退化高寒草原人工恢复植被根系及根-土复合体力学特性研究

为研究人工恢复草本植物对青藏铁路沿线退化高寒草原土体抗剪强度增强作用,以青藏铁路沱沱河段人工草地建植区为研究区,通过对区内生长期为1 a的3种组合种植草本植物开展单根拉伸和根-土复合体直剪试验,评价了3种草本组合单根、根-土复合体力学强度特性。研究结果表明:组合类型I即扁穗冰草（Agropyron cristatum）+碱茅（Puccinellia distans）+冷地早熟禾（Poa crymophila）,其3种草本平均根径（0.06～0.34 mm）、平均抗拉力（0.58～3.09 N）、平均抗拉强度（36.87~221.70 MPa）相对最大;3种草本组合其单根抗拉力与根径呈幂函数正相关关系,而抗拉强度与根径呈幂函数负相关关系;直剪试验结果表明,3种草本组合其根-土复合体黏聚力均随深度增加而降低,其中组合类型I其根-土复合体黏聚力相对最大为32.62 kPa,且较组合类型II、组合类型III根-土复合体黏聚力的增加幅度分别为15.3 %、57.7 %,表现出草本组合类型I具有相对更为显著的增强土体抗剪强度作用。研究结果可为青藏铁路沿线高寒草地退化、水土流失、浅层滑坡等灾害防治提供理论依据,同时对采用种植植被开展沿线生态恢复具有实际指导意义。     

基于CT-CA的天然裂隙岩石受拉破坏特性研究

岩石内部存在的裂隙、孔洞等天然损伤对岩石的力学性能和破坏过程有重要影响,依据细胞自动机理论结合CT无损识别技术实现了含天然裂隙岩石在劈裂条件下裂纹扩展和贯通全过程及其力学性能变化规律的研究。从裂隙砂岩的真实细观结构出发,构建了天然裂隙岩石的数值计算模型,运用CASRock数值计算软件完成了含不同裂隙倾角的砂岩劈裂破坏的数值试验,分析了裂隙倾角对砂岩的力学特性、裂纹扩展过程及能量演化的影响规律。研究表明:(1)天然裂隙砂岩的抗拉强度与裂隙倾角密切相关,随着裂隙倾角的增加,其抗拉强度呈现先减小后增加的趋势;(2)裂隙起裂于天然裂隙尖端,当裂隙倾角0°≤θ<48°时,岩样的破坏是由错开型裂纹引起,裂纹沿着与天然裂隙近垂直方向扩展;当裂隙倾角48°≤θ<94°时,岩样的破坏是由张开型裂纹引起,裂纹沿着与天然裂隙近平行方向扩展;(3)劈裂过程中裂纹尖端应力场存在拉应力区和压应力区,拉应力造成翼裂纹由天然裂隙尖端沿加载端方向萌生扩展,而压应力则引发次生裂纹沿天然裂隙方向扩展;(4)含天然裂隙砂岩劈裂破坏过程能量演化可划分为4个阶段,随裂隙倾角的增大,峰值点处的总能量密度、弹性能密度先缓慢减少再迅速增加,但对岩样耗散能影响不大。     

利用室内和现场水压致裂试验联合确定地应力与岩石抗拉强度

钻杆式水压致裂原地应力测试系统的柔性会影响最大水平主应力的计算精度。利用空心岩柱液压致裂试验获得的岩石抗拉强度来取代重张压力计算最大水平主应力是降低钻杆式测试系统柔性的负面影响的重要途径。在福建某隧道深度为65 m的钻孔内开展了8段的高质量水压致裂原地应力测试,随后利用钻孔所揭露的完整岩芯开展了17个岩样的空心岩柱液压致裂试验。利用空心岩柱液压致裂所得的抗拉强度平均值为8.40 MPa,与经典水压致裂法确定的岩体抗拉强度8.22 MPa接近。对于20 m的范围内8个测段的原地应力量值,最小水平主应力平均值为8.41 MPa,基于重张压力P_r的最大水平主应力平均值为16.70 MPa;基于空心岩柱抗拉强度的最大水平主应力量值平均值为16.88 MPa,两种方法获得的最大水平主应力平均值基本一致。最大最小水平主应力与垂直主应力之间的关系表现为σ_H > σ_V > σ_h,这种应力状态有利于区域走滑断层活动。通过对比分析可知,对于钻杆式水压致裂原地应力测试系统,当测试深度小且测试系统柔性小时,基于重张压力和基于空心岩柱抗拉强度得到的最大水平主应力量值差别不大,这说明基于空心岩柱的岩石抗拉强度完全可以用于水压致裂最大水平主应力的计算,同时基于微小系统柔性的水压致裂测试系统获得的现场岩体强度也是可靠的。      

复杂地质条件下弹性孔网材料堵漏性能研究

探究不同类型、不同泡孔规格弹性孔网材料在复杂地质条件下对裂缝的堵漏性能。选择阻燃型弹性孔网和过滤型弹性孔网,并对其泡孔规格分别设置为10目、8目、6目和8目、6目、4目,将其作为实验样本,对六个样本进行压缩回弹性能和抗拉强度测试。在相同泡孔规格下,阻燃型弹性孔网材料的堵漏性能优于过滤型弹性孔网。同为阻燃型弹性孔网材料,泡孔数目越多堵漏性能越好。可以选择10目或8目阻燃型弹性孔网,对复杂地质条件下的裂缝进行堵漏。     

热力剥离破碎岩石试验

在莫斯科国立地质勘探大学实验室对热力剥离碎岩方法进行的试验研究表明,不同类型岩石(岩浆岩、沉积岩、变质岩)的抗拉强度均随加热温度的升高而降低,且降低幅度较大,因此钻进速度明显提高.岩石破碎的形式与温度有关,当温度为500～600 K时破碎是在组成岩石的矿物颗粒(晶粒)内部进行的;当温度超过600 K时,破碎是在矿物颗粒间进行的.技术比较先进并有发展前景的加热升温方法是火焰喷射法、电子束法、等离子法和激光法.影响热力钻进发展的主要问题是没有合适的加热升温装置和碎岩工具,建议对此进行研究和开发.     

平台中心角对岩石抗拉强度测定影响的数值分析

岩石抗拉强度是岩石的一个重要力学参数,在测试岩石抗拉强度的平台巴西盘劈裂试验中,平台中心角对测试结果会产生重要影响,但测试中对此角度尚无严格规定,从而造成抗拉强度测试结果有很大的离散性。从细观的角度着手,应用数字图像技术对岩石材料内部不同细观介质的空间分布进行精确测量和数值表达,建立与有限元网格之间的相互映射关系,并引入到原有的岩石破坏过程分析系统RFPA中,建立了能反映岩石非均匀性的平台巴西盘数值模型。通过对花岗岩断面图像进行处理,运用数值模型研究了平台中心角对平台巴西盘轴线应力分布、劈裂破坏模式和抗拉强度测定的影响,确定平台中心角的合理值应在20～30?的范围内,这与试验结果相一致,从机制上进一步分析验证了平台中心角的取值范围,为测试中平台中心角的选取提供了理论依据。     

高承压水上采煤工作面斜长的确定方法

根据岩体水力学理论及突水系数理论推导了确定工作面斜长的公式,并用此法确定了东庞矿910 3工作面的斜长为70m。实践证明此方法具有可靠性和可操作性。      

加载方式及抗拉强度对巴西圆盘试验影响的连续-非连续方法数值模拟

研究了集中加载、加载板加载和平台加载3种不同加载方式对巴西圆盘的宏观力学行为、开裂过程以及材料的抗拉强度的影响。对于平台加载方式给出了不同平台加载角时抗拉强度的修正系数。在数值模拟中,采用了自主开发的连续-非连续方法,该方法将拉格朗日元、变形体离散元及虚拟裂纹模型耦合在一起,既可以很好地模拟弹性阶段的变形,又可以较好地模拟材料的真实开裂过程。研究发现,采用平台加载方式,有利于圆盘中心起裂,而采用集中加载和加载板加载方式,圆盘的加载部位容易发生剪破坏。在圆盘中心起裂时,集中加载方式的抗拉强度的数值解最接近于选取的抗拉强度,然后是加载板加载方式,最后是平台加载方式。无论对于哪种加载方式,在材料的抗拉强度较小时,圆盘易于中心起裂,否则圆盘的加载部位将发生剪破坏。圆盘中心起裂后,众多微裂纹汇聚成的裂纹带在垂直方向不断扩展,直至贯穿整个圆盘,同时伴有应力波产生并传播。     

Nb,Mo,Ti,Ta,W掺杂硅化石墨扫描电镜研究

以硅粉的1％，2％－10％（wB）将Nb,Mo,Ti,Ta,W等5种金属粉掺入硅粉中，用液硅渗透法（LSP）制务出系列掺杂硅化石墨样品，这对些样品抗折，抗拉强测试结果：Nb(6%)－硅化石墨性能最优，抗拉强度提高了20％－27％，Mo(1%),Mo(5%)掺杂效果次之，而Ti(7%),Ta(3%),W(7%)等的杂反使材料强度降低。扫描电子显微镜（SEM）分析显示：Nb(6%）掺杂使抗担强增强的原因在于，新的铌与碳的间隙化合物相的生成，减小了硅化石墨显微结构的尺寸，且使材料外层及内核结构均匀，致密，统一，因而能有效分散应力集中，缓冲裂纹扩张，增大承载截面，从而提高材料力学性能。相反Ti(7%),Ta(3%)等掺杂后，尽管使材料外层结构致密，但内部结构疏松，晶粒，孔隙尺寸不大小不一，形态各异，外结构极不统一，导致材料性能下降。     

径向压裂法在冻土抗拉强度测定中的应用

本通过饱水黄土试验，探索径向压裂法（以下简称“径压法”）测定冻土抗拉强度的可能性，以及在基本影响因素的关系。试验表明，径压法测定的抗拉强度结果，具有良好的稳定性，除土质、含水量和密度之内在因素外，与温度和机速有密切相关。径压法抗拉强度与温度、机速、破坏时间、机器行程之间，以及破坏时间与温度、机速之间都遵循各自规律，可用一定函数描述。径压法测定冻土抗拉强度是可行的。