复杂应力下充填体破坏能耗试验研究

应用先进的MTS和INSTRON刚性伺服试验机对不同灰砂比的充填体进行了常规三轴、无侧限单轴动态、静态抗压强度试验,测得了各种相关力学参数,得到了对应的荷载-位移和应力-应变全曲线,根据所得试验力学参数和压缩试验的性质,将单个试件、单位体积、单位质量的破坏能耗作为考查指标,计算了三轴和单轴抗压动态、静态加载方式下的破坏能耗,计算过程中消除了负位移产生的不利影响,通过统计回归建立和分析了围压与能耗的函数关系和不同情况下破坏能耗的变化及规律,对矿山顺利回采矿柱、维护采场及巷道顶板稳定、控制地压、防止地表塌陷、环境保护等具有现实意义。     

基于无网格法的含缺陷岩石变形局部化数值模拟研究

利用自主开发的基于无网格法的岩石力学计算分析程序,采用Mohr-Coulomb破坏准则,考虑材料塑性屈服后的软化特性,研究单轴压缩条件下含一个缺陷的岩石试样的变形特性,探讨含缺陷材料的岩石变形局部化的演化规律。计算结果表明,岩石试件的破坏是一个渐进破坏的过程;加载过程中试件中的缺陷弱粒子首先出现粒子破坏并产生声发射,随加载进行试件产生微裂隙并扩张形成一个变形局部化带,局部化带扩张、发展,最终形成一个明显的剪切破坏带,缺陷粒子对试件的破坏起到了控制作用。岩石的声发射记录了岩石材料的塑性破坏过程,岩石试件的剪切破坏带与塑性区的发展具有非常类似的规律,但塑性区面积要大于剪切破坏带,从所处位置来看剪切破坏带位于塑性区之内,通过研究声发射特征信息发现变形局部化发生在应力-加载步（应变）达到峰值强度前。     

湘中涟源凹陷油气成藏与保存条件

针对湘中涟源凹陷油气藏成藏期次和时间以及油气藏破坏、改造等进行详细研究, 发现存在多期油气充注。利用沥青、包裹体分析, 印支之前曾有过油的充注, 在印支早期、晚期共发生二期天然气充注。印支期既是高成熟天然气充注期, 又是构造圈闭形成时期, 燕山期只对前期气藏起破坏、改造作用。总结了4种油气藏破坏、改造、保存样式, 即原生油气藏后期无改造样式, 原生油气藏后期简单改造样式, 原生油气藏后期多期改造样式, 原生油气藏后期完全破坏样式。分析认为涟源凹陷3个构造带油气藏保存条件各异, 西部构造带保存最差, 中部较好, 东部最好。      

平面应变状态下岩石剪切带网络数值模拟研究

研究了围压、端面约束、试件高度及界面特性对剪切带网络形成的影响。首先对影响剪切带网络形成的因素（包括试件高度、围压及温度、试件端部轴向应变大小的计算方法的差异）进行了分析。之后采用FLAC 3D对平面剪切带网络进行了数值模拟,其中摩擦角及内聚力为应变软化。探讨了倾向于出现剪切带网络的若干条件。若端面缚束较强且存在一定的侧压力,试件中部出现多重剪切带。若端面缚束较弱,试件端部易于形成剪切带网络,且随试件高度的增加剪切带条数增加。界面法向和切向刚度越大,剪切带穿越断层并按其固有方向延伸能力越强,剪切带网络格局越明显。获得的数值结果可在实验中找到佐证,并且可以用来解释地震中的一些剪切应变局部化现象。     

Nonlinear internal waves in a large lake

Comprehensive experiments on the large stratified Lake Onega have been implemented for the first time. Generation and destruction of nonlinear internal waves under different meteorological conditions have been studied.     

Use of the Boussinesq Equation for Determining the Distribution of Stress Within a Diametrical Point Load Test

Summary The maximum tensile stress at failure for a dry specimen, as determined by the Boussinesq equation for the diametrical point load test, was found to be in very good agreement with the diametrical point load tensile strength (Is) as defined by ISRM (1985). The force at failure for specimens of different geometry was used to determine the stress distribution along the line of loading. Distinctive tensile stress gradients dominate almost 84 percent of the specimen radius regardless of the size of the specimen. The maximum tensile stress is located away from the centre of the specimen at a distance approximately 76 percent along the specimen radius, measured from the centre. The stress magnitude at the centre of the specimen is small and represents about 13 percent of the maximum tensile stress calculated, which suggests that the initiation of the fracture is not from the specimen centre. At the zone of contact between the specimen and the loading cones there exists great compressive stress in areas where much material destruction occurs under the loading platen cones. The value of this compressive stress varies from specimen to specimen and, for the material used in these experiments (Oolitic limestone), ranges from 5.3 to 7.2 times the dry unconfined compressive strength of the material. According to the ISRM Suggested Method for Point Load Test, Is ₍₅₀₎ is approximately 0.8 times the uniaxial tensile strength. The maximum tensile stress revealed by the Boussinesq equation (Bs) was correlated with Is ₍₅₀₎ and found to be in the order of 0.9 times the uniaxial tensile strength.     

砂岩储层中原生孔隙的破坏与保存机制研究进展

埋藏条件下原生孔隙的破坏与保存机制是含油气盆地砂岩储层质量研究的一个核心领域,其在油气地质学研究中的意义不言而喻。与次生孔隙的形成与保存机制相比,影响原生孔隙破坏与保存的因素有着其特殊的复杂性和多样性。在总结国内外研究进展的基础上,试图深入理解不同成岩机制在砂岩储层原生孔隙破坏与保存中的意义和作用,包括破坏机制（如机械压实、胶结作用等）和保存机制（如地层超压、颗粒包膜、盐体侵位和烃类占位等）。目前难以实现砂岩储层质量钻前准确预测的一个困难在于无法明确原生孔隙演化的动力和过程,将来成岩作用、流体作用、沉积过程和盆地演化的更紧密结合可能是解决砂岩储层原生孔隙破坏与保存机制研究中最有希望的发展方向之一。     

峰后围压卸载对原煤变形和渗透特性的影响

运用自主研制的煤岩热-流-固耦合试验系统,以原煤为研究对象,进行峰后轴压保持在不同应力水平下围压的卸载试验,以分析围压卸载对原煤变形特性和渗透特性的影响。研究结果表明：通过径向应变 、轴向应变 和体应变 的不可恢复变形量以及三者在力加载过程中的响应程度来定义损伤变量,满足损伤变量的变化区间[0, 1],并以此计算煤样在卸载过程中的损伤量,得到在峰后轴压 保持不变,对围压 进行卸载时,损伤量D随着 的减小而增大,煤样的损伤程度越来越大;当轴压卸荷到不同应力时,煤样的渗透率随围压卸载次数的增加而增大,表明当 减小时, 对渗透率的影响越来越重要,同时煤样内部的孔隙裂隙以发育、扩展、延伸为主。此外,渗透率k在 卸载初期,几乎不增加;当 继续卸载时, 开始增大,并且斜率越来越大,表明煤样的损伤加剧。当保持 不变,对 进行卸载时,相当于摩尔应力圆半径增大,煤样向破坏的趋势发展,发生二次破坏的可能性增大。随着 的卸载,卸围压前 越大,摩尔应力圆半径越大,煤样的承载能力就越弱,更易发生煤样的二次破坏,表现在煤样的轴向应变 和径向应变 发生突变。     

花岗岩岩桥卸荷脆性破坏的能量特征

岩质边坡锁固段型岩桥的破坏和能量的累积与释放密切相关,利用MTS815伺服控制刚性力学试验机对花岗岩岩桥试样开展了常规三轴加荷试验和三轴加卸荷试验,采用基于轴向应力比的能量分析方法,可对不同工况下峰前加载各阶段能量变化趋势进行有效的对比分析。结果表明:应力峰值前能量特征变化主要分为压密阶段与弹性阶段,试样处于压密阶段,随着初始裂纹的闭合与摩擦,耗散能占比大幅增加;弹性阶段,荷载所做功大部分转化为弹性能储存在试样内部,弹性能占比大幅增加。由于预制裂隙存在,在临近破坏前没有出现明显的屈服阶段,岩桥试样表现为“突发式”的脆性破坏;初始围压的提升会使得应力峰值点的总能量、弹性能明显增大;花岗岩试样的岩桥越长,其吸收的总能量、弹性储能极限越大,应力峰值点的弹性能占总能量比值越高,岩桥长度变化则对耗散能没有明显影响。     

冻土模型试验试样冻结时间计算分析

快速简单地确定试样的冻结时间,对模型试验的设计具有重要意义。首先进行了不同干密度冻土模型试样整体冻结达到预设负温的试验,发现试样整体降到预设负温的时间随着干密度的增大而略有增加。然后利用COMSOL Multiphysics软件,在不考虑水分迁移的条件下,对不同干密度粉砂土试样和不同尺度条件下的正方体亚黏土试样的冻结时间进行数值模拟。将模拟结果与试验结果进行对比,发现简化条件下不同干密度的粉砂土试样能反应试样在冻结过程中冻结时间的主要特征,模拟结果中达到预设负温的时间与试验的实测结果基本吻合。正方体试样数值模拟的结果表明在同一干密度、同一含水量条件下,试样降到预设负温的时间随着体积的增大呈现幂函数增大的规律。所以,在进行模型试验设计时,可先根据试验条件进行简单的数值分析,以较合理、经济的安排试验时间,同时也可保证试样冻结质量。     

试件形状对冻结粉土抗压强度影响的试验研究

在不同温度和应变率条件下,分别对圆柱体和正方体冻结粉土进行了单轴抗压强度试验,分析比较了二者的应力-应变关系、抗压强度及破坏应变.结果发现:单轴压缩下正方体与圆柱体冻结粉土的力学性质存在差异.正方体冻结粉土的应力-应变曲线有明显的弹性屈服点,屈服点后曲线呈线性硬化,而圆柱体冻结粉土的应力-应变曲线无明显弹性屈服,全应力-应变曲线呈抛物线型.相同温度和应变率条件下,圆柱体试样的应变软化程度比正方体试样大.相同试验条件下正方体冻结粉土的抗压强度及破坏应变大于圆柱体的抗压强度和破坏应变,二者抗压强度及破坏应变的差异程度与温度和应变率无关.研究结果可为冻结壁的设计提供重要依据和参考.     

软弱夹层几何参数对试样力学行为影响颗粒元模拟研究

基于离散元理论的颗粒元程序,采用颗粒接触连接模型和滑动模型,建立了含软弱夹层试样的颗粒元模型。通过数值模型实验,对不同软弱夹层几何参数试样进行加载模拟,探讨了不同夹层厚度及不同倾角条件下试样的破坏过程和破坏形式,并分析其对试样强度的影响。模拟结果表明,裂隙首先产生于软弱夹层处,随着荷载的增加,再逐渐扩展,呈现渐进性破坏特征;夹层越厚,倾角越大,试样沿软弱夹层呈现较强的滑动特征,如果夹层薄且缓,软弱夹层成为试样破坏的非控制因素;软弱夹层厚度和夹角对试样的峰值强度都有影响,随软弱夹层厚度和夹角的增大,试样的峰值强度降低。     

巷道浅层破碎围岩锚注加固承载特性试验研究

为明确巷道浅层破碎围岩锚注加固承载特性,开展了不同岩体粒径、岩性、锚杆数量等因素影响下对比试验。研究结果表明：（1）试件承载能力随粒径增大呈现先增大后减小的趋势,与相同条件下无锚试件相比,含锚试件峰值应力平均提高了53.38%,峰值应变平均减小了46.43%。（2）含锚条件下,与支护面相对的自由面及附近为宏观破裂优先发展区域,支护面破坏一般均滞后于自由面,试件由拉伸破坏为主,逐渐过渡到拉剪混合式破坏;无锚条件下,试件以拉伸破坏为主。（3）锚杆数量增加,试件承载能力逐渐增大,但是增长速率逐渐变缓,峰值应变减缓与峰值应力增长拐点一致。（4）试件具有渐进再破坏的3个特征：一是应力峰值前产生的裂纹在峰后阶段继续扩展;二是支护面表面材料随着裂纹拉伸产生剥落;三是裂纹由表面逐渐向试件内部发展,先是岩块脱落,随后宏观破坏发展到锚杆区域,造成试件整体承载能力丧失。     

强夯块石墩复合地基承载力的确定

利用中国建筑科学院地基所对矿石桩进行的模型试验结果,分析了散体桩（墩）发生剪切破坏、刺入破坏和鼓胀破坏的不同条件,得出强夯块石墩复合地基最有可能的破坏形式为剪切破坏。在此基础上,提出了强夯块石墩单墩承载力计算模型,推导出了强夯块石墩单墩和强夯块石墩复合地基承载力的计算公式,并通过计算值与现场荷载试验结果的对比,验证了模型分析结果的正确性,从而为强夯块石墩复合地基承载力的确定提供了理论上合理、实践中     

中上扬子盆地叠加、改造类型及油气勘探前景

内容提要：盆地的叠加、改造作用建设性或破坏性地影响了中上扬子叠合盆地不同构造阶段油气资源的形成、运移和成藏过程。从盆地演化及生储盖组合的角度将盆地叠合关系分为覆盖型（连续覆盖型、间断覆盖型）以及非覆盖型（下组合保持型、上组合保持型）。不同的覆盖关系对烃类的生成、演化、运移、保存或破坏,产生不同程度的影响。盆地演化过程中多旋回构造运动所产生的隆起、坳陷、冲断、褶皱、块断、隆升以及热动力作用等多种方式导致的改造,均对古生代海相盆地油气成藏产生程度不同、利弊不一的影响。最后指出不同覆盖类型的盆地中,以连续覆盖型盆地的前景最为优越;具有间断覆盖特点的江汉南部的沉湖-土地堂复向斜,地质条件相对较为有利;下组合保持型地区也具有良好的油气勘探远景;上组合保持型覆盖地区,其油气前景很值得认真研究和探索;对于那些由于大型推覆构造所形成的特殊覆盖关系中,下盘海相地层中的油气成藏和勘探值得重视。     

中上扬子盆地叠加、改造类型及油气勘探前景

内容提要：盆地的叠加、改造作用建设性或破坏性地影响了中上扬子叠合盆地不同构造阶段油气资源的形成、运移和成藏过程。从盆地演化及生储盖组合的角度将盆地叠合关系分为覆盖型（连续覆盖型、间断覆盖型）以及非覆盖型（下组合保持型、上组合保持型）。不同的覆盖关系对烃类的生成、演化、运移、保存或破坏,产生不同程度的影响。盆地演化过程中多旋回构造运动所产生的隆起、坳陷、冲断、褶皱、块断、隆升以及热动力作用等多种方式导致的改造,均对古生代海相盆地油气成藏产生程度不同、利弊不一的影响。最后指出不同覆盖类型的盆地中,以连续覆盖型盆地的前景最为优越;具有间断覆盖特点的江汉南部的沉湖-土地堂复向斜,地质条件相对较为有利;下组合保持型地区也具有良好的油气勘探远景;上组合保持型覆盖地区,其油气前景很值得认真研究和探索;对于那些由于大型推覆构造所形成的特殊覆盖关系中,下盘海相地层中的油气成藏和勘探值得重视。     

中国油气藏破坏类型及分布

综合考虑油气藏破坏的多种因素，结合含油气系统、盆地发展演化特征，基于油气藏形成、演经的构造运动特征，把中国油气藏破坏类型分为沉积不足、流体冲洗、褶皱变动、油藏抬升、油藏沉降、断裂活动和深部动力破坏型七类，并选择典型油气藏分类型进行部析。在此基础上油气盆地分为东部拉张型、中部克拉通内部坳陷型、西部造山带挤压型三类。通过21个盆地和112个典型油气藏的调查与解剖性研究，归纳出三大类盆地的油气藏破坏特征。西部盆地油气破坏类型多样，主要以油气抬升、流体冲洗和断裂活动破坏型为主；中部分轩以油藏抬升破坏型为主，其次是断裂活动破坏型；东部盆地油藏保存条件好，油气藏破坏以油藏抬升、断裂活动破坏型为主。     

中上扬子盆地叠加、改造类型及油气勘探前景

内容提要：盆地的叠加、改造作用建设性或破坏性地影响了中上扬子叠合盆地不同构造阶段油气资源的形成、运移和成藏过程。从盆地演化及生储盖组合的角度将盆地叠合关系分为覆盖型（连续覆盖型、间断覆盖型）以及非覆盖型（下组合保持型、上组合保持型）。不同的覆盖关系对烃类的生成、演化、运移、保存或破坏,产生不同程度的影响。盆地演化过程中多旋回构造运动所产生的隆起、坳陷、冲断、褶皱、块断、隆升以及热动力作用等多种方式导致的改造,均对古生代海相盆地油气成藏产生程度不同、利弊不一的影响。最后指出不同覆盖类型的盆地中,以连续覆盖型盆地的前景最为优越;具有间断覆盖特点的江汉南部的沉湖-土地堂复向斜,地质条件相对较为有利;下组合保持型地区也具有良好的油气勘探远景;上组合保持型覆盖地区,其油气前景很值得认真研究和探索;对于那些由于大型推覆构造所形成的特殊覆盖关系中,下盘海相地层中的油气成藏和勘探值得重视。     

板裂化模型试样失稳破坏及其裂隙扩展特征的试验研究

锦屏二级水电站深埋隧洞大量岩爆案例表明板裂化围岩的失稳破坏与岩爆之间具有很强的相关性。采用高强石膏配制满足板裂化围岩结构特征的硬脆性模型试样,通过一侧约束条件下的单轴压缩试验研究板裂化模型试样的失稳破坏过程、强度与变形特性及其裂纹扩展特征。研究表明,（1）板裂化模型试样失稳破坏过程表现出应变型岩爆的特征,其典型的破坏过程为预制裂隙尖端张拉裂纹的萌生与扩展-试样劈裂成板-岩板屈曲变形-岩板压折、岩片弹射;（2）与完整试样相比,含1条、2条、3条预制裂隙模型试样的峰值强度、弹性模量均呈现稳定下降的趋势,而峰值轴向应变则是先减小后增大;（3）试样预制裂隙尖端张拉裂纹的产生会造成：相邻预制裂隙尖端横向应变值的突变、试样侧向变形量的突增以及侧向变形速率的显著增大;（4）临空面附近的预制裂隙,其尖端产生的张拉裂纹在很短的时间内便会失稳扩展,并造成试样的失稳破坏。最后,分析试样变形破坏过程中的声发射特性。研究结果对于揭示深埋硬岩隧洞板裂化围岩的失稳破坏规律、岩爆的发生机制具有重要意义。     

加锚预制裂隙类岩体锚固机制试验研究及其数值模拟

为研究锚杆对裂隙岩体的锚固机制及其影响因素,对预制锚固单排裂隙试件进行单轴破断试验。提出了主控裂纹的概念,即控制试件强度弱化和最终破坏的一条或几条大裂纹称为主控裂纹。在不同的锚固条件下主控裂纹会有不同的产状：在有效锚固范围内,裂隙试件具有横向和纵向两类主控裂纹,而在无锚或有效锚固范围之外的试件仅有纵向一条主控裂纹贯通。通过声发射和应力监测表明,在有效锚固范围内锚杆能延迟主控裂纹产生和提高裂隙试件强度。另外,利用ANSYS软件对不同锚固条件下的裂隙尖端应力强度因子进行数值计算,得到了锚固距离和锚固倾角与裂隙尖端应力强度因子之间的关系;通过FLAC3D模拟了不同锚固距离下主控裂纹贯通模式,数值模拟与试验结果比较吻合。