立云 +3 位作者 邓建辉 郑洪春 李林芮 胡万雨 《四川大学学报(工程科学版)》 CSCD 北大核心 2014年第S1期26-31,共6页
发生岩爆时,弹射出的岩块携带着大量的动能。为计算破坏块体的弹射速度,首先建立了数值计算的平面模型,利用能量守恒原理和破坏前后模型的应变能差计算出能量释放量,进一步算出岩块的弹射速度;后通过单轴压缩实验,运用高速相机拍摄试件... 发生岩爆时,弹射出的岩块携带着大量的动能。为计算破坏块体的弹射速度,首先建立了数值计算的平面模型,利用能量守恒原理和破坏前后模型的应变能差计算出能量释放量,进一步算出岩块的弹射速度;后通过单轴压缩实验,运用高速相机拍摄试件破坏的过程,根据2张照片的时间差和岩块移动的距离,得出岩块的弹射速度。经比较,实验与数值模拟的结果相近,验证了数值方法的合理性。这种较简单的数值方法可为计算岩爆问题中岩块的弹射速度和地下采场发生破坏时能量转移的定量计算提供参考。 展开更多
关键词 岩爆 岩块弹射速度 数值模拟 单轴压缩实验 高速摄像 地下采场
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冲击地压“能量关键层”确定实验研究 被引量:9
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作者 秦忠诚 陈光波 +2 位作者 李谭 孙伟 付彪 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2018年第6期1-10,共10页
以煤、粗砂岩和细砂岩3种岩石试件单轴压缩实验为基础,对自主构建的组合试件进行单轴压缩实验,探讨组合试件破坏前能量积聚情况,研究能量积聚规律,确定"能量关键层"。结果表明:二元组合中,FCF、CFC、GCG、CGC试件中煤层积聚... 以煤、粗砂岩和细砂岩3种岩石试件单轴压缩实验为基础,对自主构建的组合试件进行单轴压缩实验,探讨组合试件破坏前能量积聚情况,研究能量积聚规律,确定"能量关键层"。结果表明:二元组合中,FCF、CFC、GCG、CGC试件中煤层积聚能量分别占总能量的88.5%、79.0%、71.4%和79.6%,FGF、GFG试件中粗砂岩的能量占总能量的61.2%和76.5%;三元组合体中,FGCF、GCFG、CFGC试件中煤层积聚能量分别占总能量的79.8%、74.0%和76.3%,粗砂岩占12.1%、22.0%、18.8%,细砂岩占8.1%、4.0%、4.9%;组分间硬度差别越大,软弱岩层上的能量耗散也越多。软弱岩层是引发冲击地压能量的主要载体,是冲击地压防治的"能量关键层";各组分硬度差别越大,冲击效应越强;据此提出了直接释能和间接释能两种防冲思路。 展开更多
关键词 冲击地压 组合试件 能量积聚 能量关键层 单轴压缩实验
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深部煤-岩组合体力学特征及裂隙扩展规律——以沁水盆地武乡区块为例 被引量:2
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作者 蔡益栋 李倩 +2 位作者 肖帆 刘大锰 邱峰 《石油与天然气地质》 CSCD 北大核心 2024年第6期1686-1704,共19页
煤层及其顶、底板的岩石力学性质是影响煤储层压裂、起裂和裂缝延伸的关键因素,制约深部煤层气的规模效益开发。为研究煤-岩组合体破裂过程中的力学特征及其裂隙扩展行为,根据声发射信号监测,开展了沁水盆地中、东部武乡区块煤-岩组合... 煤层及其顶、底板的岩石力学性质是影响煤储层压裂、起裂和裂缝延伸的关键因素,制约深部煤层气的规模效益开发。为研究煤-岩组合体破裂过程中的力学特征及其裂隙扩展行为,根据声发射信号监测,开展了沁水盆地中、东部武乡区块煤-岩组合体的单轴压缩实验和有限元数值模拟计算,研究了煤-岩组合体中不同厚度比、不同岩性类别和不同交界面倾角对组合体抗压强度、弹性模量、声发射信号特征和破裂特征的影响规律,探究不同组合配置下的裂缝扩展行为。研究结果表明:①煤-岩组合体的抗压强度和弹性模量随煤-岩厚度比和煤-岩交界面接触倾角的增大而减小,不同岩性的组合体弹性模量介于1.75~5.44 GPa,抗压强度为11.20~20.60 MPa,其中煤岩-泥页岩组合体力学性质最弱,煤岩-砂岩组合体最强。②煤-岩厚度比增大会加剧组合体的破坏程度和裂隙数量,当煤-岩厚度比达到一定程度时,煤体发生破裂后能量会继续扩散到邻层,使整个组合体破碎。在不同岩性的组合体中,破坏难易程度为煤岩-砂岩组合>煤岩-灰岩组合>煤岩-泥页岩组合。随着煤-岩组合体交界面接触倾角增大,整体更容易被破坏失稳、产生裂隙。③随着组合体中煤岩厚度增大,发育的裂缝由张性裂隙演变为X型剪切裂隙,且由只在煤岩内部扩展逐渐过渡到整个组合体。不同岩性组合体的力学强度愈大,其裂隙越倾向于从X型剪切裂隙演变为张性裂隙,展布范围由整个组合体变为局限于煤岩内部。煤-岩交界面接触倾角的增大使组合体内部的X型剪切裂隙尺度相应增加,加剧破坏程度。 展开更多
关键词 单轴压缩实验 声发射信号监测 力学行为 数值模拟 裂隙扩展 煤-岩组合体 武乡区块 沁水盆地
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乌兰木伦煤矿大断面硐室围岩变形破坏规律及控制 被引量:1
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作者 陈蓥 杨宏涛 +3 位作者 史明哲 鲍世纪 张子凯 孔德瑞 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第8期52-60,共9页
针对煤矿井下巷道大断面硐室的围岩变形破坏问题,以乌兰木伦煤矿井下分选及充填大断面硐室为研究对象,采用相似模拟实验方法,进行单调递增加载和恒定荷载加载单轴压缩实验,对大断面硐室围岩变形破坏规律进行了研究。结果表明:①2种加载... 针对煤矿井下巷道大断面硐室的围岩变形破坏问题,以乌兰木伦煤矿井下分选及充填大断面硐室为研究对象,采用相似模拟实验方法,进行单调递增加载和恒定荷载加载单轴压缩实验,对大断面硐室围岩变形破坏规律进行了研究。结果表明:①2种加载方式在压密阶段、弹性变形阶段及微破裂稳定发展阶段破坏演化和变形位移趋势相似。②采用单调递增加载方式的试样裂纹较少但裂纹缝隙较大,试样沿着主裂纹突然发生破断,期间有大量碎屑飞出,试样变形位置主要集中在围岩边界,破坏时释放能量较多,但峰后释放能量持续时间较短。③采用恒定荷载加载方式的试样应力保持不变,应变缓慢增加,期间产生大量微小裂纹,试样变形位置主要围绕在硐室周围,破坏时释放能量较少,但峰后释放能量持续时间较长。依据大断面硐室围岩变形破坏规律,提出了锚杆索支护方案:硐室顶部打长锚索,将顶板和上方坚硬岩石连成整体;在硐室煤岩交界处打倾斜锚杆,将煤岩交界面与周围岩体紧密连接。数值模拟结果表明,支护后围岩应力、位移、塑性区均明显减小,围岩稳定性大幅提高,支护效果良好。 展开更多
关键词 大断面硐室 围岩变形破坏 单轴压缩实验 声发射 锚杆索支护
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环形防喷器密封胶芯本构模型研究 被引量:7
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作者 王玥 邹龙庆 +2 位作者 张宗旭 付海龙 黄聪聪 《机床与液压》 北大核心 2022年第14期46-49,共4页
确定合理的橡胶本构模型对于研究其高弹特性和材料非线性至关重要。石油天然气钻采用防喷器胶芯常用丁腈橡胶,其本构模型参数会直接影响到有限元分析结果的可靠性。提出一种基于实验的研究方法,通过对丁腈橡胶试块进行单轴压缩实验,获... 确定合理的橡胶本构模型对于研究其高弹特性和材料非线性至关重要。石油天然气钻采用防喷器胶芯常用丁腈橡胶,其本构模型参数会直接影响到有限元分析结果的可靠性。提出一种基于实验的研究方法,通过对丁腈橡胶试块进行单轴压缩实验,获取的应力-应变对应值与利用应变能函数计算的应力-应变关系进行拟合,确定了Mooney-Rivilin本构模型关键参数C和C。分别与数值分析和ABAQUS有限元仿真模拟对比,验证了参数C和C的正确性和合理性。通过单轴压缩实验获取的Mooney-Rivilin本构模型参数的研究方法,为工业环境下丁腈橡胶材料理论研究提供了方便。 展开更多
关键词 防喷器 丁腈橡胶 本构模型 单轴压缩实验 有限元分析
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非均质岩石损伤效应下沿空留巷煤柱宽度研究 被引量:6
8
作者 解振华 马添虎 +4 位作者 范张磊 范超军 刘虎生 胡江 李云飞 《工矿自动化》 北大核心 2021年第8期56-62,共7页
目前对沿空留巷煤柱宽度留设的研究集中在煤柱强度、煤柱载荷与煤柱稳定性方面,很少考虑岩石非均质性及损伤效应对煤柱留设宽度的影响。以乌兰木伦煤矿四盘区12煤沿空留巷为工程背景,在考虑岩石非均质性-损伤效应基础上,综合运用理论分... 目前对沿空留巷煤柱宽度留设的研究集中在煤柱强度、煤柱载荷与煤柱稳定性方面,很少考虑岩石非均质性及损伤效应对煤柱留设宽度的影响。以乌兰木伦煤矿四盘区12煤沿空留巷为工程背景,在考虑岩石非均质性-损伤效应基础上,综合运用理论分析、数值计算、现场实测等方法,研究了煤柱留设宽度。研究结果表明:岩石非均质性-损伤效应模型可较好地反映岩石破裂特征,即在弹性阶段仅有少量颗粒发生破坏,在塑性阶段裂隙开始发育并出现贯通现象,在破坏阶段形成沿对角线方向的宏观剪切裂纹;随着煤柱宽度增大,巷道整体变形量先减小后增大,在煤柱宽度为6 m时发生突变,煤柱周围损伤区域范围及损伤程度不断减小;采动侧巷帮变形量大于非采动侧,但随煤柱宽度改变的变化量较非采动侧小,采空区侧围岩损伤分布大于实体煤侧;根据理论分析、数值计算确定沿空留巷煤柱宽度为5 m并应用于工程现场,工作面前方巷道整体变形量不大,工作面后方60 m后顶板覆岩移动变形基本稳定,验证了沿空留巷煤柱宽度留设的合理性。 展开更多
关键词 沿空留巷 煤柱宽度 围岩控制 围岩稳定性 岩石非均质性 损伤效应 单轴压缩实验
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自然与饱水状态下深部斜长角闪岩蠕变特性 被引量:20
9
作者 张春阳 曹平 +1 位作者 汪亦显 宁果果 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期1587-1595,共9页
通过金川深部斜长角闪岩单轴压缩蠕变实验,选取典型蠕变曲线,发现该岩石黏弹性、黏塑性变形较瞬时变形偏小,卸载后弹性后效不显著。在5.1 MPa轴向应力下,自然状态的岩样近似纯弹性特征。饱水状态下岩样瞬时强度σ′b和长期强度σ′∞总... 通过金川深部斜长角闪岩单轴压缩蠕变实验,选取典型蠕变曲线,发现该岩石黏弹性、黏塑性变形较瞬时变形偏小,卸载后弹性后效不显著。在5.1 MPa轴向应力下,自然状态的岩样近似纯弹性特征。饱水状态下岩样瞬时强度σ′b和长期强度σ′∞总体低于自然状态,且σ′∞已接近深部高地应力,因此,对于深部节理、裂隙很发育的岩体,应特别注意巷道排水,防止围岩因长期强度降低而导致巷道变形和破坏。自然与饱水状态下岩样瞬时弹性应变εme、瞬时塑性应变εmp随应力增大而增加,但增速逐渐放缓,饱水状态下塑性变形更显著;相同应力下,饱水状态岩样蠕变量大于自然状态,应变速率也总体快于自然状态,2种状态的蠕变速率在20~30 h时都逐渐稳定,且速率曲线随应力增大,微裂隙压密,彼此逐渐靠近,岩样处于相对硬化阶段;当轴向应力达到66.3 MPa后,饱水状态蠕变速率有相对加速趋势,速率曲线随应力增大先往左下移动,再朝右上移动,而自然状态蠕变速率曲线总体向右上移动。最后,通过蠕变数据分析,推导γ=ασk型经验方程,对蠕变试验数据进行回归拟合,拟合结果证明该蠕变经验模型的正确性。金川矿区斜长角闪岩蠕变实验研究为分析深部巷道该类围岩流变稳定性及支护方案优化等提供有效帮助。 展开更多
关键词 斜长角闪岩 单轴压缩蠕变实验 长期强度 应变速率 蠕变经验模型 回归拟合
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层状砂岩静动力学特性对比 被引量:2
10
作者 李国梁 卢志堂 杨灿灿 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第33期14327-14332,共6页
为研究层状砂岩在冲击荷载和静荷载作用下层状砂岩的力学特性,对层理倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°的试样进行冲击压缩实验和静力压缩实验。对2种试验的结果进行对比分析发现:随层面倾角... 为研究层状砂岩在冲击荷载和静荷载作用下层状砂岩的力学特性,对层理倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°的试样进行冲击压缩实验和静力压缩实验。对2种试验的结果进行对比分析发现:随层面倾角增大,砂岩峰值强度先减小再后增大;试样冲击压缩时试样峰值强度较大;静载条件下,随砂岩倾角的增大,弹性模量与强度均而先增加后减小再增加,冲击压缩时,随角度的增加,弹性模量的变化呈先增加再减小的趋势,强度的变化呈先减小后增大的“U”形;单轴压缩实验中,倾角为0°~75°试样发生剪切破坏,倾角为90°的试样发生劈裂和剪切混合破坏;冲击荷载作用下,试样在倾角为0°~60°时破碎形状为块状,在倾角为75°和90°时破坏形状为块状和片状混合。 展开更多
关键词 层状砂岩 力学特性 霍普金森压杆 单轴压缩实验 倾角
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层理方向对高变质煤体压裂破坏特征影响研究 被引量:1
11
作者 陈立超 王生维 +1 位作者 张典坤 吕帅锋 《中国煤炭》 2022年第10期37-44,共8页
水力压裂期间煤储层裂缝壁面煤体变形及破坏特征是压裂液滤失路径分析及伤害评价的关键。通过单轴压缩实验对层理与加载方位夹角0°、30°、45°、60°和90°高变质煤岩圆柱试样实施加载,获得不同层理方向煤岩试样... 水力压裂期间煤储层裂缝壁面煤体变形及破坏特征是压裂液滤失路径分析及伤害评价的关键。通过单轴压缩实验对层理与加载方位夹角0°、30°、45°、60°和90°高变质煤岩圆柱试样实施加载,获得不同层理方向煤岩试样应变应力关系及岩石力学参数,基于应变能理论对不同层理方向上煤岩脆性进行评价,并初步构建水力压裂高变质煤岩裂缝壁面煤体破坏模式进行研究。结果表明:高变质煤岩单轴压缩加载下呈现“阶段”破坏特征,随着夹角a增加煤岩脆性先增强后减弱,单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等岩石力学参数先升高后降低,在30°时最大;夹角a为0°、60°和90°时,单轴压缩下煤岩试样发生张性劈裂破坏,而夹角a在30°和45°时,试样发生剪切断裂破坏,整体上张性破裂破坏形式断裂能量耗散远低于剪切破坏。基于煤岩破坏特征,认为煤储层层理面与压裂裂缝面法向夹角0°、60°和90°时,压裂期间压裂液易沿张性裂缝滤失且深度较大;而30°和45°时煤储层压裂裂缝壁面煤体形成闭合剪切裂缝,可延缓压裂液滤失速率。 展开更多
关键词 高变质煤 煤岩层理方向 煤体破坏模式 压裂裂缝壁面 压裂液滤失 单轴压缩实验
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Damage and failure rule of rock undergoing uniaxial compressive load and dynamic load 被引量:21
12
作者 左宇军 李夕兵 +3 位作者 周子龙 马春德 张义平 王卫华 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2005年第6期742-748,共7页
For understanding the damage and failure rule of rock under different uniaxial compressive loads and dynamic loads, tests on red sandstone were carried out on Instron 1342 electro-servo controlled testing system with ... For understanding the damage and failure rule of rock under different uniaxial compressive loads and dynamic loads, tests on red sandstone were carried out on Instron 1342 electro-servo controlled testing system with different uniaxial compressive loads of 0, 2, 4 and 6 MPa. It is found that peak stress, peak strain, elastic modulus and total strain energy decrease with the increase of static compressive stress. Based on the test results, the mechanism on damage and failure of rock was analyzed, and according to the equivalent strain hypothesis, a new constitutive model of elastic-plastic damage was established, and then the calculated results with the established model were compared with test results to show a good agreement. Furthermore the rule of releasing ratio of damage strain energy was discussed. 展开更多
关键词 uniaxial static compressive load dynamic load DAMAGE constitutive model ENERGY
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Unified analytical stressstrain curve for quasibrittle geomaterial in uniaxial tension, direct shear and uniaxial compression 被引量:5
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作者 王学滨 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2006年第1期99-104,共6页
Considering strain localization in the form of a narrow band initiated just at peak stress, three analytical expressions for stressstrain curves of quasibrittle geomaterial (such as rock and concrete) in uniaxial tens... Considering strain localization in the form of a narrow band initiated just at peak stress, three analytical expressions for stressstrain curves of quasibrittle geomaterial (such as rock and concrete) in uniaxial tension, direct shear and uniaxial compression were presented, respectively. The three derived stressstrain curves were generalized as a unified formula. Beyond the onset of strain localization, a linear strain-softening constitutive relation for localized band was assigned. The size of the band was controlled by internal or characteristic length according to gradient-dependent plasticity. Elastic strain within the entire specimen was assumed to be uniform and decreased with the increase of plastic strain in localized band. Total strain of the specimen was decomposed into elastic and plastic parts. Plastic strain of the specimen was the average value of plastic strains in localized band over the entire specimen. For different heights, the predicted softening branches of the relative stressstrain curves in uniaxial compression are consistent with the previously experimental results for normal concrete specimens. The present expressions for the post-peak stressdeformation curves in uniaxial tension and direct shear agree with the previously numerical results based on gradient-dependent plasticity. 展开更多
关键词 stress- strain curve uniaxial tension uniaxial compression direct shear shear band ROCK CONCRETE
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