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高温作用后花岗岩三轴压缩试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
为综合考察温度、围压对花岗岩力学性质及破坏方式的影响,在高温（25℃～1 000 ℃）作用后,利用MTS815.02电液伺服材料试验系统对花岗岩岩样进行不同围压作用下的三轴压缩试验。研究结果表明,（1）围压一定时,经历不同高温作用后花岗岩三轴压缩全应力-应变曲线经历了压密、弹性、屈服、破坏、塑性流动5个阶段;（2）经历不同高温作用后岩样三轴抗压强度与围压呈非线性二次多项式增长关系,围压为40 MPa时的抗压强度比单轴抗压强度提高了382.30%;常规三轴压缩条件下,400 ℃是花岗岩力学参数的阀值温度;（3）经历高温作用后,岩样弹性模量随围压升高呈增大趋势,围压为40 MPa时的弹性模量比单轴时提高了90.26%;随温度升高呈二次非线性减小,1 000 ℃时的弹性模量比25℃时降低了57.16%;（4）花岗岩的失稳型式同时取决于围压和温度。单轴压缩状态下,随着温度的升高,岩样变形破坏型式由脆性破裂向塑性变形过渡,失稳型式在低温时为突发失稳、中高温为准突发失稳,温度高于800 ℃为渐进破坏;三轴压缩状态下,随着围压的增大,岩样破裂型式由脆性张拉破裂逐渐向剪切破裂过渡,岩样的失稳型式以突发失稳为主。在试验温压范围内,影响花岗岩力学性质的首要因素是温度,其次是围压。 相似文献
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页岩气储层的岩石力学特性对压裂改造效果影响极大,开展页岩破坏机理、力学特性和脆性评价方面的研究,可以为页岩气开采中大规模体积压裂提供技术支持。本文对龙马溪组黑色炭质页岩进行单轴压缩试验,得到以下结论:（1）黑色页岩具有明显的层状薄片矿物结构,矿物主要成分为石英和方解石,结构面固有强度较高;（2）由于强结构面的影响,倾斜层理试件具有较高的弹性模量与单轴抗压强度,但是总体积应变量较小;平行或者垂直层理试件的弹性模量与单轴抗压强度较小,总体积应变量反而大;（3）随着层理倾角β的增大,层状页岩单轴压缩试验测得的起裂应力水平指标表现为"中间小两头大"的U型规律,即层理倾角为30°或60°时测量值较小,而0°或90°时较大;（4）岩石脆性是可压裂性的关键因素,层理角度为30°或者60°时,脆性指标较大,页岩的可压裂性更强,脆性指标的变化规律大致呈倒U型。本文的研究对评价页岩的可压裂性、提高压裂改造效果具有重要的现实意义和应用价值。 相似文献
3.
页岩气储层的力学性质是影响页岩井壁稳定性的重要因素。根据不同围压下龙马溪组页岩的单三轴试验结果,开展页岩能量演化规律、损伤演化规律和脆性特征研究。结果表明:从初始到屈服阶段,岩样的总吸收能几乎全部转化为弹性应变能;屈服阶段至峰值强度阶段期间,弹性应变能与总吸收能之比逐渐减小,耗散能逐渐增加。峰后弹性应变能骤降,耗散能迅速增加。能量的耗散与岩石损伤具有正相关性;从能量角度揭示的损伤演化规律符合"S"型曲线特征;低围压下,龙马溪组页岩脆性指数更强,高围压下,它的脆性指数更弱。本文的研究对指导储层压裂效果评价及井壁稳定性评价具有重要的意义和应用价值。 相似文献
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以白云鄂博露天铁矿东矿岩质高边坡为工程背景,结合现场地质调查、室内岩石和节理力学试验等数据,采用等效岩体技术,构建能充分反映节理分布特征的实验室、现场原位试验和工程尺度等多尺度等效岩体模型。通过对各类等效岩体模型进行单轴压缩试验,研究岩体单轴抗压强度、弹性模量等力学特性的尺寸效应和各向异性。研究表明：节理的存在使岩体表现出尺寸效应和各向异性,且随着尺寸的增大,这种特性基本呈逐渐减弱的趋势;研究区域岩体的表征单元体积、单轴抗压强度和弹性模量分别为20 m×10 m×10 m、1.46 MPa和3.91 GPa;岩体单轴抗压强度、弹性模量与轴向尺寸的关系,近似符合渐进式指数函数关系,且该函数能直观地给出工程尺度岩体的力学特性。 相似文献
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从康家湾铅锌金矿Ⅲ-1号矿体上盘围岩取大量岩样,分别加工制作了50个压缩和拉伸试验的试样。利用RMT-150B伺服试验系统对试样进行单轴抗压、抗拉试验,各获得了50个试验结果。采用假设检验法,分别对50个单轴抗压强度和50个抗拉强度进行检验,结果表明,它们分别服从正态分布和对数正态分布;对50个 、 和50个C、 ,进行不放回抽样,组成50组E、 、C、 。利用FLAC计算软件,对硐室围岩中的应力进行了计算,分别获得了50个最大主应力和50个最小主应力;采用同样假设检验法,证明它们分别服从对数正态和正态分布;根据单轴抗压、抗拉强度及围岩中的最大主应力、最小主应力概率密度函数,计算了硐室围岩不发生拉伸破坏和压缩破坏的可靠度;并对硐室围岩抗剪强度的校核,得出了该地下硐室围岩稳定的结论。 相似文献
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R. A. Schultz 《Rock Mechanics and Rock Engineering》1995,28(1):1-15
Summary A study of strength and deformation measurements for basaltic rocks, along with consideration of the influence of fracturing using a rock mass classification system, documents the range of brittle response for basaltic rock masses. Although basalts vary widely in composition and other physical factors, many of the properties of a basaltic rock mass appear to vary within a factor of about 10. Typical values of strength parameters for intact basalt at ambient temperature (20°C) and negligible confining pressure are Young's modulus, 78±19 GPa; Poisson's ratio, 0.25±0.05; tensile strength, –14.5±3.3 MPa; unconfined compressive strength, 266±98 MPa; and conhesion, 66 MPa. Corresponding values for a basaltic rock mass that incorporate the weakening effects of scale are deformation modulus, 10–40 GPa; Poisson's ratio, 0.3; tensile strength, –0.1 to –2.5 MPa; uniaxial compressive strength, 10–90 MPa; and cohesion, 0.6–6 MPa. A measured deformation modulus for ambient pressure in the vertical direction, 20 GPa, is 1.5–3 times larger than that in the horizontal directions, 13.5 and 6.5 GPa, reflecting strength anisotropy due to column or block geometry for one particular basalt. Values of tensile and cohesive strength for the basaltic rock mass are generally one to two orders of magnitude lower than corresponding values for intact basalt. The shear strength of joints appears to vary considerably from flow to flow. 相似文献
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高地应力区地下岩体工程开挖常形成围岩拉-压应力状态,发生岩体张性破坏灾害。本文针对传统PFC平行黏结模型不能模拟脆性岩石高单轴压缩与拉伸强度比的问题,建立双抗拉强度参数的平行黏结强度准则,开展岩石拉-压数值模拟试验,得到了与物理试验接近的拉-压强度,实现了岩石高压拉强度比的模拟,并深入分析了破坏机制。研究结果表明随着围压的增加,破裂面倾角逐渐增大,由拉伸破裂转化为拉-剪破裂,发现了拉-压应力状态下破裂面处的雁行裂纹。根据细观颗粒位移场揭示了破裂面力学性质,随着围压的增加(破裂面倾角逐渐增大),破裂面张性逐渐减弱而剪性增强。可将拉-压应力状态下岩石损伤演化过程大致分为弹性变形阶段、稳定破裂发展阶段、不稳定破裂发展阶段和整体破裂阶段(峰后应力跌落及残余阶段)。围压较大时弹性变形和稳定破裂发展阶段相对较短,不稳定破裂发展阶段相对较长较剧烈,峰后残余阶段破裂面摩擦更强、应力波动较大。 相似文献
8.
某工程蚀变岩孔隙特征及其软弱程度研究 总被引：1，自引：0，他引：1
孔隙作为岩体的初始损伤,对岩体的强度及变形特性的影响尤为明显,而孔隙发育是研究区内一类力学性质较软弱岩石的显著特征。对蚀变岩孔隙特征的研究是了解蚀变岩的软弱程度及孔隙度对其软弱程度的影响的有效方法。针对此蚀变岩进行岩矿及铸体薄片分析得出蚀变岩孔隙有原生、浅表生及构造3种成因,其中以原生为主。从饱水蚀变岩的常规单轴压缩试验应力-应变全过程曲线上求取蚀变岩的饱和单轴抗压强度及割线模量,再与相应试样的孔隙度进行相关性分析,结果显示出蚀变岩的饱和单轴抗压强度及割线模量均随孔隙度的增加而减小,且呈幂函数关系。由于蚀变岩的饱和单轴抗压强度(R c)及割线模量(E s)作为软硬岩评判标准具有一致性,且两者与孔隙度(n)存在较好的相关性,以此将3者共同作为蚀变岩软弱程度的划分标准,并得出软硬岩分界处n为12%、R c为30 M Pa、E s为5 GPa。 相似文献
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为研究自然与饱水状态下不同粒径砂岩损伤破坏过程中的力学特性和声发射特征,对自然和饱水状态下3种粒径砂岩进行单轴压缩试验和声发射试验,研究其单轴应力状态下力学特性和声发射特征。试验结果表明:在自然状态下,粗粒砂岩平均抗压强度为54.23 MPa,中粒砂岩为53.56 MPa,细粒砂岩为59.46 MPa;饱水后,粗粒砂岩平均抗压强度为35.62 MPa;中粒砂岩为31.79 MPa,细粒砂岩为29.10 MPa。饱水后,粗粒砂岩、中粒砂岩和细粒砂岩的弹性模量分别降低19.6%、32.7%和33.7%;泊松比分别增加9.6%、10.4%和19.5%。所有试样各阶段声发射能量曲线变化趋势与各阶段受力破坏程度具有较高的一致性,声发射能量峰值都出现在应力峰值附近,其中饱水后弹性变形阶段声发射总能量发生不同程度的减少,粗粒砂岩为67.4%,中粒砂岩为32.4%,细粒砂岩为29.3%。饱水试样损伤演化阶段较自然状态声发射总能量发生明显下降,粗粒砂岩最为明显,降幅为73.5%,中粒砂岩为36.0%,细粒砂岩为62.0%。饱水后失稳破裂阶段声发射能量值较自然状态依旧出现不同程度的减少,粗粒砂岩为30.7%,中粒砂岩为29.5%,细粒砂岩为38.3%。砂岩饱水后力学特性与声发射特征变化是试样微观结构变化在宏观层面的体现;用砂岩单轴破坏过程中声发射能量峰值可以很好地表征砂岩脆性,将为岩石脆性研究提供新的思路。 相似文献
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基于Drucker-Prager准则的岩石弹塑性损伤本构模型研究 总被引：1，自引：0，他引：1
大多数岩石材料软化本构模型在硬化函数中引入塑性内变量来表示材料的硬化/软化性质,但并不能反映岩石微裂隙损伤对材料力学性能的影响及单轴拉伸和压缩所表现的初始屈服强度f0与屈服极限fu的差异。基于D-P准则同时考虑塑性软化及损伤软化,建立岩石类材料的弹塑性本构关系及其数值算法。塑性屈服函数采用Borja等的应力张量的硬化/软化函数,反映塑性内变量及应力状态对硬化函数的影响;由于岩石损伤软化是微裂隙扩展所导致的体积膨胀引起的,因此,提出用体积应变表征岩石损伤变量的演化,并用回映隐式积分算法编制了岩石的弹塑性损伤本构程序。对单轴压缩及拉伸荷载作用下的岩石材料试验进行数值模拟,结果表明,所提出的岩石弹塑性损伤本构模型可以较好地符合岩石材料的力学特性。 相似文献
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泥页岩单轴抗压破裂特征及UCS影响因素 总被引：2，自引：0，他引：2
正确认识泥页岩单轴抗压破裂特征及UCS影响因素对探究泥页岩破裂机制、钻完井设计、压裂评价、微裂缝预测、测井解释及地震响应等方面均具有重要参考价值。本文在对国内外近些年有关泥页岩单轴抗压及UCS研究系统调研及近期研究成果全面分析基础上,对泥页岩破裂特征及UCS影响因素进行了综合分析。研究结果表明,泥页岩单轴加载曲线的非弹性段变形机制受微裂缝的滑动、新微裂缝的产生、扩展及孔隙坍塌的综合影响。泥页岩单轴抗压破裂呈张性或张剪性,张性破裂易发生于刚度较高、固结程度较强的部位;而剪性破裂易发生于刚度较低、固结程度较弱的部位。S型破裂准则可以较为准确的描述泥页岩从单轴到三轴发生破裂时所对应的强度变化。从地质学角度,对影响泥页岩UCS的因素进行了归纳,分别为矿物组成、层理面角度、分选性、微组构、有机质含量及分布、孔隙度、水分、微裂缝8方面因素,详细分析了不同影响因素的影响机制。在这些影响因素中,微裂缝由于分布特征复杂,其对泥页岩单轴抗压破裂及UCS的影响机制研究尚不深入。因此建议未来应加强泥页岩微裂缝参数的定量化研究,从微观尺度研究微裂缝对泥页岩单轴抗压破裂的具体影响机制,该研究可以为页岩油气勘探、开发提供科学指导。 相似文献
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液氮温度极低（?195.8℃）,当与储层岩石接触时,能够改变岩石物性并对岩石结构产生损伤致裂,因此,可用于储层压裂改造。为了研究液氮压裂时低温对岩石力学性能的影响,分别对不同含水状态（干燥与饱和）的不同类型（大理岩、砂岩和花岗岩）岩石进行液氮冻结处理,并对冻结前、后岩样进行抗拉及单轴抗压强度对比测试。结果表明,经液氮冻结后,岩石的单轴抗压强度、抗拉强度和弹性模量都降低;岩石在干燥状态下,液氮冻结对大理石强度的影响大于对红砂岩的影响;岩石饱和水状态下,液氮冻结对红砂岩强度的影响大于对大理岩的影响;饱和水状态岩石经液氮冻结后,其应力-轴应变曲线在弹性变形阶段出现一个拐点;对于同种类型岩石,饱和水状态能加剧液氮冻结并对岩石损伤,岩石强度影响显著;对3种岩样微观结构进行了电镜扫描（以大理岩为例进行分析）,发现经液氮冻结后在矿物颗粒之间生成了微裂隙。研究结果可为进一步研究液氮压裂机制提供试验依据。 相似文献
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不同温度条件下饱水风化花岗岩强度及变形特性分析 总被引：3，自引：3，他引：0
为研究温度和围压对风化花岗岩抗压强度、 剪切强度参数及变形特性的影响规律, 以新疆天山某一矿区的风化花岗岩为研究对象, 对不同温度（15、 -5、 -15 ℃）、 不同围压（0、 4、 7、 10 MPa）条件下的饱水风化花岗岩进行单轴和三轴压缩试验。结果表明： 相同温度条件下, 围压在0 ~ 10 MPa变化时, 风化花岗岩三轴抗压强度随围压线性增大。在相同围压下, 抗压强度随温度的降低而明显提高, 风化花岗岩的黏聚力c随温度降低而增大, 内摩擦角φ随温度的降低呈增长趋势。弹性模量随围压的增大不断提高, 但随着温度的降低, 增长幅度逐渐减小。泊松比也随温度降低和围压的增加呈增大趋势。温度和围压对风化花岗岩试样的破坏形态影响机制不同。温度降低使矿物颗粒及内部的微裂纹和间隙收缩, 进而胶结强度增大; 荷载和围压的增大会使岩石内部形成微裂隙并逐渐贯通, 同时孔隙冰破碎裂隙充分接触, 进一步增加摩擦力提高岩石强度。 相似文献
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Rocks subjected to long-term loading have been known to suffer microcracking. The rate of cracking is sensitive to the type of the applied stress (tensile or compressive), and the magnitude of the stress relative to the instantaneous strength. In addition, crack growth is influenced by the environment (pressure and temperature) including the presence or absence of moisture.For tensile loading, the sensitivity of granite to time-dependent cracking is demonstrated through a fracture mechanics test known as double torsion. The crack velocity versus stress intensity function is established for two environments, room temperature and humidity and room temperature and 100 percent humidity.For compressive loading, time dependent cracking is evaluated from creep tests conducted in uniaxial compression in the same two environments. The rate of cracking is defined by finding the functional relationship between the rate of crack growth, expressed as the rate of crack volume strain, and uniaxial compressive stress.A variety of mathematical functions has been fitted to the obtained data. The traditionally-used power and exponential relationships give good correlation for both crack velocity and crack volume strain rate.The crack volume strain rate versus stress function can be integrated to obtain a lifetime estimate for Lac du Bonnet granite. After 1 000 years of loading in uniaxial compression at room temperature and 100 percent humidity, the strength of this granite could reduce from 225 MPa to 90–100 MPa. 相似文献
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为研究地铁隧道中软硬互层岩体力学特性及破坏机制,本文首先在乌鲁木齐泥岩、砂岩物理力学参数获取的基础上,对互层岩体物理力学参数进行微观参数标定,然后通过颗粒流数值模拟单轴压缩试验,分析互层岩体层厚、层厚比、岩层倾角作用下互层岩体强度响应规律及裂纹变化。分析结果表明:随着互层岩体层厚的增加,其单轴抗压强度在降低,裂纹数量也在降低,裂纹发展速度加快;随着互层岩体层厚比的增加,其单轴抗压强度在不断降低,在层厚比大于1时单轴抗压强度的变化相对稳定,且层厚比小于0.6时裂纹发展趋势较为快速,层厚比大于0.6时裂纹发展趋势较为缓慢;互层岩体岩层倾角的增加使单轴抗压强度的变化大体呈U字形变化趋势,40°时单轴抗压强度最低,90°时裂纹数量最多,发展趋势最为缓慢;由正交试验分析得出层厚比对单轴抗压强度敏感性最大,并分析得出了最优组合;最优组合为:层厚6 cm、层厚比0.1、岩层倾角0°。 相似文献
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Basalt is an extrusive igneous rock derived from Lava and spread over different localities in Jordan. It can be used in industrial applications, and as construction materials. Before using basalt, it is essential to determine its dry density, porosity, uniaxial compressive strength, and Brazilian tensile strength. The testing procedure and sample preparation used to determine the engineering properties are time-consuming and need expertise. Hence, the ultrasonic pulse velocity (UPV) test, a quick and non-destructive evaluation method, was used to determine the engineering properties. Empirical relationships for determination of dry density, porosity, uniaxial compressive strength, Brazilian tensile strength, and tangent modulus of elasticity were deduced. Good correlation coefficients (R2?=?0.832–0.929) were obtained between UPV and dry density, porosity, uniaxial compressive strength, Brazilian tensile strength and modulus of elasticity. These correlations were limited to intact basalt with UPV?≥?4000 m/s. 相似文献
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S. Y. Wang S. W. Sloan M. L. Huang C. A. Tang 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2011,44(2):179-198
Using a numerical modelling code, rock failure process analysis, 2D, the progressive failure process and associated acoustic
emission behaviour of serial and parallel rock samples were simulated. Both serial- and parallel sample models are presented
for investigating the mechanism of rock pillar failure. As expected, the numerical results show that not only the stiffness,
but also the uniaxial compressive strength of the rock plays an important role in pillar instability. For serial pillars,
the elastic rebound of a rock pillar with higher uniaxial compressive strength can lead to the sudden failure of an adjacent
rock pillar with lower uniaxial compressive strength. The failure zone forms and develops in the pillar with lower uniaxial
compressive strength; however, the failure zone does not pass across the interface of the two pillars. In comparison, when
two pillars have the same uniaxial compressive strengths but different elastic moduli, both serial pillars fail, and the failure
zone in the two pillars can interact, passing across the interface and entering the other pillar. For parallel pillars, damage
always develops in the pillar having the lower uniaxial compressive strength or lower elastic modulus. Furthermore, in accordance
with the Kaiser effect, the stress-induced damage in a rock pillar is irreversible, and only when the previous stress state
in the failed rock pillar is exceeded or the subsequent applied energy is larger than the energy released by the external
loading will further damage continue to occur. In addition, the homogeneity index of rock also can affect the failure modes
of parallel pillars, even though the uniaxial compressive strength and stiffness of each pillar are the same. 相似文献
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为深入探讨岩体物理力学参数对凿碎比功及刀具磨损值的影响,本文以南疆铁路吐库二线,中天山隧道为研究对象,基于隧道掘进机法（TBM）,对隧道围岩进行原位及室内实验,获得纵波波速、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、静弹性模量、黏聚力等基本力学参数。使用SPSS22软件分别对以上参数与凿碎比功及刀具磨损值进行相关性分析,结果表明其单因素相关性均较弱。而在以凿碎比功及磨损值分别作为因变量,以各物理力学参数为自变量进行多因素回归分析并对数据进行逐步法多项式拟合的条件下,得出两因变量与单轴抗压强度和岩体完整性系数均高度相关。在对拟合模型验证过程中发现,在单轴抗压强度大于100 MPa且岩体完整性系数大于0.5的条件下,使用该模型具有更高精确度。 相似文献