一、粘土岩原位三轴压缩流变试验研究(论文文献综述)
孙清林[1](2021)在《渗透水压力作用下页岩扰动蠕变损伤破裂规律研究》文中研究指明
胡彦博[2](2020)在《深部开采底板破裂分布动态演化规律及突水危险性评价》文中研究说明在全国煤炭资源开发布局调整阶段,为了保证国家煤炭供给安全,东部矿区仍需保持20年左右的稳产期,许多矿井进入深部开采不可避免。围绕深部煤层开采底板突水通道动态形成过程机理、水害评价防治的科学技术问题,以华北型煤田东缘代表矿井为例,采用野外调研、理论分析、原位测试、室内试验、数值模拟等多种方法,按照华北煤田东缘矿区的赋煤地质结构特征→深部煤层开采底板变形破坏的动态监测方法→深部煤层开采底板岩层变形破坏的时空演化特征和突水模式→深部煤层开采底板破坏深度预测方法和开采底板突水危险性评价方法→深部煤层开采底板水害治理模式和治理效果序列验证评价方法的思路开展研究。主要成果如下:(1)提出了利用布里渊光时域反射技术(BOTDR)对深部煤层开采底板变形破坏的动态监测方法。根据研究表明BOTDR系统监测的动态变形量及应变分布状态与煤层底板岩层应力应变特征具有一致性,是有效监测煤层底板岩层变形破坏的新方案。BOTDR系统对煤层底板岩层监测显示,在采动过程中煤层底板岩层从上向下是呈现压-拉-压的应变趋势;同时获得了有效的煤层底板岩层的最大破坏深度,为深部煤层开采底板破坏深度的精准预测研究提供了有效的原位测试数据。(2)揭示了深部煤层开采完整底板破坏的时空演化特征:a.采前高应力区超前影响范围大约在煤壁前方38 m附近;b.开采底板岩层第一破断点的位置在采煤工作面煤壁前方29.07 m,煤层下方垂距9.24 m处,煤层底板破坏是从脆性岩层开始破断;c.开采底板破断发展趋势是从第一破断点首先向上发展破断,然后再同步向下破断。d.煤层开采底板破断的最大深度处于采前高应力区内,并且最大破断深度在采前高应力区内的峰值应力传播线附近(一般情况下)。根据煤层开采底板破坏的时空演化特征,对比分析了完整底板和含断层底板两种条件下煤层开采底板岩层破坏特点;同时对煤层开采底板进行横向分区,区域名称依次为原岩应力平衡区、采前高应力区、采后应力释放区、采后应力再平衡区。(3)利用BP神经网络、煤层开采底板应力螺旋线解析、气囊-溶液测漏法、经验公式法、多因素回归及分布式光纤实测等方法进行研究分析,得到了对深部煤层开采底板破坏深度进行有效的预测模型及方法;研究表明,多因素回归中模型III预测值更接近分布式光纤监测和气囊-溶液测漏法等实测数据,预测误差较小的预测方法依次为新的数学理论模型解析法和BP神经网络预测模型。(4)利用层次分析法、熵权法、地理信息系统等手段结合深部煤层开采破坏后有效隔水层厚度和其他多种影响底板突水的因素,对深度煤层开采底板突水危险性进行综合评价研究,得到了层次分析和熵权法(AHP-EWM)综合算法评价模型和基于改进型层次分析脆弱性指数(IAHP-VI)法两种深部煤层开采底板突水危险性评价模型,两者都具有一定的实用价值,在实际运用过程中可以根据研究区的实际情况择优选其一,也可以根据两种模型的预测结果取并集,能够进一步提高评价安全程度。(5)基于华北型煤田东缘矿区深部煤层开采底板突水通道的形成机理和突水模式,提出了“充水含水层和导水构造协同超前块段治理”模式并进行了定义。在现有的深部煤层开采水害的治理技术上,根据注浆改造目的层的构造、区域地应力、原岩水动力场等因素对地面受控定向钻进顺层钻孔方位和钻孔展布间距的设定进行科学有效的优化研究。(6)提出了“深部煤层开采底板水害治理效果序列验证评价方法”,利用对改造目的层的渗透系数和透水率、煤层底板阻水能力、矿井电法检测、检查钻孔数据等结合GIS系统进行综合研究,建立了科学系统化的评价方法。(7)利用“充水含水层和导水构造协同超前块段治理”模式对华北型煤田东缘矿区深部煤层底板水害进行了治理,结果显示治理效果良好,研究矿区深部煤层工作面实现了安全回采。本论文研究成果可为华北型煤田东缘矿区下组煤开采底板水害防治提供参考。
王帅[3](2019)在《泥质弱胶结岩体水-固耦合机制与结构重组力学特性研究》文中研究表明中生代晚白垩世含煤地层分布泥质弱胶结岩体,由于岩层成岩时间晚,矿物颗粒胶结类型以泥质胶结为主,岩体结构性差,强度低。当岩体受到工程扰动后,巷道围岩产生大变形,围岩变形控制难度大,不利于煤炭资源的安全和高效开采。泥质弱胶结岩体力学性能不仅与本身结构有关,工程扰动引起的岩层水分迁移对岩体稳定性产生重要影响;同时,试验发现一定工程条件下,扰动区损伤泥质弱胶结岩体可实现结构重组,张开裂隙闭合后形成新的胶结结构,阻断了工程岩体扰动区水分迁移的通道,增强了工程围岩的承载能力。因此,研究泥质弱胶结岩体水力学性质和扰动区损伤岩体结构重组力学特性对泥质弱胶结地层巷道围岩变形控制具有重要意义。为揭示工程扰动条件下泥质弱胶结地层巷道围岩变形及控制机理,本文以华润电力(锡林郭勒)煤业有限公司西一矿3-3#煤层底板泥质弱胶结岩体为研究对象,综合采用实验室试验、理论分析和数值分析等方法分别对原岩水力学性质和结构重组岩体力学性质进行研究。本文主要研究内容和获得的研究成果如下:(1)采用XRD、筛分法、比重瓶法和烘干法等得到泥质弱胶结岩体矿物组成、粒度分布、含水率和密度等基本物理参数,利用SEM、MIP和气体吸附仪等获得泥质弱胶结岩体细观孔隙结构和孔隙尺寸分布,通过对岩体基本物理性质的分析,揭示了泥质弱胶结岩体的弱胶结属性;通过对不同尺寸和含水率泥岩进行强度试验,揭示了泥质弱胶结岩体力学响应呈现尺寸效应和环境效应,承载能力随含水率增加而降低。(2)利用自主设计的集试验、监测和记录为一体的高精度风化试验系统和低场核磁共振测试设备对泥质弱胶结岩体分别进行高/低湿度环境条件下的风化试验,揭示了不同湿度环境作用下岩体内水分迁移规律,高湿度环境吸水,低湿度环境失水;利用自行设计的吸水试验装置进行不同初始含水率和侧向约束条件下泥质弱胶结岩体吸水试验,研究泥质弱胶结岩体吸水扩散规律;通过对不同湿度环境作用试样进行强度试验,揭示了环境湿度对泥质弱胶结岩体力学性质的影响规律。(3)对损伤泥质弱胶结岩体结构重组进行可行性分析,利用岩土体重组试验装置,模拟现场不同工程条件,得到不同类型结构重组试样;自主设计了重力冲击式扰动流变试验装置,对结构重组岩体分别开展静力和扰动流变试验,揭示了结构重组岩体静力和动力学性质;通过优化重组条件,施加一定强度的冲击,有利于增强扰动区结构重组岩体的抗变形能力。(4)利用细观测试手段揭示了结构重组岩体细观结构特征,并基于损伤泥质弱胶结岩体结构重组机理,建立损伤岩体愈合模型,揭示了重组泥质弱胶结岩体次生胶结结构细观承载机理;基于重组泥质弱胶结岩体颗粒粒度分布、孔隙率和颗粒接触特征等,建立重组泥质弱胶结岩体离散元模型,揭示了细观结构参数变化对重组泥质弱胶结岩体力学性质的影响规律;基于弹塑性理论、损伤理论和热力学理论,建立耦合重组条件的弹塑性损伤本构模型,揭示了结构重组泥质弱胶结岩体受力和变形规律。(5)以华润电力(锡林郭勒)煤业有限公司西一矿1302工作面巷道为研究背景,针对巷道大变形量特征,采用地质雷达、钻孔取芯等探测手段,结合弱胶结泥岩水力学性质和重组结构体力学性质,揭示泥质弱胶结地层巷道围岩变形机理,并提出围岩应力-环境联合控制对策。该论文有图154幅,表41个,参考文献205篇。
温凯[4](2019)在《谷山水库泥质页岩抗剪强度参数研究》文中研究说明随着我国水利水电事业的迅猛发展,在库区的建设过程中经常遇到软弱夹层的出露,泥质页岩地层就是其中一种。由于泥质页岩遇水力学特性下降明显,使得库区在施工及蓄水过程中经常发生坝体变形、高陡边坡塌方等事故,严重威胁着库区周边人民的的生命财产安全。软弱岩体力学参数的选取一直是库区设计施工的重点难题,因此,有必要结合工程实际对泥质页岩抗剪强度参数进行研究。本文依托在建的洛阳市新安县谷山水库,根据现场工程实际获取岩样,进行室内外大直剪试验,并运用PFC2D进行室内试验的数值模拟,对谷山水库泥质页岩抗剪强度参数C、φ值进行研究,得到以下结论:(1)由现场大直剪试验,得到谷山水库泥质页岩在天然和饱水状态下的抗剪强度参数如下:在天然状态下,其内摩擦角为23.9°,内聚力为33.957kPa;在饱水状态下其内摩擦角为15.38°,内聚力为12.33kPa。试验表明,在饱水状态下,泥质页岩水化作用明显,力学特性变化显着,相比于天然状态下,抗剪强度参数下降明显。(2)通过在现场试验场地取样,进行了室内大直剪试验,得到谷山水库泥质页岩在天然和饱水状态下的抗剪强度参数如下:在天然状态下,其内摩擦角为29.9°,内聚力为C=40.04kPa;在饱水状态下其内摩擦角为21.6°,内聚力为25kPa。室内试验得到的抗剪强度参数大于现场直剪试验,这主要是由于试样在的采取、运输及试验过程中扰动较大,岩样天然结构破坏严重,空隙为岩体碎屑填充造成的。试验表明,结合现场大直剪试验,室内大直剪试验在一定程度上能反应泥质页岩力学及变形特性,虽然两种试验方法各有优缺点,但通过相互补充,能较为准确的反应剪切过程中的应力、应变及位移之间的关系,提高获取抗剪强度参数的可靠度。(3)利用PFC2D颗粒流程序,对室内试验进行了数值模拟,得到谷山水库泥质页岩在天然和饱水状态下的抗剪强度参数如下;在天然含水状态下,其内摩擦角为22.7°,内聚力为57.2kPa;在饱和状态下,其内摩擦角为20.27°,内聚聚力为24.23kPa。泥质页岩直剪试验模拟结果显示,其力学特性及应力应变关系与室内试验基本一致,并进一步研究了剪切破坏过程中剪切面裂缝的发展情况及力链传递分布规律,对泥质页岩细观破坏过程有了进一步的认识。(4)对室内外大直剪试验和模拟试验得出的结果进行对比,验证试验结果的正确性,最终总结得出了谷山水库泥质页岩抗剪强度参数如下:在天然含水状态下,内摩擦角取值范围为:22.7°~29.9°,内聚力为33.96kPa~57.2kPa;在饱和含水状态下,内摩擦角取值范围为:15.38°~21.6°,内聚力为12.33kPa~25kPa。
陈卓[5](2019)在《深水浅部弱固结地层力学性质研究及其在工程实践中的应用》文中指出与陆地或浅水区域的地层相比,深水浅部地层由于上覆岩层压力低,一般在海床以下100m以内的地层都存在着弱固结,地层的力学特性与常规地层相比有着显着的差异。另外,受地层高压低温环境的影响,深水钻井安全泥浆密度窗口极窄,安全泥浆密度窗口预测不准极易导致井身结构的进一步复杂,诱发井塌、井漏和井喷等钻井复杂事故。本文通过室内试验和数值计算,对深水浅部弱固结地层的力学性质进行了研究并提出了力学性质预测方法,建立了深水浅部弱固结地层的沉积压实模型和井壁稳定分析模型。主要完成的工作如下:提出了深水浅部弱固结地层的人工制样方法。人工制样的基础理论依据是:深水浅部弱固结地层在沉积过程中主要受压实作用的影响。人工制样的基本思路是:利用改造的固结剪切仪,模拟深水沉积环境,采取适当增加有效固结应力的方法,在短时间(24h)内获得和深水浅部弱固结地层具有相同物理性质的样品。人工制样方法有效性的验证手段是:在改变有效固结应力值大小情况下,获得具有相同物理性质的人工样品;对人工样品进行力学性质实验,分析不同有效固结应力下,具有相同物理性质的人工样品力学性质的差异。建立了深水浅部弱固结地层力学性质的预测模型。利用人工制样通过固结实验,固结卸载回弹实验,直剪试验及流变实验等优选并验证了深水浅部弱固结地层的本构模型及流变模型。同时利用深水浅部弱固结地层人工制样的可重复性等优点,采取单因素研究方法,通过控制影响因素变量,建立了影响深水浅部弱固结地层力学性质的各因素与深水浅部弱固结地层力学性质之间的关系模型。然后对国内外大量有关深水浅部弱固结地层的研究数据进行整理,利用神经网络的方法建立了影响深水浅部弱固结地层力学性质参数的各因素的预测模型,并结合前述研究最终达到了预测深水浅部弱固结地层力学性质的目的。建立了深水浅部弱固结地层的沉积压实模型。(1)在考虑流变性的情况下,建立了深水浅部弱固结地层的一维流变固结模型,并利用国外实验数据验证了该模型在描述深水浅部弱固结地层室内长期固结实验上的可靠性。(2)根据深水浅部弱固结地层的一维流变模型推导出了三维流变模型并进行了验证,然后利用Visual Studio对Flac3d软件进行二次开发,开发了能描述深水浅部弱固结地层流变性能的Flac3d材料模型。(3)结合深水浅部弱固结地层的实际沉积过程、沉积环境,利用Flac3d软件建立了考虑流变性能下的深水浅部弱固结地层的沉积压实模型。并分析了流变参数、水深、干颗粒密度、粘土矿物含量、沉积年限等对深水浅部弱固结地层沉积压实规律的影响。在深水浅部弱固结地层物理、力学性质研究的基础上,建立了井眼钻开后深水浅部弱固结地层的力学模型,在考虑井眼塑性区面积及挤土效应产生的超级孔隙压力后,完善了深水浅部弱固结地层的井壁稳定分析模型。结合南海A区块和西非B区块的工程实例对深水浅部弱固结地层井壁稳定分析模型进行了验证。计算结果与实际情况吻合,说明建立的模型可以用于深水浅部弱固结地层井壁稳定分析。
陈建平[6](2019)在《番禺软土固结蠕变试验与本构模型分析》文中认为在我国软土主要分布在长三角洲、珠三角洲、渤海湾以及福建、浙江等沿海地区,其明显的蠕变特性对实际工程中的工后沉降有很大的影响。随着我国家经济的快速发展,围海造陆的不断兴起大型建设工程迅速发展,许多实际工程的基础修筑在软弱的地基上,软土地基会发生的蠕变变形,产生过大的不均匀沉降会影响到建筑物或构筑物的使用寿命和使用安全。能够建立准确、真实的描述软土蠕变变形的本构模型,可以较好的预测工程实践中软土变形的发展。本文以广州番禺原状软土为研究对象,通过一维固结蠕变试验和扫描电镜试验,从宏观和微观方面出发,探究软土蠕变变形机理,研究软土蠕变本构模型。本文的主要研究内容以及结论有如下几点:(1)对番禺天然软土进行固结蠕变试验,试验结果表明,在不同轴向应力作用下,番禺软土的蠕变变形都会随时间增长而增大,但在不同轴向应力下各蠕变应变量的增长幅度不同。在分别加载过程中,随着轴向应力的增大,番禺原状土样的孔隙比e不断降低,土样的压缩变形量逐渐增加。番禺软土是一种具有黏弹塑性特性的软土,其塑性变形随着轴向应力的提高而显着。(2)对番禺原状土样和固结蠕变后土样进行SEM(扫描电镜)试验,采用IPP(Image Pro Plus)图像处理技术对SEM图像进行处理,发现番禺原状土样的微观结构主要是以蜂窝状结构和基质状结构为主,土体颗粒接触方式主要为边-边接触和边-面接触;软土在蠕变过程中,土体颗粒和孔隙大小的变化都遵循大孔隙优先改变原则,颗粒和孔隙的轮廓变得“圆滑”且形状趋向于扁圆形。番禺软土在蠕变后,颗粒的定向性变得更有序,孔隙的定向性变得混乱。(3)从宏微观的角度出发,基于前文的蠕变试验成果,采用定性定量的分析方法,结合宏观力学特性和微观结构特征,分析番禺软土在荷载作用下的蠕变变形机理。番禺软土蠕变属于衰减型蠕变,会出现衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段。软土蠕变过程中,微观结构从无序状态历经过渡到有序(定向)状态,到宏观层面体现出另外一种无序状态的过程;蠕变影响因素较多,在研究软土蠕变机理时,选择合理的时间尺度和变形尺度尤其重要。(4)根据番禺软土蠕变变形曲线的分析,将蠕变变形划分为三部分:线性黏弹性变形、线性黏塑性变形和非线性黏塑性变形。通过对番禺软土的应力与应变等时蠕变曲线分析,发现番禺软土蠕变具有非线性蠕变特性,基于半理论半经验的建模思路,提出了番禺软土非线性蠕变本构模型,通过模型计算不同固结试验条件下的蠕变变形,其计算结果与软土蠕变试验数据吻合程度较高,说明所建立的非线性蠕变本构模型能较好的描述番禺软土的蠕变变形特征。通过对珠海金湾软土固结蠕变变形的预测,非线性蠕变模型拟合曲线与试验曲线吻合程度较好,证明了该本构模型适用于描述珠三角地区软土蠕变特性。
邓鹏海[7](2019)在《深部软弱地层TBM掘进挤压变形卡机及防控过程FDEM数值模拟研究》文中研究指明在深长隧洞的开挖中,宜首选具有施工速度快、效率高、隧洞成型好、对周边环境影响小以及作业安全环保等优点的TBM(全断面隧道掘进机)工法。然而,遗憾的是,TBM法也不是万能的,其最大的问题在于适应性的问题,即在一条长达十几甚至几十公里的隧洞中,围岩的性质是千变万化的,TBM应对这种围岩条件变化时不如钻爆法灵活。这就造成了TBM卡机事故时常发生,从而带来巨大经济损失和工期延长。本文采用FDEM数值模拟方法研究了深部软弱地层TBM掘进挤压变形卡机及防控过程这一问题,主要研究内容如下:(1)系统总结了有限元——离散元耦合方法(FDEM)从提出至今的发展状况及在岩石力学领域的应用状况,前者包括算法改进、网格敏感性分析和参数标定等,后者主要为地下工程开挖及围岩稳定性控制模拟、岩石边坡稳定性分析、岩石水压致裂模拟、岩石破裂声发射模拟和岩石室内试验模拟等;并提出了它目前仍存在的不足,对今后FDEM的发展具有一定指导意义。(2)以室内试验和实际工程为参考尺度,研究了不同尺寸的室内样品所能采用的最大网格尺寸和最大加载速率;研究了实际隧洞开挖模拟时网格尺寸的选取方法。当采用核心材料软化法进行二维隧洞开挖模拟时,核心材料的软化需待模型处于准静态时(模型动能小于某一特定值,称为临界动能)方可进行下一步的软化,研究了临界动能的选择方法,同时分析了核心材料应至少采用多少软化步数和应采用怎样的软化曲线进行。(3)在实际工程中,岩石强度的时效性不可忽略,因为隧洞围岩或支护物在短期内是稳定的,然而经过一段时间后,可能发生破裂。根据时间效应引起岩石长期强度的劣化程度(与瞬时强度的比值)不随围压改变这一假设,提出了岩石粘聚力和内摩擦角随时间的劣化公式。研究了单轴抗压强度、抗拉强度和弹性模量的劣化对隧洞开挖后围岩破裂碎胀过程的影响,并得到实际工程的验证。(4)当掌子面和TBM双重径向支撑效应并存时,可采用网格覆盖网模拟TBM卡机过程,核心材料单元与TBM单元相互不发生接触,与围岩的接触作用各自单独计算,可直接体现TBM与围岩间的不均匀径向间隙。根据这一方法,研究了ABH输水隧洞TBM在连续掘进和停机状态下的卡机全过程。(5)围岩改性和设备改造是常用的预防TBM卡机的方法,前者通常包括预注浆和超前管棚/小导管/锚杆(属于三维问题)等,而后者一般有加大扩挖间隙、注入润滑剂和增大TBM额定推力等。研究了在预注浆和加大扩挖间隙下TBM卡机预防实施效果。也研究了当TBM发生卡机后的脱困全过程。
齐文跃[8](2019)在《煤矿井下矸石充填体环境效应试验研究》文中研究表明近年来,矸石等固体废弃物充填采煤技术得到了广泛地推广应用,大量矸石深埋后将长期处于相对封闭的矿井水浸润环境中,矸石与矿井水间存在着复杂的水-岩物理化学作用,不仅使矸石的承载性能发生劣化,而且矸石中重金属元素的释放-迁移产生二次污染,对地下水环境形成潜在的污染风险。本文以矸石-水相互作用为出发点,采用文献调研、理论分析、试验测试、数值模拟等多种手段相结合的研究方法,研究了水化学溶液作用下矸石的瞬时压缩力学特性及蠕变特性,构建了考虑水物理化学作用的矸石蠕变损伤本构模型,从矸石的微区形貌、孔隙结构、矿物组成等角度揭示了矸石力学特性的劣化机制;获得了应力-渗流-化学耦合环境下矸石在承载压缩过程孔隙演化及渗流规律,基于静态浸泡试验重金属元素的析出特征,探明了矸石充填体重金属元素迁移浓度的分布规律,提出了矸石充填体重金属环境效应的调控方法与技术体系。取得了以下创新性成果:(1)测试得到了水化学溶液作用下岩性、粒径级配、pH、固液比和浸泡时间5种因素对矸石瞬时压缩力学特性的影响,并采用分级加载方法开展了不同浸泡时间下矸石的蠕变特性试验,引入水化学损伤变量,表征了矸石瞬时压缩力学参数随水化学损伤的演变规律,构建了矸石蠕变压缩水化学损伤本构模型。(2)通过扫描电镜SEM试验系统研究了水化学溶液侵蚀条件下矸石颗粒的微区形貌及断裂方式,基于元素能谱及XRD衍射测试结果阐明了水化学溶液作用下矸石局部元素、矿物组分改变与化学反应间的关联,揭示了水化学溶液腐蚀矸石承载压缩力学特性的劣化机制。(3)研究了矸石瞬时与蠕变压缩变形过程孔隙率的演化特征,构建了矸石在应力-渗流-化学多场环境下的耦合控制方程,解析了渗流作用下矸石承载压缩变形过程孔隙的空间展布规律,揭示了非均质矸石变形与渗流特性动态演化机理。(4)给出了水化学溶液作用下矸石岩性、粒径级配、pH和固液比4种因素与重金属元素析出浓度的关系,探明了矸石充填体重金属元素释放-迁移的时空分布规律,提出了矸石充填体重金属环境效应的调控方法与技术体系。
白鑫[9](2019)在《液态二氧化碳相变射孔致裂煤岩体增透机理及应用研究》文中进行了进一步梳理瓦斯是成煤过程中产生的伴生气体,是影响煤矿安全生产的主要因素,也是一种储量及热值与天然气相当的不可再生资源。因此实现煤层瓦斯井下规模化抽采不仅是预防矿井瓦斯灾害的根本保证,同时也是瓦斯综合利用的前提工作。近年来,随着开采深度的增加,深部煤岩瓦斯复合动力灾害危险性加大,如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采已成为保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。本文在国家自然科学基金重点项目(51434003)的资助下,针对液态二氧化碳相变射孔煤岩体致裂增透机理,综合采用岩石力学、渗流力学、空气动力学、断裂力学等理论基础,基于理论研究、实验研究、数值模拟研究、现场研究等方法,进行液态CO2相变射孔煤岩体致裂实验装置研发、液态CO2相变射孔气体冲击动力学特征研究、液态CO2相变射孔冲击煤岩体致裂裂隙扩展力学机理研究、液态CO2相变射孔冲击煤岩体致裂及裂隙扩展规律实验研究、低透煤层液态CO2相变射孔致裂卸压增渗机理研究。在以上实验及理论研究基础上,进行液态CO2相变射孔煤岩体致裂技术装备研发,在川煤集团白皎煤矿及杉木树煤矿进行试验及工业应用取得良好的应用效果。本文主要研究成果如下:(1)分析获得了白皎煤矿试验地点煤岩物质组成、微观结构特征、气体吸附特征及其基本力学性质等参数;理论研究提出了一种可避免取样角度偏差造成误差的Kaiser效应法地应力计算方法,采用空心包体应力解除法进行测试结果验证,表明本研究提出的计算方法合理可靠。(2)针对“液态CO2相变射孔气体冲击动力学特征”,理论分析得到了液态CO2相变高压气体冲击射流出口速度及质量流量理论模型,建立了定量液态二氧化碳相变高压气体冲击射流出口压力理论方程;自主研发“液态CO2相变射孔煤岩体致裂实验装置”,开展了液态CO2相变射孔气体射流冲击动力学特征实验研究,揭示了射流速度与系统初始压力及射流打击力与系统初始压力、靶体距离、靶体夹角之间的关系。(3)围绕“液态CO2相变射孔冲击致裂裂隙扩展机理”研究,进行煤岩体液态CO2相变射孔冲击起裂压力及起裂模型研究,获得地应力条件下倾斜钻孔孔壁起裂压力理论方程,提出了地应力条件下倾斜钻孔优势致裂方向判断方法;计算得到破坏区半径随冲击破坏时间及空间位置的变化规律曲线,理论研究得到考虑三维主应力的含瓦斯煤岩体Ⅰ型裂纹液态二氧化碳相变高压气体射孔致裂裂隙扩展理论模型,建立了液态二氧化碳相变高压气体冲击作用下含瓦斯煤岩体张开型(Ⅰ型)及剪开型(Ⅱ型)裂纹冲击及剪切断裂判据,揭示了液态二氧化碳相变高压气体冲击破岩及裂隙扩展力学机理。(4)采用自主研发“液态CO2相变射孔煤岩体致裂实验装置”针对“液态CO2相变射孔冲击致裂裂隙扩展规律”,系统开展了煤岩体液态CO2相变射孔冲击破坏宏微观特征实验研究、三轴应力条件下液态CO2相变射孔致裂及裂隙扩展规律研究。液态CO2相变射孔冲击煤岩体破坏及其宏微观特征实验研究表明,实验煤样破坏阈值压力为17 MPa,随着射流压力的增加,致裂破坏区面积增大;液态CO2相变高压气体射流冲击造成的孔隙、裂隙数量与尺寸随着射流压力的增大而增大,最大可提高煤样孔容188.51%,提高煤样孔隙度163.01%。三维地应力下液态二氧化碳相变高压气体射孔煤岩体冲击致裂破坏及裂隙扩展规律研究,表明该技术可用于地应力条件下煤层致裂,且致裂裂隙尺寸与射流初始压力之间呈指数关系;随着射流初始压力的增大主裂隙扭转趋势减小,试件主破裂面的起伏程度降低、表面擦痕减少,内部微裂隙数量增加;受三维地应力大小分布影响液态CO2相变射孔致裂裂隙会向主应力较大的方向扩展;液态CO2相变射孔致裂裂隙随着试件力学强度的增大而减小;受层理影响穿层钻孔致裂裂隙主要沿层理软弱结构面扩展,顺层钻孔致裂裂隙扩展至层理处会发生较大的方向改变;含裂隙煤岩体致裂裂隙扩展受钻孔与裂隙空间位置影响,当裂隙面与致裂孔相交时,试件沿裂隙面产生破坏形成复杂裂隙网络,当裂隙面与致裂孔距离较远时,试件破坏不受裂隙影响。(5)围绕“低透煤层液态CO2相变射孔致裂卸压增渗机理研究”,采用“含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置”进行含瓦斯煤岩体卸压增渗实验研究,理论研究建立了基于立方体结构的煤岩体卸压损伤渗透率模型,验证表明该模型能够有效反映煤岩体卸压损伤过程中瓦斯渗流规律;建立了穿层钻孔抽采过程煤层瓦斯压力分布模型,表明煤层瓦斯渗透率、综合压缩系数、瓦斯抽采时间及抽采流量等是影响煤层瓦斯压降速度的主要因素。(6)围绕“低渗煤岩体液态CO2相变射孔致裂增透技术应用研究”,改进研发了“液态CO2相变射孔煤岩体致裂技术装备”,白皎煤矿现场试验表明该技术可有效提高瓦斯抽采浓度及流量912倍,降低试验区域瓦斯抽采流量衰减系数92%;提出了液态CO2相变射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可提高巷道掘进速度4-5倍。杉木树矿S3012综采工作面应用表明该技术,较常规密集钻孔方法可提高煤层瓦斯抽采效率15.71%,实现向斜轴部应力集中区松软煤层高突危险工作面回采期间的“零超限”。
李玉琳[10](2019)在《龙马溪组层状页岩宏细观破坏行为及模型研究》文中研究指明本文通过实验、模拟和理论的综合方法对不同层理龙马溪页岩的宏观和细观破坏行为进行了深入研究,获得了抗压强度、弹性模量、泊松比、断裂能等参数的变化规律;研究了预制缺口与层理夹角对页岩裂纹的萌生、扩展直至破断的影响规律;建立了页岩的弹性模量与层理面倾角的关系式及页岩劈裂破坏的强度公式。所获结论可为页岩气安全、高效开采提供一定的理论依据和实践指导。本文所获主要结论如下:(1)基于准静载和不同应变率下、不同层理龙马溪页岩的宏观破坏行为,得到了页岩的抗压强度、弹性模量、泊松比随层理倾角变化的演变规律,揭示了层理角度导致破坏模式的转变机理,并讨论了低应变率下层状页岩的强度及破坏模式变化规律。①在准静载和不同应变率下,层状页岩应力-应变曲线会经历压密、弹性、屈服和破坏四个阶段;随着层理面与预制缺口夹角增加,页岩抗压强度和弹性模量呈“U”形变化,泊松比则先减小后增加,其中夹角约45°时页岩的抗压强度和弹性模量都最低。②页岩的破坏模式明显受层理面倾角影响:0°~15°时,页岩的破坏模式主要表现为劈裂破坏;15°~30°时,页岩亦是以劈裂破坏为主,但剪切破坏也逐渐在发挥作用;45-60°时,页岩呈现出明显的剪切破坏,且此时的剪切破坏作用效应达到了最大;60°~90°,剪切破坏作用效应减弱,劈裂破坏作用效应加强。③应变率效应对页岩的破坏存在显着影响:当应变率由2.5×106/s增到2.5×104/s,层理面倾角为0°、30°、90°的页岩抗压强度均出现先增加后减小的趋势,且变化幅度较大;但层理倾角60°时页岩的抗压强度随应变率的增加呈现出不同的变化趋势。④不同加载条件下页岩多以劈裂破坏为主,2.5×10-5/s时页岩内部有剪切破坏,随着应变率的进一步降低,剪切机制也越来越明显。当正应力与层理面夹角为60°时,页岩的剪切破坏是主要破坏机制。结合最大剪应力发生在45°的结构弱面上,我们认为当层理面与正应力夹角为45-60°时,页岩的层理面对其破坏机制的影响很大,在页岩水力压裂开发过程中需要考虑这一重大影响因素。(2)对不同层理角度页岩静态细观三点弯曲破坏实验,获得了预制缺口与层理夹角对页岩裂纹的萌生、扩展直至破断的影响规律。①随着层理面与预制缺口夹角的增加,页岩的峰值破坏荷载、弹性模量和断裂能等力学参数也逐渐增大。②页岩破坏通常由主裂纹控制,主裂纹通常有支裂纹;由于页岩矿物颗粒较小,所以主裂纹的扩展路径总体较为平滑。③三点弯曲载荷-位移曲线表明,页岩破坏表现出明显的脆性特征;其破裂产生的主裂纹的扩展路径通常是随机的。当主裂纹扩展遇到层理裂缝时,裂纹会发生止裂、转向、沿裂缝扩展和穿过裂缝继续扩展四种方式,具体由所受到的应力及页岩基质材料和裂纹体共同决定。(3)基于实验计算了不同层理角度页岩的断裂韧性、分析了页岩的断口形貌及破坏机理,并对不同条件下的三点弯曲破坏进行了模拟研究。①细观页岩在三点弯曲实验中,随着层理角度的增加,页岩的断裂韧度会逐渐增大,同一层理角度下不同页岩试件的断裂韧度具有一定的离散性。②页岩断口形貌观测表明,三点弯曲破坏之后,页岩的主要微观断口类型有:波浪形断口、鳞片状断口、层理面断口、沿层状结构面撕裂断口、穿层状结构面撕裂断口、微观裂缝开裂断口等,这与页岩材料及加载应力位移边界条件相关。③页岩微细观破坏模式主要以沿颗粒破坏、穿颗粒破坏和复合破坏为主,破坏机理主要为张拉破坏和剪切破坏。④页岩在破裂过程中,裂纹扩展以一条主裂纹为主,主裂纹周边有分支裂纹,主裂纹的路径通常较为平滑,分叉裂纹一般出现在主裂纹边缘具有的原始裂缝的弱结构面处。页岩主裂纹的扩展路径有一定随机性,原始层理裂缝对试样裂纹主扩展的影响是局部的,主要与弯曲应力竞争,两者的竞争机制决定了裂纹的最终扩展路径。加载速率越大,页岩裂纹扩展速率越快,分支裂纹也相应增加。在页岩开发的水力压裂过程中,水力压裂的冲击速率越大,产生的分支裂缝也越多,越有利于形成页岩气的运移通道。⑤计算获得Ⅰ型页岩断裂韧度KIC为0.736MPa.m0.5。随着缺口角度的增大,KⅠ先上升后下降;随着缺口角度增加,Ⅱ型应力强度因子KⅡ先由缺口角度增大逐渐上升,当缺口角度达到45°时,KⅡ趋于平稳;T应力是一种裂纹尖端平行于裂纹方向的应力,在Ⅰ/Ⅱ复合型断裂向Ⅱ型断裂转变过程中,T应力在逐渐增大。(4)建立页岩的弹性模量与层理面倾角的关系式及页岩劈裂破坏的强度公式。
二、粘土岩原位三轴压缩流变试验研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、粘土岩原位三轴压缩流变试验研究(论文提纲范文)
(2)深部开采底板破裂分布动态演化规律及突水危险性评价(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 研究内容及方法 |
1.4 技术路线 |
2 华北型煤田东缘区域地质及水文地质条件 |
2.1 区域赋煤构造及含水层 |
2.2 深部煤层开采底板突水水源水文地质特征 |
2.3 煤系基底奥陶系灰岩含水层水文地质特征 |
2.4 本章小结 |
3 深部开采底板变形破坏原位动态监测 |
3.1 分布式光纤动态监测底板采动变形破坏 |
3.2 对比分析光纤实测与传统解析和原位探查 |
3.3 本章小结 |
4 深部开采煤层底板破坏机理和突水模式研究 |
4.1 深部开采煤层底板破裂分布动态演化规律 |
4.2 深部煤层开采底板突水模式 |
4.3 本章小结 |
5 深部开采底板突水危险性非线性预测评价方法 |
5.1 深部煤层开采底板破坏深度预测 |
5.2 下组煤开采底板突水危险性评价研究及应用 |
5.3 本章小结 |
6 深部开采底板水害治理模式及关键技术 |
6.1 底板水害治理模式和效果评价方法 |
6.2 底板水害治理模式和治理效果评价的应用 |
6.3 本章小结 |
7 结论 |
7.1 主要结论 |
7.2 主要创新性成果 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(3)泥质弱胶结岩体水-固耦合机制与结构重组力学特性研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 问题的提出与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 研究内容、方法及技术路线 |
2 泥质弱胶结岩体基本物理及力学性质试验研究 |
2.1 泥质弱胶结岩体取样方法 |
2.2 泥质弱胶结岩体基本物理性质 |
2.3 泥质弱胶结岩体弱胶结性分析 |
2.4 泥质弱胶结岩体单轴压缩力学特性 |
2.5 本章小结 |
3 泥质弱胶结岩体水分迁移规律及其力学响应 |
3.1 泥质弱胶结岩体孔隙水分布特征 |
3.2 泥质弱胶结岩体孔隙水运移规律 |
3.3 泥质弱胶结岩体吸水运移规律 |
3.4 水分迁移对泥质弱胶结岩体力学性质的影响 |
3.5 本章小结 |
4 泥质弱胶结岩体结构重组及力学性质试验研究 |
4.1 泥质弱胶结岩体结构重组可行性分析 |
4.2 损伤岩体结构重组试验装置及试验方案 |
4.3 结构重组岩泥岩静力学性质 |
4.4 结构重组泥岩流变扰动效应试验研究 |
4.5 重组泥岩破坏特征 |
4.6 本章小结 |
5 结构重组泥岩细观力学特性与本构模型研究 |
5.1 重组泥岩细观结构特性与形成机理 |
5.2 重组泥岩细观力学特性 |
5.3 基于热力学势的弹塑性损伤本构模型 |
5.4 本章小结 |
6 泥质弱胶结地层巷道围岩变形机理与控制 |
6.1 工程概况 |
6.2 巷道围岩变形机理 |
6.3 工程围岩变形应力-环境联合控制 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论与创新点 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(4)谷山水库泥质页岩抗剪强度参数研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 选题依据与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 泥质页岩相关特性研究 |
1.2.2 岩土体抗剪强度参数试验研究 |
1.2.3 颗粒流方法(PFC)模拟直剪试验 |
1.3 本文主要研究内容和研究方法 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 研究方法 |
2 谷山水库库区地质概况 |
2.1 地形地貌 |
2.2 地层岩性 |
2.2.1 中元古界(Pt) |
2.2.2 寒武系(∈) |
2.2.3 第四系(Q) |
2.3 地质构造 |
2.3.1 断层 |
2.3.2 裂隙 |
2.4 水文地质条件 |
2.4.1 地表水 |
2.4.2 地下水 |
2.5 区域构造稳定性的结论和地震动参数 |
2.5.1 区域地质构造 |
2.5.2 历史地震及地震动参数 |
3 泥质页岩现场原位剪切试验 |
3.1 概述 |
3.1.1 试验目的 |
3.1.2 试验原理 |
3.2 主要仪器设备 |
3.3 试验岩样 |
3.3.1 试验点的选择和准备工作 |
3.3.2 试样制备 |
3.4 试验步骤 |
3.4.1 设备安装及试样装样 |
3.4.2 加载方式 |
3.5 试验结果及分析 |
3.5.1 计算原理 |
3.5.2 试验结果整理及计算 |
3.5.3 试验结果分析 |
3.5.4 影响试验成果的因素分析 |
3.6 本章小结 |
4 泥质页岩室内大型直剪试验 |
4.1 试验仪器 |
4.1.1 试验仪器的主要组成部分 |
4.1.2 仪器主要技术指标 |
4.2 试验方案 |
4.2.1 试验内容 |
4.2.2 试验步骤 |
4.3 试验结果整理及计算 |
4.3.1 低应力状态泥质页岩试验结果 |
4.3.2 高应力状态泥质页岩试验结果 |
4.4 试验结果分析 |
4.4.1 应力应变关系特征 |
4.4.2 抗剪强度指标特征 |
4.4.3 抗剪强度参数误差分析 |
4.5 本章小结 |
5 直剪试验数值模拟研究 |
5.1 颗粒流数值模拟(PFC)基础理论 |
5.2 PFC数值模拟分析 |
5.2.1 试样剪切模型的建立 |
5.2.2 模型细观参数的确定 |
5.2.3 本文颗粒流数值模拟方法 |
5.3 模拟试验结果分析 |
5.3.1 PFC模拟与直剪试验的对比分析 |
5.3.2 泥质页岩细观破坏过程 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
(5)深水浅部弱固结地层力学性质研究及其在工程实践中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
创新点 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状及存在的问题 |
1.2.1 深水浅部沉积物来源及分类 |
1.2.2 深水浅部弱固结地层固结性质研究 |
1.2.3 深水浅部弱固结地层力学性质研究 |
1.2.4 深水浅部弱固结地层流变性质研究 |
1.2.5 深水浅部弱固结地层声学性质研究 |
1.3 本文主要研究内容 |
第2章 室内试验方法 |
2.1 概述 |
2.2 实验设备及方法 |
2.2.1 实验原理 |
2.2.2 仪器与设备 |
2.2.3 实验方法 |
2.3 人工制样方法 |
2.3.1 人工样品的制样方法 |
2.3.2 人工样品制样方法有效性验证 |
第3章 深水浅部弱固结地层力学性质研究 |
3.1 概述 |
3.2 深水浅部弱固结地层力学性质研究 |
3.2.1 深水浅部弱固结地层的本构模型 |
3.2.2 深水浅部弱固结地层流变性能研究 |
3.3 深水浅部弱固结地层力学性质预测模型研究 |
3.3.1 深水浅部弱固结地层力学性质影响因素研究 |
3.3.2 深水浅部弱固结地层力学性质影响因素实验研究 |
3.3.3 深水浅部弱固结地层力学性质影响因素预测模型研究 |
3.4 本章小结 |
第4章 深水浅部弱固结地层沉积压实规律 |
4.1 概述 |
4.2 一维流变固结模型 |
4.2.1 流变固结模型 |
4.2.2 流变固结模型的求解及验证 |
4.3 三维流变模型开发 |
4.3.1 流动法则 |
4.3.2 屈服方程 |
4.3.3 Flac3d二次开发 |
4.4 沉积压实模型 |
4.4.1 沉积压实模型 |
4.4.2 沉积压实规律的影响因素 |
4.4.3 沉积压实模型的验证 |
4.5 本章小结 |
第5章 深水浅部弱固结地层井壁稳定分析 |
5.1 概述 |
5.2 深水浅部弱固结地层井壁稳定分析 |
5.2.1 弹塑性力学模型 |
5.2.2 井壁稳定分析模型 |
5.3 实例计算 |
5.3.1 南海A区块井壁稳定分析 |
5.3.2 西非B区块井壁稳定分析 |
第6章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果 |
学位论文数据集 |
(6)番禺软土固结蠕变试验与本构模型分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 软土的工程特性 |
1.2.1 软土的定义 |
1.2.2 珠三角软土研究现状 |
1.3 土体微观结构研究状况 |
1.3.1 国外研究状况 |
1.3.2 国内研究状况 |
1.4 土体蠕变本构模型研究概况 |
1.4.1 宏观蠕变本构模型 |
1.4.2 微观蠕变本构模型 |
1.5 研究内容和方法 |
1.5.1 研究内容 |
1.5.2 技术路线 |
第二章 番禺软土一维固结蠕变试验 |
2.1 引言 |
2.2 室内试验原理 |
2.2.1 试验假定 |
2.2.2 加载方式 |
2.2.3 蠕变稳定标准 |
2.2.4 蠕变曲线 |
2.3 一维压缩固结蠕变试验 |
2.3.1 研究对象 |
2.3.2 试验方案 |
2.3.3 试验仪器及步骤 |
2.3.4 数据处理与制图 |
2.4 蠕变试验结果分析 |
2.4.1 轴向应变与时间关系分析 |
2.4.2 孔隙比与时间对数关系分析 |
2.4.3 应力应变等时关系分析 |
2.4.4 卸载回弹分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 番禺软土微观结构试验研究 |
3.1 引言 |
3.2 扫描电镜试验 |
3.2.1 扫描电镜工作原理 |
3.2.2 试样制备及试验步骤 |
3.2.3 微观结构参数选取 |
3.3 基于IPP软件的SEM图像处理技术 |
3.3.1 IPP软件简介 |
3.3.2 SEM图像处理过程 |
3.4 固结蠕变微观结构的定性分析 |
3.4.1 固结蠕变前软土的微观结构特征 |
3.4.2 固结蠕变后软土的微观结构特征 |
3.5 固结蠕变微观结构的定量分析 |
3.5.1 颗粒和孔隙的个数及直径分布分析 |
3.5.2 孔隙和颗粒的丰度及复杂度分析 |
3.5.3 孔隙分形维数分析 |
3.5.4 结构定向性分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 软土蠕变宏微观机理分析 |
4.1 引言 |
4.2 软土蠕变宏观特性分析 |
4.2.1 软土蠕变曲线定性分析 |
4.2.2 软土固结蠕变变形特性 |
4.2.3 固结压力对固结蠕变的影响 |
4.3 软土蠕变微观结构变化规律 |
4.3.1 软土微观变形阶段的划分 |
4.3.2 蠕变过程中微观结构的破坏 |
4.3.3 软土的微观结构蠕变机理 |
4.4 蠕变影响因素分析 |
4.4.1 内在因素 |
4.4.2 外在因素 |
4.5 本章小结 |
第五章 软土非线性蠕变本构模型 |
5.1 引言 |
5.2 蠕变模型概述 |
5.2.1 软土蠕变的理论模型 |
5.2.2 软土蠕变的经验模型 |
5.2.3 半理论半经验模型 |
5.3 非线性蠕变建模思路 |
5.3.1 黏弹性的本构 |
5.3.2 黏塑性的本构 |
5.3.3 简化的非线性蠕变本构 |
5.4 一维固结非线性蠕变模型的建立 |
5.4.1 黏弹性模型及其参数确定 |
5.4.2 黏塑性模型及其参数确定 |
5.5 模型验证与应用 |
5.5.1 模型的验证 |
5.5.2 模型的应用 |
5.6 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录A 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
附录B 攻读硕士学位期间参加科研项目情况 |
(7)深部软弱地层TBM掘进挤压变形卡机及防控过程FDEM数值模拟研究(论文提纲范文)
论文主要创新点 |
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 深部软弱地层隧洞围岩挤压大变形研究现状 |
1.2.2 TBM卡机及防控研究现状 |
1.2.3 FDEM数值模拟研究现状 |
1.3 主要研究内容 |
第2章 有限元——离散元耦合方法(FDEM)数值模拟研究进展 |
2.1 引言 |
2.2 研究进展概况 |
2.2.1 两种FDEM方法比较 |
2.2.2 国内外研究概况 |
2.3 FDEM方法的研究 |
2.3.1 算法改进 |
2.3.2 网格敏感性分析 |
2.3.3 参数标定 |
2.3.4 软件开发和并行计算 |
2.4 FDEM在岩石力学及岩石工程中的模拟研究进展 |
2.4.1 地下工程开挖及围岩稳定性控制模拟 |
2.4.2 岩石边坡稳定性分析 |
2.4.3 岩石水压致裂模拟 |
2.4.4 岩石破裂声发射模拟 |
2.4.5 岩石室内试验模拟 |
2.5 存在问题 |
2.6 小结 |
第3章 实验室尺度和工程尺度FDEM数值模拟网格尺寸敏感性分析 |
3.1 引言 |
3.2 室内试验和输入参数 |
3.2.1 室内试验结果 |
3.2.2 参数标定结果 |
3.3 室内模拟试验试件网格尺寸和加载速率敏感性分析 |
3.3.1 研究现状 |
3.3.2 岩样和加载板间摩擦系数k的影响 |
3.3.3 网格尺寸敏感性分析 |
3.3.4 加载速率敏感性分析 |
3.3.5 三轴压缩模拟结果 |
3.4 隧洞开挖模拟网格尺寸敏感性分析 |
3.4.1 研究现状 |
3.4.2 模型简介 |
3.4.3 隧洞开挖模拟网格尺寸敏感性分析 |
3.5 小结 |
第4章 隧洞开挖FDEM数值模拟软化应力路径的标定 |
4.1 引言 |
4.2 二维隧洞开挖模拟原理及在FDEM中的实现方式 |
4.3 临界动能的选择方法 |
4.3.1 不同临界动能对模拟结果的影响 |
4.3.2 临界动能的选取方法 |
4.3.3 粘滞阻尼的影响 |
4.4 软化时步的标定 |
4.5 软化曲线的标定 |
4.5.1 不同软化曲线对围岩裂纹扩展的影响 |
4.5.2 不同软化曲线对模型动能的影响 |
4.5.3 不同软化曲线对应力-位移曲线(收敛-约束法)的影响 |
4.6 小结 |
第5章 考虑岩石强度时效性的围岩破裂碎胀过程FDEM数值模拟 |
5.1 引言 |
5.2 岩石强度/刚度劣化规律 |
5.2.1 岩石强度劣化规律 |
5.2.2 围压对岩石长期强度和弹模的影响 |
5.2.3 工程应用 |
5.3 岩石强度劣化过程 |
5.4 考虑岩石强度/刚度时效性的隧洞围岩破裂碎胀过程 |
5.4.1 隧洞开挖后围岩瞬时响应 |
5.4.2 考虑岩石强度劣化的围岩破裂碎胀过程(仅考虑c和θ的劣化) |
5.4.3 考虑岩石抗拉强度劣化的隧洞围岩破裂碎胀过程 |
5.4.4 考虑岩石刚度劣化的隧洞围岩破裂碎胀过程 |
5.4.5 劣化系数α的影响 |
5.4.6 考虑瞬时响应和长期强度同时作用下的隧洞围岩破裂碎胀过程 |
5.5 工程案例分析 |
5.6 小结 |
第6章 深部软弱地层TBM卡机过程FDEM数值模拟 |
6.1 引言 |
6.2 TBM卡机机理 |
6.3 裸洞条件下围岩挤压大变形过程模拟 |
6.3.1 工程概况 |
6.3.2 计算模型 |
6.3.3 隧洞围岩挤压大变形过程模拟结果 |
6.4 深部软弱地层TBM卡机过程模拟 |
6.4.1 基于网格覆盖的TBM卡机模拟原理 |
6.4.2 ABH输水隧洞TBM设备参数 |
6.4.3 连续掘进工况下TBM卡机过程模拟 |
6.4.4 停机状态下TBM卡机过程模拟 |
6.5 小结 |
第7章 深部软弱地层TBM卡机防控FDEM数值模拟 |
7.1 引言 |
7.2 TBM卡机脱困处理及预防卡机措施 |
7.3 加大扩挖间隙预防TBM卡机模拟 |
7.4 预注浆预防TBM卡机模拟 |
7.4.1 预注浆围岩加固机理 |
7.4.2 不同扩挖间隙下预注浆预防TBM卡机模拟 |
7.5 TBM卡机后脱困过程FDEM数值模拟 |
7.6 小结 |
第8章 结论与展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 存在不足 |
8.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士期间发表的论文 |
致谢 |
(8)煤矿井下矸石充填体环境效应试验研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 研究内容与方法 |
1.4 主要创新点 |
2 典型岩性矸石的理化特征与重金属元素本底含量 |
2.1 典型岩性矸石化学组分与重金属元素含量调研 |
2.2 典型岩性矸石的理化特性试验 |
2.3 典型岩性矸石重金属元素本底含量及其潜在生态危害评价 |
2.4 本章小结 |
3 水化学溶液作用下矸石承载压缩力学特性试验 |
3.1 水化学溶液作用下矸石承载压缩力学特性试验方案设计 |
3.2 水化学溶液作用下矸石承载压缩力学特性测试 |
3.3 矸石材料水化学损伤变量的表征 |
3.4 考虑水物理化学作用的矸石蠕变损伤模型构建 |
3.5 本章小结 |
4 水化学溶液腐蚀矸石损伤的时效特征 |
4.1 矸石浸泡溶液pH随时间演化规律 |
4.2 水化学溶液腐蚀矸石的微细观损伤测试 |
4.3 水化学溶液腐蚀矸石的元素电子能谱测试 |
4.4 水化学溶液腐蚀矸石的矿物组分测试 |
4.5 水化学溶液侵蚀条件下矸石损伤机制 |
4.6 本章小结 |
5 矸石中重金属元素溶解-释放规律的试验 |
5.1 矸石中重金属元素的赋存特征 |
5.2 矸石中重金属元素溶出的静态浸泡试验 |
5.3 水-矸石相互作用中重金属的溶出数学模型 |
5.4 本章小结 |
6 多场耦合下矸石承载压缩孔隙演化及渗流规律模拟 |
6.1 水化学溶液侵蚀矸石瞬时与蠕变压实孔隙演化规律 |
6.2 多场耦合作用下非均质矸石承载压缩孔隙演化特征 |
6.3 多场耦合作用下非均质矸石承载压缩渗流动态演化规律 |
6.4 本章小结 |
7 矸石充填体重金属释放-迁移特征及调控方法 |
7.1 矸石充填体内重金属释放-迁移特征 |
7.2 矸石充填体重金属影响地下水环境评估 |
7.3 矸石充填体重金属环境效应的调控方法 |
7.4 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(9)液态二氧化碳相变射孔致裂煤岩体增透机理及应用研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 低渗煤层增透强化抽采技术国内外研究现状 |
1.2.2 CO_2-ECBM国内外研究现状 |
1.2.3 液态CO_2相变致裂技术国内外研究现状 |
1.2.4 煤岩体高压流体冲击致裂力学机理国内外研究现状 |
1.2.5 煤岩体卸压增渗机理国内外研究现状 |
1.3 本论文研究内容及其技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 研究技术路线 |
2 煤岩基本物理力学性质测试 |
2.1 概述 |
2.2 煤岩物理力学参数测试 |
2.2.1 样品选择与制备 |
2.2.2 工业分析 |
2.2.3 SEM微观形态及EDS成分分析 |
2.2.4 压汞试验 |
2.2.5 煤岩CH4及CO_2等温吸附试验 |
2.2.6 基本力学性质测试 |
2.3 煤岩赋存原岩应力测试 |
2.3.1 地应力在液态CO_2相变射孔致裂增透过程中的作用 |
2.3.2 声发射Kaiser效应法原岩应力测试方法研究 |
2.3.3 钻孔套心应力解除法地应力测试 |
2.4 小结 |
3 液态CO_2相变射孔气体冲击动力特征理论及实验研究 |
3.1 概述 |
3.2 CO_2基本性质及其状态方程研究 |
3.2.1 二氧化碳基本性质 |
3.2.2 二氧化碳状态方程 |
3.2.3 二氧化碳相变射孔致裂过程相态分布特征 |
3.3 CO_2射流流体动力学基本方程 |
3.3.1 连续性方程 |
3.3.2 运动方程 |
3.3.3 能量方程 |
3.3.4 动量方程 |
3.3.5 湍流模型 |
3.4 液态CO_2相变射孔流体动力特征理论研究 |
3.4.1 高压气体冲击射流声速及马赫数 |
3.4.2 液态CO_2相变高压气体冲击射流出口速度及质量流量理论模型 |
3.4.3 定量液态CO_2相变高压气体冲击射流出口压力理论模型 |
3.4.4 液态CO_2相变高压气体冲击射流形态分区结构特征 |
3.4.5 高压CO_2 气体冲击射流速度分布特征 |
3.4.6 高压CO_2气体冲击射流动压分布特征 |
3.4.7 高压CO_2气体冲击射流打击力理论模型 |
3.5 液态CO_2相变射孔煤岩体致裂实验装置研发 |
3.5.1 系统主要结构组成 |
3.5.2 主要技术参数 |
3.5.3 系统主要功能及特点 |
3.6 液态CO_2相变高压气体射流冲击动力特征实验研究 |
3.6.1 实验方案 |
3.6.2 液态CO_2相变高压气体射流形态特征实验研究 |
3.6.3 液态CO_2相变高压气体射流速度与压力规律研究 |
3.6.4 高压CO_2气体射流打击力随系统初始压力变化规律研究 |
3.6.5 高压CO_2气体射流打击力随靶体距离变化规律研究 |
3.6.6 高压CO_2气体射流打击力随打击角度变化规律研究 |
3.7 小结 |
4 液态CO_2相变射孔冲击致裂裂隙扩展机理及数值模拟研究 |
4.1 概述 |
4.2 液态CO_2相变射孔冲击煤岩体起裂压力、起裂模型 |
4.2.1 地应力条件下倾斜钻孔孔壁应力分布 |
4.2.2 地应力条件下倾斜钻孔孔壁煤岩本体起裂模型 |
4.2.3 倾斜钻孔沿天然裂隙剪切破坏起裂压力及起裂模型研究 |
4.2.4 倾斜钻孔沿天然裂隙张性破坏起裂压力及起裂模型研究 |
4.3 地应力条件下倾斜钻孔优势致裂方向判断方法研究及应用 |
4.3.1 地应力条件下倾斜钻孔优势致裂方向判断方法 |
4.3.2 白皎煤矿液态CO_2相变射孔优势方向确定 |
4.4 液态CO_2相变高速气体冲击煤岩体起裂破坏力学机理研究 |
4.4.1 二氧化碳相变高速气体冲击煤岩体应力分布理论研究 |
4.4.2 二氧化碳相变高速气体冲击煤岩体破坏半径理论研究 |
4.5 煤岩体液态CO_2相变射孔致裂裂隙扩展及转向力学机理研究 |
4.5.1 含瓦斯煤岩体液态二氧化碳相变射孔致裂裂隙扩展规律研究 |
4.5.2 液态CO_2相变射孔煤岩体裂隙断裂准则 |
4.5.3 煤体液态二氧化碳相变射孔致裂裂隙转向机理研究 |
4.6 煤体液态二氧化碳相变射孔致裂及裂隙扩展规律模拟研究 |
4.6.1 数值模拟软件及原理介绍 |
4.6.2 模型建立及研究方案 |
4.6.3 不同地应力条件下液态CO_2相变射孔煤岩体致裂裂隙分布研究 |
4.6.4 不同射流压力条件下液态CO_2相变射孔致裂裂隙分布特征研究 |
4.6.5 液态CO_2相变射孔致裂裂隙扩展基本形态规律研究 |
4.7 小结 |
5 液态CO_2相变射孔冲击致裂裂隙扩展规律实验研究 |
5.1 概述 |
5.2 煤岩体液态CO_2相变射孔冲击破坏宏微观特征实验研究 |
5.2.1 实验方案 |
5.2.2 实验结果分析 |
5.2.3 实验结论 |
5.3 三轴应力条件下液态CO_2相变射孔致裂及裂隙扩展规律研究 |
5.3.1 类煤岩材料试件制备 |
5.3.2 实验方案及实验流程 |
5.3.3 不同初始压力条件下液态CO_2相变射孔致裂裂隙扩展规律研究 |
5.3.4 不同主应力比条件下液态CO_2相变射孔致裂裂隙扩展规律研究 |
5.3.5 不同力学强度试件液态CO_2相变射孔致裂裂隙扩展规律研究 |
5.3.6 含层理煤岩体液态CO_2相变射孔致裂裂隙扩展规律 |
5.3.7 含裂隙煤岩体液态CO_2相变射孔致裂裂隙扩展规律 |
5.3.8 实验结论 |
5.4 小结 |
6 低透煤层液态CO_2相变射孔致裂卸压增渗机理研究 |
6.1 概述 |
6.2 煤岩体液态CO_2相变射孔致裂增透作用机制分析 |
6.3 含瓦斯煤岩体卸压增渗实验及理论研究 |
6.3.1 含瓦斯煤岩体卸压增渗实验条件及方法 |
6.3.2 试验结果与分析 |
6.3.3 基于立方体结构的煤岩体卸压损伤渗透率模型研究 |
6.3.4 模型验证 |
6.4 穿层钻孔液态CO_2相变致裂抽采煤层瓦斯压降规律研究 |
6.4.1 穿层钻孔抽采过程煤层瓦斯压力分布模型建立 |
6.4.2 瓦斯抽采压降漏斗形态及其时效特征研究 |
6.4.3 瓦斯抽采压降漏斗随煤层物性参数变化规律研究 |
6.5 小结 |
7 低渗煤岩体液态CO_2相变射孔致裂增透技术应用研究 |
7.1 概述 |
7.2 液态二氧化碳相变射孔煤岩致裂技术装置研发 |
7.2.1 技术原理 |
7.2.2 系统主要结构 |
7.2.3 系统主要技术参数 |
7.2.4 系统的主要功能及优点 |
7.3 液态CO_2相变射孔致裂增透网格式ECBM方法研究及应用 |
7.3.1 白皎煤矿试验地点概况 |
7.3.2 现场试验及施工步骤 |
7.3.3 现场试验结果分析 |
7.3.4 液态CO_2相变射孔致裂网格式抽采方法应用及效果评价 |
7.4 松软煤层顺层钻孔液态CO_2相变射孔致裂增透技术应用 |
7.4.1 杉木树煤矿应用地点概况 |
7.4.2 松软煤层顺层钻孔液态CO_2相变射孔致裂增透试验研究 |
7.4.3 松软煤层顺层钻孔液态CO_2相变射孔致裂增透防突效果研究 |
7.5 小结 |
8 结论与展望 |
8.1 本文的研究成果及结论 |
8.2 主要创新点 |
8.3 后续研究工作及展望 |
参考文献 |
附录 |
A.作者在攻读博士学位期间发表的学术论文 |
B.作者在攻读博士学位期间参与的科研项目 |
C.作者在攻读博士学位期间申请的专利 |
D.作者在攻读博士学位期间所获科技成果奖励及荣誉 |
E.学位论文数据集 |
致谢 |
(10)龙马溪组层状页岩宏细观破坏行为及模型研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 岩石宏细微破坏机理研究现状 |
1.2.2 岩石断裂韧性研究现状 |
1.2.3 岩石破坏本构关系研究现状 |
1.2.4 岩石时间效应研究现状研究现状 |
1.2.5 岩石破坏数值模拟研究现状 |
1.3 论文研究内容与研究方法 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 研究方法与技术路线 |
2 彭水地区龙马溪组页岩地质概况 |
2.1 彭水页岩气区位置概况 |
2.2 彭水龙马溪沉积环境特征 |
2.3 彭水页岩气区域地层 |
2.4 彭水页岩气区地质构造及演化特征研究 |
2.5 本章小结 |
3 不同加载条件下龙马溪页岩宏观破坏行为研究 |
3.1 试验介绍 |
3.1.1 页岩取样 |
3.1.2 实验系统 |
3.1.3 试验简介 |
3.2 不同层理角度下页岩准静加载破坏行为 |
3.2.1 0°页岩的破坏模式及应力-应变曲线 |
3.2.2 15°页岩的破坏模式及应力-应变曲线 |
3.2.3 30°页岩的破坏模式及应力-应变曲线 |
3.2.4 45°页岩的破坏模式及应力-应变曲线 |
3.2.5 60°页岩的破坏模式及应力-应变曲线 |
3.2.6 75°页岩的破坏模式及应力-应变曲线 |
3.2.7 90°页岩的破坏模式及应力-应变曲线 |
3.3 不同层理角度页岩力学参数分析 |
3.3.1 不同层理角度页岩的抗压强度 |
3.3.2 不同层理角度页岩弹性模量的各向异性分析 |
3.3.3 不同层理角度页岩泊松比的各向异性分析 |
3.4 不同加载应变率下页岩相应试验研究 |
3.4.1 动载试验方案 |
3.4.2 不同应变率下的页岩破坏特征分析 |
3.4.3 不同应变率下不同层理页岩的应力-应变曲线 |
3.4.4 不同应变率下的页岩力学特性分析 |
3.5 本章小结 |
4 不同层理页岩的三点弯曲细观破坏实验及分析 |
4.1 实验介绍 |
4.1.1 细观页岩介绍 |
4.1.2 实验设备及加载模式 |
4.2 龙马溪页岩矿物组成和结构特征 |
4.3 不同层理角度页岩的细观实验研究 |
4.3.1 页岩三点弯曲典型实验介绍 |
4.3.2 0°页岩三点弯曲破坏行为及载荷-位移曲线 |
4.3.3 30°页岩三点弯曲破坏行为及载荷-位移曲线 |
4.3.4 45°页岩三点弯曲破坏行为及载荷-位移曲线 |
4.3.5 60°页岩三点弯曲破坏行为及载荷-位移曲线 |
4.3.6 90°页岩三点弯曲破坏行为及载荷-位移曲线 |
4.4 不同层理角度页岩裂纹扩展路径研究 |
4.5 不同层理角度页岩三点弯曲强度参数 |
4.5.1 不同层理角度页岩峰值载荷及平均峰值载荷 |
4.5.2 不同层理角度页岩的弹性模量 |
4.5.3 不同层理角度页岩的表面断裂能 |
4.6 本章小结 |
5 不同层理页岩的细观断裂韧性及模拟分析 |
5.1 不同层理角度页岩的断裂机理及断裂韧性 |
5.1.1 裂纹的分类及对强度的影响 |
5.1.2 三点弯曲页岩应力强度因子 |
5.1.3 不同层理角度页岩的断裂韧性 |
5.1.4 页岩断口形貌及断裂机理 |
5.1.5 页岩三点弯曲破坏模式和破坏机理 |
5.2 页岩三点弯曲数值模拟分析 |
5.2.1 RFPA~(2D)软件介绍 |
5.2.2 数值模型的建立及模型参数 |
5.2.3 模拟方案及加载模式 |
5.3 不同层理角度页岩三点弯曲破坏模拟 |
5.3.1 60°试样三点弯曲破坏过程及声发射时空演化规律 |
5.3.2 60°试样三点弯曲裂纹扩展路径 |
5.3.3 加载速率对裂纹扩展的影响 |
5.4 Ⅰ/Ⅱ复合应力强度因子分析及页岩断裂韧性研究 |
5.4.1 应力强度因子计算基本原理 |
5.4.2 三点弯曲有限元模型建立 |
5.4.3 页岩Ⅰ/Ⅱ复合断裂韧度模拟分析 |
5.5 本章小结 |
6 龙马溪页岩横观各向同性本构方程和破坏准则研究 |
6.1 页岩横观各向同性本构方程 |
6.1.1 经典各向异性弹性本构模型 |
6.1.2 横观各向同性页岩本构模型 |
6.1.3 龙马溪组页岩本构方程参数确定 |
6.2 层理面扩展贯通破坏的断裂力学分析 |
6.2.1 岩石断裂力学基本理论 |
6.2.2 层理面扩展贯通机理分析 |
6.3 层状页岩单轴压缩破坏准则研究 |
6.4 基于能量释放与能量耗散的页岩劈裂破坏能量模型 |
6.5 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 本文主要研究内容及结论 |
7.2 本文主要创新性研究成果 |
7.3 下一步工作的展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
四、粘土岩原位三轴压缩流变试验研究(论文参考文献)
- [1]渗透水压力作用下页岩扰动蠕变损伤破裂规律研究[D]. 孙清林. 辽宁工程技术大学, 2021
- [2]深部开采底板破裂分布动态演化规律及突水危险性评价[D]. 胡彦博. 中国矿业大学, 2020(01)
- [3]泥质弱胶结岩体水-固耦合机制与结构重组力学特性研究[D]. 王帅. 中国矿业大学, 2019(04)
- [4]谷山水库泥质页岩抗剪强度参数研究[D]. 温凯. 华北水利水电大学, 2019(06)
- [5]深水浅部弱固结地层力学性质研究及其在工程实践中的应用[D]. 陈卓. 中国石油大学(北京), 2019(01)
- [6]番禺软土固结蠕变试验与本构模型分析[D]. 陈建平. 广州大学, 2019(01)
- [7]深部软弱地层TBM掘进挤压变形卡机及防控过程FDEM数值模拟研究[D]. 邓鹏海. 武汉大学, 2019(06)
- [8]煤矿井下矸石充填体环境效应试验研究[D]. 齐文跃. 中国矿业大学, 2019(09)
- [9]液态二氧化碳相变射孔致裂煤岩体增透机理及应用研究[D]. 白鑫. 重庆大学, 2019
- [10]龙马溪组层状页岩宏细观破坏行为及模型研究[D]. 李玉琳. 中国矿业大学(北京), 2019