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深部煤体采动应力场演化规律及扰动特征研究
1
作者 王路军 周宏伟 +1 位作者 腾龙 任伟光 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期2944-2954,共11页
为了描述深部煤体开采过程中扰动特征,提出基于采动应力的扰动强度判别表达式。根据深部煤体开采实际条件,采用应变软化本构关系,建立深部煤体在保护层开采及蠕变条件下数值模型,得出保护层开采后煤体应力场演化规律及受扰动强度特征,... 为了描述深部煤体开采过程中扰动特征,提出基于采动应力的扰动强度判别表达式。根据深部煤体开采实际条件,采用应变软化本构关系,建立深部煤体在保护层开采及蠕变条件下数值模型,得出保护层开采后煤体应力场演化规律及受扰动强度特征,并分析出在受扰动影响及蠕变条件下变形场规律,最终将现场实测应力与模拟结果进行对比,说明数值模拟的合理性。研究表明:(1)深部煤岩体强度差异大,岩体强度高,破坏时应力衰减快,而煤体强度较低,呈现弹塑性破坏。(2)采用基于采动应力的扰动因子表征煤体受扰动程度;保护层采空区下煤体卸压范围大,表现出区域性扰动特征,而未受保护层开采影响但受本煤层回采巷道影响的局部区域,扰动因子在0.7以上,呈现高强度扰动特征;采动应力扰动因子与扰动强度呈正相关,扰动因子越大,煤体受扰动程度越强。(3)深部煤体受扰动及蠕变影响,保护层采空区下煤体体积应变增加明显,而未受保护层开采扰动的煤体由于蠕变影响,其体积应变也随时间而增加。 展开更多
关键词 采矿工程 深部煤体 扰动因子 采动应力场 体积应变
冻融过程中岩石内部热传导弛豫特性研究
2
作者 腾龙 申艳军 +2 位作者 杨更社 王路军 王铭 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期207-214,共8页
为了研究冻融过程中岩石内部的传热规律,对冻融过程中类岩石试件内部的温度变化进行了定点监测,基于实测的不同温度下岩石热参数构造了显热容模型,并对冻融过程中岩石内部热传导弛豫现象和温变规律进行了模拟和分析。研究结果表明:冻融... 为了研究冻融过程中岩石内部的传热规律,对冻融过程中类岩石试件内部的温度变化进行了定点监测,基于实测的不同温度下岩石热参数构造了显热容模型,并对冻融过程中岩石内部热传导弛豫现象和温变规律进行了模拟和分析。研究结果表明:冻融过程中饱和岩石内部出现了明显的热传导弛豫现象,温变曲线呈现三区段变化特征;构造的显热容模型可以较好地模拟出冻融过程中的热传导弛豫区段;建立了考虑热弛豫现象的冻融岩石温度场模拟方法,模拟结果与实测结果吻合度较好。 展开更多
关键词 冻结法 冻融过程 热传导弛豫 显热容
上保护层开采下煤岩强扰动力学行为与渗透特性 预览
3
作者 任伟光 周宏伟 +3 位作者 薛东杰 王路军 腾龙 刘建锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1473-1481,共9页
保护层开采在低渗透高瓦斯近距离煤层中得到广泛应用,研究保护层开采扰动下的煤岩强扰动力学行为与渗透特性为进一步更加高效安全的开采被保护层煤层提供了理论支持。选取平煤集团十二矿上保护层己14煤层工作面己14-31010和被保护层己1... 保护层开采在低渗透高瓦斯近距离煤层中得到广泛应用,研究保护层开采扰动下的煤岩强扰动力学行为与渗透特性为进一步更加高效安全的开采被保护层煤层提供了理论支持。选取平煤集团十二矿上保护层己14煤层工作面己14-31010和被保护层己15煤层工作面己15-31030为研究对象,进行相似模拟试验和保护层开采过后被保护煤层受力分析。通过相似材料模拟试验获取保护层开采方式下被保护层的受力情况,上保护层开采过程中,煤层压力先增大后减小,采空区重新压实稳定后,应力状态近似恢复到原岩应力状态。通过对保护层开采后的被保护煤层受力分析获取煤层变形后的应力状态,上保护层开采过后,被保护层煤层产生变形,煤层上部分膨胀变形,应力小于原岩应力;下部分煤层压缩,应力大于原岩应力。结合二者的结果获取保护层开采方式下室内试验中被保护层煤层应力加载路径。依据被保护层煤层应力加载路径,设计进行采动耦合应力路径下的煤样渗流试验。试验结果表明:上保护层煤层开采过程中,同等试验条件下,被保护层煤层可承受的上保护层开采扰动应力越大,被保护层煤层开采过程中的煤体破坏应力峰值越大,体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样和N组煤样应力应变曲线与常规保护层卸荷三轴试验相比,扩容点出现位置明显提前;同等应力状态下,水压越大,煤样的体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样初始围压为35MPa,围压对渗透率的影响大于轴压的影响,N组煤样初始围压为20MPa,围压、轴压交替对渗透率产生主要影响,渗透率曲线呈现“W”型。两组试验中,扰动应力最大的试样破坏前的渗透率普遍大于其他试样的渗透率。 展开更多
关键词 保护层开采 低渗透高瓦斯近距离煤层 采动耦合应力路径 扰动应力 渗透率
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深部煤体采动应力下双曲函数型渗透率模型 预览
4
作者 王路军 周宏伟 +1 位作者 腾龙 任伟光 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期941-948,共8页
深部资源开采中,采动应力下煤体渗透率演化规律成为煤炭开采理论研究的热点之一。通过对煤体常规三轴渗流实验和采动应力路径下渗流实验对比分析,发现深部含瓦斯煤体在采动应力路径下其渗透率-体积应变异于常规三轴渗透实验。煤体常规... 深部资源开采中,采动应力下煤体渗透率演化规律成为煤炭开采理论研究的热点之一。通过对煤体常规三轴渗流实验和采动应力路径下渗流实验对比分析,发现深部含瓦斯煤体在采动应力路径下其渗透率-体积应变异于常规三轴渗透实验。煤体常规三轴实验主要以三向应力加载为路径,而煤体在不断采出过程中其应力路径主要表现为特定方向加载其他方向卸荷的过程,可凝练为加轴压卸围压的应力路径,而应力-应变分析的起始点为静水压力状态,这必然引起煤体力学物理性质异于三向加载条件的行为。在采动应力条件下的渗透率-体应变空间内,以煤体体应变扩容点为界,当体应变达到扩容点后,随着体应变从压缩变形转换为膨胀变形,渗透率呈现出降低、稳态、增加的过程。为了定量地描述深部煤体渗透率在采动破坏或流变失稳过程中先减小后增大的行为,基于在体积应变空间内真实渗透网络是所有可能渗透网络中最优演化形式的假设,建立以渗透率、体积应变为变量的泛函关系,从而得出由体积应变表示的渗透率表达式。考虑深部煤体流变过程,将分数阶微积分理论推导的煤体体积蠕变方程代入渗透率函数中,得出以轴向应变为自变量的渗透率表达式。根据已有的实验数据对渗透率模型进行验证,结果表明:基于最优渗透网络得出的渗透率模型能很好地描述煤体渗透率在破坏过程中的演化规律,同时也可拟合流变过程中渗透率的变化趋势。 展开更多
关键词 渗透率 双曲函数 深部煤体 采动应力 体积应变
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采动应力下煤体渗透率模型构建及研究进展 预览
5
作者 周宏伟 腾龙 +2 位作者 牟瑞勇 王路军 任伟光 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期221-235,共15页
首先对煤体渗透率的经典模型进行了简介,其次结合采动过程中煤体内的力学变化机制及渗透率的控制因素提出了采动应力下煤体渗透率模型构建过程中的关键问题,并就每个关键问题的研究进展进行了总结和分析。关键问题包括以下3个方面:采动... 首先对煤体渗透率的经典模型进行了简介,其次结合采动过程中煤体内的力学变化机制及渗透率的控制因素提出了采动应力下煤体渗透率模型构建过程中的关键问题,并就每个关键问题的研究进展进行了总结和分析。关键问题包括以下3个方面:采动煤体各向异性特征、采动煤体损伤破裂特征和煤体吸附解吸特征的表征方法。其中,各向异性特征的煤体渗透率模型可划分为有效应力变化和几何参数变化进行表征的两类,有效应力变化角度的建模结果基本为指数型函数、几何参数变化角度的建模结果多为3次方的幂函数;损伤破裂特征的煤体渗透率模型被归纳为本构方程中含损伤变量和渗透率表达式中含损伤变量的2类,本构方程中含损伤变量的模型具有更广的适用范围,渗透率表达式中含损伤变量的模型能够更加直观的表示渗透率和影响因素之间的数量关系;在煤体吸附解吸特征的表征方法中对基于吸附热力学而建立的煤体吸附应变表达式进行了总结,同时指出在煤体渗透率模型构建中Langmuir方程形式的吸附应变表达式应用最为广泛。然后,对采动应力下煤体渗透率模型的研究进展进行了介绍,将采动应力下煤体渗透率模型归纳为有效应力型、几何参数型和系数拟合型的3类,依次对3类模型中代表性成果的表达式及应用情况进行了概述。最后,从每个关键问题的角度对后续构建采动应力下煤体渗透率模型的研究进行了展望。 展开更多
关键词 渗透率模型 采动应力 各向异性 损伤破裂 吸附解吸
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三向应力条件下煤体渗透率演化模型研究 预览 被引量:2
6
作者 腾龙 周宏伟 +2 位作者 王路军 任伟光 姬森浩 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2018年第7期1930-1937,共8页
为了掌握三向应力条件下煤体渗透率的变化规律,基于捆绑的火柴棍模型,采用弹性理论分析了煤体基质和裂隙变形对渗透率的影响,建立了两种三向应力条件下煤体渗透率的动态演化模型——指数型和立方型,两种模型均突破以往较多模型采用的单... 为了掌握三向应力条件下煤体渗透率的变化规律,基于捆绑的火柴棍模型,采用弹性理论分析了煤体基质和裂隙变形对渗透率的影响,建立了两种三向应力条件下煤体渗透率的动态演化模型——指数型和立方型,两种模型均突破以往较多模型采用的单轴应变假设,考虑了三向受力条件下煤体的横向应变不为0以及轴向荷载增加的情况。在分别改变轴压围压组合值、气体压力条件下,将理论模型与室内试验结果进行对比分析,结果表明:煤体渗透率随着载荷水平的升高而减小、随着气体压力的升高而增大;两种条件下指数型渗透率模型对煤体渗透率演化过程的定量描述均优于立方型。 展开更多
关键词 煤体 渗透率模型 三向应力 裂隙变形 指数型 立方型
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开采扰动下考虑损伤破裂的深部煤体渗透率模型研究
7
作者 腾龙 周宏伟 +2 位作者 王路军 任伟光 郭依宝 《岩土力学》 CSCD 北大核心 2018年第11期3983-3992,共10页
为了研究深部煤体在开采扰动影响下的渗透率演化规律,以三向应力条件下的煤体渗透率模型为基础,从吸附解吸作用引起裂隙变形和损伤破裂造成煤基质弹性模量劣化的角度进行理论推导,引入内膨胀应变系数的概念,同时基于Drucker-Prager破坏... 为了研究深部煤体在开采扰动影响下的渗透率演化规律,以三向应力条件下的煤体渗透率模型为基础,从吸附解吸作用引起裂隙变形和损伤破裂造成煤基质弹性模量劣化的角度进行理论推导,引入内膨胀应变系数的概念,同时基于Drucker-Prager破坏准则的损伤本构关系建立了两种考虑煤体损伤破裂的渗透率演化模型——指数型和立方型,并且对常规三轴加载、开采扰动加卸载和改变气体压力下的瓦斯渗透试验结果进行了拟合分析。结果表明:所构建的两种模型可以较好地反映常规三轴加载和开采扰动加卸载下煤体渗透率的分区段变化特征,也可以描述有效围压恒定条件下煤体渗透率随气体压力升高而降低的规律。在开采扰动加卸载和改变气体压力的试验中,指数型的拟合效果略优于立方型。研究结果可为深部煤炭开采及瓦斯抽采的工作提供指导。 展开更多
关键词 深部煤体 渗透率 开采扰动 三向应力 吸附解吸 损伤破裂
采动应力路径下深部煤体扰动特征 预览
8
作者 郭依宝 周宏伟 +4 位作者 腾龙 王路军 钟江城 任伟光 陈吉 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2018年第11期3072-3079,共8页
为研究采动条件下工作面前方煤体应力变化规律与扰动破坏特征,以平煤十二矿己15-31030工作面为研究对象,通过现场原位实验与三维数值模拟研究,给出了不同应力状态下的扰动强度判别指标,以煤体主应力为中间量,将采动应力与工作面前方煤... 为研究采动条件下工作面前方煤体应力变化规律与扰动破坏特征,以平煤十二矿己15-31030工作面为研究对象,通过现场原位实验与三维数值模拟研究,给出了不同应力状态下的扰动强度判别指标,以煤体主应力为中间量,将采动应力与工作面前方煤体破坏特征联系起来,得到了采动应力演化规律及采动应力路径下煤体变形特征。原位单轴实验表明工作面前方煤体采动应力不是单纯的增加,而是经历了原岩应力、缓慢上升、急剧升高、突然卸荷4个状态,而三维数值实验得出侧压力系数大小与扰动状态具有一定的相关性。根据已有的应力路径,数值再现了单向、三向采动应力状态下煤样的变形规律和塑性分布状态。 展开更多
关键词 原位实验 采动应力 扰动系数 应力状态 变形破坏
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深部煤体非线性蠕变本构模型及实验研究 预览
9
作者 王路军 周宏伟 +1 位作者 腾龙 任伟光 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2018年第8期2196-2202,共7页
深部煤体蠕变规律研究对控制巷道围岩变形,预防煤与瓦斯突出及改善瓦斯抽采效果具有重要意义。基于分数阶导数流变模型,推导出煤体三维应力条件下非线性蠕变本构方程。考虑深部煤体赋存的高应力环境及应力变化路径,进行了三向应力状态... 深部煤体蠕变规律研究对控制巷道围岩变形,预防煤与瓦斯突出及改善瓦斯抽采效果具有重要意义。基于分数阶导数流变模型,推导出煤体三维应力条件下非线性蠕变本构方程。考虑深部煤体赋存的高应力环境及应力变化路径,进行了三向应力状态下轴压恒定、分级卸围压的煤体蠕变实验。实验结果表明:在三向高应力状态下,试件的轴向和环向应变表现为初始蠕变和稳态蠕变,最终出现加速蠕变阶段;在相同差应力条件下,煤体蠕变变形随围压增大而减小。利用煤体卸围压蠕变实验数据对文中蠕变本构方程的参数进行拟合,结果表明:该蠕变本构方程能很好地描述煤体蠕变三阶段,特别是加速阶段。在蠕变本构方程参数确定的前提下,分析了应力水平、分数阶导数阶数及黏性系数对煤体蠕变特性的影响规律。 展开更多
关键词 深部煤体 蠕变本构模型 体积应变 敏感性分析
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冻融循环作用下单裂隙类砂岩局部化损伤效应及端部断裂特性分析 被引量:7
10
作者 申艳军 杨更社 +3 位作者 腾龙 贾海梁 王铭 刘慧 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期562-570,共9页
寒区饱水裂隙岩体受反复冻融作用影响,沿裂隙端部出现裂纹萌生、延展、偏转、分叉等现象,造成裂隙端部局部化区域损伤,进而诱发端部断裂造成岩体整体失稳。现采用相似材料配制0°,30°,45°,60°,90°的单裂隙类砂... 寒区饱水裂隙岩体受反复冻融作用影响,沿裂隙端部出现裂纹萌生、延展、偏转、分叉等现象,造成裂隙端部局部化区域损伤,进而诱发端部断裂造成岩体整体失稳。现采用相似材料配制0°,30°,45°,60°,90°的单裂隙类砂岩试样,并对裂隙内部充分饱水,展开10,20,30,50次冻融循环试验,而后观测裂隙端部区域在不同裂隙倾角、冻融循环次数下局部化损伤效应差异规律。藉此,对裂隙岩体在冻融循环作用下的局部化损伤效应进行分析,并结合断裂力学应力叠加理论,验证了因局部化损伤效应造成的裂隙端部断裂特性及扩展路径规律。结果表明:(1)冻融循环作用下单裂隙岩体存在局部化损伤效应,按照局部区域宏观裂纹发育状况,可将裂隙端部划分为:断裂区、渐进损伤区、系统损伤区;(2)随着裂隙倾角增大,冻融循环过程造成的局部化损伤效应越不显著,对应的声波波速值越大;(3)冻融循环过程中,主要在30°,45°,60°斜裂隙岩体出现主裂纹分叉、偏转现象;(4)裂隙角度愈缓,冻融循环作用造成的主裂纹偏转现象越早产生,偏转方向逐渐趋于水平,且沿初始裂隙走向的延展长度越短;(5)冻融循环引起局部化损伤在上下端部存在差异,裂隙下端部较早发生宏观断裂,且倾角越大,差异现象越明显。研究将为冻融作用下裂隙岩体局部损伤及端部断裂演化规律提供技术参考。 展开更多
关键词 岩石力学 冻融循环 单裂隙岩体 局部化损伤效应 应力叠加原理
煤矿立井冻结壁温度场演化规律数值模拟分析 被引量:5
11
作者 杨更社 腾龙 +2 位作者 奚家米 申艳军 李博融 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2016年第2期420-425,共6页
为了研究煤矿立井冻结壁温度场发展规律,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合程序,建立了立井冻结壁有限元分析模型,该模型考虑了冻结过程中相变潜热因素影响,模型与工程实际更为吻合。为验证模型的准确性,以某矿风井为研究对象,进行了... 为了研究煤矿立井冻结壁温度场发展规律,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合程序,建立了立井冻结壁有限元分析模型,该模型考虑了冻结过程中相变潜热因素影响,模型与工程实际更为吻合。为验证模型的准确性,以某矿风井为研究对象,进行了170 d的冻结过程模拟,并与实测数据进行了对比分析,模拟结果与实测吻合度较好。依据模拟结果,可得出:1冻结过程中,测温孔温度呈负指数型下降,最终趋于恒定值;2冻结壁厚度初期增长幅度较大,而进入156 d增长趋势趋缓,最终趋于稳定,厚度达到8.2 m;3主面温度曲线以冻结管位置为中心呈V型发展,界面温度曲线则近似呈弧形发展。本模拟方法为冻结壁温度场研究提供了一种新的分析手段,相应研究成果对冻结法凿井准确把握井壁温度场演化具有较好参考价值。 展开更多
关键词 煤矿立井 冻结壁 温度场 相变潜热 多物理场耦合程序
西安城区黄土冲洪积层CFG桩复合地基承载能力可靠度分析 预览 被引量:2
12
作者 王铭 杨更社 +3 位作者 叶万军 唐丽云 刘慧 腾龙 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2016年第4期534-540,共7页
为西安城区黄土冲洪积层CFG桩复合地基设计和施工更加合理。搜集了西安城区冲洪积地层信息,得到含有黄土层的3种阶地。假设各随机变量之间相互独立,基于3种阶地的6个典型复合地基工程中36根CFG桩的工程信息,建立CFG桩复合地基承载力... 为西安城区黄土冲洪积层CFG桩复合地基设计和施工更加合理。搜集了西安城区冲洪积地层信息,得到含有黄土层的3种阶地。假设各随机变量之间相互独立,基于3种阶地的6个典型复合地基工程中36根CFG桩的工程信息,建立CFG桩复合地基承载力无量纲极限状态方程,得到各随机变量的分布概率模型,利用Monte—Cado法计算CFG桩可靠度指标,得到可靠度指标口平均值为3.0336,低于《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068—2001)给出的柔性结构上部平均可靠度指标3.2.结果表明:利用经验公式进行CFG桩复合地基承载力的设计能够满足工程的可靠度要求。研究成果可为西安城区黄土冲洪积层CFG桩复合地基及类似工程的设计和施工提供依据。 展开更多
关键词 黄土冲洪积层 CFG桩 承载力 Mont—Carlo法
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类砂岩相似材料配合比方案试验研究 预览 被引量:10
13
作者 申艳军 腾龙 +3 位作者 杨更社 袁延召 杨阳 余翔 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2016年第4期75-79,共5页
以白垩系中粒砂岩为模拟对象,采用细砂、高强水泥、细石膏、铁粉、蒸馏水为基础原料配制类砂岩相似材料。根据正交设计试验方法,确定以水灰比、骨料与水泥质量比、铁粉掺入量为控制因素的3因素3水平正交设计方案,利用极差敏感分析法分... 以白垩系中粒砂岩为模拟对象,采用细砂、高强水泥、细石膏、铁粉、蒸馏水为基础原料配制类砂岩相似材料。根据正交设计试验方法,确定以水灰比、骨料与水泥质量比、铁粉掺入量为控制因素的3因素3水平正交设计方案,利用极差敏感分析法分析以上因素对饱和密度、声波波速、导热系数、单轴抗压强度的影响。试验结果表明:骨料与水泥质量比对饱和密度、声波波速和单轴抗压强度起主导作用,且随着骨料与水泥质量比的增大,饱和密度及声波波速均显著降低;铁粉掺入量对导热系数起主导作用,掺入量增大,导热系数增加明显。通过多元线性回归分析,推算得到类砂岩材料的最优质量配合比方案,即水灰比0.53,骨料与水泥质量比0.45,掺入物质量分数4.2%,根据该配合比制作的类砂岩材料与白垩系砂岩各项参数值非常接近。 展开更多
关键词 类砂岩相似材料 正交试验 敏感性分析 多元线性回归 最优质量配合比
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冻融循环过程中岩石热传导规律试验及理论分析 被引量:2
14
作者 申艳军 杨更社 +3 位作者 王铭 张慧梅 贾海梁 腾龙 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期2417-2425,共9页
为研究岩石在低温环境下内部温度场随冻结、融化过程变化特征,探讨岩石在冻融循环过程中整体热传导规律。现开展干燥、饱水状态下类砂岩试样冻融循环室内试验,分析类砂岩试样在冻结、融化过程中内部非等温传递规律;结合试验现象,从... 为研究岩石在低温环境下内部温度场随冻结、融化过程变化特征,探讨岩石在冻融循环过程中整体热传导规律。现开展干燥、饱水状态下类砂岩试样冻融循环室内试验,分析类砂岩试样在冻结、融化过程中内部非等温传递规律;结合试验现象,从水冰微观结构探讨水冰相变过程产生的热传导弛豫机制:最后,基于热传导理论,详细探讨冻融循环干燥、饱水状态下岩石热传导方程,给出饱水岩石三阶段温度分布理论解,并通过与试验对比,验证理论分析的合理性。研究结果表明:(1)冻融循环过程中干燥状态下的类砂岩试样,其温变曲线大体呈现负指数曲线特征,且越靠近边界面,温变速率越大,同时相对冻结过程,融化升温过程速率更快:(2)冻融循环过程中饱水状态下的类砂岩试样,其温变曲线呈现明显的三区段过程,在水冰相变过程产生典型的缓温变段,且相对干燥状态,其温变速率均出现一定程度降低;(3)利用水分子相变过程中微观结构变化,可较好地解释水冰相变过程造成的热传导弛豫现象;(4)给出了干燥、饱水状态下岩石热传导方程,并借此探讨了饱水状态下固相、液相及相变区温度理论解,通过与室内试验对比,验证了理论分析公式的合理性。研究对认识冻融环境下岩石内部温度场演化规律具有一定参考价值。 展开更多
关键词 岩石力学 冻融循环 类砂岩试样 水冰相变 热弛豫机制 热传导方程
岩石冻融循环试验建议性方案探讨 被引量:4
15
作者 申艳军 杨更社 +2 位作者 腾龙 刘慧 吕伍杨 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1775-1782,共8页
岩石冻融循环试验是低温岩石力学基础性试验,其主要涉及冻融循环温度、冻融时长、循环次数等3个指标。但目前关于指标的选取,国内外的试验规程或相关学者研究成果,均未给出明确参考依据,对岩石冻融循环试验方案的确定造成较大困扰。本... 岩石冻融循环试验是低温岩石力学基础性试验,其主要涉及冻融循环温度、冻融时长、循环次数等3个指标。但目前关于指标的选取,国内外的试验规程或相关学者研究成果,均未给出明确参考依据,对岩石冻融循环试验方案的确定造成较大困扰。本研究旨在明确各指标的确定办法,提出建议性岩石冻融循环试验方案。首先,展开国内外冻融循环试验方案的全面综述,指出目前冻融循环试验方案确定时所存在问题,并藉此明确冻融循环试验方案思路;接着,针对以上三大影响指标,通过设计室内岩石冻融循环试验,详细探讨冻融循环温度、冻融时长、循环次数对岩石物理、力学参数的影响,最终根据试验结果,明确出针对不同岩性、孔隙率所对应的建议性试验方案。本研究将为后期冻融循环指标选取及标准化试验方案建立提供技术借鉴。 展开更多
关键词 岩石力学 冻融循环试验 温度 时长 循环次数
低温环境下含表面裂隙硬岩温度场及冻胀演化过程分析 被引量:5
16
作者 申艳军 杨更社 +1 位作者 腾龙 刘慧 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S1期521-529,共9页
寒区含表面裂隙硬岩与大气连通,易受外界低温环境引起裂隙内部水分凝结,造成裂隙带附近形成温度场突变,进而随水冰相变产生冻胀力,二者随着冻结活动处于动态演化之中,涉及到温度场、渗流场及应力场等多场问题。目前的研究大多依据数值... 寒区含表面裂隙硬岩与大气连通,易受外界低温环境引起裂隙内部水分凝结,造成裂隙带附近形成温度场突变,进而随水冰相变产生冻胀力,二者随着冻结活动处于动态演化之中,涉及到温度场、渗流场及应力场等多场问题。目前的研究大多依据数值模拟结果,描述裂隙岩体温度场、应力场分布特征及规律,考虑从基础理论解析计算角度,探究低温环境下裂隙岩体温度场、冻胀力演化规律鲜有报道。针对含表面裂隙硬岩在低温环境下发生的冻结现象,从传热学理论、相变理论、弹塑性力学及断裂力学理论等多角度出发,探讨随着冻结深入含表面裂隙硬岩内部温度场及冻胀荷载演化过程,提出对应解析表达式,引入多场耦合数值程序Comsol-Multiphysics进行数值模拟验证,结果表明,文中提出的温度场及冻胀荷载演化解析表达式与数值模拟结果具有较好吻合度,可满足对含表面裂隙半无限板模型温度场、应力场演化过程分析,对于裂隙岩体在低温环境下温度场、应力场演化及热-力耦合分析具有较好借鉴价值。 展开更多
关键词 表面裂隙 温度场 冻胀力 冰水相变 Comsol-Multiphysics程序
侧向卸荷条件下冻结砂岩变形特性
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作者 董西好 杨更社 +3 位作者 田俊峰 腾龙 贾海梁 刘慧 《岩土力学》 CSCD 北大核心 2018年第7期2518-2526,共9页
新庄煤矿立井采用冻结法施工技术,在井筒开挖的过程中,由于侧向卸荷作用导致围岩产生卸荷变形。从新庄煤矿立井现场采集白垩系中粒砂岩,对加工后的岩样进行饱水处理,然后利用GCTS电液伺服控制高低温高压岩石三轴测试系统进行冻结(-10... 新庄煤矿立井采用冻结法施工技术,在井筒开挖的过程中,由于侧向卸荷作用导致围岩产生卸荷变形。从新庄煤矿立井现场采集白垩系中粒砂岩,对加工后的岩样进行饱水处理,然后利用GCTS电液伺服控制高低温高压岩石三轴测试系统进行冻结(-10℃)条件下的恒轴压、卸围压三轴试验,模拟在井筒开挖过程中围岩的应力变化路径,探索冻结砂岩的变形特性。研究表明:侧向卸荷条件下冻结砂岩表现出弹-脆性特征,轴向表现为压缩变形,径向表现为膨胀变形,径向变形量约为轴向变形量的2倍;当卸荷速率一定时,岩样的卸荷变形随初始围压的增大而增大,尤其是径向变形最为显著,这可能与卸荷回弹变形及岩样内部聚集的能量大小有关;围压卸荷到同一应力水平时,高卸荷速率下岩样的卸荷变形量较小,而变形速率较大;卸荷作用导致岩样变形模量减小,横向应变与纵向应变之比增大,卸荷速率越小,初始围压越大,应变之比变化越大。 展开更多
关键词 冻结砂岩 侧向卸荷 初始围压 卸荷速率 变形特性
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