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岩石力学与工程学报 2008年第01期杂志 文档列表

岩石力学与工程学报杂志动态

学会决定联合创办《岩石力学与工程学报》英文版15-15

岩石非定常蠕变模型辨识16-21

摘要：在页岩蠕变试验数据基础上,分析岩石黏弹性变形随应力水平不同和时间发展的变化规律。通过反分析方法建立一维情况下非定常黏弹性模型的蠕变方程,通过应变的理论计算结果与试验结果的对比发现,不考虑参数的时间相关性将引起较大的误差,而考虑参数的时间相关性的非定常黏弹性模型比定常黏弹性模型可更为准确地反映岩石的黏弹性变形性能。在软岩巷道二维非定常蠕变模型辨识的工程实例中,事先假定围岩为黏弹性和黏弹塑性两种不同力学模型,并分别考虑参数为定常和非定常两种情形,在已知现场量测位移条件下,利用位移反分析并根据一定的准则函数求其不同模型中的参数及相应的准则函数值,由各个模型相应的准则函数值大小,判定最佳模型。在假定的一组模型里,发现非定常黏弹塑性模型为最佳模型。

层状盐岩储气库物理力学特性与极限运行压力22-27

摘要：分析研究层状盐岩中盐岩与夹层的孔隙率与渗透率,指出在未遭受变形破坏条件下,盐岩及其夹层本质致密,不会对储气库安全造成影响。但是,对盐岩与夹层的单轴和三轴力学特性、长期蠕变性进行实验研究与理论分析认为,盐岩与夹层间存在的力学特性差异及变形不协调,会造成2种岩性交界处的剪切破坏,影响储库安全性。在此基础上,提出层状盐岩储气库极限运行压力确定原则,包括顶板稳定、蠕变控制、腔体致密及裸井致密等,并结合实例进行分析研究。所得结果对我国层状盐岩中天然气储库的建造与运行具有一定指导意义及应用价值。

显微CT试验技术与花岗岩热破裂特征的细观研究28-34

摘要：详细介绍太原理工大学与中国工程物理研究院应用电子学研究所共同研制的μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统的结构与工作原理,该试验机的最大功率为320 W,放大倍数为1～400倍,可分辨1～2μm大小的孔隙及裂隙,为金属及非金属材料的细观试验分析提供了更高精度的试验设备。采用该系统进行花岗岩在常温到500℃高温下的三维细观破裂显微观测,揭示出花岗岩晶体颗粒尺寸为100～300μm的不规则空间结构体。热作用下,随温度升高,花岗岩的热破裂逐渐演化与发展,200℃时,已可见到极少数很小的微裂纹出现。300℃时,部分裂纹搭接形成较大裂纹,裂纹长度增加10倍左右。500℃时,包围花岗岩晶体颗粒的封闭多边形裂纹几乎全部形成,使花岗岩呈现糜棱状的晶体颗粒结构体,90%以上是沿岩石颗粒周边弱的胶结界面上发生的。仅有极少数热破裂裂纹是穿越岩石颗粒的,其概率在10%以下。

高地应力岩体特殊照明峒室围岩支护设计35-41

摘要：为特殊照明和交通安全在世界最长的双峒公路隧道——秦岭终南山隧道内设计了6个峒室,该隧道穿越中国陕西省秦岭山脉,最大埋深达1 800 m。在峒址附近的2个位置采用应力解除法量测岩石地应力,该处的岩石覆盖厚度分别为1 600和400 m,量测结果显示极高的地应力。为满足照明和行车安全的要求,每个峒室设计成纺锤型,长度为200 m,最大宽度为22 m。受到已建成隧道的限制,两峒室间最小岩柱厚度只有8 m。峒室的主要特征为：（1）高地应力;（2）岩石条件较好;（3）与峒室尺寸相比岩柱厚度很小,这些特征对围岩支护提出极大的挑战。围岩支护是依据岩体分类Q系统采用经验法设计,然后采用数值分析校核。临时支护和永久支护系统均采用喷射混凝土和锚杆。为保证施工和运行期的峒室稳定提出一整套实施程序,包括开挖、喷射混凝土、安装锚杆和监控措施。对于极高地应力区域的峒室采用柔性支护,允许岩体在永久支护安装前发生部分变形,从而保证峒室稳定及支护元件安全可靠地发挥效用。分别采用FLAC^3D和Phase 2程序进行三维和二维数值分析,三维计算主要用于研究峒室的整体稳定及沿隧道轴向的三维效应;二维计算用于详细研究施工顺序和各支护单元的功效。数值分析显示喷射混凝土和锚杆在各施工阶段都能安全运作,从而验证了围岩支护设计。

非均质热弹塑性损伤模型及其在油页岩地下开发热破裂分析中的应用42-52

摘要：地下加热开发油页岩面临着储层渗透性极低或不渗透的难题,在油页岩层各井间形成渗透带关系到油页岩地下开发的成败,油页岩加热过程中的热力和化学作用是形成渗透带的重要条件。针对油页岩地下开发存在的上述问题,首先建立油页岩非均质热弹塑性损伤模型;然后较系统地给出确定损伤变量的方法,并将热膨胀系数、热传导性、比热、弹性模量、抗拉压强度等材料参数作为满足Weibull分布的随机变量,利用Matlab和Monte Carlo方法实现数值计算物性参数的随机赋值,对油页岩地下开发加热过程中热力破坏问题进行数值模拟。研究结果表明：组成油页岩各种矿物颗粒热膨胀和弹塑性性质的不同及其分布的随机性,导致油页岩加热过程中温度场、变形场和应力场的非均匀性,使得油页岩颗粒间变形不协调和油页岩热解产物释放引起油页岩材料与结构性能发生不可逆的劣化损伤,这是油页岩发生热破裂的主要原因;热传导方式加热油页岩,温度的传递比较缓慢,加热井和生产井的间距不宜过大,对油页岩储层性质存在差异时,注热井应选择较高热导率的区段;油页岩的层理对油页岩地下原位开发形成渗透带至关重要,油页岩达到热解温度会产生附加的膨胀力,首先在层理处开裂,应充分利用油页岩层理赋存条件改造其渗透性。

不同温度条件下孔隙压力对长石细砂岩渗透率影响试验研究53-58

摘要：为探讨温度和孔隙压力对岩石渗透率的影响规律,采用中国矿业大学211工程建设项目“20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机”,在不同温度和恒定压力条件下,对长石细砂岩进行大试样的实时渗透率研究,试样为圆柱体,外观尺寸为φ200 mm×400 mm。加温试验发现,长石细砂岩渗透率存在门槛值温度,当温度达到门槛值后,其渗透率出现大幅度增加,与室温状态相比,渗透率增加65倍。在长石细砂岩热破裂的门槛值温度区域,长石细砂岩渗透率同时具有孔隙压力门槛值,其渗透率在孔隙压力门槛值发生剧烈变化,大幅度增加;继续增加温度脱离温度门槛值后,孔隙压力对于渗透率的影响随之减弱。

山区采动裂缝对地表移动变形的影响分析59-64

摘要：根据现场实测资料,分析地表产生采动裂缝的4个阶段及其形成过程机制,揭示采动裂缝对山区地表移动变形的影响：（1）地表采动裂缝使得地表下沉呈现出非连续性移动特性,并在凹形地貌部位,地表下沉值减小;在凸形地貌部位,地表下沉值增大。（2）采动裂缝会使山区地表沿坡体下坡方向的水平移动值增大,增大的量值与坡体形态及与采空区相对位置、表土层特性有关。（3）采动裂缝的产生会改变水平变形的性质：在拉伸变形区域出现拉伸变形值减小或转变为压缩变形值;或在压缩变形区域出现拉伸变形或压缩变形值减小情形,并且会使拉伸变形区域的拉伸变形值增大,压缩变形区域的压缩变形值增大。

煤矿采空区跨度和延续时间与地面残余变形的相关规律及实证65-71

摘要：结合山西离军高速公路下采空区的特征,采空区注浆处治、钻探资料,研究采空区跨度、延续时间与残余变形规律,提出残余变形预计方法与计算公式,并应用采空区处治的注浆量进行分析验证,得出采空区跨度和延续时间同地面残余变形的相关规律,通过计算采空区未密实等效高度和注浆量等效高度可以对采空区治理的效果进行分析评价。

高温及三轴应力下花岗岩体力学特性的实验研究72-77

摘要：高温岩体地热开发及核废料的地下处置等需要对高温高压下花岗岩体的力学行为进行深入细致研究。采用自主研制的“20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机”,投入大量人力、财力和物力,历时0.5 a,系统深入地研究φ200 mm×400 mm的大尺寸花岗岩试样在高温三轴应力下的热变形和破坏特征及其热学和力学参数随温度的变化特征。研究结果表明：（1）在三维静水应力下,花岗岩的热变形可分为低温缓慢变形段、中高温快速变形段及高温平缓变形段等3个阶段。自由状态测定的热膨胀系数会过分夸大,或失真地估计岩石的热膨胀或热力作用,在应力状态下测定的热膨胀系数更能反映实际岩体状态。（2）在高温三轴应力条件下,花岗岩体受压表现出与常温下不一致的变形特征,即先是体积膨胀,当差应力超过一定值后则体积收缩。（3）花岗岩体在高温下的破坏形式是典型的剪切破坏,与常温下的破坏形式一致,但在高温和高围压条件下出现明显的延性转化。（4）在有围压条件下,花岗岩体的弹性模量随温度升高先是缓慢减小,然后快速减小,超过400℃后基本保持不变,与小试件的情况相似。

岩体裂隙尺度对其变形与破坏的控制作用78-83

摘要：岩体是一种含有大量缺陷的天然材料,其中的断层、裂缝和裂隙称为高层次缺陷,微裂隙、孔隙等称为低层次缺陷。首先分析包含宏观和微观裂隙的岩石裂隙数量与尺度之间的分形关系,并按照裂隙尺度进行分级。然后采用数值试验方法,通过逐级增加裂隙,研究岩体裂隙尺度对其变形与破坏的控制作用。研究结果表明,当裂缝、裂隙、微裂隙、孔隙等不同尺度、不同层次缺陷并存时,高层次缺陷对岩体的变形、稳定、破坏起着主导控制作用。

裂缝中气液二相流体临界渗流现象及其随机混合渗流数学模型研究84-89

摘要：通过对裂缝中气液二相流体临界渗流现象的分析推理,建立描述这一现象的随机混合渗流数学模型。应用该模型,对出现临界渗流现象的概率分布范围、临界渗流区内气水连通团的微观分布特征以及临界渗流区内压力梯度的分布特征进行数值模拟,从而揭示这一现象产生的机制,并确定临界渗流现象在气体相对饱和度为44%～70%时都可能出现,但出现临界渗流现象的概率范围大于0.8的气体相对饱和度范围为47%～65%,在气体饱和度为57%～60%时,出现临界渗流现象的概率为1.0。

层状盐岩温度应力耦合作用蠕变特性研究90-96

摘要：在温度应力耦合作用下,通过对层状盐岩蠕变特性试验研究及理论分析发现：（1）层状盐岩的蠕变率与其组分、结构密切相关,盐岩组分、结构不同,蠕变应变、蠕变率均不同。（2）在常温下,随着应力水平的增大,层状盐岩的蠕变应变、蠕变率逐渐增大,层状盐岩的稳态蠕变率与偏应力之间成良好的幂函数关系。（3）在温度和应力耦合作用下,加载应力水平相同时,温度对层状盐岩的稳态蠕变率影响很大,层状盐岩的稳态蠕变率与温度服从指数关系;在同温同压作用下,纯盐岩的横向位移、横向蠕变应变和横向蠕变率都比高盐分泥岩夹层的大,纯盐岩的横向蠕变率是高盐分泥岩夹层的1.6～1.8倍。（4）层状盐岩体各层之间由于组分、结构不同,在应力和温度耦合作用下,蠕变率不同,应变不协调,导致剪切破坏。最后,通过试验数据拟合,建立层状盐岩的稳态蠕变率本构方程,对我国盐岩矿床中建造油气储库及稳定性分析具有一定的参考价值。

极近距离煤层回采巷道合理位置确定方法探讨97-101

摘要：运用数值模拟分析方法,研究煤柱支承压力在底板的分布规律。研究结果表明,煤柱底板的应力分布具有明显的非均匀分布特征,应力集中程度最高地方在煤柱下,向采空区发展则应力集中程度迅速降低;分析非均匀荷载状态下巷道易于变形和破坏的原因,得出在非均匀的荷载作用下,巷道支护体结构更易出现局部过载,产生局部破坏,最终可能导致支护体结构失稳。指出在布置下部煤层回采巷道中,除避开煤柱支承压力增高区外,还应考虑煤柱下底板应力分布状态非均匀性的影响,应力分布状态的非均匀分布特征可用应力改变率衡量。提出采用应力改变率确定极近距离下部煤层回采巷道的合理位置方法,并通过现场实践证明该方法可行。研究结果对类似条件下巷道合理布置具有一定指导意义。

中国大陆科学钻探预先导孔地层可钻性时序特征分析102-107

摘要：为实现可钻性的钻前预测,需要结合地层沉积层序研究成果,对地层可钻性剖面序列特征进行深入分析。在对中国大陆科学钻探预先导孔地层可钻性序列研究的基础上,提出可钻性时序特征的2个表征：时序几何形态特征和内在趋势变化特征,分别用关联维数和Hurst指数表示。通过与实际地层可钻性的比较分析表明,这2个参数反映可钻性时序的内外特征。因此,根据这2个表征参数,结合神经网络技术,可建造地层可钻性的预测模型。

锚杆锚固质量无损检测几个关键问题的研究108-116

摘要：对近年来有关锚杆无损检测的研究工作进行总结。通过理论分析和实验研究,对锚杆锚固质量无损检测中的几个关键问题进行较为深入的探讨研究：通过逐渐改变锚杆自由段和锚固段相对长度的方法,研究底端反射的变化规律,得出锚固长度小于3/4首波波长时底端反射不明显的结论;通过对锚固体控制体积的力学分析,用水泥砂浆在不同养护时间内的固化程度和对杆体的握裹强度模拟锚固介质的黏结强度,得出固结波速与锚杆杆体、锚固介质及围岩之间的黏结强度有关的结论;通过对承载条件下锚杆动态响应的分析和实验研究,得出锚固体系的基频和动刚度与荷载呈幂函数增长的规律,以及锚杆的动态响应与锚杆的工作荷载与极限承载能力的相对大小显著相关的结论。研究结果可用于锚杆无损检测的工程实践。

《岩石力学与工程学报》第七届编委会换届会议纪要116-116

深部岩体强度准则117-123

摘要：提出一种新的适用于深部岩体的强度准则,该准则考虑深部岩体的拉伸破坏,同时考虑深部岩体的剪胀和剪缩破坏,其破坏面可以是闭合的也可以是张开的,而且与RMR岩体地质力学分类指标建立联系。深部岩体准则中的参数均有明确的物理意义,可以很容易通过实验确定或通过RMR岩体地质力学分类确定。该准则不仅可考虑所有应力分量对材料破坏的影响,而且可反映深部岩体的受力特点。最后,将新准则与实验结果进行比较,从而验证了新准则的有效性。