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岩土力学 2022年第4期43卷 969-980,1030页

作者：赵宏刚张东明蒋长宝余北辰重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 重庆大学资源与安全学院重庆400030

作为一种典型的地质结构,软弱夹层与硬脆性岩体共同形成了围岩层状复合结构,进而显著影响着隧洞围岩的稳定。以往对含软弱夹层的复合岩石的研究多集中于单轴、双轴或常规三轴,对隧洞临空面处真三轴应力路径下的复合围岩力学性质和破坏... 详细信息

作为一种典型的地质结构,软弱夹层与硬脆性岩体共同形成了围岩层状复合结构,进而显著影响着隧洞围岩的稳定。以往对含软弱夹层的复合岩石的研究多集中于单轴、双轴或常规三轴,对隧洞临空面处真三轴应力路径下的复合围岩力学性质和破坏特征缺乏分析讨论。通过制作的含不同厚度的软弱夹层复合岩样,探讨了软弱夹层厚度对隧洞临空面围岩力学响应和破坏特征的影响。研究表明:软弱夹层厚度显著影响着复合岩样峰值应力和应变,随着厚度的增大,软弱夹层上方岩块向临空面方向的滑移变形逐渐增大,软弱夹层压缩变形逐渐减小;复合岩样靠近临空面的岩石单元破坏模式随着软弱夹层厚度的增大逐渐由拉剪混合破坏转变为张拉破坏,且宏观裂隙数量和破坏范围均逐渐减小,而远离临空面的岩石单元则由剪切破坏逐渐转变为基本无损伤断裂;不同厚度的隧洞侧帮复合围岩的破坏区域均集中在软弱夹层及其上方围岩处,软弱夹层下方围岩则基本保持稳定;在应力分布方面,软弱夹层厚度越大,最大压应力越向深部软弱夹层处转移,而拉应力区分布范围越小,但拉应力区深度越大。

关键词：软弱夹层滑移变形拉剪混合破坏最大压应力拉应力

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不同主应力方向下隧洞围岩应力分布及塑性区特征分析

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采矿与安全工程学报 2023年第1期40卷 135-144页

作者：赵宏刚尹光志黄滚蒋长宝重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 重庆大学资源与安全学院重庆400030

隧洞开挖过程中主应力方向发生改变,造成围岩应力分布与塑性区随之产生变化,显著影响着隧洞围岩的稳定及支护。以椭圆形隧洞为例,模拟不同主应力方向下隧洞围岩的破坏,基于复变函数和强度准则建立不同主应力方向下不同深度的围岩应力解... 详细信息

隧洞开挖过程中主应力方向发生改变,造成围岩应力分布与塑性区随之产生变化,显著影响着隧洞围岩的稳定及支护。以椭圆形隧洞为例,模拟不同主应力方向下隧洞围岩的破坏,基于复变函数和强度准则建立不同主应力方向下不同深度的围岩应力解析解和塑性区模型,结果显示:主应力方向与椭圆形隧洞非共面时,围岩应力呈“斜哑铃状”分布,最大切向应力处于顶底部与侧帮之间的位置,且随着距临空面深度的增大,最大切向应力逐渐靠近水平主应力方向;随着主应力方向与隧洞夹角的增大,洞壁处的最大切向应力集中点由隧洞侧帮逐渐靠近隧洞顶底部,且洞壁破坏范围逐渐减小;随着主应力方向与隧洞夹角的增大,椭圆形隧洞围岩塑性区逐渐远离侧帮中心处,塑性区范围和最大深度逐渐减小。不同主应力方向下围岩塑性区最大深度所处位置平行或近似平行于水平主应力方向。

关键词：主应力方向复变函数切向应力洞壁破坏塑性区

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饱水和天然状态下页岩滞后效应及阻尼特性研究

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岩土力学 2020年第6期41卷 1799-1808页

作者：蒋长宝魏财段敏克陈昱霏余塘李政科重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

运用RLW-2000型微机伺服岩石三轴试验机,对饱水状态和天然状态页岩在不同围压下进行三轴循环加卸载试验,分析了两种含水状态页岩的力学特性和滞后效应,并基于能量原理讨论了阻尼比演化规律。试验结果表明:随循环次数增加,累积残余应变... 详细信息

运用RLW-2000型微机伺服岩石三轴试验机,对饱水状态和天然状态页岩在不同围压下进行三轴循环加卸载试验,分析了两种含水状态页岩的力学特性和滞后效应,并基于能量原理讨论了阻尼比演化规律。试验结果表明:随循环次数增加,累积残余应变逐渐增加,相对残余应变先降低,后趋于稳定区域,直至破坏前急剧增加;饱水页岩的加卸载变形模量均比天然页岩小,加载变形模量整体比卸载变形模量小;在加载和卸载阶段,均出现应变始终滞后于应力的现象;饱水页岩的滞后效应比天然页岩更明显。提出了考虑滞后效应的能量计算方法,较以往能量计算的误差更小。最后基于能量原理对阻尼比的计算公式进行修正,发现饱水页岩的阻尼比比天然页岩大。阻尼比的变化较好地反映了页岩损伤机制,可作为预判页岩失稳破坏的重要指标。

关键词：页岩力学特性滞后效应能量阻尼比

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层状煤岩弹性波传播衰减特性试验研究

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煤炭科学技术 2022年第7期50卷 184-190页

作者：李全贵凌发平胡千庭姜志忠武晓斌钱亚楠重庆大学资源与安全学院重庆400044 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

基于弹性波传播理论的微地震技术被用于煤矿水力压裂破裂监测、动力灾害预警等。煤系地层是典型的层状介质,弹性波在层状煤岩中传播受到介质不均匀性和层面反射、折射的影响,其传播规律和衰减特性研究仍需完善。利用脉冲发生器产生稳定... 详细信息

基于弹性波传播理论的微地震技术被用于煤矿水力压裂破裂监测、动力灾害预警等。煤系地层是典型的层状介质,弹性波在层状煤岩中传播受到介质不均匀性和层面反射、折射的影响,其传播规律和衰减特性研究仍需完善。利用脉冲发生器产生稳定的震源激励,通过DS2系列全信息声发射信号分析仪对弹性波在层状煤岩、纯煤、纯砂岩中传播的衰减特性进行了试验研究。结果表明:相同试验条件下,组合煤岩体中弹性波传播的幅值衰减随着传播距离、震源激励频率(FREQ)的增加而减小。层状煤岩中,弹性波传播的幅值衰减先快后慢,煤层中的衰减梯度较岩层大,呈现出阶段性的衰减特征;弹性波信号的质心频率发生频移,峰值频率出现分级现象。煤层与岩层联结面处介质层之间结合的紧密程度是影响弹性波衰减的主要因素,紧密程度越高则幅值衰减越小;煤层硬度越高弹性波信号的初始幅值越大,低频率范围内(FREQ≤4 MHz)层状软煤层中弹性波幅值较层状硬煤层衰减快;层状煤岩中震源激励频率与弹性波传播距离呈负相关依赖,近距离范围内的低频信号的传播距离较高频远,幅值衰减梯度大。层状煤岩中弹性波幅值衰减梯度随品质因子增大逐渐减小,品质因子由小到大依次为软煤、硬煤、砂岩。研究成果可为微地震拾震器布置方法的优化提供理论基础。

关键词：层状煤岩弹性波波的衰减微地震动力灾害

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循环荷载下含层理页岩渗透特性试验研究

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岩土力学 2022年第3期43卷 649-658页

作者：张闯任松吴斐刘杰周旭晖重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

深入理解含层理以及含宏观裂缝页岩在循环荷载扰动下渗透率的演化规律,对于页岩气隧道安全施工而言意义重大。利用GCTS岩石力学测试系统对含轴向层理及轴向宏观裂缝页岩试件在循环轴向应力和循环围压下渗透率的演化规律开展相关试验研... 详细信息

深入理解含层理以及含宏观裂缝页岩在循环荷载扰动下渗透率的演化规律,对于页岩气隧道安全施工而言意义重大。利用GCTS岩石力学测试系统对含轴向层理及轴向宏观裂缝页岩试件在循环轴向应力和循环围压下渗透率的演化规律开展相关试验研究。结果表明:含轴向层理页岩试件渗透率随轴向应力的加载和卸载基本不发生明显改变,而随围压增加以负指数的形式下降,随围压的减小以指数的形式增加;含宏观裂缝页岩试件的渗透率随轴向应力的加、卸载近似以线性形式降低和增加,而随围压的增大以负指数形式下降,随围压的减小以指数形式增加;含轴向裂缝页岩试件的渗透率相较含轴向层理页岩试件而言有大幅提升,其二者比值约为9倍左右;页岩试件对围压的敏感性约为轴向应力的26倍;试件渗透率几乎不随轴向应力循环次数发生明显改变,而随围压循环次数的增加呈负指数式下降,且其降幅主要集中在第1循环阶段内。研究成果可对页岩气隧道的安全施工提供一定的理论支撑。

关键词：隧道页岩层理裂缝循环荷载

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锰渣的工程性能试验研究

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岩石力学与工程学报 2020年第S02期39卷 3706-3716页

作者：李世龙魏作安路停王文松杨永浩赵筠康重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

电解锰渣(electrolytic manganese residue,EMR)是电解锰过程中产生的固体废弃物,也称锰尾矿。锰渣的工程力学性能对分析锰渣坝的稳定性具有重要意义。通过大量室内试验,测定锰渣中的易溶盐成分,并对锰渣脱盐前后的物理特性和力学性能... 详细信息

电解锰渣(electrolytic manganese residue,EMR)是电解锰过程中产生的固体废弃物,也称锰尾矿。锰渣的工程力学性能对分析锰渣坝的稳定性具有重要意义。通过大量室内试验,测定锰渣中的易溶盐成分,并对锰渣脱盐前后的物理特性和力学性能进行试验研究。结果表明,锰渣所含易溶盐为硫酸盐类,含量为10.64%~13.98%,属超盐渍土类;硫酸盐含有结晶水,在进行锰渣的含水率测试时,建议烘干温度为55℃、时间超过4 d为宜。脱盐锰渣较原锰渣的液塑限值增大、最大干密度减小、最优含水率增大。随着盐分的流失,锰渣的渗透系数与固结系数增大,压缩模量减小。随着干密度和含水率的增加,锰渣的应力﹣应变关系逐渐由应变硬化向应变软化转变;剪切峰值随盐分的流失而下降,抗剪强度指标c,φ值随干密度增加而增加,随含水率增大而减小。

关键词：土力学锰渣易溶盐物理力学特性土工试验抗剪强度

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井下原位加热强化开采冰冻型水合物实验

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第3期53卷 1069-1081页

作者：韦文娜李波陈玲玲张婷婷万青翠重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

基于青海等多年冻土区地质特点及环境条件,运用井下原位加热技术,在冰点以下进行纯降压法、纯电加热法、降压联合电加热法和热吞吐法的冰冻型甲烷水合物开采实验,分析冰冻型水合物的分解特性,探究降压幅度、加热模式以及热吞吐加热时间... 详细信息

基于青海等多年冻土区地质特点及环境条件,运用井下原位加热技术,在冰点以下进行纯降压法、纯电加热法、降压联合电加热法和热吞吐法的冰冻型甲烷水合物开采实验,分析冰冻型水合物的分解特性,探究降压幅度、加热模式以及热吞吐加热时间对开采效果的影响,并评价不同开采方法下对于冰冻型水合物的商业化开采价值。研究结果表明:要实现冰点以下冰冻型水合物的持续分解,必须额外注入热量,而热量主要依靠冰、水合物以及多孔介质颗粒之间的导热进行传递;纯降压法不能消除水合物自保护效应,无法实现冰冻型水合物的有效分解;采用持续电加热和降压联合电加热的井下原位加热技术对于破坏冰点以下冰冻型水合物的自保护效应更具优势;纯电加热法和热吞吐法无法完全分解冰冻型水合物,且纯电加热法的产气速率最慢,累积产气量最低;热吞吐法中对流强化传质作用造成明显的水合物二次生成,阻碍了水合物的快速分解。在原位井下加热的基础上,降压驱动力对于冰冻型水合物的分解起到了明显促进作用。对原位井下加热开采的能量收益效率分析,综合能量效率、热效率、获得最大能量的时间以及水合物分解率等指标,认为降压联合电加热法对于冰冻型水合物的商业化开采更有优势。

关键词：冰冻型甲烷水合物降压井下原位加热自保护效应能量收益

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二次炭化温度对热压型煤力学性质及微观结构影响的试验研究

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岩土力学 2021年第5期42卷 1221-1229,1244页

作者：彭守建王瑞芳许江甘青青蔡果良重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

为了使型煤试件与原煤的性质更加接近,提高相关物理模拟试验研究与工程实际的吻合度,通过改变温度条件制备二次炭化热压型煤,对其单轴压缩力学特性、渗流特性及微观结构进行了测试分析,考察温度对二次炭化热压型煤力学性质及微观结构特... 详细信息

为了使型煤试件与原煤的性质更加接近,提高相关物理模拟试验研究与工程实际的吻合度,通过改变温度条件制备二次炭化热压型煤,对其单轴压缩力学特性、渗流特性及微观结构进行了测试分析,考察温度对二次炭化热压型煤力学性质及微观结构特性的影响。结果表明:(1)随着炭化温度升高,二次炭化热压型煤试件的单轴抗压强度表现出先升高后降低的趋势,在300℃炭化温度条件下其单轴抗压强度与原煤较为接近;(2)在三轴压缩条件下,二次炭化热压型煤试件的渗透率随轴压增大呈现先减小后增大的演化规律,其初始渗透率和最小渗透率均随着炭化温度升高而增大;(3)二次炭化热压型煤与原煤在FT-IR有机官能团测试中的特征峰位置基本保持一致,但所对应的特征峰强度有所差异,且在300℃和450℃炭化温度条件下二次炭化热压型煤红外谱图的官能团响应与原煤最为接近;(4)二次炭化热压型煤相较于原煤,其孔径分布更为均匀,微孔占比少,比表面积小,且随着炭化温度升高,二次炭化热压型煤的平均孔径和比表面积呈现先降后增的趋势,并在300℃炭化温度条件下其孔径和比表面积相对最小。研究成果可为二次炭化热压型煤成型条件优化及二次炭化型煤力学特性研究提供参考。

关键词：型煤二次炭化炭化温度力学性质渗流特性

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循环扰动和高温作用下砂岩的岩爆倾向性及破坏特征研究

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岩土力学 2023年第3期44卷 771-783页

作者：张平任松张闯吴斐隆能增李凯鑫重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

为了揭示循环扰动和高温影响下砂岩的岩爆机制,开展了循环扰动和高温作用下砂岩单轴压缩试验和CT扫描试验,研究了不同条件下砂岩的力学特性、岩爆倾向性及破坏特征,探讨了岩爆倾向性与破坏特征的关系。研究结果表明:循环扰动和高温对砂... 详细信息

为了揭示循环扰动和高温影响下砂岩的岩爆机制,开展了循环扰动和高温作用下砂岩单轴压缩试验和CT扫描试验,研究了不同条件下砂岩的力学特性、岩爆倾向性及破坏特征,探讨了岩爆倾向性与破坏特征的关系。研究结果表明:循环扰动和高温对砂岩的力学性能及岩爆倾向性影响效果显著;无循环扰动砂岩的单轴抗压强度、弹性模量及岩爆倾向性随温度的升高呈先增加后降低的趋势,200℃为该类砂岩的阈值温度,受循环扰动砂岩的力学特性及岩爆倾向性随温度的上升而降低;而砂岩的力学特性及岩爆倾向性随循环应力幅值增加而下降;随着循环应力幅值和温度的增加,砂岩破坏模式由劈裂破坏向剪切破坏转变,同时砂岩的岩爆倾向性与裂隙三维分形维数呈良好的负相关关系;此外,高温对砂岩的力学性能、岩爆倾向性及破坏程度影响效果强于循环扰动。研究结果可为高温工程岩爆防治提供理论依据和工程参考价值。

关键词：循环扰动高温砂岩力学特性岩爆倾向性破坏特征

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单轴压缩破坏下分层型煤电阻率响应分析

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煤炭学报 2021年第1期46卷 211-219页

作者：胡千庭宋明洋李全贵吴燕清许洋铖张跃兵邓羿泽重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

地层电阻率是地球物理勘探考察的重要参数,不同结构煤体受载破坏过程中电阻率变化特征存在差异。建立受载煤样电阻实时测试实验系统,对所压制未分层及不同厚度、不同强度的2分层型煤试样进行了单轴压缩实验,得出试样破坏过程的力学强度... 详细信息

地层电阻率是地球物理勘探考察的重要参数,不同结构煤体受载破坏过程中电阻率变化特征存在差异。建立受载煤样电阻实时测试实验系统,对所压制未分层及不同厚度、不同强度的2分层型煤试样进行了单轴压缩实验,得出试样破坏过程的力学强度及电阻率变化规律,研究分层界面影响下不同结构型煤的电阻率响应特征。实验结果表明:型煤单轴压缩破坏下的电阻率呈现阶段性变化,未分层试样在压密后存在“U”型变化过程,最低点接近试样应力应变曲线屈服点;不同强度分层试样破坏过程中电阻率曲线先增加后呈现“U”型,破坏后电阻率为初始状态的2~4倍;不同厚度分层试样破坏过程中电阻率表现为先增后减,两分层厚度差异大的试样厚分层破坏更为剧烈,整体表现出的宏观电阻率值更大。分层试样弹性模量及抗压强度均较未分层试样小,峰值应力处的电阻率变化率为1~2,未分层试样则小于0.5;试样两分层厚度及强度越接近,压缩破坏产生的剥离部分越均匀,更容易产生区域“串-并联”现象,破坏后电阻率变化率越大。煤样本身或分层面空隙骨架的挤压破碎会导致煤层电阻率的增加。分层型煤试样破坏后表现出表面剥离,裂隙均匀连通的破坏形式,根据型煤受载破坏过程得出试样存在“纵向裂隙”和“纵向+横向裂隙”影响下电阻率变化数学模型。两分层及贯通界面的裂隙使试样呈“串-并联”形式连通电路,试样整体电阻率与裂隙电阻率及裂隙体积占比呈正相关。对分层型煤单轴压缩规律的描述反映了部分煤矿区地层物探过程中的电学各向异性特征。

关键词：电阻率单轴压缩型煤各向异性电法物探

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