气体混合炉中氧逸度控制北大核心CSCD

氧逸度是影响地质体系性质的物理化学变量之一。实验岩石学中常利用氧逸度可控的气体混合炉进行设定氧逸度下的实验。常用的混合气体组合包括CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系。然而,混合气体配比涉及到的较复杂的热力学计算以及老旧的热力学数据阻碍了该项技术在实验岩石学中的应用。本文根据新的物理化学数据,对不同混合气体体系(如CO_2-CO,CO_2-H_2和H_2-H_2O)温度-氧逸度-气体混合比例关系进行了重新计算和评估。另外,还计算了O_2-惰性气体、CO_2-O_2和H_2O-O_2体系,弥补了前人CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系不能控制高氧逸度(大于CO_2体系)的缺陷。最后,比较了应用新旧不同热力学数据库算出的结果,认为随着基础物理化学数据的不断更新,温度-氧逸度-气体混合比例关系也应不断更新。     

姚家岭锌金多金属矿床围岩蚀变三维空间定量分析研究

姚家岭锌金多金属矿床是近年来在长江中下游成矿带铜陵矿集区新发现的大型多金属矿床。姚家岭锌金多金属矿床的成矿作用具有多阶段性的特点,矿床范围内围岩蚀变强烈,蚀变类型复杂多样。三维地质信息技术及三维空间分析方法为定量化分析围岩蚀变的空间分布以及与矿化之间的相关关系提供了有利工具。本文基于上述方法,有效地对姚家岭锌金多金属矿床的围岩蚀变的分带性及其与不同矿化之间的关联性行了定量分析。较之于传统研究方法,不仅能快速地对蚀变与矿化的分布特征进行分析,还能从定量的角度获取不同信息之间的规律性和相关性。本文采用的相关方法不但有助于更准确的判定蚀变分带及规律,还可为矿床的成矿模式及找矿模型的建立提供定量化的数据支持。     

基于实测地震波波速的围岩各向异性分析——以赣龙铁路汀州隧道为例

在赣龙铁路汀州隧道地震波反射法超前地质预报的基础上,选取地震波记录较好的57次测试成果,通过地震波激发炮孔段围岩水平、竖直方向横波波速差异性的统计分析,对围岩的各向异性进行研究。数据分析表明:围岩水平和竖直方向的横波波速不同,表现出不同程度的横波各向异性;赣龙铁路汀州隧道围岩总体上表现出竖直方向的横波波速高于水平方向的各向异性特点,围岩横波各向异性系数绝大部分在±10%以内,动弹性模量、动剪切模量、动泊松比各向异性系数的分布范围分别为-15%~15%、-20%~20%和-20%~15%;围岩的各向异性程度与围岩级别、地震波纵波波速和隧道埋深有较密切的关系;当围岩的地震波纵波波速在3 800~5 000 m/s之间或隧道埋深在60~100 m之间时,横波各向异性系数离散程度较大;在测试的Ⅱ~Ⅴ级围岩中,Ⅳ级围岩的横波各向异性离散程度最高,Ⅱ级围岩的最低。     

基于层理影响的煤样加载过程声发射差异性分析

为了探究层理对煤矿开采过程中煤岩声发射特征的影响,在寺河矿采集煤样,根据煤样制作要求,分别沿轴向垂直层理方向和平行层理方向加工煤样。利用RMT-150B岩石力学实验系统和CDAE-1全数字化声发射检测及分析系统,对煤样加载过程中的应力-应变、声发射特征进行测试分析。测试结果显示:轴向垂直层理煤样不仅具有较高的岩石力学强度和声发射强度,而且声发射特征具有较强的突变性和滞后性。声发射特征的差异性体现了在加载过程中,轴向垂直层理煤样以整体变形、破坏为主,轴向平行层理煤样以局部变形、破坏为主,这为煤矿井下动力灾害的监测、预报提供了指导。      

粉煤灰水泥土变形特性实验研究

水泥土中掺入粉煤灰能在一定程度改善其性能,而变形特性是实际工程应用的重要指标。因此,研究粉煤灰和龄期对水泥土变形特性的影响对实际工程具有较大的参考价值。通过粉煤灰掺量为0和8%的水泥土无侧限抗压强度实验,研究发现养护龄期的增长与粉煤灰的掺加有利于水泥土变形模量的增长,尤其是粉煤灰的掺加有利于后期变形模量的增长。进一步对比分析两种粉煤灰掺量时的无侧限抗压强度和平均变形模量,发现它们之间基本上呈线性关系,随后通过拟合得出了它们之间的换算公式。最后,考虑应力-应变曲线模型特征以及对试验数据回归分析,推导出了一定条件下的水泥土应力-应变上升段表达式,为实际工程设计提供参考。     

水-力耦合作用下三趾马红土围岩变形特征研究

以地下水位线以下的石楼隧道典型三趾马红土围岩段为例,通过现场监测对三趾马红土围岩的体积含水量、孔隙水压力、围岩应力（土压力）、拱顶沉降与水平收敛进行了分析。在此基础上,通过原位大剪试验获得了可靠的围岩抗剪强度参数,并建立了隧道三维有限元数值模型,分别对考虑水-力耦合效应、不考虑水-力耦合效应的三趾马红土围岩变形规律进行了探讨,分析了孔隙水压力随着隧道开挖的变化和三趾马红土围岩位移场、应力场受水-力耦合效应的影响程度,并提出了围岩破坏变形机制。结果表明:（1）实测拱顶下沉大于围岩水平变形,围岩应力可分为增长期（ < 20d）、调整期（20~60d）、稳定期（>60d）3个阶段,且整体应力水平较高,下台阶含水量大于上台阶,孔隙水压力经历了由负变正的过程。（2）现场剪切试验所测围岩的黏聚力为64.0kPa,内摩擦角为27.7°。（3）数值分析表明,隧道开挖后孔隙水压力场变化十分明显,这是由地下水流速场的改变引起的,水力坡降在衬砌面附近最为明显,渗透动水压力导致土体产生一定的渗透变形;考虑水-力耦合后围岩剪应力、最大剪应变、拱顶沉降、水平收敛、底板隆起均较大。（4）受开挖及支护的影响,地下水产生渗流并依次经过拱顶、边墙,最终汇集于隧底;受开挖、地下水渗流的影响,围岩节理裂隙进一步扩张,成为地下水良好的运移通道;围岩的有效应力随着孔隙水压力的减小而增大,围岩的力学强度在土体趋于饱和状态时骤降,反过来,高有效应力、低围岩强度以及贯通性节理裂隙三者共同改变着地下水渗流场的状态。（5）为保障围岩整体稳定性,建议及时排出隧道底部积水并施做仰拱。     

卸荷诱发巷道模型岩爆的发生机理实验研究

以“巷道-围岩”系统为研究对象,以水平应力卸荷操作模拟工程现场的巷道周边矿岩开挖卸荷作用,再现了巷道卸荷岩爆。实验结果指出,巷道卸荷岩爆经历了“平静期→小颗粒弹射→片状剥离→片状剥落”的演化过程,在巷道内壁产生“岩爆→应力调整→应力调整失败→再次岩爆”的多次岩爆过程,最终形成“V”字型岩爆坑。卸荷条件下,不同水平应力的巷道模型岩爆将产生不同的破坏,形成了不同的破裂面。理论推导得出卸荷前巷道围岩的应力分布规律,运用修正Griffith破坏准则,计算了不同水平应力（8.9MPa、13.3MPa、17.8MPa）卸荷后巷道围岩发生岩爆破坏的竖向起裂应力,构建了巷道边壁“V”字型岩爆坑的计算模型。研究得出水平应力存在一个影响竖向承载能力的应力点（13.3MPa）,当水平应力小于13.3MPa时,水平应力与竖向起裂应力呈正相关;当水平应力大于13.3MPa时,水平应力与竖向起裂应力呈负相关。对左右边壁应变能累积区域的信息进行量化处理,得出相较8.9MPa和17.8MPa,水平应力为13.3MPa的左右边帮应变能集中区域的累积能量最大,集中区域与边壁的距离最短。     

四川盆地焦石坝区块深部页岩力学特性试验研究

为深入研究不同埋深页岩储层的力学性质,对四川盆地焦石坝区块五峰-龙马溪组平行层理取心试样进行单轴压缩试验,总结了取样区段页岩试样的力学特性、强度规律以及破坏特征。实验及分析结果表明:该区块页岩呈现典型的脆性破坏特征,破坏形式以劈裂破坏为主、伴随部分或局部剪切破坏,并细分5种单轴压缩条件下的基本破坏形式;页岩抗压强度随埋深增加整体上呈现出两端低中间高的现象;随取心角度的增大,变形参数和抗压强度总体上均呈现出先增大后减小的趋势;对比分析了页岩试样力学参数的横向和纵向异性度,弹性模量和泊松比的横向及纵向异性度均在1.50附近,抗压强度的异性度显著高于弹性模量和泊松比的异性度;层理的影响是导致页岩强度及破坏方式差异性的主要原因之一,层理面在一定程度可以决定岩体的强度及破坏方式;水力压裂过程中,横向异性度大的层理面首先被打开,导致压裂通道沿层理面扩展,难以形成复杂裂缝网络,达不到理想的压裂效果,在施工过程中要避免此类层理面被打开。     

横向振动格栅紊流紊动特性试验

建立了一套大尺度格栅紊流试验系统,格栅进行有别于传统垂向模式的横向振动,采用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)测量流速。对瞬时流速的检验表明,该系统产生的紊流场具有较强的随机性和统计规律性。均方根流速在格栅片附近变化较大,在两片格栅中间处趋于稳定,纵向均方根流速明显大于垂向均方根流速,二者比值在1.5~2.0之间,接近天然明渠紊流。雷诺应力在距格栅越近处波动越大,随着距格栅距离的增加而减小,至两片格栅中间处雷诺应力基本为0。时间和长度积分尺度在格栅片处最小,随着距格栅距离的增加而线性增加,至两片格栅中间处达到最大值。流速能谱呈现Kolmogorov理论的-5/3次方规律。本系统生成的紊流场的统计规律与传统的垂向振动格栅紊流较为一致,但纵向和垂向的紊动强度更接近实际,为后续紊流中泥沙和污染物等运动机理的研究奠定了基础。