冻结红砂岩单轴损伤破坏CT实时试验研究

为探究冻结岩石的宏观力学特性及损伤演化机理,对20、?5、?10 ℃红砂岩进行单轴加载CT实时扫描,获得各扫描层的CT扫描图像。利用Matlab自编程序生成灰度直方图和二值图像,基于CT数H值正比于密度的关系定义岩样扫描层的安全区、损伤区、破坏区,结合温度效应、水的软化作用及冰的冻胀力对岩样的影响,定量地研究冻结岩石的损伤破坏演化规律。试验研究表明,(1) 温度由20 ℃降至?5、?10 ℃时未冻水含量减少而冻结冰含量增加,岩样强度增大、抗变形能力提高、整体稳定性提高,CT图像呈现出岩样裂纹尺寸发展减慢、损坏程度减弱的规律;(2) 不同温度下岩石单轴加载的损伤演化经历了裂隙萌生、闭合、延伸、汇集及形成宏观主裂纹的阶段,岩样变形增大发生破坏;(3) 由于端部效应,中间较两端扫描层的损伤程度高,外侧较内侧扫描层先发生损伤,损伤边缘化并向内部扩展。     

胶东白垩系泥岩现场岩体抗剪强度试验研究

我国胶东地区广泛分布白垩系泥岩地层,其具有遇水软化、膨胀,失水收缩、崩解等工程特性,岩体抗剪强度的准确确定对该区域基坑、边坡稳定性设计和施工具有重要意义.通过开展现场岩体抗剪试验和室内岩石直剪试验,得出岩体与岩石内摩擦系数和内摩擦角基本一致,岩石黏聚力是岩体黏聚力的10.6倍,分析二者差异原因主要有岩石直剪试验岩样代表...     

大理岩常规三轴压缩下强度和变形特性的试验研究

通过在伺服试验机上对中、粗颗粒大理岩进行常规三轴试验,基于试验结果,研究了两种颗粒大理岩的强度和变形特性。结果表明,低围压时岩样内部材料并未均匀化,岩石表现为应变软化特性;而高围压时岩样内部材料强度由低到高逐渐屈服,变形趋于均匀,岩石出现塑性流动特性。岩石的峰值应变与围压显著成正线性关系;中颗粒和粗颗粒岩样之间确实存在差异,但内摩擦系数可以表征材料力学性质,与粒径没有关系;岩石残余强度对围压的敏感性显著高于峰值强度。     

温度和含水状态对岩石劈裂强度影响的试验研究

岩土类材料的强度强烈依赖于含水率和温度条件.以兰州兰山砂岩为研究对象,分别进行了不同温度（+20℃、-5℃、-10℃）和不同含水率（干燥、天然含水率和饱和状态）条件下岩石的巴西圆盘劈裂试验.试验结果表明,常温下,岩石抗拉强度随含水率增加而急剧减小,试样饱和时软化、崩解,丧失承载能力;在不同负温条件下,天然含水状态的试样抗拉强度最大,干燥状态下最小;在-10~+20℃范围内,干燥岩石强度随温度升高,抗拉强度增大,含水岩石均是随温度升高,抗拉强度减小,但饱和岩石在-5℃时抗拉强度最大.含水率和温度对岩样强度的影响存在临界值,超过临界值,岩样强度随上述因素反向变化.试验结论为岩土类材料劈裂强度的标准化测试及其工程应用提供了重要的基础数据参考.     

渤海地区岩样的试验研究以及新型岩石损伤本构模型的建立

针对渤海地区油气资源的开采困难以及现有岩石损伤本构模型的理论体系的不足等问题,该文对渤海岩石取样进行试验研究,根据试验所得参数建立了一种新型的岩石损伤本构模型。首先,利用岩石三轴测试仪对所取岩样进行变温度、变围压测试,获得岩样的全应力-应变曲线,并计算出岩样的泊松比、弹性模量以及最大应力差。其次,利用图解法作莫尔应力圆,确定岩样的黏结力和内摩擦角。最后,根据试验部分数据建立一种新型岩石损伤本构模型。该模型参数少,计算简便,将所建模型的计算结果与试验所得全应力-应变曲线进行验证,验证了所建岩石损伤本构模型的准确性。研究结论可为岩石损伤模型的完善以及现场石油资源的高效开采提供试验和理论支撑。     

岩石失稳破裂的综合刚度和综合能量准则

Cook刚度准则考虑了试验机内弹性应变能释放对岩石试样失稳破裂的影响,基于弹性能指数和冲击能指数的剩余能量法考虑了岩石内贮存的弹性能对岩样失稳破裂的影响。鉴于岩样失稳破裂时试验机和岩石内都有弹性能释放,建议将两者结合,综合考虑试验机和岩石内贮存的弹性能释放对岩样失稳破裂的效应,称之为岩石失稳破裂的综合刚度和综合能量准则,可以更为合理地确定岩石失稳破裂起始点、终止点位置、给出岩石失稳破裂时试验机-岩样系统（或一般岩体系统）的弹性能释放量计算关系,并可以用几何形式表示这些关系。     

冲击扰动诱发蠕变岩石加速失稳破坏试验

矿山开采中,岩石长期处于蠕变状态,开采扰动会诱发此类岩石的加速失稳破坏。但破坏往往晚于开采活动,表现出明显的时间滞后效应,这给预报工程灾害的发生时间带来了极大困难。针对这一问题,在岩石流变?冲击试验机上对岩石试样进行了多次循环落锤冲击?蠕变试验。分析岩样应变变化规律,探讨岩石蠕变状态、落锤冲击次数和冲击能量对蠕变岩石变形破坏特征的影响,从能量角度阐述了蠕变岩石在冲击扰动作用下的破坏规律。试验结果表明：在相同的岩石蠕变状态下,随冲击能量和冲击次数的增加,岩石内部损伤逐渐增多,加速损伤区的形成,岩样吸收更多能量,使岩样发生加速蠕变破坏。冲击扰动使岩样内集聚的弹性能沿着损伤区发生定向释放,发生破坏。研究结果为滞后型冲击工程灾害的预测提供了理论依据。     

不同粒径大理岩样声学特性的研究

基于不同粒径大理岩样进行了超声波测试,研究了浸水时间和宏观裂隙对波速的影响规律,以及岩样声学参数的离散程度。结果表明,浸水时间对岩样的纵波速度有很大的影响,但对横波速度影响甚微;宏观裂隙的存在降低了岩样的纵波速度,波幅降低程度与岩样破坏程度有关;随着岩石平均粒径的增大,岩石的声学参数先减小后增大,并非单调关系,而且动态泊松比的变化幅度明显高于其他声学参数,不能作为材料的力学参数表征岩石的变形特性。      

不同围压下岩石抗压强度与变形参数尺寸效应的数值模拟

岩石抗压强度和变形参数是岩石工程设计的重要指标。由于岩石是典型的非均质材料,其强度和变形特性随样品尺 寸的变化而不同。本文采用PFC2D程序模拟了不同围压下不同尺寸岩样的压缩试验。结果表明（1） 岩样具有明显的尺寸效 应。同一围压下,尺寸越大,岩石强度、峰值应变和压缩模量越小,尺寸的变化对岩样的破坏模式影响较小;（2） 岩样具 有明显的围压效应。同一尺寸的岩样,随着围压的增大,岩石强度、峰值应变和压缩模量均增加,其中强度和峰值应变随 围压的增加呈线性增加。同时,随着围压的增大,岩石破裂模式由轴向劈裂破坏向剪切破坏变化;（3） 围压的存在会影响 岩样的尺寸效应。不同尺寸岩样的强度和峰值应变在相同围压区间内的增量基本相同,同时随着围压的增大,其强度和峰 值应变增加,进而使岩石强度和峰值应变的尺寸效应弱化;而不同尺寸岩样的压缩模量在相同围压区间内的增长率大致相 同,因而造成围压对压缩模量尺寸效应的影响较小     

岩石破裂行为的实验研究

岩样的破裂行为、破坏过程和参数测试是裂隙断裂构造研究的基础和依据。实验岩石样品采自四川东部和新疆北部地区,为测试准确起见,对岩样进行了应力等值线的有限元法计算。通过单轴和三轴实验的岩样破坏观察和应力应变曲线对比,将岩石的破裂行为、应力应变划分为四个阶段,即裂隙压密阶段、弹性变形阶段、微观劈裂阶段和宏观破裂阶段。基于单轴抗压实验岩石劈裂—破裂—碎裂发展过程的微观分析,可以看出宏观破裂主要是沿岩样原有的隐裂隙、临界裂隙发育的,许多新裂隙则主要是在宏观破裂阶段产生的。     

松散岩土体在不同浸泡环境中阴离子浸出特征试验研究

三峡库区大型的赵树岭滑坡区滑坡灾害极为发育。三峡工程蓄水后,水位上升导致原先许多非饱水的松散岩土体处于饱水状态,严重破坏了其稳定性。文章针对该滑坡区内广泛分布的松散岩土的基本类型和特点,设计了4种不同的浸泡环境,进行水-松散岩土相互作用的室内控制试验,通过监测阴离子浸出特征来揭示其化学变化规律。试验结果表明:在不同的pH值、不同的搅拌速度、不同的流速、以及同时改变pH值和搅拌速度的试验环境中,水岩化学作用所浸出的阴离子特征各异。研究结果可以为松散岩土-水化学作用机理研究提供资料,也对赵树岭滑坡体的工程治理具有重要指导意义。     

造缝产烃还是改质造烃？——论含油气源岩层系的储集层属性和烃源岩属性

源岩层系油气已成为世界油气工业体系中举足轻重的重点领域，未来发展潜力很大。本文通过深入解读含油气源岩层系的地质形成条件，发现储集层属性和烃源岩属性在根本上决定了源岩层系油气成功开发的技术路径。储集层属性是指储集层储存和渗滤油气的物理性质及其相互关系，地史时期微—纳米级孔- 喉- 缝系统充注和聚集了大面积连续型油气资源，人工压裂形成缝网系统突破了致密储层的连通属性短板，成功开发了规模油气资源，突破流动属性短板可能是另一个发展方向。烃源岩属性是指烃源岩滞留、转化和排出油气的物理化学性质及其相互关系，包括已转化的滞留油气和未转化的残留有机质，滞留及潜在烃类资源规模巨大，地下人工加热等方式理论上可突破烃源岩的有机质数量和成熟度属性短板，可能是实现成功开发的有效路径。储集层属性和烃源岩属性是实现源岩层系油气规模发展的内在潜质基础，公共属性参数是外部环境基础。造缝产烃还是改质造烃？前提是准确研判优选何种内在属性参数，基础是系统整合优化所有外在属性参数，推动实现源岩层系油气商业化可持续发展，未来中低熟富有机质页岩及油页岩、中高熟富气态烃页岩层系、低变质程度富油煤岩、深层可气化煤炭等是值得期待的战略发展领域。     

拉-压应力状态下脆性岩石强度及破坏机制颗粒流模拟

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。     

渤海湾盆地潍北凹陷孔三段中基性火山岩储层特征及控制因素

在综合火山岩岩心观察、薄片鉴定、测井资料、地震资料分析的基础上,从火山岩岩性、岩相特征、孔隙类型、储层物性等方面研究了潍北凹陷孔三段火山岩储层特征,分析了火山岩储层储集空间类型、物性特征和储层物性的主要影响因素。研究结果表明：区内火山岩为中基性火山岩,以玄武岩为主,偶见少量火山碎屑岩,主要为火山角砾岩;岩相类型主要包括溢流相、火山通道相和火山沉积相等类型,以喷溢相最为发育;火山岩的分布受深大断裂和古地形共同控制,具垂向多期叠置、平面分布广泛的特点。储集空间类型分为孔隙和裂缝,以原生气孔、杏仁体内孔、构造裂缝和风化溶蚀缝等为主。储层物性受火山岩的岩相、构造活动、风化淋滤作用和矿物充填作用的影响。火山溢流相上部亚相原生孔隙最发育,但多彼此孤立存在,在多期构造运动和风化淋滤等作用下火山岩储集性能够得到极大改善,裂缝、孔隙叠合发育的火山岩是有效火山岩储层。     

山东省牛庄洼陷古近系沙河街组沙三中亚段储集层成岩作用研究

山东省牛庄洼陷古近系沙河街组沙三中亚段储集层岩石类型以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主,岩石结构成熟度和成分成熟度均较低。砂岩成岩作用包括压实作用、胶结作用、交代作用、溶解作用等。压实作用主要有刚性颗粒发生脆性破裂、颗粒之间呈线接触和凹凸接触、岩石碎屑颗粒呈明显的定向排列、塑性颗粒挤压变形或刚性颗粒嵌入变形颗粒中、粘土质碎屑被挤压变形发生假杂基化等五种表现形式。胶结物主要有泥质胶结物、碳酸盐胶结物、自生粘土矿物和自生石英、长石。交代作用主要有石英交代长石颗粒、碳酸盐胶结物交代石英、长石及岩屑颗粒、碳酸盐胶结物之间的相互交代。发生溶解作用的主要是石英、长石和岩屑颗粒,胶结物中主要是碳酸盐矿物。目前研究区沙三中亚段储集层成岩演化处于晚成岩A期。影响成岩作用的主要因素为岩石成分、沉积环境、孔隙流体性质等。成岩作用对储集物性的影响主要表现在孔隙度和渗透率的变化,其中压实作用和胶结作用使储层原生孔隙迅速减少、渗透率降低,使得储集物性变差;而溶解作用是次生孔隙发育的主要因素,从而改善砂岩的储集性能。     

岸坡消落带岩体劣化的新生型滑坡(崩塌)隐患演化模式研究

三峡库区岸坡消落带是库岸边坡稳定性的敏感地带。库区内多次发生的地质灾害均与消落带的岩体劣化有关。随着时间的推移消落带的岩体劣化情况日益加剧,新生型滑坡不断涌现。本文通过实地调查与室内分析,系统总结了三峡库区秭归至巴东段岸坡消落带岩体劣化的类型以及新生型滑坡隐患的演化模式。研究表明,区内消落带岩性主要以碳酸盐岩类和碎屑岩类为主,碳酸盐岩类劣化类型主要有溶蚀(潜蚀)、裂缝显化与扩张和机械侵蚀,碎屑岩类的劣化类型主要有松动(剥落)、冲蚀(磨蚀)、结构面崩解块裂和软硬相间侵蚀,其中以松动/剥落型最为发育。在此基础上结合结构面发育特征、岸坡结构、岩性及结构和边界特征,厘定了不同岸坡消落带岩体劣化演化形成新生型滑坡隐患点的模式,碳酸岩盐类岸坡主要以基座碎裂压溃型、基座掏空倾倒型、顺向滑移型为主;碎屑岩类岸坡主要以软硬相间坍(崩)塌型、视倾向楔形滑动型、顺向滑移型及逆向倾倒型为主。研究结果可为三峡库区地质灾害监测预警及防治提供技术支撑。     

受煤层底板承压水威胁的煤层开采安全性分析

从分析煤层底板的裂隙分布出发,建立裂隙岩体的渗流模型,然后应用该模型分析得到的渗流场,采用考虑渗流软化效应的弹塑性有限元方法,分析了煤层开采过程中煤层底板破坏状态,为受煤层安全开采的提供了依据.     

岩石风化成土过程中元素均一化作用及机理:以大兴安岭北部火山岩区为例

对大兴安岭北部区域性中生代火山岩和残积土壤化学成分的研究结果表明,岩石风化成土过程中元素存在明显的均一化作用.元素含量高的岩石风化形成的土壤中元素含量相对降低,反之则相对增高,导致残积土壤中元素含量差异明显小于基岩.不同元素的均一化能力不同,在主元素中,Al2O3和SiO2的均一化能力相对较弱,微量元素的均一化能力普遍较强.元素的均一化能力受元素晶体化学性质、元素存在形式、矿物抗风化能力、气候、水动力条件及生物等因素影响.     

南水北调水源北京西郊回灌的水岩相互作用模拟

南水北调水进京后余裕水可能回灌至地下储存,以涵养严重亏损的地下水资源。为研究地下回灌后的水岩相互作用,为南水北调水的合理利用提供技术参考,本次试验利用丹江口水库水和北京西郊地下水、西郊砂样开展了两地原水七种配比下的模拟含水层试验。结果表明:当含水层中丹江口水库水占比较高时,可能发生程度较高的阳离子交换吸附和钾长石的溶解;各含水层发生硝化反应,且丹江水占比越高,硝化反应越显著;各含水层发生显著的碳酸平衡作用,白云石和方解石在饱和状态下持续溶解并趋于稳定,表明南水北调水回灌将引起地下水硬度的升高。     

章村三井隔水层微观研究及煤系地层叶腊石的发现

通过采用传统的岩石薄片显微鉴定和现代化扫描、透视电子显微镜、X射线衍射分析、差热分析等方法对9煤至奥灰间隔水层岩石的结构、构造、矿物成分进行了综合测试，微观研究表明，区内9煤至奥灰问地层中铝含量较高，隔水层中泥质岩粘土矿物主要以叶腊石、伊利石、高岭石为主，大部分岩石遇水后稳定，无崩解现象。其中在煤系地层中发现大量叶腊石。初步分析认为是受后期强烈岩浆岩活动影响，发生热液蚀变而形成。通过压汞实验测试了10个隔水层岩样空隙结构，原岩状态下，9煤至奥灰含水层间隔水层空隙度很低，呈现致密状态，因而应具有良好的隔水能力。