破坏程度不同煤体失稳过程红外辐射及裂隙演化特征研究

为了探讨破坏程度不同煤体的力学行为、红外辐射及裂隙演化特征,进行了单轴压缩过程中同步红外辐射检测试验,分析了不同试样受载后力学行为及红外辐射响应特征。在试样宏观力学特性的基础上,采用颗粒流PFC2D对试样单轴压缩进行模拟,从细观尺度上分析了试样裂隙的演化特征。研究结果表明：破坏程度影响了试样的强度、变形特征,随着破坏程度的增强,试样表现出弱脆性、强塑性特征;破坏程度不同试样均表现出增温的时变特征,Ⅰ类、Ⅱ类试样临破裂前温度出现骤增的前兆特征,温度突增可达1.7℃左右,而Ⅲ类试样则表现为先骤降后快速上升的变化特征,温度增加0.93℃;加载过程中红外热像出现分异特征,高温或低温异常区域对应着煤岩试样破坏的空间位置;试样破坏区域与红外辐射异常区域大致相同,内部损伤（裂隙发育）与表面损伤（红外辐射）有着密切的关联性。该研究结果可为破坏程度不同煤体采掘过程中的动力灾害预警提供参考。     

变形岩石的超声波研究

岩石的结构、构造往往具有不均一性，因而表现出物理力学性质的各向异性。超声波技术就是通过研究岩石的各向异性来了解岩石的构造变形特征和微观构造。本文论述了这一方法的基本原理，介绍了检测方法，探讨了如何应用此法来确定主应变轴的空间方位和划分不同构造变形期次、确定岩石中微孔隙的排列方位和矿物定向组构、恢复古构造应力汤、区分原生和次生各向异性等。     

岩石破裂过程的自组织临界特征初探

自组织临界状态。是广延耗散动力学系统所普遍具有的行为特征。实验表明，岩石破裂过程也具有自组织临界特征。本文运用数学－力学分析和计算机模拟等手段。研究了岩石破裂过程中所现出的累进性破坏及无序向有序演化等特征的内在机理，从而加深了岩石破裂失稳定过程机制的认识。     

含孔岩石加载过程的热辐射温度场变化特征

选择含圆孔岩石作为试样,利用单轴加载试验系统和红外热像仪,并结合数值模拟分析手段,对模型受力及破裂过程的热辐射时空演化特征进行了试验研究。结果表明：含圆孔岩石在加载过程中压、拉应力呈对称分布,导致热像的升温和降温区对称分布,即压应力区升温,拉应力区降温,应力场与红外辐射温度场之间呈很好的对应关系。试件加载后期发生破裂,破裂的性质与红外辐射温度变化有密切关系,剪性破裂辐射温度升高,而张性破裂辐射温度无明显变化。试件最终呈剪性破裂,而该区域的带状升温是岩石破裂失稳的重要红外前兆。试验结果再次揭示,利用热成像技术可以监测岩石的应力与灾变现象。     

实验变形岩石低温破裂作用的微观机制

通过对湿度和压力分别达300℃和3GPa干条件下实验变形的一系列花岗岩样品的系统光学和扫描电镜显微构造分析,识别出了几种具有不同特点及不同变形机制的显微破裂型式:a.微破碎带;b.微透镜带;c.短程破裂;d.扭折带破裂;e.粒内破裂;f.颗粒边界破裂。评价了它们与高压型和低压型破裂的显微构造对应性,认为a和f是低压破裂的特征性构造型式;b、c和d在高压破裂中最为典型;而e则可以出现在两种破裂型式中。本文阐述了破裂作用的微观机制,包括破裂的成核、扩展、生长和连接。破裂作用、由破裂诱发的脆性破裂和碎裂流动在目前实验变形条件下占主导地位,而在相对较高温条件下晶质塑性也起着一定的作用。破裂作用的成核可以始于颗粒边界,而引起摩擦颗粒边界滑移,也可以始于相邻颗粒或晶内包体颗粒的一些端点,或始于晶内双晶和解理面。破裂的生长和扩展一般是由于一些破裂的侧向延伸、相近破裂系统的联合和不同破裂系统的转变。低压样品的最终破裂一般归咎于一些贯穿性微断层的出现及主断层附近微破裂群的产生,微破碎角砾岩是其主要构造岩类型,类似于天然张性断层带构造;而沿主高压破裂附近却从未见到这种微破裂群的出现,主要表现为主破裂面及一些均匀分布的短程破裂构造, 典型构造岩为构造透镜体, 类似于天然压性与压扭性断层构造。两种破裂在成核、扩展与位移发育诸方面表现出的差别有助理解它们在声发射方面的差异。     

岩石变形破坏过程中渗透率演化规律的试验研究

利用伺服试验机对灰岩和砂岩进行了应力应变全过程渗透性试验,研究了岩样变形和破坏过程中的轴向应变与渗透率之间的关系,分析了岩样环向应变对渗透率的影响规律,探讨了岩样变形破坏前后渗透压差随时间的变化关系。结果表明,岩样渗透率与应力状态密切相关,渗透率的峰值滞后或超前于应力应变峰值,这与岩石介质本身的特性有关;渗透率-环向应变曲线与渗透率-轴向应变曲线有相同的变化趋势,但岩石环向变形比轴向变形更能灵敏地反映渗透率的演化规律;岩样变形破坏峰值前后的渗透压差与时间均遵循负指数关系。最后对岩石变形破坏过程中的渗透机理作了讨论。     

岩石变形变质过程中体积变化的估算方法

简林地介绍了估算岩石体积变化的５种方法：在可能求得岩石有限应变椭球体真实大小的情况下计算岩石体变的方法；在平面应变状态下求岩石体变的方法；非平面应变状态下岩石体变的估算方法；利用岩石中有关元素的含量变化求岩石体变的方法；利用岩石有关矿物的含量变化球岩石体变的方法，并对这些估算方法的运用条件及误差产生的原因进行了分析。     

从实验岩石变形过程探讨四川盆地加里东古隆起的形成机制

岩石力学实验表明,处于脆性、半脆性－半延性域的岩石,其变形经历两个阶段,前期的变形相对均匀分布阶段和后期的变形集中化阶段。把此认识应用于四川盆地加里东古隆起的形成研究中,得到：古隆起及周围岩石圈古生代在区域拉张力的作用下,先经历了变形相对均匀分布阶段,形成了乐山－龙女寺及天井山古隆起;后经历了变形渐进式集中化阶段,先形成了乐山－龙女寺与天井山联合古隆起,后形成了更大范围的联合古隆起;后期阶段的变形     

电气石红外光谱和红外辐射特性的研究

精确测试和研究了不同种属电气石的红外光谱特征及不同种属、不同温度条件下热处理电气石的红外辐射特性。结果表明：电气石具有高红外发射率的本质在于其晶体结构中的分子振动具红外活性;铁、镁电气石红外发射率相近,且都大于锂电气石的红外发射率;电气石热处理的温度与红外发射率之间存在一定的对应关系,随着热处理的温度的增加,红外发射率减小,当温度增大到800℃红外发射率达到最大值,超过900℃,电气石开始分解,红外发射率开始下降;电气石在室温下最大单色辐出度相应的波长为9~10μm 与绝对黑体9.72 μm 吻合较好,为良好的红外吸收与发射材料。     

上部地壳岩石流动与显微构造演化--天然与实验岩石变形证据

岩石流动性和变形显微构造的发育直接受温度、压力、应变速率和流体相等制约 ,致使在不同地壳层次岩石的流动性表现出很大的差异。对上部地壳环境条件下天然和实验变形岩石的显微构造分析揭示出一系列具有不同特点以及由不同的成核、扩展和联合方式形成的破裂与微破裂型式的存在。讨论了在上部地壳环境中 ,温度与围压的变化对岩石破裂的影响 ,并阐述了高压破裂与低压破裂及其力学、流变学和显微构造特点 ,提出高压破裂对应于天然变形环境下出现的剪切 (挤压 )破裂 ,而碎裂岩带是典型的天然低压破裂 ,其低压环境的出现可以是浅部低围压或深部高流体压力所致。流体相的存在不仅可以引起石英 ,也可以引起方解石类碳酸盐岩矿物的水解弱化 ,并进而导致岩石流动机制的转变。岩石变形及流体等因素所致的岩石粒度变化 ,则从另一个方面影响着上部地壳岩石流动性的变化。从变形环境考虑 ,随着深度的加大 ,温度和压力升高 ,导致岩石由脆性向韧性转变 ;转变域内岩石的变形是一个复杂过程 ,是多种不同脆性和晶质塑性机制的综合。     

激光破碎煤岩作用过程理论分析与实验研究

激光钻井是一项高效、清洁、控向性能好的钻井新技术,在煤层气开发中潜力巨大。从激光破碎煤岩作用过程和循环气体两方面入手,在理论上分析了激光破碎煤岩的作用过程;以激光照射到煤岩表面的平均功率密度和激光照射时间为变量,再分别以空气和氮气为钻井循环介质,进行了激光破碎煤岩实验。实验结果与理论分析基本一致,具体表现为：在一定范围内,增加激光平均功率密度和激光照射时间将使钻井进尺深度增加,钻孔直径增大,热影响区域增大,有利于提高激光破碎煤岩钻进效率,而氮气循环和空气循环激光破碎煤岩各有优势,可进行交变循环钻进。     

构造变形过程中盖层封闭性研究

研究了埋藏-成岩-抬升变形过程中盖层封闭性的演化特点,开展了构造变形过程中盖层破裂实验.认为泥岩在高演化阶段封闭性变差并不具有普遍性,在深埋条件下和构造稳定区,高演化泥岩仍可具有良好的封闭性;构造抬升是盖层封闭性发生破坏的主要因素;力学实验表明,膏盐岩盖层在极小的埋深(1 000 m左右)下就有很强的塑性,其极限强度很...     

构造变形过程中盖层封闭性研究

研究了埋藏—成岩—抬升变形过程中盖层封闭性的演化特点,开展了构造变形过程中盖层破裂实验。认为泥岩在高演化阶段封闭性变差并不具有普遍性,在深埋条件下和构造稳定区,高演化泥岩仍可具有良好的封闭性; 构造抬升是盖层封闭性发生破坏的主要因素; 力学实验表明,膏盐岩盖层在极小的埋深（1000 m左右）下就有很强的塑性,其极限强度很低,应变很大,是优质盖层; 泥岩盖层在浅埋藏条件下,容易产生破裂,但在深埋条件下（围压超过50 MPa）,泥岩表现出塑性流变,仍然具有较好的封闭条件; 泥灰岩破裂强度随着埋深的变化不明显,始终表现为比较强的脆性,高压下容易产生破裂。     

岩石变形破坏全过程的变形场和能量演化研究

以白光数字散斑相关方法作为试验观测手段,通过单轴压缩试验对一种红砂岩变形破坏全过程的变形场和能量演化特征进行研究。利用CCD(charge-coupled device)相机记录试验加载全过程的试件表面散斑场图像,采用数字散斑相关方法对试验图像进行分析,计算得到了岩石变形破坏过程中试件表面变形场、变形局部化区域的位移错动量值和试件表面变形能密度量值,并对变形局部化带的位移演化和变形能量演化特征进行分析。从试验结果分析得出：岩石试件变形局部化带的位移演化在加载峰值前基本上保持线性演化规律,而其位移错动加速与加载峰值点相对应,岩石试件加载峰值后阶段的承载力变化主要受变形局部化带的位移演化影响;岩石试件在加载过程中的能量释放和能量积累规律与局部化带的演化有关,体现出局部能量释放和整体能量释放两种形式。     

岩石分数阶体积变形模型及其试验研究

为了可以合理地描述岩石的体积变形行为,从分数阶微积分出发,基于分数阶常黏性和变黏性系数Abel黏壶元件,提出了环向-轴向应变分数阶黏壶,构建了岩石在单三轴压缩,松弛及蠕变条件下的分数阶体积应变-轴向应变关系,得到了模型的解析解,新模型可为求解岩石的体积应变提供一种新方法。在完整砂岩、泥岩试样及单裂隙砂岩试样的单三轴压缩、松弛及裂隙花岗岩蠕变试验数据的基础上,通过拟合分析确定了分数阶导数体积-轴向应变关系模型的参数,并进行了参数敏感性分析,揭示了围压、单裂隙倾角、微分阶数及模型参数对体积应变的影响规律。结果表明,利用该黏壶构建的体积-轴向应变关系模型,不仅可以更好地描述岩石体积变形的剪缩、剪胀特性,还能够反映岩石的松弛及蠕变变形特性。     

三轴条件下软岩变形破坏过程的CT图像分析

采用X射线CT方法对一种软弱粉砂岩在三轴压缩条件下的变形破坏过程进行了实时观测,获得系列CT图像。软岩破裂成核现象在远离强度峰值前发生,完整岩石试件裂纹从外向内传播,裂纹演化基本方式表现为扩张和扩展的交替性。软岩屈服现象的本质是CT尺度裂纹演化,裂纹演化是软岩在峰值强度前的主要细观过程。     

The design process in rock engineering

Summary The engineering design process, often systematically used in other branches of engineering, such as mechanical or architectural engineering, is seldom applied in rock engineering. While it is sometimes claimed that rock excavations are actually designed, little attention is paid to the engineering design philosophy. This paper emphasizes the need for a systematic design process in rock engineering and shows that the rock engineer can no longer claim that engineering practice mandates empiricism and rule of thumb methods. The engineering design process is described and the design approaches for rock engineering are outlined.     

各向异性软岩的变形与渗流耦合特性试验研究

根据泥质粉砂岩和泥岩在垂直和平行于层理面的条件下进行的三轴压缩和渗流试验,得到了不同围压及岩石成层条件下泥质粉砂岩和泥岩的弹性模量,建立了基于层理面夹角和围压的软岩弹性模量控制方程。渗透张量与应力的耦合关系是各向异性渗流耦合分析的关键问题,通过引入应力主轴与渗透主轴非一致时渗透张量与应力的响应关系,建立了各向异性渗透张量与应力耦合的控制方程,并对比了试验数据与计算结果,为各向异性软岩渗流应力耦合分析模型的建立奠定了理论基础。     

Incompatible deformation in rock mechanics

Compatibility, i.e., continuous displacement field, is often taken for granted but experience teaches that rock deformation is in most cases discontinuous. The relation between incompatible deformation and continuous distribution of dislocations is established since long and is recalled in this paper. Contrary to several applications of Cosserat theory to already laminated (jointed) rock, the main goal of this paper is to give an explanation for the formation of discontinuities (joints) in rock as a result of a particular type of buckling which leads the body outside of the Euclidean space of its original configuration.