高压水射流破岩动态过程的数值研究

采用动力接触法建立了高压水射流破碎岩石过程的计算模型。应用动力瞬态非线性有限元法,对射流冲击岩石时射流冲击动载的变化、岩石破碎区域的扩展过程进行了数值研究。并对非线性动力冲击有限元数值求解的几种方法做了讨论。     

动静组合加载下刀具破岩的力学模型

基于初始弹性和动静荷分工的假设,将动静复合加载下坚硬完整的脆性岩石的破碎过程分为弹性、损伤和断裂3阶段,综合运用弹性力学、岩石力学、损伤力学和断裂力学进行分析。由集中力作用下弹性半空间的应力场和单元体的剪切破坏,得出了岩石损伤的裂纹源和其曲线扩展路径;选定Ⅰ型、Ⅱ型裂纹作为动载冲击作用下压剪裂纹的扩展模式。提出了以冲击能（次数）来定义损伤度的方法。以相邻破碎坑的侧向裂纹扩展贯通作为岩石破碎的终点。本力学模型可以用于动静复合加载破碎岩石的系统仿真、数值模拟和机具设计。     

声发射技术在岩石力学领域中的应用

声发射技术在采矿工程、石油工程、土木工程、工程地质和岩石性质基础研究中得到越来越多的应用.作者对压头压人时岩石破碎与声发射参数之间的关系作了初步研究.试验结果表明,声发射图象能够反映岩石压人破碎机理,并且岩石压人硬度与声发射信号峰值平均幅度及积分平均幅度有明显的相关关系.     

压头压入时声发射图像与岩石破碎机理关系的探讨

为研究压头压入时声发射图像与岩石破碎过程的关系，采用6种脆性和塑性岩石进行了试验。试验得到的声信号频率和平均幅度的图像表明：较硬的脆性岩石的压入破碎过程可分为微裂纹和微孔隙闭合、弹性变形，以及破碎后等五个阶段；而对于较软的塑性岩石则难以划分破碎阶段。另外还发现岩石压入硬度与声发射的峰值平均幅度有良好的相关关系。这种关系可能用来预测岩石可钻性。     

动静组合作用下刀具破岩机制数值分析

基于细观损伤有限元方法,模拟分析了刀具在单一动载、动静联合荷载、静态围压条件下动静联合荷载3种情况下岩体破碎的全过程。模型采用黏弹性人工边界剔除了边界应力波反射对模拟结果准确性的影响。数值模拟结果表明：在弹性情况下,静压的存在对岩体内部最小主应力值影响不大,却显著提高了材料内部最大主应力水平,增大了剪应力的大小,导致剪切破坏可能性增加;当有围压存在时,岩体内部受拉区域减少,岩体强度有所提高。单一动载和动静联合荷载破岩时,岩体内部除刀头附近呈现少量压破坏外,破坏均以拉破坏为主;而围压条件下,岩体破碎面积相对减小,裂纹在围压的作用下向两侧自由面延伸,岩体内部破坏形式则趋于多样化,压破坏比重明显增大,整体表现为拉压复合作用。模拟结果还表明,刀头侵入量主要受动载力大小影响,在相同幅值增量下,动载力增加导致的刀头侵入量远大于静压增加所导致的侵入量。相对单一动载和静压作用下的岩石破碎机制来说,动静组合加载破岩的研究还需更为深入的探讨。研究结果可望对岩体破坏机制以及地下工程作业等实际应用提供一定的参考。     

空化水射流破碎岩石的机理研究

在不同泵压和淹没压力条件下,针对不同类型的空化喷嘴,对空化水射流的空泡云特性和破碎岩石机理进行了一系列实验研究,探讨了空化水射流的空泡云与冲蚀能力之间的相互关系。优化空化喷嘴结构和工作条件以减小泵压,从而降低输入能量。空泡云的可视化研究显示缩放形喷嘴产生的空化云的长度和宽度比收敛形喷嘴的大。研究表明,空化水射流切割破碎岩石主要是由空泡的溃灭引起的,空泡云的长度等于靶距与切割深度之和;在切割破碎岩石时冲蚀效果只在开始几秒内发生,冲蚀深度并不随时间而增大。     

冲击作用下岩石破碎比功理论分析及模糊预测模型

从岩石破碎机制分析出发,通过建立岩石破碎比功模态,确定破岩机具结构尺寸、岩石力学特性和破岩工艺三类对岩石破碎比功有影响的参数。引入模糊逻辑法,将上述参数作为模糊逻辑分析的输入变量,岩石破碎比功作为模糊逻辑分析的输出变量,建立用于预测岩石破碎比功的预测模型。将该模糊预测模型应用于某工程实例,通过对比模型所得结果与工程实践中的真实岩石破碎比功,该模型所得结果与工程实践中的真实值比较接近,预测模型设计合理,模糊推理规则能够表达工程实践,在给定输入变量的情况下,该模型可有效预测岩石破碎比功这一重要特征参数。     

岩石在动载作用下的破坏与强度

研究岩石的动载性能,在凿岩爆破上有重要意义。分段式霍布金生杆已应用于研究岩石对波动载荷的效应。作者使用改型的霍布金生杆法对岩石试件在动载下的破坏强度作了试验研究。冲击试验台配合微处理机作高速数据显示与处理,借助应力波在弹性杆中的一维理论对数据进行解释。测定了多种岩石静载与动载的强度,并对岩石试件尺寸及加载速率的影响也作了试验。     

岩石多次全过程压入硬度的测试试验

介绍了在ＭＴＳ８１５型岩石力学试验机上配置专用夹具和平底圆柱压模后成功地进行岩石表面多次全过程压入破碎试验的情况,分析了这种试验方法与传统的单次压入硬度测试法相比在反映岩石破碎过程特征、表征岩石压入硬度方面所具有的优点。最后邮进一步研究应解决的几个问题。     

基于破碎单位体积岩石能耗量设计坚硬研磨性岩石用钻头方法的研究

深孔钻进时常常遇到坚硬岩石和研磨性岩石,在这种岩石中钻进时钻探技术指标不甚理想。建议以破碎单位体积岩石能耗低的标准来设计和研制孕镶金刚石钻头。按此标准设计的胎体扇形块上带有凸出和低洼切削齿的梳状金刚石钻头,在实验台上进行的试验,试验结果表明,与常规平底胎体金刚石钻头比较,破碎单位体积岩石能耗量降低了,机械钻速提高了,胎体单位进尺磨损量降低了。建议对这种新型钻头给以充分注意并进行进一步研究。     

碎屑质韧性动力变质岩结构构造分类

根据新疆觉罗塔格碎屑质韧性动力变质岩的形变相变方式、构造、结构组成和粒度结构,将碎屑质韧性动力变质岩划分为６大类：片岩类、板状变粒岩类、糜棱岩类、压扁拉长岩类和布丁岩类,讨论了碎屑质韧性动力变质岩的组合与命名。     

有侧向压力的岩石材料动态直接拉伸试验装置

岩石材料的动态拉伸力学特性是评价爆炸以及地震等动荷载作用下岩体工程响应以及安全的基本参数。介绍了一种有侧向压力的岩石动态直接拉伸试验研究装置,同时采用石膏和花岗岩材料对试验装置进行了尝试性试验。研究结果表明,岩石类脆性材料的抗拉强度随应变速率以及侧向压力的变化规律,与前人进行的岩石间接动态拉伸试验和及岩石类脆性材料（混凝土）双轴试验的变化规律具有一定相似性,因此所介绍的试验装置可以应用于岩石类脆性材料动态直接拉伸试验研究。     

酸性干湿循环下充填节理岩石劣化性能试验研究

为探究酸性干湿循环作用对充填节理岩石的损伤劣化规律,首先对预制充填节理岩石进行酸性和中性环境下不同次数的干湿循环前处理,再采用万能试验机和分离式Hopkinson杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）装置对其进行单轴压缩试验和动态冲击试验,对充填节理岩石纵波波速、静态抗压强度以及动态抗压强度的劣化效应进行分析,并进一步分析酸性和中性环境干湿循环作用下充填节理岩石动态冲击的破坏形态。结果表明,随着干湿循环次数的增加,无论是酸性环境还是中性环境,充填节理岩石的波速值、静态抗压强度以及动态抗压强度不断减小,劣化程度不断加剧,其中酸性干湿循环作用对静态抗压强度的劣化最显著;此外发现干湿循环作用下充填节理岩石静态、动态抗压强度与波速值之间均存在一致性较强的线性关系;酸性环境干湿循环作用下充填节理层粉化程度和两侧岩石破碎程度更严重。研究成果可为酸性环境干湿循环作用下工程岩体稳定性分析提供科学依据。     

一种新的岩石可钻性分级方法研究

提出了用岩石Ａ、Ｂ值来表示岩石可钻性级别的新观点,研究了岩石Ａ、Ｂ值测定方法和原理;用岩石Ａ、Ｂ值来指导钻头配方设计是可行的。     

在大数据背景下看TAS分类的不足及可能的解决方案

火山岩TAS分类是国际地质科学联合会在1989年第28届国际地质大会上通过的,迄今已经40年了。该分类对推进岩石学和地球化学的研究起了积极的作用,规范了岩石(尤其火山岩)的命名,方便了学术界的交流。但是,不能不承认,早先的研究,由于分析方法、分析技术以及数据量的限制,是存在某些局限性的。现在,全球已积累了海量的数据,应当有条件对火山岩的分类做一个新的探讨了。文中讨论了TAS分类的初衷、分类的原则及存在的问题,推出了新的TAS分类方案。早先的分类一共划分了15个岩区,新的方案压缩为10个,其中9个保留了早先的命名,新增一个碱流岩区。新的TAS图最大的变化在碱性岩系列,在新的TAS图中,碱性岩系列呈"人"字形分布,把粗玄岩系列封闭起来,弥补了早先的TAS分类在酸性岩部分的不足,还发现TAS图理论上可能存在的一些问题。本文的探讨是初步的,只是抛砖引玉,希望能够引起学术界的关注,开启利用大数据方法对TAS分类的新的研究。     

基底岩系对火山岩型金矿成矿的意义

本文以浙江治岭头、黑龙江团结沟、辽宁二道沟和日本菱刈等四个金矿床为例,说明火山岩型金矿之矿体除产于火山岩中之外,亦产于火山岩下伏基底岩系中,其基底岩系对火山岩型金矿成矿的意义在于:①基底岩石原岩常含有基性和超基性岩所含金丰度较高,且同位素资料显示出成矿的部分金来源于基底岩石;②基底岩系所含碳较高有利于金的成矿;③基底岩块相应上隆部位是成矿有利地带。     

深部岩体工程响应的特征科学现象及"深部"的界定

根据实测数据和工程实例介绍了深部岩体工程响应中发生的一系列特征科学现象,这些特征科学现象归蚋为静力特征现象和动力特征现象两类。静力特征现象表现为在深部工程围岩中交替出现若干破裂区和不破裂区;动力特征现象表现为深部矿井中的岩块弹射和岩块冒落等岩爆现象和地下爆破时发生的冲击地压动力事件,即岩体中的工程性地震。文中在阐明动力特征现象本质的同时,介绍了与之紧密相关的岩块系的超低磨擦效应、岩块系的准共振现象和岩块系运动时发出的慢速变住波(摆型波)。最后介绍了时深部岩体工程的“深部”概念的应有理解及其如何科学界定。关键词：深部岩体;工程响应;分区破裂化现象;冲击地压动力现象     

岩石在峰值荷载变形条件下的松弛试验研究

进行了岩石在峰值荷载变形条件下的松弛试验及峰值荷载前的加卸载试验。试验表明：岩石在峰值荷载变形条件下的应力松驰曲线呈阶梯式下降特征,说明岩石在峰值荷载变形条件下的应力松弛是间断的和阵发式的,其原因是岩石内部破裂面相互滑动、裂纹扩展和新裂隙产生的综合作用;岩石结构的完整性和岩石弹性能量储存能力强弱对岩石的松驰特性具有明显影响,因这些因素不同,则应力下降台阶数及松驰时间也不同。     

中国南方海相生烃成藏研究的若干新进展(一) 南方四套区域性海相烃源岩的分布

通过对上、中、下扬子区121个地表及钻井剖面烃源岩的密集扫描取样和地化分析,系统研究了下寒武统、上奥陶统—下志留统、上二叠统、下二叠统四套区域性海相烃源岩的厚度及有机质丰度的纵横向分布,明确了海相烃源岩在纵向上以下寒武统和上二叠统为最好,横向上以上扬子区为最好,其次为下扬子区;确定了五个烃源岩发育区。明确了海相烃源岩以泥岩为主,碳酸盐岩烃源岩只出现在下二叠统栖霞组—茅口组,实测最大厚度为150m,从而表明中国南方不存在上千米厚的碳酸盐岩烃源岩。对四套海相烃源岩的厚度问题、层位问题、原始生烃潜量和碳酸盐岩烃源岩的鉴别问题等提出了认识。     

广西南部钦州地区早—中三叠世火山事件——台马碎斑熔岩

通过对前人划分的十万大山岩带的主要岩体——台马岩体的野外地质特征、岩石学特征的研究,认为原台马岩体主要由碎斑熔岩组成,是火山侵出相的产物而不是侵入相的花岗斑岩。结合台马碎斑熔岩与周边火山岩、侵入岩、地层的关系,认为它是早—中三叠世中心裂隙式火山构造中央部位侵出的穹状岩脊。因此,十万大山岩带是火山-侵入杂岩带,台马碎斑熔岩是该火山-侵入杂岩带的一个相。