单轴压缩条件下花岗岩声发射事件空间分布的分维特征研究

花岗岩风化残积物粒度分维特征分析——对厦门某场地花岗岩风化残积物的粒度分布分析结果表明:花岗岩风化残积物粒度分布具分形特征,风化程度越高,粒度分维越大;粒度分维反映颗粒粗细、颗粒级配,粒度分维可以作为划分风化带和评价力学性质、渗透性的一个指标。

利用rmt-150岩石力学试验系统和aewin-usb型声发射系统做了水泥砂浆块在单轴压缩条件下声发射特征实验。实验研究结果表明:声发射信号与水泥砂浆块内部损伤破坏情况有密切关系。对应全应力-应变曲线中4个阶段声发射特征各不相同,伴随着试样初始压密、弹性变形、屈服破坏和峰后破坏4个阶段,声发射活动少量发生、平稳增长、急剧增加、趋于稳定,因此可用声发射活动来表征岩石的微观损伤演化及预测其宏观破裂失稳过程。

从辽宁锦州拟建地下储库工程现场钻取典型花岗岩岩芯,进行不同冻结温度(-10℃～-50℃)和不同含水状态(干燥和饱和)的单轴及三轴压缩试验,分析岩石的变形破坏规律、干燥和饱和状态抗压强度以及三轴剪切强度参数c,?值随温度的变化关系。试验结果表明:(1)无论干燥还是饱和试样,微风化花岗岩单轴及三轴抗压强度随着低温温度的降低而提高,但呈现非线性增加的趋势,得到花岗岩抗压强度随低温温度变化的非线性关系拟合式,并认为微风化花岗岩存在一个抗压强度趋于稳定的温度界限值,此值约为-40℃;(2)微风化花岗岩在干燥和饱和条件下,黏聚力c值随温度的降低而增大,在干燥条件下尤为明显。干燥条件下,微风化花岗岩内摩擦角随低温温度降低变化较小,摩擦角基本保持在57°左右,饱和条件下,微风化花岗岩内摩擦角随温度降低而增加,由-10℃～-50℃增长幅度约为3.43%。该研究成果可为液化天然气(lng)的低温地下存储提供一定的力学参数依据。

最近看到南方都市报一则报道,引起了我们的关注,我们认为有必要澄清社会上对花岗石的某些误解。天然石材构造致密、均匀、质地坚硬,具有很高的抗压强度,使得建筑物经久耐用。天然花岗石的耐磨性、耐腐蚀性和抵抗冻融性也非常符合室外天气特点,以"大气、洋气、雅气"为基调的天然石材装扮城市道路,更彰显了城市端庄、回归自然、威严而亲和的气质。天然、可塑、高档是石材的永恒魅力,低能耗、低碳、环保、对人体无辐射,无损害影响是石材的新特点,使用石材是对低碳建筑的贡献。

利用ct技术对单轴压缩作用下混凝土细观破裂过程进行实时扫描观测,获得了系列ct图像。通过对灰度图像和差值图像中ct数平均值的变化进行分析,说明单轴压缩时混凝土试件经历压密、扩容、ct尺度裂纹萌生、扩展、贯通和混凝土宏观破坏阶段,混凝土试件的裂纹一般围绕骨料在砂浆中扩展尤其是砂浆与骨料的黏结面是研究混凝土破损的关键区域。研究表明,ct分析是细观损伤检测分析的有效方法,为进一步定量描述混凝土细观破裂过程提供了重要依据,探索了混凝土材料细观破裂的机理。

为研究热-力作用下花岗岩的破裂规律,采用mts815flextestgt岩石力学试验系统和pci-ⅱ声发射仪开展了黑云母花岗岩在不同围压和不同温度作用下的三轴压缩试验。研究结果表明:在20℃,40℃和60℃的温度作用下,声发射事件的密集程度和声发射累计振铃计数以及最大ae能率随着温度的升高而增加,宏观破裂角逐渐减小,岩石的脆性破坏特征逐渐增强;在60℃,90℃和130℃的温度作用下,声发射事件的密集程度和声发射累计振铃计数以及最大ae能率随着温度升高而减小,宏观破裂角逐渐增大,岩石的剪切破坏特征逐渐增强;同时,随着温度升高,剪切破坏造成大量低能量释放率的声发射产生,声发射密集区表现为由小部分能量率很大的声发射和数量较多、低能量释放率的声发射组成。

通过声发射仪、红外热像仪观测有水压条件下的花岗岩试样单轴加载实验,研究加载过程中试样的声发射与红外辐射特征以及花岗岩破裂与渗水的红外及声发射异常前兆。研究结果显示:随着应力的逐步增加,试样的红外辐射表现为早期均匀上升、中期局部高温异常、后期渗水区低温异常;在破裂及渗水过程中,红外辐射表现为高温辐射场包围低温辐射场;花岗岩破裂-渗水的红外异常前兆为渗水点出现明显的"先升后降"红外辐射现象;32～128khz频段是花岗岩破裂渗水时声发射信号的特征频带,且在渗水前夕该频带能量呈百分比下降趋势,并在渗水发生时降至最低点。上述实验结果对巷道开挖过程中透水事故的遥感监测预警具有重要的意义。

在全国杉木中心产区的闽北林区,选择花岗岩母质发育的不同栽植代数(1、2、3代)、不同立地(14、16、18地位指数)、不同发育阶段(幼龄林、中龄林、成熟林)的杉木人工林,进行不同栽植代数及不同发育阶段杉木人工林生长发育效应研究,结果表明:不同发育阶段杉木人工林存在明显的多代效应,栽植代数对不同发育阶段杉木林生长具有明显影响.在不同立地和不同发育阶段的杉木人工林中,杉木胸径、树高及蓄积量生长均随栽植代数的增加呈逐代下降趋势,表现为1代>2代>3代.在16地位指数条件下,2、3代各发育阶段杉木胸径分别比1代杉木下降9.72%～17.62%和18.85%～26.90%,树高下降4.26%～12.56%和8.51%～15.96%,3代杉木胸径及树高分别比2代杉木下降1.49%～19.02%和3.88%～4.59%;同时连栽杉木胸径及树高生长速生期推迟,速生期变短,连栽杉木林表现出明显衰退趋势

隧道开挖过程中,岩石的变形破坏是在复杂应力条件下发生的。通过对脆性花岗岩试样进行加轴压、卸围压的三轴实验来分析其破坏的成因,发现一些新的问题:在适当围压条件下,围压的大小、加压速率及卸载速率都对岩石的破坏有较大的影响。因此,在隧道开挖过程中,必须控制好隧道的开挖速度;在设置围岩支护时,必须保证支护体有足够的强度、刚度,并且能适应围岩的变形,只有这样才能有效防止岩石变形的破坏,保证施工的顺利进行。

为了达到最接近实际工程的试验效果,采用中国矿业大学的"20mn伺服控制高温高压岩体三轴试验机",设计了精确的加压和旋转系统,操作控制比较方便,测量数据准确。利用大尺寸(φ200mm×400mm)花岗岩试样和工程钻头(φ30mm的pdc钻头),使试验条件更加接近实际工程情况,开创了该类大试样试验的先河。通过正交试验研究花岗岩在高温高压状态下的切削破碎规律,得出以下结论:(1)高围压状态(100mpa)下,随着温度升高,花岗岩的可切削性逐渐增强,在超过一定的钻压时,切削速度随着温度的升高而明显增大,在755n钻压下,300℃的切削速度比室温时增大30%～50%;(2)高围压状态(100mpa)下,随着温度升高,单位破岩能耗明显降低,在钻压为755n时,300℃时的单位破岩能耗比室温时降低20%～30%;(3)在高温高压环境下,切削速度随着钻压或转速的增大而增大;单位破岩能耗随着转速的增大而增大,随着钻压的增大而减小,与室温无围压状态下的切削破碎规律基本一致;(4)由于花岗岩在此温压范围内属于渐进破坏,抗压强度下降缓慢,如果钻压太低则切削速度和单位破岩能耗受温度影响很小,为了在高温下取得对花岗岩的良好切削效果,钻压需要超过一定的值。

通过显微ct实验,在细观尺度下研究了花岗岩在常温和经历1250℃高温后孔隙、裂隙的变化情况。结果显示在一定温度范围内花岗岩孔隙裂隙明显依次增多,孔隙率随温度的升高有增加的趋势,花岗岩在经历了1250℃高温后,变化明显会有孔洞出现,孔隙率比常温时有明显增加现象,实验结果同时也验证了高温环境下,各种矿物颗粒是靠胶结物的胶结作用形成岩石的,在高温作用下,部分胶结物的熔点相对较低,达到熔点便会熔化,温度超过其熔点便会有挥发过程。此过程过后在花岗岩试样中冷却后便会留下孔隙连成的孔洞。这是试验过程中岩样孔隙率增加的主要原因。

研究了低氧高纯氩气氛中,不同温度下am(ⅲ)在甘肃北山花岗岩上的吸附。研究结果表明:北山花岗岩对am(ⅲ)的吸附分配系数随着温度的升高而增大,说明花岗岩对am(ⅲ)的吸附是吸热反应;并对可能的吸附机理进行了讨论,am(ⅲ)在北山花岗岩上的吸附机理主要为表面配合反应,总体表现为不可逆吸附。

花岗岩不良地质条件条件施工，按超前锚杆与钢拱架常规支护形式难以满足施工安全需要，在黑麋峰抽水蓄能电站进厂交通洞、施工支洞进口段采用管棚联合支护形式，有效控制了不良地质情况下的围岩变形。本文仅简单介绍这一方案的应用。

钻孔灌注桩基大量用于高速公路桥梁建设，在岩质为花岗岩的复杂地质条件下，施工入岩桩基的难点是孤石与基岩的判断，该项工作涉及桩基使用质量及整个结构使用安全，通过工程实施，本文分析总结孤石与基岩的判断方法，供入岩钻孔灌注桩基施工控制提供参考。

高黎贡山隧道位于特定的高地应力和高地热条件下,施工中可能发生岩爆。为了查明高温下隧道硬质岩的物理力学性质,以占隧道硬质围岩绝大部分的花岗岩为代表,进行了高温单轴压缩试验,以期为工程岩爆评价提供较为科学的依据。研究结果表明:从试样应力-应变关系曲线的形状看,主要为ⅱ型破坏,有发生岩爆的可能。

应用x射线ct对单轴压缩条件下混凝土的细观破裂过程进行了实时扫描观测,获得了混凝土试件内部ct尺度裂纹开裂、扩展、连通的全过程ct图像。分析混凝土试件各扫描断面大统计区域平均ct数变化,表明静力压缩条件下混凝土在强度峰值前的ct数呈均匀变化,表现为整体压密和扩容。小统计区域平均ct数变化则对裂纹萌生更敏感。对ct图像进行等密度分割,可以精确地显示裂纹萌生部位和扩展过程。ct图像显示,混凝土材料进入屈服阶段的现象是不同的ct尺度裂纹各自变形和扩展,裂纹发生部位在砂浆与骨料之间。进入软化阶段的现象是不同的ct尺度裂纹相互贯通。分析结果表明,非线性阶段ct尺度裂纹的扩展和变形对混凝土强度和变形有决定性影响。

利用中国矿业大学的"20mn伺服控制高温高压岩体三轴试验机"、大尺寸(200mm×400mm)花岗岩试样研究了花岗岩在高温高压状态下的冲击凿岩规律。研究结果表明,随着温度升高凿岩速度增大,当温度超过约150℃时,岩石裂隙数量增多,并且呈现出一定的塑性变形特征,不利于冲击能量的充分利用,冲击凿岩适用于钻进较低温度下(不超过150℃左右)的坚硬岩层;在高围压状态,冲击凿岩的单位破岩能耗随着温度升高而降低;在高温高压环境下,在一定钻压和冲击功率范围内,凿岩速度随着钻压或冲击功率的增大而增大,单位破岩能耗随着钻压的增大而减小。

花岗岩在高温高压环境下会产生热破裂,强度减小,断裂韧度降低。研究不同温度条件下冲击回转凿岩规律具有重要意义,可以为设计地热开采的新型钻探方法提供理论依据。利用中国矿业大学的"20mn伺服控制高温高压岩体三轴试验机"、大尺寸(φ200mm×400mm)花岗岩试样研究了花岗岩在高温高压状态下的冲击旋转破岩规律。得出以下结论:①在高围压状态下,随着温度升高,花岗岩的强度逐渐降低,冲击旋转钻进速度随之逐渐增大;②在高围压状态,冲击旋转破岩的单位破岩能耗随着温度升高而降低,凿岩效率明显提高;③在高温高压环境下,在一定钻压和冲击功率范围内,凿岩速度随着钻压或冲击功率的增大而增大,单位破岩能耗基本随着钻压的增大而减小。

确定岩石损伤张量,并对有效应力进行对称化,从而得出节理损伤岩体的本构关系。借鉴弹塑性渐进退化方法的思想,在有限元方程中实现弹塑性和损伤耦合,数值模拟圆柱体花岗岩单轴压缩实验的破坏过程,模拟的较好。

赣南地区是我国花岗岩型铀资源的重要产地,笔者运用深源成矿和多次成矿理论,对区内产铀花岗岩体特征和花岗岩中的铀矿成矿条件进行分析、研究,总结了该区花岗岩型铀矿的成矿模式,提出"靠边缘、查蚀变、追构造、找热体"的找铀矿标志,厘定出4处具有较好找矿前景的工作靶区。

本文首先利用单轴压缩条件下混凝土ct资料,对有裂纹出现的σ=20.59~31.03mpa阶段的ct图像进行了裂纹提取操作。在所取得的裂纹图像的基础上,利用码尺法、盒计数法、小岛法和sandbox法对其分维数进行了计算。最后,对裂纹分维数随加载过程的变化进行了分析,利用分维数的演化信息讨论了混凝土破裂的分形特性。

在中高温三轴应力作用下岩石内部物理化学性质和结构特性将发生变化,随着岩石内部结构的变化会引发一系列的声发射现象。通过试验研究了大试件花岗岩在三轴压力状态下声发射随温度的变化规律。试验研究表明:①随着温度升高,岩石的声发射现象是间断发生的;②花岗岩存在一个开始发生热破裂的门槛值温度,其值为120℃左右;③试验温度范围内花岗岩热破裂的声发射现象可分为5个阶段,即岩石原生裂隙整合阶段、热破裂前声发射静默阶段、热破裂声发射阶段、大规模热破裂后声发射静默阶段、二次热破裂开始阶段。