3D打印技术在岩体物理模型力学试验研究中的应用研究与展望

传统的岩石取样方法以及模具浇筑常受到人工操作误差及取样内部结构复杂差异大的影响,导致岩石试件获取的周期时间长,精度低,造成试样的力学试验结果离散性大。3D打印技术具有精度高、周期短、打印材料多样化等优点,考虑到岩石力学研究受到试件各向异性、结构面复杂、随机性高及试件制备存在误差等因素影响,为寻求能够模拟天然煤岩的3D打印材料,选取了聚乳酸塑料(PLA)、光敏树脂材料SLA600及Vero White Plus,以及覆膜砂粉末材料4种材料制备标准力学试验试件进行单轴压缩试验,获取了4种材料的3D打印试样的力学参数及应力-应变曲线,并对比分析了它们与煤岩的表观破裂模式的相似性。结果表明：光敏树脂材料Vero White Plus与砂岩岩样的峰值强度、杨氏模量、泊松比及应力-应变曲线整体趋势相近;覆膜砂材料与所选煤样的峰值强度、杨氏模量及应力-应变曲线相近;表观破坏模式方面,PLA材料未发生与煤岩相似的脆性破坏;两种光敏树脂材料均发生了拉张与剪切破裂,其中SLA600材料表现出局部膨胀性,Vero White Plus材料与SLA600相比更适合模拟高强度的脆性硬岩;而覆膜砂3D打印试件的破裂特征及力学特性与低强度软岩相似,可作为低强度的脆性煤体的3D打印相似材料。     

广义破裂活动准则

岩石破裂及其后续活动是最基本的构造变形方式,然而,经典的破裂准则（Coulomb-Mohr准则、Griffith准则和以Byerlee律为代表的滑动摩擦律）在实际应用中存在不同方面的局限。文章在经典破裂准则的基础上,从产生破裂（扩张破裂和剪切破裂）的物理本质出发,结合广义剪切活动准则和长期的研究实践,通过理论分析,提出了“广义破裂活动准则”。该准则用统一的无量纲因子（破裂活动趋势因子）来表达扩张破裂活动和剪切破裂活动,可以用来定量判断任意介质、在任意三轴应力状态下、任意方位界面（包括先存薄弱面和非薄弱面）发生破裂活动的可能性以及破裂的类型,把Coulomb-Mohr准则、Byerlee律和Griffith准则统一起来,将破裂（fracturing）扩展到破裂活动（fracturing activity）。该准则在与破裂活动相关的资源勘探开发（如页岩气、干热岩等）、灾害（如地震与滑坡等）预测和防治中具有广阔的应用前景。     

预应力锚索复合土钉支护的现场测试研究

结合北京熊猫环岛地铁车站深基坑支护工程,通过对预应力锚索与土钉联合使用条件下土钉轴力随时间变化、土钉轴力沿长度的分布、土钉轴力最大值的分布、锚索预应力的变化等现场测试及分析,从力学机制上研究了预应力锚索复合土钉的工作机理,研究表明:(1)土钉受力具有时间效应及开挖效应;(2)土钉轴力形成和空间分布与基坑潜在滑动趋势有关;(3)预应力锚索对作用范围内土钉轴力空间分布有一定影响;(4)预应力锚索可减小坡体位移,使得各土钉轴力相对减小,改善坡体应力状态;(5)工作状态下,土钉和预应力锚索的受力状态变化相互影响较小,各自发挥作用。     

对碎裂结构岩体似连续介质特征的一点研究

通常情况下认为碎裂结构的岩体具有非连续介质的特征。但是随着西部大量水电工程的勘查和建设,遇到了一类比较特殊的岩体,这类岩体中裂隙发育,结构面间距很小,按照国标划分为碎裂结构岩体,但是其本身又具有较高的力学性质,表现为具有较高的变形模量、抗剪强度参数和完整性系数,并且具有似连续介质的特征,这与通常的碎裂结构岩体有本质的区别。本文将利用两个实例工程对这一现象进行初步的分析,得到了水电工程可利用岩体的一种新的评价方法。     

基于手机短信的无线传感器网络的远程数据传输

通过手机短信激活GPRS连接,实现无线传感器的双路(GPRS模式与GSM模式)远程数据传输,以期达到GPRS模式和GSM模式之间的功能互补,增强了远程数据传输的稳定性和可靠性。描述了该方法的具体实现过程,给出了相关程序,在新疆煤田自燃火区监测中对系统进行了实际测试。结果表明,该系统可以准确、实时地实现无线传感器网络的远程数据传输。     

塔里木盆地牙哈凝析气田地质特征与开发机理研究

塔里木盆地牙哈凝析气田具有地层压力高、凝析油含量高和露点压力高等显著特点。在分析其主要地质特征的基础上建立了地质模型来准确地预测储层中影响注气效果的高渗透层的分布规律。通过对凝析气田地质特征和开发机理的深入研究,发现对于高渗、高含油的凝析气藏,由于凝析油临界流动饱和度较低,可以采用衰竭式开发方式;而对于储层物性较差的高含油凝析气藏,则适合保持压力开发。据此不仅建成了我国凝析油产能规模最大的凝析气田——牙哈凝析气田,还在多个气田开发前期评价及柯克亚凝析气田综合调整中得到广泛应用,在开发实践中形成了一套适合于塔里木盆地超深高压凝析气藏的开发技术系列。     

低渗储层岩石的力学性质及其控制因素——以牛庄洼陷牛35块沙三中为例

以低渗储层岩石为研究对象,利用三轴岩石力学测试系统对牛庄洼陷牛35块低渗储层岩石进行岩石力学测试,获得了低渗储层岩石在储层条件下的弹性模量、泊松比和抗压强度等岩石力学参数。将岩心观察、统计分析与岩石力学试验相结合,探讨岩石力学性质的影响因素。实验测得牛35块的3口单井岩石力学参数,即抗压强度、弹性模量、内聚力等,牛35井高于河125-1井及牛104井;岩石样品的弹性模量、泊松比和抗压强度随着围压的增加而增大,即岩石强度随着围压的增大而增大;应力应变曲线中,岩石样品轴向应变小于3%,符合脆性岩石特征;与河125-1井、牛104井泥质粉砂岩相比,牛35井粉砂岩中脆性矿物,如长石、石英含量高,粘土矿物少,先存薄弱面更少,均一性更好;岩石强度牛35井强于河125-1井及牛104井。     

差容式地震计机械摆结构分析与优化设计

地震计可对地震信息进行实时采集与记录,在地震预测和地震灾后监测中发挥了重要作用。本文针对差容式地震计机械摆固有频率高的问题,采用有限元分析软件ANSYS建立机械摆有限元模型,对关键结构十字簧片进行静态和模态分析,并对簧片形状进行拓扑优化设计。采用正弦标定法对优化前后机械摆固有频率进行测量。试验结果表明：优化后实际机械摆固有频率降低了17%,由5.3 Hz降为4.4 Hz,证明了优化设计的可行性。     

太行山地壳厚度转变带动力学不稳定与前缘盆地构造挤压的关系

太行山是我国最大地壳厚度转变带之一. 本文从地壳厚度转变带动力学不稳定性出发,应用地壳黏-弹性、幂律流体本构关系开展了二维有限元模拟. 结果表明,由于山西高原重力荷载,太行山地壳厚度转变带将发生下地壳黏性流变,下地壳流变将导致盆地区中、下地壳动力学性质脱耦,形成中、下地壳间近水平剪切. 这一剪切是诱发上地壳有效水平挤压应力在地壳厚度转变带不断减小、在盆地内不断增大的主要原因. 经8.6 Ma后,在3 km高原重力作用下,盆地区上地壳可形成约30 MPa近水平挤压. 华北东部盆地北西西-南东东的挤压主要受太行山地壳厚度转变带下地壳流变所造成的动力学制约,与区域板块作用导致的远程应力场可能无直接联系.     

青藏高原大陆碰撞力学模型与数值模拟研究

从中国大陆应力场及位移方向和速率约束条件、印度板块对欧亚大陆的碰撞等方面研究,提出了统一构造动力模型;为使研究进一步深人,开展了力学系统、非稳定性、多体碰撞力学模型的研究与描述,建立了力学模型;最后,在统一构造动力模型和力学模型研究基础上,又进行了数值模拟研究,由此初步分析和探讨了青藏高原隆起的动力学过程.