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深部原位岩石力学构想与初步探索 被引量：58
1
作者 谢和平 李存宝 +3 位作者 高明忠 张茹 高峰 朱建波 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期217-232,共16页
深部资源开发的基础是研究深地科学规律,关键是探明不同赋存深度原位环境对岩石物理力学行为影响的差异性规律。适用于浅部资源开采的岩石力学实验与理论研究很难充分考虑不同深度原位赋存环境对岩石物理力学特征和工程的影响。提出&qu... 深部资源开发的基础是研究深地科学规律,关键是探明不同赋存深度原位环境对岩石物理力学行为影响的差异性规律。适用于浅部资源开采的岩石力学实验与理论研究很难充分考虑不同深度原位赋存环境对岩石物理力学特征和工程的影响。提出"深部原位岩石力学"构想的定义和内涵,利用取自松科二井同一地质区域的10个不同深度(1 000~6 400 m)的岩芯研究了不同赋存深度下岩石力学行为的差异性变化特征,并提出了原位应力恢复重构方法近似模拟了不同深度原位应力对岩石力学参数的影响规律。不同深度岩石的单轴压缩实验表明岩石力学参数随深度呈现明显的非线性变化,不能假设为常数。考虑不同深度地应力影响的常规三轴实验表明赋存地应力使得不同深度岩石的力学参数差异性增大,且力学参数随深度的非线性变化规律与单轴压缩条件下显著不同。模拟不同深度原位应力影响的原位应力恢复重构实验结果显示在不同赋存深度原位应力影响下岩石力学参数均随深度增加呈现更加显著的非线性变化;模拟不同深度原位应力影响的应力恢复重构实验的岩石弹性模量和峰值强度均比考虑不同深度地应力影响的常规三轴实验结果大且与深度之间的关系为对数函数,峰后应变软化变形特征更加凸显;特别是深度超过4 800 m后,不同赋存深度原位应力影响下岩石泊松比、应变硬化模量、峰后跌落模量的差异性特征更加明显。该研究将为探索深地科学规律、提升深部资源获取能力提供支撑。 展开更多
关键词 岩石力学 深部资源 不同深度 原位环境 深部原位岩石力学 原位应力恢复重构
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煤的原位瓦斯放散初速度测定装置及方法研究
2
作者 薛伟超 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期121-127,共7页
瓦斯放散初速度是鉴定煤与瓦斯突出危险性的重要指标之一。现有研究未将煤的瓦斯放散初速度指标测试与突出鉴定的其他3个指标(煤层瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的坚固性系数)的测试有机结合。现行瓦斯放散初速度测定方法基于AQ 1080—200... 瓦斯放散初速度是鉴定煤与瓦斯突出危险性的重要指标之一。现有研究未将煤的瓦斯放散初速度指标测试与突出鉴定的其他3个指标(煤层瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的坚固性系数)的测试有机结合。现行瓦斯放散初速度测定方法基于AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指标(Δp)测定方法》,测定结果仅反映标准实验条件下瓦斯通过煤粒子向外释放的难易程度,未考虑煤层瓦斯赋存的原位环境,无法准确反映现场煤岩体内部瓦斯向外释放的灾害严重程度。针对上述问题,提出了一种原位瓦斯放散初速度测定装置及方法:采用原始煤块代替煤颗粒,用原始瓦斯成分代替甲烷,增加煤体所处瓦斯压力、应力、温度环境,还原测定的原位环境。对某煤矿煤与瓦斯突出煤层进行原位瓦斯放散初速度测定试验,得出结论:①随着模拟瓦斯放散过程的进行,瓦斯放散流量逐渐减小,随时间大致呈负指数变化规律。用瓦斯流量表征原位瓦斯放散初速度,则Δp_(QA)=7.1 mmHg,Δp_(QI)=2.9 mmHg。②随着模拟放散过程的进行,放散空间内的瓦斯压力逐渐增大,放散瓦斯压力增大速度逐渐减小,瓦斯压力随时间变化大致呈对数函数关系。用放散瓦斯压力表征原位瓦斯放散初速度,则Δp_(QA)=25 mmHg,Δp_(PI)=26.6 mmHg,Δp_(PD)=11 mmHg。测定结果可综合反映煤层赋存的双重孔隙结构、煤体的力学特性、煤体内瓦斯的赋存能量、煤层赋存的地应力和温度等原位环境,真实反映煤矿井下发生突出危险性程度。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 突出危险性鉴定 瓦斯放散初速度 原位环境 放散瓦斯压力 放散瓦斯流量
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天然气水合物旋转空化射流冲蚀性能研究 被引量：5
3
作者 张逸群 武晓亚 +4 位作者 李根生 胡萧 惠程玉 谭雅文 黄浩宸 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期909-923,共15页
为提升水射流破碎开采天然气水合物效率,设计一种旋转空化射流喷嘴。首先,基于ANSYS FLUENT 19.0计算流体力学软件建立收缩-扩张型空化射流及旋转空化射流三维数值模型,对比分析射流速度场、压力场及气相分布的发展规律。然后,通过水合... 为提升水射流破碎开采天然气水合物效率,设计一种旋转空化射流喷嘴。首先,基于ANSYS FLUENT 19.0计算流体力学软件建立收缩-扩张型空化射流及旋转空化射流三维数值模型,对比分析射流速度场、压力场及气相分布的发展规律。然后,通过水合物二次合成的方式,提出一种天然气水合物沉积物试样冲蚀孔深及孔径定量表征方法。最后,基于自主设计研制的天然气水合物生成及空化射流冲蚀可视化实验装置,进行收缩-扩张型空化射流及旋转空化射流冲蚀天然气水合物沉积物室内实验,测试旋转空化喷嘴性能。研究结果表明:旋转空化射流扩散性强,轴心线速度衰减快,径向与切向速度大,卷吸掺混能力强,破碎面积大;旋转空化射流的“负压”分布范围及极值较收缩-扩张型空化射流大幅度增加,具有更强的空化初生能力及空蚀效应;2种射流中气相分布具有相同的周期性,旋转空化射流本身具有旋转速度,在剪切层内形成了大量包含空化泡的旋涡和空泡群,空泡群产生联动效应提升了射流的空蚀能力;旋转空化射流冲蚀水合物沉积物形成的孔深及孔径分别是收缩-扩张型空化射流的2.5倍和2.0倍,在扩孔效应的基础上,空蚀效应伴生的高温、高压及微射流特性破坏水合物沉积物的骨架,降低了破坏门限压力,获得了更佳的冲蚀效果。该研究可为空化射流钻径向水平井+筛管完井一体化方法开采天然气水合物提供理论依据。 展开更多
关键词 旋转空化射流 天然气水合物 数值模拟 射流冲蚀 原位环境
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多介质耦合环境下的遗址文物原位保护 被引量：1
4
作者 张哲 宋朋龙 +1 位作者 贺沅平 罗昔联 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期150-156,共7页
根据遗址博物馆对文物保存环境调控的特殊需求,提出了一种控制土壤文物空气多介质耦合环境内变量的梯度、实现出土文物原位环境重建的保护策略;进一步搭建了遗址博物馆实验葬坑,采用毛细管辐射系统对文物保存区原位环境进行了调控实验... 根据遗址博物馆对文物保存环境调控的特殊需求,提出了一种控制土壤文物空气多介质耦合环境内变量的梯度、实现出土文物原位环境重建的保护策略;进一步搭建了遗址博物馆实验葬坑,采用毛细管辐射系统对文物保存区原位环境进行了调控实验。研究表明:毛细管辐射调控系统可以实现文物保存环境的稳定,相比辐射调控系统关闭工况,环境温度昼夜波动值从3.6℃减小到1.6℃,文物土壤空气间的温差从2.1℃减小到0.3℃,文物本体不同部位的温差从3.8℃减小至0.8℃,同时文物保存区的风速控制在0.06m/s以下,远低于文物保存标准规定的上限值0.15m/s;毛细管辐射调控系统可以有效地抑制文物保存环境之间的物质与能量迁移,实现遗址文物原位保存环境的平衡保护。 展开更多
关键词 遗址博物馆 文物保护 原位环境 环境调控
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矿山原位环境尾砂胶结充填体力学性能研究进展
5
作者 郭利杰 贾冲 +1 位作者 赵越 马青海 《矿冶》 CAS 2024年第3期317-328,共12页
尾砂胶结充填体养护过程受采场原位温度、压力、孔隙水压力等因素影响,导致实验室制备的尾砂胶结充填体试样与相同物料配比的采场原位充填体取芯试样的力学性能存在显著差异。精准预测尾砂胶结充填体在采场原位环境下的力学性能是确保... 尾砂胶结充填体养护过程受采场原位温度、压力、孔隙水压力等因素影响,导致实验室制备的尾砂胶结充填体试样与相同物料配比的采场原位充填体取芯试样的力学性能存在显著差异。精准预测尾砂胶结充填体在采场原位环境下的力学性能是确保矿山充填配比参数设计合理、经济的重要前提。目前,国内外学者针对单一环境因素对尾砂胶结充填体力学性能的影响取得了丰富的研究成果,但有关多环境因素耦合下尾砂胶结充填体力学性能的定量研究并不充分。系统介绍了采场原位环境下尾砂胶结充填体力学性能的研究现状,从养护压力、养护温度、孔隙水压力和充填体养护装置四个方面介绍了国内外研究进展。首先系统梳理了养护压力、养护温度和孔隙水压力三种采场原位环境因素对尾砂胶结充填体强度影响研究。然后分析了现有充填体养护装置的优缺点。矿冶科技集团在此基础上创新发明了一种“矿山充填原位环境物理孪生试验装置”,该装置能够在室内模拟采场原位环境的温度、压力和孔隙水压力的养护条件,实现采场原位环境因素对尾砂胶结充填体力学性能影响的定量化研究。 展开更多
关键词 采场原位环境 尾砂胶结充填体 力学性能 矿山充填 充填采矿法
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高分辨率原位环境透射电镜的发展与应用 被引量：5
6
作者 章效锋 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期287-294,共8页
材料受周围环境的影响而产生的结构或成分变化一直都是材料科学和工业研发领域最关注的方向之一。随着材料研究的纳米化,外场导致的材料在亚纳米或原子尺度上的结构变化越来越成为认知材料宏观和纳米材料特性之根本。在诸如纳米催化剂... 材料受周围环境的影响而产生的结构或成分变化一直都是材料科学和工业研发领域最关注的方向之一。随着材料研究的纳米化,外场导致的材料在亚纳米或原子尺度上的结构变化越来越成为认知材料宏观和纳米材料特性之根本。在诸如纳米催化剂的催化机制,材料的氧化-还原机制,纳米材料的生长或受力形变,电、磁场对材料纳米尺度结构的影响及微量气体探测等很多研究中有许多问题都需要一种特殊的电子显微镜即高分辨率原位环境电镜来帮助寻求答案。本文简要地回顾了环境透射电镜技术的发展思路,对于现代气体环境透射电镜的主流技术作了初步介绍,特别强调了高分辨率环境电镜的重要性以及在环境电镜中实现高分辨率所需要关注的一些技术环节,并力图通过具体实验实例使读者充分了解高分辨率原位环境电镜在材料科学研究中的重要性。 展开更多
关键词 原位环境透射电镜 高分辨率 材料动态结构变化
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原位环境透射电镜研究SnO2纳米线作为K-O2电池空气正极的放电行为 被引量：4
7
作者 张利强 唐永福 +4 位作者 刘秋男 杨婷婷 孙海明 贾鹏 黄建宇 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期621-627,共7页
本文使用先进的球差校正环境透射电子显微镜(AC-ETEM)与原位电化学测试平台,在环境透射电镜中以SnO2纳米线作为空气正极,构建起一纳米K-O2金属空气电池,原位观测该电池在氧还原反应(ORR)过程中的微观变化行为。实验结果表明:在ORR过程中... 本文使用先进的球差校正环境透射电子显微镜(AC-ETEM)与原位电化学测试平台,在环境透射电镜中以SnO2纳米线作为空气正极,构建起一纳米K-O2金属空气电池,原位观测该电池在氧还原反应(ORR)过程中的微观变化行为。实验结果表明:在ORR过程中,SnO2纳米线首先转化为Sn单质颗粒与K2O;因纳米尺度的Sn单质颗粒具有优异的催化活性,在O2氛围中纳米线的表面生成了大量的KO2。但由于KO2不能稳定存在,会迅速分解成K2O2并释放O2,导致材料发生巨大的体积膨胀。相关实验结果为宏观K-O2电池的设计与改性提供了直观的实验证据。 展开更多
关键词 原位环境透射电子显微镜 SnO2纳米线 K-O2电池 氧还原反应
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深部不同深度岩石脆延转化力学行为研究 被引量：39
8
作者 谢和平 高明忠 +4 位作者 付成行 鲁义强 杨明庆 胡建军 杨本高 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期701-715,共15页
岩石脆延转化力学行为规律是深部岩石力学研究的重要内容之一,同时也是影响深地工程安全高效实施的关键因素。为研究深部不同深度岩石脆延转化力学行为差异性规律,以松辽盆地1000~6400 m不同赋存深度的砂岩、砾岩和安山岩为研究对象,开... 岩石脆延转化力学行为规律是深部岩石力学研究的重要内容之一,同时也是影响深地工程安全高效实施的关键因素。为研究深部不同深度岩石脆延转化力学行为差异性规律,以松辽盆地1000~6400 m不同赋存深度的砂岩、砾岩和安山岩为研究对象,开展了同一深度岩石不同应力水平下、不同深度岩石同一应力水平下以及不同深度岩石原位应力水平下的常规三轴实验,并采用峰前和峰后脆性指标分析了岩石的脆性特征,初步揭示了深部不同深度岩石脆延转化力学行为的关键影响因素与差异性规律。研究结果表明:不同深度岩石脆延转化并非是瞬时的,而是存在一个脆延性逐渐转换的应力区间。同一深度岩石不同应力水平下其脆延特征主要受围压影响。对于1600 m深砂岩,其脆性整体上随着围压的增大而减小,出现了从脆性—延性—应变硬化的转变,并且其峰后塑性逐渐增强,直到峰后呈现完全塑性。50~70 MPa应力水平范围为1600 m深砂岩的脆延转化区间;相同围压下不同深度岩石的脆延特征主要受其本身矿物组分的影响。对于松辽盆地岩石样品,其硬相矿物和中等相矿物的含量总体上随着深度的增加而增大,导致其脆性随深度的增加而增大,由浅至深表现出延性—脆延转化—脆性的特征;不同深度岩石原位应力水平下其峰后特征随着深度的增加呈现出不同的特征:1000~3500 m深砂岩表现出峰后应变软化特征、4800 m深砂岩和5100~5600 m深砾岩表现出峰后脆性特征、6400 m以深的安山岩表现出峰后塑性流动特征。岩石的脆延特征受诸多因素的影响,其中岩石的矿物组分和应力环境对其脆延特征的影响存在博弈现象。随着深度的增加硬相矿物和中等相矿物含量的增加会导致岩石的脆性增长,而岩石加载应力水平的增加,又会抑制岩石的脆性增长。 展开更多
关键词 深部岩石 不同深度岩石 脆延性转化 脆性指标 原位应力环境
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锦屏大理岩原位应力环境水软化特性分析
9
作者 张龙 张茹 +6 位作者 任利 张泽天 张建海 谢晶 张安林 任海 罗浩 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1-10,共10页
中国水电资源主要集中在西部高山峡谷地区,将水电站建筑物布置在极深洞室群常常是经济且较优的选择。受典型河谷地貌特征和区域强烈高地应力、高渗透压环境影响,极深洞室围岩力学特性演化规律和长期稳定性是亟需解决的关键科学问题。不... 中国水电资源主要集中在西部高山峡谷地区,将水电站建筑物布置在极深洞室群常常是经济且较优的选择。受典型河谷地貌特征和区域强烈高地应力、高渗透压环境影响,极深洞室围岩力学特性演化规律和长期稳定性是亟需解决的关键科学问题。不同赋存深度应力环境下,水岩耦合作用对岩石力学性质的影响尚不明确,导致深部岩体工程面临一定的风险性和低效性。基于自主设计并研制的深部原位应力环境岩石饱水试验系统,开展锦屏大理岩原位应力环境与无压环境下饱水时长为1、23、60和100 d的水软化试验,并进行5组不同围压下的三轴压缩试验。研究发现:深部原位应力环境下锦屏大理岩饱水100 d后峰值强度劣化程度约为无压饱水100 d的3倍,其余力学参数(如内聚力、内摩擦角等)劣化度也远大于无压饱水条件;锦屏大理岩峰值强度劣化度随水岩耦合环境深度的增加(100、1000、1400、1800和2400 m)均呈现先减小后增大的非线性变化特征;通过探索锦屏大理岩水软化机理,发现摩擦弱化效应与孔隙水压力作用共同造就了锦屏大理岩峰值强度非线性变化规律。结果表明,原位应力环境下的水软化效应及其对围岩力学性质的影响更加突出,在对深部地下工程进行稳定性分析时必须考虑围岩水软化特性,该结论对锦屏地下工程的建设和维护具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 锦屏大理岩 原位应力环境 水软化特性 水软化机理
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