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基于动静组合加载力学试验的深部开采岩石力学研究进展与展望 被引量：57
1
作者 李夕兵 宫凤强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期846-866,共21页
深部围岩开采前处于高静应力状态,开采(开挖)过程中不可避免承受机械或爆破开挖带来的开采扰动、卸载扰动以及应力调整扰动作用,属于典型的动静组合受力状态。用动静组合加载力学研究深部开采岩石力学问题更加符合深部围岩开采的实际情... 深部围岩开采前处于高静应力状态,开采(开挖)过程中不可避免承受机械或爆破开挖带来的开采扰动、卸载扰动以及应力调整扰动作用,属于典型的动静组合受力状态。用动静组合加载力学研究深部开采岩石力学问题更加符合深部围岩开采的实际情况。从深部围岩开采受力全过程出发,介绍了"岩石动静组合力学"概念和试验研究的提出过程,阐述了岩石动静组合力学试验研究从一维状态到二维状态再到三维状态的发展历程,并重点介绍了真三轴动静组合加载岩石力学试验系统的研制情况和取得的研究进展。根据对深部开采岩石力学科学认识的不断深入,结合动静组合加载岩石力学试验相关研究结果,揭示了深部岩石在各种动静组合受力状态下的力学响应、破坏特征以及能量规律,科学再现并解释了岩爆、板裂及冲击地压等非常规岩石破坏现象和机理。在此基础上,系统总结了真三轴动静组合加载岩石力学试验机的共同特点,并提出了未来研究的4个重点发展方向:(1)发展能实现"三维高静应力+卸载+冲击扰动"功能的真三轴SHPB动静组合加载试验机;(2)发展大尺寸岩石内部卸荷真三轴试验机;(3)基于三维动静组合加载岩石力学试验聚焦深部围岩发生岩爆灾害的能量机理;(4)开展深部原位保真取芯的三维动静组合加载岩石力学试验。 展开更多
关键词 岩石力学 深部开采 动静组合加载 真三轴 高应力 卸载 扰动 岩爆
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裂缝性页岩储层水力裂缝非平面扩展实验 被引量：28
2
作者 侯冰 程万 +2 位作者 陈勉 谭鹏 杨立峰 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期81-86,共6页
开发页岩气藏通常需要采用大规模的水力压裂工艺技术,而页岩储层中的天然裂缝、层理面对水力裂缝的扩展路径又有着非常重要的影响。研究天然裂缝对水力裂缝扩展的影响可为现场预测水力裂缝扩展方向以及实施缝网压裂提供技术支撑。为此,... 开发页岩气藏通常需要采用大规模的水力压裂工艺技术,而页岩储层中的天然裂缝、层理面对水力裂缝的扩展路径又有着非常重要的影响。研究天然裂缝对水力裂缝扩展的影响可为现场预测水力裂缝扩展方向以及实施缝网压裂提供技术支撑。为此,选取4块尺寸为400mm×400mm×400mm的下志留统龙马溪组页岩露头标本,来进行真三轴水力压裂实验和声发射监测,以便研究水力裂缝与天然裂缝的沟通行为。实验结果表明:水力裂缝遇到天然裂缝时可发生转向或者穿透天然裂缝,形成一种空间非平面裂缝网络;大开度、低胶结强度的天然裂缝容易导致水力裂缝转向,难以形成新的主水力裂缝面;水力裂缝穿透层理面时,流入到层理面上的压裂液呈椭圆状分布;水力裂缝从岩石本体起裂的方向上声发射点较集中,沿着天然裂缝扩展的方向上声发射点少。结论认为:1水力裂缝能否穿透天然裂缝与天然裂缝的开度、胶结强度有关;2裂缝性页岩储层水力压裂易形成空间非平面网状裂缝;3与主裂缝面相比,压裂液进入到层理面的体积较少。 展开更多
关键词 天然裂缝 页岩 层理面 真三轴 非平面扩展 裂缝网络 水力压裂 体积压裂
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基于真三轴试验的黄土结构性变化规律研究 被引量：22
3
作者 邓国华 邵生俊 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期679-684,共6页
基于综合结构势理论,通过自主研发的真三轴仪,研究了原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的应力-应变关系和土的结构性变化规律,针对反映黄土变形过程结构性演变的应力比结构性参数,揭示了不同含水率黄土结构性参数与广义剪应变关系随固结压... 基于综合结构势理论,通过自主研发的真三轴仪,研究了原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的应力-应变关系和土的结构性变化规律,针对反映黄土变形过程结构性演变的应力比结构性参数,揭示了不同含水率黄土结构性参数与广义剪应变关系随固结压力、应力路径的变化规律,建立了数学描述模型,同时验证了真三轴仪和应力比结构性参数的可靠性。结果表明,土的状态不同,其应力-应变关系存在明显差异。原状土更易呈现应变软化或双曲线特性,而重塑土或饱和土更易呈现双曲线或应变硬化特性。随着剪切变形和含水率的增大,土的结构性均逐渐减小,而固结压力c和中主应力参数b值也会影响土的结构性变化规律。提出的结构性参数的拟合公式与理论和试验结合吻合较好,可推广工程应用。 展开更多
关键词 综合结构势 结构性参数 真三轴 应力路径
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国内真三轴试验仪的发展及应用 被引量：20
4
作者 张坤勇 殷宗泽 徐志伟 《岩土工程技术》 2003年第5期289-293,共5页
简要回顾了国内真三轴试验仪的发展历史 ,结合具体仪器对真三轴仪的典型类型、特点及试验分别作了描述 ;详细介绍河海大学ZSY 1复合型真三轴仪的组成及其特点 ;
关键词 真三轴 应力应变关系 试验
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基于煤系渗透率各向异性测试的水平井穿层压裂效果模拟 被引量：20
5
作者 李丹琼 张士诚 +2 位作者 张遂安 杨立源 肖凤朝 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期988-994,共7页
应用自主研发的真三轴渗透仪,开展了煤样及顶、底板岩样的三轴渗透率测定。基于实验结果,通过有限元三维数值模拟方法,研究了渗透率各向异性对深部煤层顶板水平井穿层压裂裂缝扩展的影响。模拟结果表明:1真三轴渗透仪可以实现三轴差异... 应用自主研发的真三轴渗透仪,开展了煤样及顶、底板岩样的三轴渗透率测定。基于实验结果,通过有限元三维数值模拟方法,研究了渗透率各向异性对深部煤层顶板水平井穿层压裂裂缝扩展的影响。模拟结果表明:1真三轴渗透仪可以实现三轴差异化应力加载,突破了常规拟三轴渗透仪无法分别加载水平最大主应力和水平最小主应力的瓶颈,可以使实验条件与地层条件更为接近。2高阶无烟煤与顶板粉砂岩的真三轴渗透率测试结果都呈现出明显的各向异性特征。无论是高阶无烟煤,还是顶板粉砂岩,垂直层理方向的渗透率都小于平行层理方向者。对于无烟煤,平行层理方向的渗透率也存在明显差别,垂直端割理方向的渗透率大于垂直面割理方向渗透率值。3考虑渗透率各向异性模型与均质模型相比,压裂模拟过程中,破裂压力和施工压力增高,孔隙压力叠加程度增大;模拟最终时刻的整体裂缝形态更加短宽,且缝高增大。 展开更多
关键词 煤层气 穿层压裂 真三轴 渗透率 各向异性 裂缝扩展
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真三轴加卸载条件下组合煤岩冲击破坏特征研究 被引量：19
6
作者 张晨阳 潘俊锋 +1 位作者 夏永学 杨光宇 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1522-1533,共12页
采用真三轴试验系统对煤岩组合体开展加卸载实验,探究不同煤厚比例组合体的力学行为响应特征,分析煤厚比例对组合体冲击破坏特征的影响规律。结果表明:(1)随着煤厚比例的增加,试样形成较多的X型共轭剪切裂纹,强度呈现出明显的下降趋势,... 采用真三轴试验系统对煤岩组合体开展加卸载实验,探究不同煤厚比例组合体的力学行为响应特征,分析煤厚比例对组合体冲击破坏特征的影响规律。结果表明:(1)随着煤厚比例的增加,试样形成较多的X型共轭剪切裂纹,强度呈现出明显的下降趋势,下降梯度逐渐减小,冲击破坏特征逐渐明显;(2)试样变形主要发生在初始应力加载阶段及垂向应力再加载阶段,最大主应变是试样变形的最主要构成部分;(3)不同煤厚比例试样的全应力–应变曲线特征相似,随着煤厚比例的增加,试样的塑性变形逐渐增加。根据实验结果分析,在开采及地质条件相似情况下,底板冲击趋势随底煤厚度的增加而增加,增加梯度逐渐降低;当底煤厚度增加到一定程度时,底煤厚度的再增加对底板冲击无明显叠加影响。研究成果可为深入认识底板冲击地压发生机制及建设防控技术中试平台并开展工程仿真研究提供参考。 展开更多
关键词 采矿工程 底板冲击地压 煤岩组合体 真三轴 加卸载
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基于实时CT扫描的岩石真三轴条件下三维破裂演化规律 被引量：17
7
作者 李兆霖 王连国 +2 位作者 姜崇扬 陆银龙 李文帅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期937-949,共13页
实时准确掌握岩石破坏全过程中内部裂隙扩展演化规律,对于科学指导地下岩体工程稳定性控制,推动矿山资源安全开采具有重要的工程意义。研制一套能够与CT扫描系统配套的真三轴加载试验设备,位于CT扫描区域的设备部件均采用新型碳纤维材... 实时准确掌握岩石破坏全过程中内部裂隙扩展演化规律,对于科学指导地下岩体工程稳定性控制,推动矿山资源安全开采具有重要的工程意义。研制一套能够与CT扫描系统配套的真三轴加载试验设备,位于CT扫描区域的设备部件均采用新型碳纤维材料的设计,包含竖向加载系统、横向加载系统、真三轴压力室等核心部件,使得X射线能够有效通过装置中预先设计的CT扫描区域,实现了真三轴应力环境下实时CT扫描的功能。利用该设备开展了三轴不同应力条件下完整岩石和含裂隙岩石加载实时CT扫描试验,获得了整个加载过程中岩石应力-应变曲线。获取了不同工况下岩石内部裂纹形态的空间三维CT特征,结果发现:与CTT条件下岩石内部裂纹复杂的空间扩展形态相比,TTT条件下岩石内部裂纹空间形态简单,为一沿σ_(2)方向的平面裂纹。说明了真三轴条件下岩石内部裂隙具有明确的扩展方向(沿σ_(2)方向扩展)。TTT-c2(含裂隙且沿σ_(2)方向)和TTT-c3(裂隙沿σ_(3)方向) 2种工况下岩石内部均出现了4条萌生裂纹,但前者萌生裂纹均与预制裂纹前缘线共面,而且预制裂纹面仍然基本保持完整;后者均与预制裂纹前缘线垂直,呈现横切预制裂隙的趋势,最终形成了复杂的裂隙网络,导致预制裂隙多处出现挤压破坏。真三轴3种工况下所有的裂纹倾角分布极为集中,均与σ_(2)方向大致平行,表明了中间主应力对岩石内部萌生裂纹扩展方向起到决定性的作用,岩石内部裂隙扩展发育过程强烈依赖中间主应力方向。 展开更多
关键词 岩石 真三轴 实时CT 裂隙扩展 空间三维重构
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真三轴气固耦合煤体渗流试验系统的研制及应用 被引量：16
8
作者 李文鑫 王刚 +3 位作者 杜文州 王鹏飞 陈金华 孙文斌 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期2109-2118,共10页
为了更真实地模拟煤岩在掘进巷道迎头等环境下的应力状态,研究三向应力环境下煤岩的损伤变形及瓦斯渗流情况,自主研发了真三轴气-固耦合煤体渗流试验系统。该装置主要由真三轴压力室、液压伺服系统、气体渗流系统和监测与控制系统组成,... 为了更真实地模拟煤岩在掘进巷道迎头等环境下的应力状态,研究三向应力环境下煤岩的损伤变形及瓦斯渗流情况,自主研发了真三轴气-固耦合煤体渗流试验系统。该装置主要由真三轴压力室、液压伺服系统、气体渗流系统和监测与控制系统组成,采用的试件尺寸为200 mm×100 mm×100 mm,可施加的最大轴压(σ1)为70 MPa、最大侧压(σ2)为35 MPa、最大侧压(σ3)为10 MPa、最大瓦斯压力为6 MPa。该装置具有以下特点:(1)σ1、σ2采用刚性压头加载,σ3采用柔性加载,三向应力分别独立加载;(2)设计了刚柔性压头及传压滑杆,使得σ1与σ2方向压头在同时加载过程中互不干扰;(3)通过伺服液压系统控制加载功能,使得装置性能稳定,应力与位移加载精确,易于控制;(4)气体渗流系统采用蜂窝孔对试件进行面通气,确保试件进气端瓦斯压力均匀分布;(5)采用多种高精度传感器进行监测,实时记录煤体所受应力值、变形量及瓦斯渗流量。用两种不同应力路径下的渗流试验对该系统准确性和可靠性进行了验证,结果表明,该装置性能稳定可靠。该装置可用于揭示煤与瓦斯在三向应力条件下的耦合作用机制,为防治瓦斯灾害及研究瓦斯抽采提供了可靠的试验基础。 展开更多
关键词 采矿工程 气-固耦合 真三轴 三向应力 瓦斯渗流
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不同应力路径下深部岩石真三轴卸荷特性试验 被引量：15
9
作者 荣浩宇 李桂臣 +2 位作者 赵光明 梁东旭 梁巨理 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3140-3149,共10页
为了研究深部地下工程施工过程中,受开挖扰动影响下深部岩石的变形破坏特性,以砂岩为研究对象,采用真三轴扰动卸荷岩石测试系统,分别进行真三轴压缩试验、恒轴压单面卸荷试验、增轴压单面卸荷试验与降轴压单面卸荷试验,分析了深部岩石... 为了研究深部地下工程施工过程中,受开挖扰动影响下深部岩石的变形破坏特性,以砂岩为研究对象,采用真三轴扰动卸荷岩石测试系统,分别进行真三轴压缩试验、恒轴压单面卸荷试验、增轴压单面卸荷试验与降轴压单面卸荷试验,分析了深部岩石在不同应力路径下的变形破坏特征及力学参数演化规律。研究结果表明:三轴压缩条件下,岩石变形表现为轴向压缩以及沿最小主应力方向扩容,破坏模式为剪切破坏,破坏原因为外部载荷不断增大超过岩石承载能力。卸荷条件下,变形表现为沿卸荷方向强烈扩容,破坏原因为卸荷面荷载不断减小使岩石承载能力不断降低最终小于所受外部载荷,破坏模式为张剪复合破坏。不同卸荷路径下,最大主应力σ1变化对岩石变形破坏影响显著,增轴压路径下,卸载卸荷面应力的同时增加σ1,加剧岩石应变能的释放,破坏更剧烈。而卸轴压路径下,σ1的减小降低卸荷面应力变化对岩石变形破坏的影响岩石,岩石破坏变形过程相对较平缓,岩石破坏主要是因为卸除卸荷面应力使岩石承载能力降低速率大于外部载荷降低速率。三轴压缩条件下,随σ1增大,岩石变形模量E不断减小,泊松比μ不断增加,且变化速率随σ3增大而降低。卸荷条件下,E随卸荷的进行不断减小,μ不断增大,在临近破坏时变形参数劣化速率迅速增大。在卸荷条件下,岩石承载能力随着卸荷面应力的减小而不断减小,增轴压路径下卸荷的同时增大σ1促进了岩石内部裂隙的萌生扩展,岩石承载强度降幅最大,而卸轴压路径下,σ1的降低在一定程度上抑制了裂隙的扩展,岩石承载强度降幅相对较小。 展开更多
关键词 真三轴 卸荷 砂岩 应力路径 破坏特性
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中间主应力与层理方向对页岩力学和渗透特性影响的试验研究 被引量：15
10
作者 蒋长宝 陈昱霏 +2 位作者 尹光志 刘超 段敏克 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1570-1578,共9页
为探讨中间主应力与层理方向对页岩力学和渗透特性的影响,运用自主研制的多功能真三轴流固耦合试验系统,以含气页岩为研究对象,进行真三轴应力条件下不同中间主应力加卸载试验。研究结果表明:中间主应力对页岩渗透率的影响在中间主应力... 为探讨中间主应力与层理方向对页岩力学和渗透特性的影响,运用自主研制的多功能真三轴流固耦合试验系统,以含气页岩为研究对象,进行真三轴应力条件下不同中间主应力加卸载试验。研究结果表明:中间主应力对页岩渗透率的影响在中间主应力垂直于层理面时最大,最小主应力垂直于层理面时次之,最大主应力垂直于层理面时最小;当中间主应力垂直于层理面或平行于层理面时,中间主应力与渗透率呈负相关。中间主应力垂直于层理面时渗透率对中间主应力的敏感性明显大于中间主应力平行于层理面时的敏感性,二者相差1~2个数量级;此外,定义损伤变量D表达式,发现加载过程中损伤变量–中间主应力曲线斜率变化不大,而在卸载过程中斜率变化明显,中间主应力垂直于层理面时损伤变量全程大于中间主应力平行于层理面时的损伤变量。 展开更多
关键词 岩石力学 真三轴 中间主应力 渗透率
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真三轴路径下含瓦斯复合煤岩体渗流及力学破坏特性 被引量：11
11
作者 王凯 郭阳阳 +1 位作者 王刚 杜锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期226-237,共12页
深部开采扰动下“煤体-岩体”复合系统发生整体破坏失稳是导致煤岩瓦斯复合动力灾害发生的主要原因之一。为了研究煤岩瓦斯复合动力灾害发生机理,采用真三轴气固耦合煤岩渗流试验系统,以人工压制具有过渡界面的复合煤岩体试件为研究对象... 深部开采扰动下“煤体-岩体”复合系统发生整体破坏失稳是导致煤岩瓦斯复合动力灾害发生的主要原因之一。为了研究煤岩瓦斯复合动力灾害发生机理,采用真三轴气固耦合煤岩渗流试验系统,以人工压制具有过渡界面的复合煤岩体试件为研究对象,进行了5种不同真三轴应力路径下含瓦斯复合煤岩体渗流特性及力学破坏特征试验研究。结果表明,真三轴路径下含瓦斯复合煤岩体强度符合Mogi-Coulomb准则,相比于其他试验路径,真三轴加载路径下试件强度最大,复合加卸载路径下试件强度次之,σ_(2)、σ_(3)发生转换时,试件强度显著降低;试件破坏时,真三轴复合加卸载路径下试件渗透率增长倍数最多,真三轴卸载路径次之,真三轴加载路径下试件渗透率增加倍数最少,σ_(2)、σ_(3)发生转换时试件渗透率显著增大;此外,复合煤岩体试件破坏特征具有规律性,真三轴加载路径下,σ_(1)-σ_(2)平面煤体中出现剪切裂纹,并在煤岩交界面处交汇,真三轴卸载和复合加卸载路径下,σ_(1)-σ_(2)平面上裂纹从煤体到岩体出现了跨界面扩展的现象,煤体中依然出现剪切裂纹,但是裂纹在煤岩交界面处交汇之后转变为拉伸裂纹延伸至岩体中,岩体出现劈裂破坏;当σ_(2)、σ_(3)发生交汇、转换,σ_(2)小于σ_(3)时,试件的2个侧面(σ_(1)-σ_(2)平面和σ_(1)-σ_(3)平面)均发生破坏,试件损伤状态相对复杂。 展开更多
关键词 渗流特性 复合煤岩体 真三轴 破坏机理 裂纹扩展 复合动力灾害
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高温后花岗岩岩爆的真三轴试验研究 被引量：14
12
作者 苏国韶 陈智勇 +2 位作者 尹宏雪 张晓鹤 莫金海 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1586-1594,共9页
利用自主研发的真三轴岩爆试验系统,以200℃~700℃不同高温冷却后和常温25℃下的红色粗晶花岗岩作为岩样,进行岩爆弹射破坏过程模拟物理的试验。在借助高速摄像系统和声发射系统监测岩爆过程的基础上,分析了不同高温作用后岩样的岩爆弹... 利用自主研发的真三轴岩爆试验系统,以200℃~700℃不同高温冷却后和常温25℃下的红色粗晶花岗岩作为岩样,进行岩爆弹射破坏过程模拟物理的试验。在借助高速摄像系统和声发射系统监测岩爆过程的基础上,分析了不同高温作用后岩样的岩爆弹射过程、破坏形态特征、峰值强度、声发射特性、碎块特征以及弹射动能的变化规律。研究结果表明：随着温度的升高,岩样从出现小颗粒弹射到整体弹射破坏的时间间隔逐渐减少;300℃为该类花岗岩高温后单面临空真三轴强度的阀值温度,小于等于300℃时,岩样的峰值强度变化不大,岩样脆性随温度的升高而增大,大于300℃时,岩样的峰值强度呈明显下降趋势,岩样的脆性随温度升高而降低;在岩样压密阶段,声发射撞击数随温度升高而增大,大于300℃时,岩爆发生前夕声发射撞击数显著下降的“平静期”持续时间随温度升高呈增大趋势;25℃-300℃温度范围内,岩爆弹射动能随温度升高明显增大,300℃-700℃高温后,岩爆弹射动能随温度升高显著减小。 展开更多
关键词 岩石力学 岩爆 高温 真三轴
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煤岩水力压裂起裂压力和裂缝扩展机制实验研究 被引量：14
13
作者 张帆 马耕 +1 位作者 刘晓 冯丹 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期84-89,共6页
为了研究煤岩水力压裂的起裂压力和水力压裂裂缝扩展规律,采用型煤试样,利用自主研发的水力压裂实验系统,参照现场压裂施工制定了"施加三向应力–顶部注水"的煤岩水力压裂物理模拟实验方案并开展了水力压裂实验,分析了不同条... 为了研究煤岩水力压裂的起裂压力和水力压裂裂缝扩展规律,采用型煤试样,利用自主研发的水力压裂实验系统,参照现场压裂施工制定了"施加三向应力–顶部注水"的煤岩水力压裂物理模拟实验方案并开展了水力压裂实验,分析了不同条件下泵注压力和水力压裂裂缝。实验结果表明:压裂液泵注排量越大,起裂压力越大。三向应力满足最大水平主应力σH>垂向应力σv>最小水平主应力σh,水力压裂裂缝沿着垂直于σh的方向扩展。σv和σh一定,随着σH的增大,煤岩起裂压力先增大后减小,水力压裂裂缝扩展路径越平直。当σH远大于σv和σh时,水力压裂裂缝扩展路径越复杂,分叉缝角度越大。研究结果可为煤岩水力压裂理论的完善提供一定的参考和借鉴。 展开更多
关键词 煤岩 真三轴 水力压裂 起裂压力 裂缝扩展 物理模拟
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中间主应力影响下含瓦斯复合煤岩体变形渗流及能量演化特征研究 被引量：9
14
作者 王凯 赵恩彪 +2 位作者 郭阳阳 杜锋 王龙 《矿业科学学报》 CSCD 2023年第1期74-82,共9页
深部环境中,复合煤岩体处于三向不等应力状态,中间主应力的存在对煤岩体变形、强度特性及能量演化特征有着重要影响。本文利用真三轴气固耦合煤岩渗流试验装置,开展了不同中间主应力条件下含瓦斯复合煤岩体变形-渗流试验研究。结果表明:... 深部环境中,复合煤岩体处于三向不等应力状态,中间主应力的存在对煤岩体变形、强度特性及能量演化特征有着重要影响。本文利用真三轴气固耦合煤岩渗流试验装置,开展了不同中间主应力条件下含瓦斯复合煤岩体变形-渗流试验研究。结果表明:(1)随着中间主应力的增大,当达到峰值强度时,试件最大主应力方向应变呈现先增大后减小的变化,中间主应力方向应变和最小主应力方向应变之间的差值越来越大;(2)低中间主应力下试件中间主应力方向呈现出膨胀变形,中间主应力较大时,ε_(2)-Δσ曲线达到峰值后发生回弹,中间主应力方向最终表现为压缩变形;(3)随着中间主应力的增大,试件相对渗透率系数谷值降低,相对渗透率系数曲线峰值拐点与ε_(1)-Δσ曲线的拐点一致;(4)达到应力峰值时,试件总输入能量先增大后减小,与试件强度变化趋势类似,弹性应变能先增大后减小,耗散能持续增大,U_(e)/U先升高后降低,U_(d)/U先降低后升高。 展开更多
关键词 真三轴 复合煤岩体 中间主应力 强度特征 瓦斯渗流 能量演化
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煤层气水平井穿层压裂裂缝扩展机理 被引量：12
15
作者 李丹琼 张遂安 张士诚 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第5期84-88,共5页
为对煤层顶底板水平井穿层压裂技术提供理论支撑,以煤层顶底板水平井穿层压裂技术为模拟对象,应用大尺寸真三轴测试系统对天然岩样制得的试件进行了水平井压裂模拟试验,研究了地应力、天然裂缝及弹性模量对水力裂缝扩展的影响规律。结... 为对煤层顶底板水平井穿层压裂技术提供理论支撑,以煤层顶底板水平井穿层压裂技术为模拟对象,应用大尺寸真三轴测试系统对天然岩样制得的试件进行了水平井压裂模拟试验,研究了地应力、天然裂缝及弹性模量对水力裂缝扩展的影响规律。结果表明:在采用水平井穿层压裂技术开发煤层气时,应优选垂向应力与最大水平应力差较大(5 MPa)的含煤地层;高弹性模量层中水力裂缝内压力较高,可进一步促进裂缝扩展;天然裂缝对水力裂缝扩展的影响不仅与逼近角有关,更与天然裂缝宽度、水力裂缝内注入压力相关。水力裂缝内注入压力较低(10 MPa)、天然裂缝较宽时(0.05 mm),水力裂缝易受天然裂缝影响,与天然裂缝相交后沿天然裂缝扩展;水力裂缝内注入压力较高时(30MPa),天然裂缝对水力裂缝扩展的影响减弱。 展开更多
关键词 水平井 穿层压裂 真三轴 天然裂缝 扩展机理
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扰动诱发高应力卸荷岩体破坏特征实验研究 被引量：11
16
作者 赵光明 刘崇岩 +1 位作者 许文松 孟祥瑞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期412-423,共12页
为研究扰动诱发不同中间主应力单面卸荷岩体破坏特征,通过真三轴扰动卸荷测试系统和声发射监测系统,进行了不同中间主应力卸荷实验及卸荷扰动实验,研究了中间主应力对单面卸荷岩石强度特征、演变规律及破裂模式的影响,分析了中间主应力... 为研究扰动诱发不同中间主应力单面卸荷岩体破坏特征,通过真三轴扰动卸荷测试系统和声发射监测系统,进行了不同中间主应力卸荷实验及卸荷扰动实验,研究了中间主应力对单面卸荷岩石强度特征、演变规律及破裂模式的影响,分析了中间主应力σ_(2)方向扰动作用后卸荷岩石的力学特性。结果表明:在一定范围内,随着中间主应力的增大,卸荷岩石的稳定性和峰值强度都有所增强,但较大的中间主应力会逐渐弱化岩石的承载能力;随着中间主应力的增大,卸荷岩石的开裂模式由张拉-剪切破坏逐渐转变成张拉-劈裂破坏;在σ_(2)≤30 MPa时,声发射信号经历了平静、持续出现伴随小幅突增、陡升高峰、持续低峰、大幅突增破坏;在σ_(2)>30 MPa时,声发射信号经历了平静、持续出现、多低峰、持续升高、突增破坏;不同类型扰动作用后卸荷岩石的破坏差异明显,中频中幅扰动后卸荷面形成明显V型破坏坑,分形维数最大,中频中幅扰动不仅加速了约束力小的卸荷面附近的小裂纹发育成核,同时也加速了远离卸荷面的大裂纹之间的连接贯通;扰动对岩石承载能力的损伤为中频中幅>高频低幅>低频高幅;工程建设时,不能简单增加σ_(2)从而增强围岩承载能力,还要综合考虑σ_(2)的增大会加剧卸荷岩体破坏时的剧烈程度,减少爆破和机械等对围岩的扰动,不能只单一地改变扰动源的频率或振幅。 展开更多
关键词 单面卸荷 高应力 扰动 真三轴 中间主应力 声发射
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真三轴下注水条件对煤体超声波传播特性影响规律的研究 被引量：8
17
作者 王刚 李胜鹏 +2 位作者 刘义鑫 冯净 李怀兴 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2225-2239,共15页
煤层注水对预防煤与瓦斯突出、减尘降温和软化煤层卸压防冲均有显著作用。监测水体在煤层中的运移规律,获得有效的水力润湿范围对于评估煤体注水润湿效果十分必要,因此在真三轴状态下对煤体进行注水实验的同时,辅以超声波自激发技术监... 煤层注水对预防煤与瓦斯突出、减尘降温和软化煤层卸压防冲均有显著作用。监测水体在煤层中的运移规律,获得有效的水力润湿范围对于评估煤体注水润湿效果十分必要,因此在真三轴状态下对煤体进行注水实验的同时,辅以超声波自激发技术监测记录不同注水条件下煤体透射超声波的特征参数,并对注水条件与纵波波速、幅度和衰减系数等特征参数的关系进行重点分析。结果表明:(1)注水量随注水压力增大不断增加并呈现线性稳定状态;但随着注水时间增加,注水量增速逐渐降低并趋于0。(2)超声波波速与注水压力呈线性正相关,且随注水压力增加波速增量基本稳定;波速与注水时间呈指数正相关,但对注水时间的敏感度逐渐减弱;探究并实现了注水煤体体积模量的波速表征。(3)随着注水压力增大,超声波幅值整体增大,衰减系数整体减小;超声波幅值和衰减系数对注水时间的敏感性均呈现低–高–低态势。(4)振铃计数等与注水压力均呈线性正相关,与注水时间均呈指数正相关,且与注水量的变化趋势具有较好的一致性。 展开更多
关键词 采矿工程 煤层注水 真三轴 超声波 煤体润湿 传播特性 波形参数
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真三轴条件下煤样冲击动力学及破坏特征实验研究 被引量：5
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作者 沈荣喜 顾周杰 +3 位作者 王恩元 刘贞堂 刘威 王溪 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期2168-2178,共11页
深部煤体多处于三向不等应力状态,为了研究冲击载荷下煤样动力学特性,通过真三轴霍普金森压杆实验系统,开展煤样动态破坏力学实验。利用该系统装置可分别对煤样提供单轴(σ1≥σ2=σ3=0)、双轴(σ1≥σ2>σ3=0)和真三轴(σ1≥σ2≥σ... 深部煤体多处于三向不等应力状态,为了研究冲击载荷下煤样动力学特性,通过真三轴霍普金森压杆实验系统,开展煤样动态破坏力学实验。利用该系统装置可分别对煤样提供单轴(σ1≥σ2=σ3=0)、双轴(σ1≥σ2>σ3=0)和真三轴(σ1≥σ2≥σ3≠0)预应力(其中,σ1为轴向预应力;σ2为竖直预应力;σ3为水平预应力),从而实现高应变率下煤样力学性能测试。通过对比分析单轴与真三轴静载预应力状态下煤样动态力学特征及差异性,研究了煤样动态峰值强度、峰值应变以及宏观破碎形态与三向静载预应力、应变率的关系。研究结果表明:真三轴冲击载荷下煤样力学曲线基本一致,均包含线弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段3个阶段。单轴与真三轴冲击载荷下煤样峰值强度、应变具有明显的应变率效应,随着应变率的增加,单轴与真三轴冲击载荷下煤样峰值强度及峰值应变逐渐增大;比较单轴与真三轴冲击,三向静载预应力对煤样动态破坏具有明显的约束性,煤样的力学强度较单轴冲击时增大。保持σ2与σ3不变,煤样的力学峰值强度、应变随着轴向预应力σ1的增加整体呈降低趋势。随着应变率的增加,单轴冲击载荷下的煤样逐渐破碎至颗粒或粉末状,碎块平均粒径随应变率的增加线性降低;而三向静载预应力状态下的煤样呈现宏观断裂,碎块平均粒径随轴向预应力σ1的增加线性降低,但破坏程度相对单轴冲击较低。 展开更多
关键词 真三轴 SHPB 煤 应变率 冲击动力学 破裂
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钢纤维混凝土多轴损伤比强度准则 被引量：7
19
作者 丁发兴 吴霞 +2 位作者 向平 余志武 聂磊鑫 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期123-132,共10页
以损伤比强度理论为基础,建立了钢纤维混凝土真三轴损伤比强度准则,并根据钢纤维混凝土试验资料,推荐了钢纤维混凝土损伤比变量表达式中的6个经验参数。利用钢纤维混凝土在单轴、双轴和三轴受力状态下的应力-应变曲线试验结果验证了损... 以损伤比强度理论为基础,建立了钢纤维混凝土真三轴损伤比强度准则,并根据钢纤维混凝土试验资料,推荐了钢纤维混凝土损伤比变量表达式中的6个经验参数。利用钢纤维混凝土在单轴、双轴和三轴受力状态下的应力-应变曲线试验结果验证了损伤比取值合理性,对比了单轴受拉、单轴受压和双轴等压等典型受力状态下钢纤维混凝土和普通混凝土损伤比变量取值的差异。通过与国内外共104组钢纤维体积率为0.5%~2.5%的钢纤维混凝土三轴强度试验资料的比较,表明六经验参数钢纤维混凝土损伤比强度准则的三维破坏包络面接近已有认识;通过与国内外强度准则比较,表明损伤比强度准则与钢纤维混凝土三轴试验数据有较高的吻合度。对于围压三轴受力状态,提出简化的钢纤维混凝土常规三轴强度准则,并与已有常规三轴强度准则进行比较分析。此外,对于材料处于二轴受力,推荐了简化的损伤比二轴强度准则中的经验参数取值。 展开更多
关键词 钢纤维混凝土 真三轴 围压三轴 二轴应力 损伤比 强度准则
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真三轴采动卸荷条件下砂岩扩容行为和非共轴性研究 被引量：4
20
作者 李文璞 王泽 +3 位作者 冯国瑞 杜佳慧 宋真龙 刘超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期71-81,共11页
在实际地下工程开挖中,岩石处于采动应力状态,其采动应力路径用应力Lode角表示。基于多功能真三轴流固耦合试验系统,开展相同静水压力、不同应力Lode角的真三轴力学试验,研究不同应力Lode角对砂岩的扩容特性和非共轴性的影响。试验结果... 在实际地下工程开挖中,岩石处于采动应力状态,其采动应力路径用应力Lode角表示。基于多功能真三轴流固耦合试验系统,开展相同静水压力、不同应力Lode角的真三轴力学试验,研究不同应力Lode角对砂岩的扩容特性和非共轴性的影响。试验结果表明:应力Lode角的增加在一定程度上反映出卸荷作用对砂岩真三轴试验变形的影响。对比应力Lode角在-30°~0°和0~30°的主应力变化量可以发现:最大主应力变化量比较均匀,中间主应力变化量下降,最小主应力变化量上升。随着应力Lode角的增加,最大主应变压缩程度下降,中间主应变由膨胀转变为压缩,最小主应变膨胀程度增加,且最小主应力方向的膨胀量相对于最大主应力方向的压缩量增加。应力Lode角从-30°变化到30°,随着最大主应变的增加,体积应变呈现先减小后增加的趋势。引入应变偏应力柔量,随着应力Lode角的增加,广义剪切应力对最大主应力方向的压缩变形作用减弱,对最小主应力方向的膨胀变形作用先增强后趋于平稳;体积应变偏应力柔量整体呈现下降趋势。非共轴性表现为应力路径和应变路径不重合,不同应力Lode角下的应变路径均向低Lode角方向演化。引入偏转量,应力Lode角从-30°变化到30°,偏转量呈现先上升后下降的趋势。 展开更多
关键词 真三轴 采动卸荷 应力Lode角 扩容特性 非共轴性
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