不同围压条件下花岗岩压缩破坏声发射特征细观数值模拟

通过显微ct实验,在细观尺度下研究了花岗岩在常温和经历1250℃高温后孔隙、裂隙的变化情况。结果显示在一定温度范围内花岗岩孔隙裂隙明显依次增多,孔隙率随温度的升高有增加的趋势,花岗岩在经历了1250℃高温后,变化明显会有孔洞出现,孔隙率比常温时有明显增加现象,实验结果同时也验证了高温环境下,各种矿物颗粒是靠胶结物的胶结作用形成岩石的,在高温作用下,部分胶结物的熔点相对较低,达到熔点便会熔化,温度超过其熔点便会有挥发过程。此过程过后在花岗岩试样中冷却后便会留下孔隙连成的孔洞。这是试验过程中岩样孔隙率增加的主要原因。

为了达到最接近实际工程的试验效果,采用中国矿业大学的"20mn伺服控制高温高压岩体三轴试验机",设计了精确的加压和旋转系统,操作控制比较方便,测量数据准确。利用大尺寸(φ200mm×400mm)花岗岩试样和工程钻头(φ30mm的pdc钻头),使试验条件更加接近实际工程情况,开创了该类大试样试验的先河。通过正交试验研究花岗岩在高温高压状态下的切削破碎规律,得出以下结论:(1)高围压状态(100mpa)下,随着温度升高,花岗岩的可切削性逐渐增强,在超过一定的钻压时,切削速度随着温度的升高而明显增大,在755n钻压下,300℃的切削速度比室温时增大30%～50%;(2)高围压状态(100mpa)下,随着温度升高,单位破岩能耗明显降低,在钻压为755n时,300℃时的单位破岩能耗比室温时降低20%～30%;(3)在高温高压环境下,切削速度随着钻压或转速的增大而增大;单位破岩能耗随着转速的增大而增大,随着钻压的增大而减小,与室温无围压状态下的切削破碎规律基本一致;(4)由于花岗岩在此温压范围内属于渐进破坏,抗压强度下降缓慢,如果钻压太低则切削速度和单位破岩能耗受温度影响很小,为了在高温下取得对花岗岩的良好切削效果,钻压需要超过一定的值。

为研究热-力作用下花岗岩的破裂规律,采用mts815flextestgt岩石力学试验系统和pci-ⅱ声发射仪开展了黑云母花岗岩在不同围压和不同温度作用下的三轴压缩试验。研究结果表明:在20℃,40℃和60℃的温度作用下,声发射事件的密集程度和声发射累计振铃计数以及最大ae能率随着温度的升高而增加,宏观破裂角逐渐减小,岩石的脆性破坏特征逐渐增强;在60℃,90℃和130℃的温度作用下,声发射事件的密集程度和声发射累计振铃计数以及最大ae能率随着温度升高而减小,宏观破裂角逐渐增大,岩石的剪切破坏特征逐渐增强;同时,随着温度升高,剪切破坏造成大量低能量释放率的声发射产生,声发射密集区表现为由小部分能量率很大的声发射和数量较多、低能量释放率的声发射组成。

利用修正的分离式hopkinson压杆(shpb)系统,对barre花岗岩(barregranite,bg)圆柱形试样进行高应变率单轴压缩试验。根据各向异性bg试样3个主轴方向将试样分为x向(p波速度中等),y向(p波速度最低)和z向(p波速度最高)。试验过程中,采用组合型整形器(黄铜+橡皮)保证加载中的应力平衡,实现对试样的常应变率加载;利用单脉冲加载技术确保试样在试验过程中只受到1次动态载荷。得到试样3种破坏状态形态:未破坏、表面开裂以及完全破碎。对回收试样切片后的微观裂纹分布研究发现,裂纹随着加载应变率的提高而增多。试验测得bg三个方向不同加载应变率(70,100,130s-1)下的应力–应变关系,分析不同破坏状态下的应力–应变曲线形式。3个方向的试样均表现出应变率相关,最大承受应力随着应变率的增加。在较低和较高的加载应变率下,试样的最大承受应力与初始裂纹方向无关,呈现出各向同性。而在中间加载应变率下y试样承受应力最大,这是因为bg初始裂纹面平行与xz平面,在临界加载条件下裂纹扩张比较困难。

从辽宁锦州拟建地下储库工程现场钻取典型花岗岩岩芯,进行不同冻结温度(-10℃～-50℃)和不同含水状态(干燥和饱和)的单轴及三轴压缩试验,分析岩石的变形破坏规律、干燥和饱和状态抗压强度以及三轴剪切强度参数c,?值随温度的变化关系。试验结果表明:(1)无论干燥还是饱和试样,微风化花岗岩单轴及三轴抗压强度随着低温温度的降低而提高,但呈现非线性增加的趋势,得到花岗岩抗压强度随低温温度变化的非线性关系拟合式,并认为微风化花岗岩存在一个抗压强度趋于稳定的温度界限值,此值约为-40℃;(2)微风化花岗岩在干燥和饱和条件下,黏聚力c值随温度的降低而增大,在干燥条件下尤为明显。干燥条件下,微风化花岗岩内摩擦角随低温温度降低变化较小,摩擦角基本保持在57°左右,饱和条件下,微风化花岗岩内摩擦角随温度降低而增加,由-10℃～-50℃增长幅度约为3.43%。该研究成果可为液化天然气(lng)的低温地下存储提供一定的力学参数依据。

通过声发射仪、红外热像仪观测有水压条件下的花岗岩试样单轴加载实验,研究加载过程中试样的声发射与红外辐射特征以及花岗岩破裂与渗水的红外及声发射异常前兆。研究结果显示:随着应力的逐步增加,试样的红外辐射表现为早期均匀上升、中期局部高温异常、后期渗水区低温异常;在破裂及渗水过程中,红外辐射表现为高温辐射场包围低温辐射场;花岗岩破裂-渗水的红外异常前兆为渗水点出现明显的"先升后降"红外辐射现象;32～128khz频段是花岗岩破裂渗水时声发射信号的特征频带,且在渗水前夕该频带能量呈百分比下降趋势,并在渗水发生时降至最低点。上述实验结果对巷道开挖过程中透水事故的遥感监测预警具有重要的意义。

循环加荷条件下饱和砂土液化细观数值模拟——利用离散单元法中的二维颗粒流方法(particleflowcodein2-dimension，pfc2。)，通过对双轴数值试样施加循环等幅应变且控制加荷过程中试样体积(面积)不变的方法，模拟了循环加荷条件下饱和砂土的液化特性。在得到...

利用中国矿业大学的"20mn伺服控制高温高压岩体三轴试验机"、大尺寸(200mm×400mm)花岗岩试样研究了花岗岩在高温高压状态下的冲击凿岩规律。研究结果表明,随着温度升高凿岩速度增大,当温度超过约150℃时,岩石裂隙数量增多,并且呈现出一定的塑性变形特征,不利于冲击能量的充分利用,冲击凿岩适用于钻进较低温度下(不超过150℃左右)的坚硬岩层;在高围压状态,冲击凿岩的单位破岩能耗随着温度升高而降低;在高温高压环境下,在一定钻压和冲击功率范围内,凿岩速度随着钻压或冲击功率的增大而增大,单位破岩能耗随着钻压的增大而减小。

花岗岩在高温高压环境下会产生热破裂,强度减小,断裂韧度降低。研究不同温度条件下冲击回转凿岩规律具有重要意义,可以为设计地热开采的新型钻探方法提供理论依据。利用中国矿业大学的"20mn伺服控制高温高压岩体三轴试验机"、大尺寸(φ200mm×400mm)花岗岩试样研究了花岗岩在高温高压状态下的冲击旋转破岩规律。得出以下结论:①在高围压状态下,随着温度升高,花岗岩的强度逐渐降低,冲击旋转钻进速度随之逐渐增大;②在高围压状态,冲击旋转破岩的单位破岩能耗随着温度升高而降低,凿岩效率明显提高;③在高温高压环境下,在一定钻压和冲击功率范围内,凿岩速度随着钻压或冲击功率的增大而增大,单位破岩能耗基本随着钻压的增大而减小。

岩石的组分和细观结构决定其宏观力学性质.通过显微光度计对"鲁灰"花岗岩的矿物组分及微结构,及其在不同温度下的热破裂行为进行观测.试验中发现:"鲁灰"花岗岩为多种组分所构成,非均质性明显;温度作用下,花岗岩内部晶体颗粒之间胶结物的变化,晶粒内部产生的位错及微破裂,导致花岗岩产生热损伤破裂行为.通过对花岗岩的微裂纹发展变化进行定量分析得知:温度作用下微裂纹、内部微结构的发展变化具有规律性.花岗岩的微裂纹数量在80℃出现微幅变化;当温度升高到240～260℃时,"鲁灰"花岗岩的裂纹数量出现剧烈增长;确定了花岗岩破裂行为的阈值.

颗粒材料在外力作用下会发生一定的变形,颗粒内部产生一定的应力和应变,从而产生类似流体的运动。基于颗粒流理论,引入颗粒平行连接本构模型,建立了花岗岩的三轴压缩试验颗粒流数值模型。通过对颗粒流数值模型试验中的轴向偏应力的监测,得到了一定围压下颗粒流试样的应力应变关系、体积应变与轴向应变的关系,发现能较好的表征硬脆性岩石的力学特性。轴向应力先呈现线性递增到一定值,然后会随着试样的破坏而逐渐降低。从对pfc3d软件建立的花岗岩三轴压缩试验颗粒试样的分析来看,颗粒尺寸对数值颗粒试样的宏观特性有较大的影响。

基于颗粒流理论,引入接触连接模型和滑动模型,建立了含软弱夹层试样的颗粒流模型。通过颗粒流程序(pfc)数值模型试验,对含软弱夹层试样的强度和破坏发展进行了数值模拟,分别对比了不同围压以及不同夹层参数条件下的应力-应变关系曲线,通过位移矢量场分析了破坏发展趋势。模拟结果表明,一般围压条件下试样沿软弱夹层滑动破坏,但在某特定围压下,软弱夹层的存在并不起主要控制作用;试样应力-应变关系曲线峰值随软弱夹层颗粒的摩擦系数和法向接触刚度的减小而下降,当颗粒法向接触刚度趋近0时,试样加载初始阶段呈现塑性流变特征;夹层颗粒的切向接触刚度只有低于某一特定值时才会使试样应力-应变关系曲线峰值降低。通过分析,得到了土体颗粒细观参数和宏观力学行为的内在联系,并对土体软弱夹层力学性质和渐进破坏过程有了更进一步的认识。

确定岩石损伤张量,并对有效应力进行对称化,从而得出节理损伤岩体的本构关系。借鉴弹塑性渐进退化方法的思想,在有限元方程中实现弹塑性和损伤耦合,数值模拟圆柱体花岗岩单轴压缩实验的破坏过程,模拟的较好。

研究了低氧高纯氩气氛中,不同温度下am(ⅲ)在甘肃北山花岗岩上的吸附。研究结果表明:北山花岗岩对am(ⅲ)的吸附分配系数随着温度的升高而增大,说明花岗岩对am(ⅲ)的吸附是吸热反应;并对可能的吸附机理进行了讨论,am(ⅲ)在北山花岗岩上的吸附机理主要为表面配合反应,总体表现为不可逆吸附。

在全国杉木中心产区的闽北林区,选择花岗岩母质发育的不同栽植代数(1、2、3代)、不同立地(14、16、18地位指数)、不同发育阶段(幼龄林、中龄林、成熟林)的杉木人工林,进行不同栽植代数及不同发育阶段杉木人工林生长发育效应研究,结果表明:不同发育阶段杉木人工林存在明显的多代效应,栽植代数对不同发育阶段杉木林生长具有明显影响.在不同立地和不同发育阶段的杉木人工林中,杉木胸径、树高及蓄积量生长均随栽植代数的增加呈逐代下降趋势,表现为1代>2代>3代.在16地位指数条件下,2、3代各发育阶段杉木胸径分别比1代杉木下降9.72%～17.62%和18.85%～26.90%,树高下降4.26%～12.56%和8.51%～15.96%,3代杉木胸径及树高分别比2代杉木下降1.49%～19.02%和3.88%～4.59%;同时连栽杉木胸径及树高生长速生期推迟,速生期变短,连栽杉木林表现出明显衰退趋势

花岗岩不良地质条件条件施工，按超前锚杆与钢拱架常规支护形式难以满足施工安全需要，在黑麋峰抽水蓄能电站进厂交通洞、施工支洞进口段采用管棚联合支护形式，有效控制了不良地质情况下的围岩变形。本文仅简单介绍这一方案的应用。

隧道开挖过程中,岩石的变形破坏是在复杂应力条件下发生的。通过对脆性花岗岩试样进行加轴压、卸围压的三轴实验来分析其破坏的成因,发现一些新的问题:在适当围压条件下,围压的大小、加压速率及卸载速率都对岩石的破坏有较大的影响。因此,在隧道开挖过程中,必须控制好隧道的开挖速度;在设置围岩支护时,必须保证支护体有足够的强度、刚度,并且能适应围岩的变形,只有这样才能有效防止岩石变形的破坏,保证施工的顺利进行。

钻孔灌注桩基大量用于高速公路桥梁建设，在岩质为花岗岩的复杂地质条件下，施工入岩桩基的难点是孤石与基岩的判断，该项工作涉及桩基使用质量及整个结构使用安全，通过工程实施，本文分析总结孤石与基岩的判断方法，供入岩钻孔灌注桩基施工控制提供参考。

论述了华南陆壳的地层结构、岩性组合及其含铀性,各个构造旋回对铀的活化、迁移和富集作用。指出富铀花岗岩的源岩特征是:具有高硅、富铝、富钾的富铀陆壳。岩石组合主要以陆源泥砂质碎屑岩建造为主,夹中酸性、基性火山碎屑岩建造和碳酸盐岩建造等所组成的岩石。岩石经受了多次构造运动,使其发生不同程度的区域变质作用和混合岩化、花岗岩化,最终形成富铀花岗岩。

淡色花岗岩具有相对窄的sio2变化范围(70.5%～75.5%),且相同sio2时淡色花岗岩具有相对高的al2o3(>13.5%)含量和相对低的tfeo+mgo含量(<2.5%).这些岩石化学特征反映了淡色花岗岩较普通花岗岩具有较低的熔融温度和较少分离结晶作用影响.据此,提出有效区别淡色花岗岩与普通花岗岩的al2o3-sio2和tfeo+mgo-sio2判别图.本文报道了蚌埠地区荆山-涂山-蚂蚁山侏罗纪花岗岩侵入体的主要元素组成,并通过对比其与高喜马拉雅淡色花岗岩的矿物学和岩石化学特征,判定蚌埠荆山-涂山-蚂蚁山岩体为一淡色花岗岩带.蚌埠淡色花岗岩的mg#值较低,与高喜马拉雅淡色花岗岩类似,指示其源区为华南俯冲陆壳在地壳深度、低温脱水熔融的成因.

文章简要叙述了我国南方5省(区)富铀花岗岩和产铀花岗岩概况,详细讨论了产铀花岗岩的主要特征:断裂构造发育,蚀变作用非常强烈,经常有二云母花岗岩出现,中基性和酸性脉岩比较发育。正是这些特征,决定了它们产出铀矿床的能力。

崩岗破坏是红层土中特有的破坏形式,在花岗岩风化土中发育更为强烈,这与花岗岩风化土自身的力学性质有关。本文认为花岗岩风化土自身的结构性、粒间吸力特性决定了其遇水软化和崩解的性质,花岗岩风化土软化主要表现为减压软化和损伤软化,花岗岩风化土颗粒粒径和孔隙大小不均匀性,以至土体在吸水过程中吸力不平衡导致其崩解作用。花岗岩风化土遇水发生软化和崩解是崩岗发生的内因,为崩岗破坏水土流失提供了物质来源,长期的水与重力作用是崩岗发生的外因,为崩岗持续发展提供了动力,在上述内因和外因作用下,最终形成了崩岗地貌。