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Particle flow study on strength and meso-mechanism of Brazilian splitting test for jointed rock mass 被引量:21
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作者 Sheng-Qi Yang Yan-Hua Huang 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第4期547-558,共12页
A discrete element method (DEM) called particle flow code (PFC2D) was used to construct a model for Brazilian disc splitting test in the present study. Based on the experimental results of intact Brazilian disc of... A discrete element method (DEM) called particle flow code (PFC2D) was used to construct a model for Brazilian disc splitting test in the present study. Based on the experimental results of intact Brazilian disc of rock-like material, a set of micro-parameters in PFC2D that reflected the macro-mechanical behavior of rock-like materials were obtained. And then PFC2D was used to simulate Brazilian splitting test for jointed rock mass specimens and specimen containing a central straight notch. The effect of joint angle and notch angle on the tensile strength and failure mode of jointed rock specimens was detailed analyzed. In order to reveal the meso-mechanical mechanism of crack coalescence, displacement trend lines were applied to analyze the displacement evolution during the crack initiation and propagation. The investigated conclusions can be described as follows. (1) The tensile strength of jointed rock mass disc specimen is dependent to the joint angle. As the joint angle increases, the tensile strength of jointed rock specimen takes on a nonlinear variance. (2) The tensile strength of jointed rock mass disc specimen containing a central straight notch distributes as a function of both joint angle and notch angle. (3) Three major failure modes, i.e., pure tensile failure, shear failure and mixed tension and shear failure mode are observed in jointed rock mass disc specimens under Brazilian test. (4) The notch angle roles on crack initiation and and joint angle play important propagation characteristics of jointed rock mass disc specimen containing a central straight notch under Brazilian test. 展开更多
关键词 Jointed rock mass brazilian splitting test. Ten-sile strength· Failure mode PFC2D
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Brazilian splitting experiment andfinite element simulation analysis of the influence of bedding loading angle on shale fracture mode 被引量:1
2
作者 Yingkun Zhang Shangbin Chen +2 位作者 Xiaohang Zhai Jamil Khan Yuhang Zhang 《Natural Gas Industry B》 2023年第6期602-612,共11页
During the diagenetic processes of compaction and cementation,shale forms multiple beddings,significantly effecting the rock anisotropy.Therefore,it is important to study the effect of bedding on the mechanical proper... During the diagenetic processes of compaction and cementation,shale forms multiple beddings,significantly effecting the rock anisotropy.Therefore,it is important to study the effect of bedding on the mechanical properties of shale to guide fracturing engineering.To study the failure mode and fracture morphology of shale with bedding planes under different bedding dip angles,Brazilian disc splitting tests andfinite element numerical simulations are performed for shale samples and the results are compared.(1)The bedding angle has a significant effect on the failure mode and tensile strength of shale,and the tensile strength tends to increase with increasing bedding angle.(2)The failure modes of shale under different bedding dip angles can be divided into three types:tensile failure along the bedding plane;comprehensive shear and tensile failure of the matrix and the bedding plane;and matrix tensile failure.(3)The direction of secondary cracks is mostly perpendicular to the bedding plane,and a smaller angle between the load application direction and the bedding direction results in a larger number of generated cracks with more complex shapes.(4)When the loading angle of the bedding is 30,the tensile strength is low and the matrix and the bedding plane are comprehensively destroyed by shear and tension,resulting in a more complex joint mesh;conversely,when the bedding angle is greater than 60,the tensile strength increases and the complexity of the seam mesh decreases.Thesefindings can provide guidance for the selection of the bedding angle and the design of fracturing schemes in fracturing engineering. 展开更多
关键词 Failure mode of shale Different bodding angles Uniaxial tensile strength brazilian splitting experiment Finite element simulation
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Static and dynamic tensile failure characteristics of rock based on splitting test of circular ring 被引量:15
3
作者 李地元 王涛 +1 位作者 成腾蛟 孙小磊 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第7期1912-1918,共7页
Static and dynamic splitting tests were conducted on ring marble specimens with different internal diameters to study the tensile strength and failure modes with the change of the ratio of internal radius to external ... Static and dynamic splitting tests were conducted on ring marble specimens with different internal diameters to study the tensile strength and failure modes with the change of the ratio of internal radius to external radius (ρ) under different loading rates. The results show that the dynamic tensile strength of disc rock specimen is approximately five times its static tensile strength. The failure modes of ring specimens are related to the dimension of the internal hole and loading rate. Under static loading tests, when the ratio of internal radius to external radius of the rock ring is small enough (ρ〈0.3), specimens mostly split along the diametral loading line. With the increase of the ratio, the secondary cracks are formed in the direction perpendicular to the loading line. Under dynamic loading tests, specimens usually break up into four pieces. When the ratio ρreaches 0.5, the secondary cracks are formed near the input bar. The tensile strength calculated by Hobbs’ formula is greater than the Brazilian splitting strength. The peak load and the radius ratio show a negative exponential relationship under static test. Using ring specimen to determine tensile strength of rock material is more like a test indicator rather than the material properties. 展开更多
关键词 ROCK circular ring brazilian splitting test tensile strength split Hopkinson pressure bar failure pattern
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煤岩劈裂AE特征与破裂形态CT三维重构研究
4
作者 王明英 姜志忠 +5 位作者 文志杰 刘榆 莫加斌 李锦慧 田皓伟 王文健 《实验技术与管理》 北大核心 2026年第1期96-103,共8页
为探究煤岩拉伸破坏机制,以煤、砂质泥岩和页岩为研究对象开展巴西劈裂实验,采用JM3813多功能静态应变仪与声发射(AE)信号采集仪监测劈裂破裂的变形过程、AE演化规律及破坏模式,借助CT扫描分析劈裂后煤岩孔裂隙特征、破裂形态及内在破... 为探究煤岩拉伸破坏机制,以煤、砂质泥岩和页岩为研究对象开展巴西劈裂实验,采用JM3813多功能静态应变仪与声发射(AE)信号采集仪监测劈裂破裂的变形过程、AE演化规律及破坏模式,借助CT扫描分析劈裂后煤岩孔裂隙特征、破裂形态及内在破断机制。结果表明:煤岩劈裂破坏自下端起裂,AE振铃计数和能量随应力积累而升高,按AE中AF/RA与1的关系分类破坏模式,发现煤样剪切破裂数多于拉伸破裂数,但最大能量事件在拉伸破裂时发生,砂质泥岩和页岩拉伸破裂数大于剪切破裂数,均符合劈裂宏观拉伸破坏特征。CT三维重构表明,砂质泥岩和页岩微孔裂隙结构多于煤样,煤样含较多大尺寸裂隙结构;经形状过滤及图像二值化处理显示,煤、砂质泥岩和页岩破裂面分别呈加粗“Y”形、常规“T”形和较细“L”形,面积分别为0.00295 m^(2)、0.00265 m^(2)及0.00173 m^(2),煤样破裂形态更复杂。 展开更多
关键词 煤岩 巴西劈裂 声发射(AE) 破裂形态 CT三维重构
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低温状态下冻土-浆脉结合界面的力学特性
5
作者 胡治强 崔宏环 +3 位作者 张松 张庆武 徐维江 王雨豪 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期59-65,共7页
针对高富水地层人工冻结法施工中冻土-浆脉界面破坏力学特性不明确的问题,采用巴西劈裂试验结合数字图像相关技术(DIC),对冻土-浆脉结合试样开展试验,分析不同初始含水率与冻结负温对界面力学性能及断裂演化机制的影响。研究结果表明:... 针对高富水地层人工冻结法施工中冻土-浆脉界面破坏力学特性不明确的问题,采用巴西劈裂试验结合数字图像相关技术(DIC),对冻土-浆脉结合试样开展试验,分析不同初始含水率与冻结负温对界面力学性能及断裂演化机制的影响。研究结果表明:不同初始含水率试件的界面裂纹扩展模式差异显著且萌生具有非同步性;初始含水率减小使浆脉有效提升冻土强度,破坏路径从脆性向韧性转变;试样损伤过程分为累积阶段和快速阶段,初始含水率升高时,损伤累积阶段持续时间及损伤加速点Df的大小与出现时间均呈现先增大后减小的规律。研究结论为地下工程的冻结法应用提供技术支持。 展开更多
关键词 冻土-浆脉界面 低温状态 巴西劈裂 数字图像技术 力学性能 含水率
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某铅锌矿黑页岩风化作用下力学特性劣化机理研究
6
作者 纪永波 《黄金》 2026年第2期63-67,共5页
岩石作为典型的非连续介质材料,其矿物组成特征导致内部存在大量颗粒界面、孔洞及原生裂隙网络。这种多尺度非均质结构使其在风化作用下易发生物理化学劣化,显著改变其强度特性与变形行为,进而威胁工程岩体稳定性。以某铅锌矿黑页岩为... 岩石作为典型的非连续介质材料,其矿物组成特征导致内部存在大量颗粒界面、孔洞及原生裂隙网络。这种多尺度非均质结构使其在风化作用下易发生物理化学劣化,显著改变其强度特性与变形行为,进而威胁工程岩体稳定性。以某铅锌矿黑页岩为研究对象,对不同风化程度下的黑页岩试件开展了一系列实验室试验,获得黑页岩在风化过程中的力学特性劣化规律。结果表明:单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量及内聚力均随风化时间的增加而急剧下降,一般呈负指数关系,泊松比与风化时间呈正相关关系。风化作用对岩石的累积损伤降低了试件的摩擦系数,导致在较低应力条件下岩石内部微小裂纹的萌生和扩展。研究结果可为边坡工程岩体稳定性评估提供理论基础与科学依据。 展开更多
关键词 岩体力学参数 风化作用 力学特性 劣化机理 巴西劈裂试验 单轴压缩试验 直接剪切试验
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不同加载速率对煤岩组合体巴西劈裂特性的影响 被引量:2
7
作者 陈岩 王嘉豪 +3 位作者 邓良涛 洪紫杰 荣腾龙 侯志强 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2025年第1期29-36,共8页
目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表... 目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表明:煤岩组合体的应力-应变曲线大致经历了压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段,其破坏模式与加载速率无关,均沿着圆盘交界面裂成两半;煤岩组合体的抗拉强度与加载速率呈正相关,加载速率较小时,试样的抗拉强度随加载速率变化十分显著;当加载速率增大时,试样的抗拉强度增幅减小;不同加载速率下,煤岩组合体试样的能量集中在0.33~0.42 J,且试样抗拉强度越大,损伤所需的能量也越大;应力-裂纹应变峰前曲线经历裂纹闭合阶段、弹性阶段、裂纹扩展阶段,轴向裂纹损伤应力与抗拉强度值接近,裂纹参数具有明显的加载速率效应。结论研究结果对于揭示煤岩组合结构拉伸破坏机理具有重要理论价值。 展开更多
关键词 煤岩组合体 巴西劈裂 强度特征 能量特征 裂纹演化
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随机生成粗糙度的岩石-混凝土界面破坏特性研究 被引量:1
8
作者 曹勇 余飞 +3 位作者 黄康 戴张俊 陈善雄 张志才 《岩土力学》 北大核心 2025年第1期315-326,共12页
岩石-混凝土界面是工程结构的薄弱环节,对结构整体的强度和稳定性有重要影响。为反映岩-混界面天然粗糙状态,基于内聚力模型(cohesive zone model,简称CZM),建立了具有随机生成粗糙界面的岩石-混凝土复合巴西圆盘试件数值模型,通过不同... 岩石-混凝土界面是工程结构的薄弱环节,对结构整体的强度和稳定性有重要影响。为反映岩-混界面天然粗糙状态,基于内聚力模型(cohesive zone model,简称CZM),建立了具有随机生成粗糙界面的岩石-混凝土复合巴西圆盘试件数值模型,通过不同加载角度下的巴西劈裂物理试验验证了该方法的可靠性,并探究了界面粗糙度、加载角度对试件峰值荷载和破坏特征的影响。结果表明:不同加载角度下,试件存在3种典型破坏模式:界面黏结破坏、复合破坏、双材料拉伸开裂破坏;加载角度对试件力学行为的影响以70°为界,加载角度小于70°时影响显著,大于70°后影响不显著;界面粗糙度的影响随加载角度的不同有较大差异,当加载角度在15°~65°范围内,提高界面粗糙度可显著提高试件峰值荷载,增强岩-混结构的承载能力;界面处应力状态的差异决定了试件破坏模式的不同,但粗糙的界面可以增强混凝土与岩石之间的黏结和互锁效应,对试件破坏模式产生影响。研究结果将加深对岩石-混凝土界面破坏机制的认识,对工程建设具有指导意义。 展开更多
关键词 界面粗糙度 节理粗糙系数 巴西劈裂 数字图像相关 内聚力单元
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级配及针片状颗粒含量对浅变质板岩沥青混凝土抗拉特性的影响规律试验研究
9
作者 任松 范紫涵 +3 位作者 李眉慷 张闯 陈征 隆能增 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期2359-2369,共11页
浅变质板岩因储量丰富且分布广泛,可作为部分地区沥青混凝土路面建设就地取材的骨料来源,进而极大提升道路修建的经济效益。本文综合采用巴西劈裂试验、数字散斑技术及CT扫描,从空隙结构出发,探究不同级配和针片状颗粒含量下浅变质板岩... 浅变质板岩因储量丰富且分布广泛,可作为部分地区沥青混凝土路面建设就地取材的骨料来源,进而极大提升道路修建的经济效益。本文综合采用巴西劈裂试验、数字散斑技术及CT扫描,从空隙结构出发,探究不同级配和针片状颗粒含量下浅变质板岩沥青混凝土的表面应变场演化规律、抗拉强度变化规律及破坏模式。研究结果表明:浅变质板岩沥青混凝土的劈裂破坏多发生在骨料-沥青接触面;受空隙结构影响,级配越大,沥青混凝土的抗拉强度受针片状颗粒的弱化作用越明显,越易发生裂缝穿透骨料的现象;随骨料级配的增加,试件表面的应变集中程度呈先减后增的变化趋势,其中,中值级配沥青混凝土内部结构的致密性良好,在加载过程中表现出较强的应力分散能力;因此,在针片状颗粒含量(质量分数)不大于10%的中值级配下,沥青混凝土抗拉性能表现为最佳,且受针片状颗粒影响较小。研究成果可为浅变质板岩在沥青混凝土的应用提供设计依据。 展开更多
关键词 浅变质板岩 巴西劈裂 沥青混凝土 针片状颗粒含量 级配
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不同脉宽应力波下饱水红砂岩动态劈裂特性研究 被引量:1
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作者 解北京 蔺淑蓉 +3 位作者 黄纯逸 李晓旭 石嘉煜 栾铮 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期595-606,共12页
隧道爆破应力波的脉宽与幅值等参数直接影响隧道围岩的拉伸破坏程度。为探究脉冲宽度与幅值对饱水红砂岩动态力学特性的影响,采用分离式霍普金森压杆系统、高速摄像机及数字图像相关技术对干燥/饱水状态下红砂岩开展动态巴西劈裂试验。... 隧道爆破应力波的脉宽与幅值等参数直接影响隧道围岩的拉伸破坏程度。为探究脉冲宽度与幅值对饱水红砂岩动态力学特性的影响,采用分离式霍普金森压杆系统、高速摄像机及数字图像相关技术对干燥/饱水状态下红砂岩开展动态巴西劈裂试验。结果表明:饱水条件会减弱红砂岩的强度,在长度为200、300、400和500 mm的子弹冲击下红砂岩抗拉强度弱化率分别为91.16%、94.00%、94.86%和95.09%;红砂岩破坏模式以拉伸裂纹扩展为主,入射应力波脉冲宽度的增加可促进拉伸裂纹的萌生、发育;水分抑制红砂岩能量的吸收,单位体积吸收能量随应力波脉宽的增加而增大;各脉宽条件下冲击速度大于8 m/s,饱水红砂岩非拉伸耗能的占比均高于80%,冲击速度大于10 m/s时,红砂岩能耗率降低至5%以下,裂纹内自由水可产生抑制裂纹扩张的作用力,吸收的能量被用于剪切破坏。 展开更多
关键词 巴西劈裂 力学特性 能量耗散 分离式霍普金森压杆 数字图像(DIC)
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高流态超早强注浆材料加固破裂砂岩抗拉性能增强机制
11
作者 宗义江 朱栋 +3 位作者 岳亮 陶祥令 高文艺 崔素花 《江苏建筑职业技术学院学报》 2025年第3期19-25,共7页
利用自主研发的高流态超早强注浆材料对劈裂后的黄砂岩圆盘试样进行注浆加固,分析改材料对破裂砂岩抗拉性能增强效应.实验结果表明,采用高流态超早强注浆材料加固的破裂黄砂岩在巴西劈裂过程中呈现明显延性特征,其平均抗拉荷载是普通硅... 利用自主研发的高流态超早强注浆材料对劈裂后的黄砂岩圆盘试样进行注浆加固,分析改材料对破裂砂岩抗拉性能增强效应.实验结果表明,采用高流态超早强注浆材料加固的破裂黄砂岩在巴西劈裂过程中呈现明显延性特征,其平均抗拉荷载是普通硅酸盐水泥注浆材料加固的试样的平均抗拉荷载的1.16倍,提高了15.65%.经过高流态超早强注浆材料加固的破裂黄砂岩平均抗拉荷载达到完整试样抗拉荷载的77.21%,残余抗拉荷载达到完整试样残余抗拉荷载的109.84%.微观结构分析显示,该材料在砂岩基体中分布均匀,界面结合致密,形成了大量纤维网状水化产物.研究表明,高流态超早强注浆材料具有优异的力学性能和界面结合特性,可显著改善破裂砂岩的加固效果. 展开更多
关键词 高流态超早强 注浆加固 破裂黄砂岩 巴西劈裂
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基于黏聚单元法的层状页岩巴西劈裂数值模拟
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作者 马天寿 王浩男 +1 位作者 FADHEL A M 刘阳 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期702-715,共14页
为了分析层状页岩巴西劈裂力学行为,开展龙马溪页岩巴西劈裂试验,采用全局嵌入零厚度黏聚单元法,建立层状页岩巴西圆盘二维有限元模型,对比数值模拟与巴西劈裂试验结果,并分析层理间距和强度对层状页岩巴西劈裂力学行为及破坏模式的影... 为了分析层状页岩巴西劈裂力学行为,开展龙马溪页岩巴西劈裂试验,采用全局嵌入零厚度黏聚单元法,建立层状页岩巴西圆盘二维有限元模型,对比数值模拟与巴西劈裂试验结果,并分析层理间距和强度对层状页岩巴西劈裂力学行为及破坏模式的影响。研究结果表明:数值模拟和试验得到的巴西劈裂强度和破坏模式吻合较好,两者的最大相对误差低于10%。数值模拟和试验得到的页岩巴西劈裂强度各向异性比分别为2.18和2.00,说明龙马溪页岩各向异性特征显著。巴西劈裂强度和破坏模式对层理面加载角度具有较强的依赖性,随着加载角度增加,巴西劈裂强度大致呈现出线性增长趋势,巴西圆盘破坏模式先由沿层理面的拉伸破坏转变为沿层理面和基质的拉伸-剪切复合破坏,再转变为沿基质的拉伸破坏。层理强度是影响巴西圆盘力学行为的关键因素:低层理强度导致巴西劈裂强度大幅降低,破坏模式主要受层理强度控制,主要产生沿层理面的拉伸或剪切破坏;高层理强度导致巴西劈裂强度大幅增加,破坏模式主要受基质强度控制,主要产生岩石基质拉伸或拉伸-剪切复合破坏。研究结果可为油气开采、采矿、隧道、边坡及地下工程的设计和施工提供依据和参考。 展开更多
关键词 层状页岩 巴西劈裂 各向异性 黏聚单元 层理面 破坏模式
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不同pH环境下石窟砂岩干湿循环强度试验研究
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作者 王成龙 郭越 +2 位作者 仉文岗 蒋思维 刘东升 《地下空间与工程学报》 北大核心 2025年第4期1202-1210,共9页
石窟寺作为重要室外文化遗存,长期受到降雨、渗水等自然环境造成的干湿循环的影响,导致其物理力学性质发生劣化,容易引起失稳破坏。为更好地开展石窟文物保护工作,选取大足石刻石窟砂岩作为研究对象,通过单轴抗压试验和巴西劈裂试验,对... 石窟寺作为重要室外文化遗存,长期受到降雨、渗水等自然环境造成的干湿循环的影响,导致其物理力学性质发生劣化,容易引起失稳破坏。为更好地开展石窟文物保护工作,选取大足石刻石窟砂岩作为研究对象,通过单轴抗压试验和巴西劈裂试验,对干湿循环作用下石窟砂岩的强度劣化特性开展试验研究,分析了不同pH值溶液浸泡下的干湿循环对石窟砂岩劣化的影响。结果表明:(1)完全干燥后砂岩的单轴抗压强度和抗拉强度相较于天然状态的有所提升;(2)经过多次干湿循环,砂岩的力学特性发生劣化,随着循环次数的增加,劣化逐渐加重,当干湿循环到达一定次数时,对砂岩的强度影响减弱;(3)pH值也会对砂岩劣化程度造成影响,且浸泡时溶液的pH值越低,砂岩的力学性质劣化越严重;(4)在使用酸性溶液进行多次干湿循环后,砂岩破坏形式相较于天然状态下的破坏形式发生改变。 展开更多
关键词 石窟砂岩 干湿循环 单轴压缩 巴西劈裂 力学特性
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高温煤岩液氮冷却后巴西劈裂破坏及声发射演化特征 被引量:2
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作者 薛熠 张家辉 +5 位作者 刘嘉 时旭阳 蔡承政 张志镇 高峰 张云 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第1期177-188,共12页
采用压裂技术提升煤层气储层渗透性是强化煤层气开发的重要途径。对于深部高温煤层气储层,液氮压裂技术通过在煤层中注入低温液氮形成显著热应力,基于冷冲击作用可实现对煤层气储层的致裂增渗。为研究液氮作用对高温煤岩的力学特性及损... 采用压裂技术提升煤层气储层渗透性是强化煤层气开发的重要途径。对于深部高温煤层气储层,液氮压裂技术通过在煤层中注入低温液氮形成显著热应力,基于冷冲击作用可实现对煤层气储层的致裂增渗。为研究液氮作用对高温煤岩的力学特性及损伤破裂特征的影响机制,对加热至不同温度条件下的煤样进行液氮冷却处理,通过波速测试和巴西劈裂测试,研究液氮对高温煤样波速、强度、声发射和裂纹演化等特征及破裂模式的影响机制。结果表明:高温煤样在液氮冷却作用后,力学性能出现了显著劣化,P波波速降低,超声频率分化严重,主频由51.10 kHz降至40.88 kHz。煤样逐渐由脆性破坏向延性破坏转变,巴西劈裂模量和脆性指数降幅最高分别为67%和75%。在巴西劈裂荷载下,煤样内部声发射信号均表现为低RA值、高AF值;煤样内部破坏形式主要为拉伸破坏,其次为剪切破坏。随着煤样初始温度的增加,煤样断裂面上形成多个起伏区域,3维形貌扫描的最大波峰与最大波谷高度差最高可达37.60 mm。液氮冷却诱导的微裂隙交叉扩展形成复杂的裂纹网络,进而导致局部失效区域的形成和煤样断裂面复杂化。表观裂纹分形维数在初始加热温度为100℃时达到最大值,由初始20℃时的0.50增加到1.83。研究结果可为深部高温煤层液氮压裂设计提供理论参考。 展开更多
关键词 液氮 煤岩 热应力 巴西劈裂 损伤
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鄂尔多斯盆地东缘下石盒子组砂−泥薄互层岩石力学特性 被引量:3
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作者 丛日超 杨睿月 +4 位作者 胡家晨 夏志浩 黄中伟 李根生 井美洋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1668-1682,共15页
阐明薄互层岩石力学性质是研究薄互层裂缝扩展规律和开展水力压裂方案设计的基础。然而,常规岩石力学实验难以精细表征薄互层岩石层间力学性质。针对上述问题,采用点矩阵纳米压痕、高分辨率扫描电镜和能量色散光谱技术(SEM-EDS)精细表... 阐明薄互层岩石力学性质是研究薄互层裂缝扩展规律和开展水力压裂方案设计的基础。然而,常规岩石力学实验难以精细表征薄互层岩石层间力学性质。针对上述问题,采用点矩阵纳米压痕、高分辨率扫描电镜和能量色散光谱技术(SEM-EDS)精细表征了鄂尔多斯盆地东缘下石盒子组砂-泥薄互层取心岩石中砂岩层与泥岩层的矿物特征及力学差异、分析了典型矿物的压痕特征和开裂模式;在此基础上通过巴西劈裂实验研究了倾角、夹层/弱面对砂-泥薄互层岩石抗拉强度和断裂模式的影响。研究结果表明:①砂岩层石英、长石、赤铁矿和方解石等脆性矿物含量较高,平均弹性模量为51.4GPa,平均硬度为1.74GPa,平均断裂韧性为5.4MPa·m^(0.5),分别是泥岩层的1.10、1.14、1.10倍。②三棱锥玻式金刚石压头条件下单矿物压痕近似呈等边三角形,多矿物压痕主要受软矿物影响,易于向软矿物相一侧压入。③石英、赤铁矿/方解石、层状硅酸盐矿物的压痕尺寸依次增大,脆性矿物压痕易于产生剪切裂纹和径向裂纹,延性矿物压痕易于产生材料剥落。④随倾角增加(0°~90°),砂-泥薄互层岩石巴西劈裂抗拉强度逐渐降低,破坏易沿着夹层/弱面产生;倾角从0°~90°的变化过程是砂-泥薄互层岩石的破坏模式由拉伸主导-剪切主导-拉伸主导的转变过程。研究区下石盒子组砂-泥薄互层岩石非均质性和各向异性显著,矿物组成及其力学性质差异是导致薄互层层间地质力学差异的重要因素。 展开更多
关键词 薄互层岩石 点矩阵纳米压痕 SEM-EDS 压痕形貌 巴西劈裂
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超临界CO_(2)-盐水对页岩拉伸断裂行为影响 被引量:2
16
作者 邱仁怡 张广清 +2 位作者 郑学林 罗森林 周大伟 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期246-256,共11页
页岩渗透率极低,能作为CO_(2)地质埋存的盖层。CO_(2)-地层流体长期作用下页岩力学性质发生变化,直接影响页岩盖层的密封性。基于此,为研究超临界CO_(2)-盐水长时间作用对页岩拉伸断裂特征影响,采用超临界CO_(2)-盐水在110℃、30 MPa条... 页岩渗透率极低,能作为CO_(2)地质埋存的盖层。CO_(2)-地层流体长期作用下页岩力学性质发生变化,直接影响页岩盖层的密封性。基于此,为研究超临界CO_(2)-盐水长时间作用对页岩拉伸断裂特征影响,采用超临界CO_(2)-盐水在110℃、30 MPa条件下对龙马溪页岩分别饱和15 d和30 d,并开展了超临界CO_(2)-盐水饱和前后页岩巴西劈裂测试。同时,结合声发射(AE)和数字图像相关(DIC)技术实时监测了页岩连续变形及断裂过程。研究结果表明:超临界CO_(2)-盐水作用引起的非均匀损伤易诱导页岩发生多次局部断裂,表现为加载过程中出现大量离散的点状或条带状应变集中区;随着超临界CO_(2)-盐水饱和时间增加,页岩的剪切断裂现象明显增加,断裂模式逐渐由拉伸断裂主导向拉伸-剪切混合断裂转变;超临界CO_(2)-盐水作用增加了页岩裂缝复杂程度,裂缝形态由单一平直裂缝变为弯曲裂缝带;超临界CO_(2)-盐水饱和后页岩中产生溶蚀孔隙和微裂缝、黏土和有机质膨胀等微观结构的变化直接导致拉伸断裂性质发生显著弱化,且饱和时间越长降低幅度越大。与干燥页岩相比,超临界CO_(2)-盐水饱和15 d和30 d的页岩抗拉强度降低40.18%和48.21%,起裂应力降低17.72%和37.99%,损伤应力降低35.54%和58.36%。相关研究成果明确了超临界CO_(2)-盐水长期作用对页岩拉伸断裂性质的弱化规律,可为页岩CO_(2)地质埋存设计提供依据。 展开更多
关键词 超临界CO_(2) 页岩 拉伸断裂 巴西劈裂 CO_(2)地质埋存
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不同纤维掺量的尾砂胶结充填体拉伸强度特性 被引量:1
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作者 侯展娜 郭利杰 +3 位作者 郭进平 张超 王小林 唐国星 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第3期497-505,共9页
充填体抗拉强度是工程设计与稳定性评价中的重要设计参数。为科学探究聚丙烯纤维对尾砂胶结充填体抗拉力学特性的影响,通过制备不同聚丙烯纤维含量(0%、0.20%、0.40%、0.60%)的尾砂胶结充填体试样,对其抗拉强度、破坏模式和微观结构进... 充填体抗拉强度是工程设计与稳定性评价中的重要设计参数。为科学探究聚丙烯纤维对尾砂胶结充填体抗拉力学特性的影响,通过制备不同聚丙烯纤维含量(0%、0.20%、0.40%、0.60%)的尾砂胶结充填体试样,对其抗拉强度、破坏模式和微观结构进行分析,得出不同试验方法下的聚丙烯纤维尾砂胶结充填体抗拉强度和微观试验结果的变化规律。结果表明:随着聚丙烯纤维含量的增加,巴西劈裂强度和拉伸强度均呈现先增后减的趋势,PPF-0.40%为转折。PPF-0试样劈裂强度为1.84 MPa,PPF-0.20%、PPF-0.40%和PPF-0.60%试样劈裂强度分别为2.25、2.51和2.42 MPa;PPF-0拉伸强度为0.83 MPa,PPF-0.20%、PPF-0.40%和PPF-0.60%试样拉伸强度分别为1.14、1.47和1.21 MPa。巴西劈裂法得出的抗拉强度明显高于压-拉转换试验的抗拉强度。PPF-0.40%试样在加载过程中破坏产生的裂缝较未掺纤维的充填体宽度明显减小,PPF的增韧阻裂作用最为明显。PPF-0试样孔隙率和平均孔隙直径最大,PPF-0.40%试样的孔隙率和平均孔隙直径最小,相比PPF-0,孔隙率下降了67.79%,平均孔隙直径下降了19.85%,PPF-0.60%的孔隙率出现了上升。 展开更多
关键词 尾砂胶结充填体 聚丙烯纤维 压-拉转换试验 巴西劈裂试验 抗拉强度 孔隙率
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不同加载速率下青砂岩抗拉特征及能量耗散规律研究 被引量:1
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作者 赵环帅 潘永泰 +6 位作者 乔鑫 王星宇 岳帆凯 黄嘉诚 李凯宁 马壮 郭彩玲 《北京大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期839-852,共14页
为探究不同加载速率下青砂岩抗拉特征及能量耗散规律,结合室内试验与细观参数标定,建立青砂岩宏观-细观力学响应关系,采用颗粒流程序研究青砂岩在不同加载速率下的力学特性、破裂特征、裂纹扩展与能量耗散规律,得到如下结果。1)以加载速... 为探究不同加载速率下青砂岩抗拉特征及能量耗散规律,结合室内试验与细观参数标定,建立青砂岩宏观-细观力学响应关系,采用颗粒流程序研究青砂岩在不同加载速率下的力学特性、破裂特征、裂纹扩展与能量耗散规律,得到如下结果。1)以加载速率0.1m/s为分界点,青砂岩径向最大应力-应变呈现先缓慢、后快速增加的趋势,破裂后形成的微元体按照巴西劈裂方式再次加速破裂。2)加载速率小于0.1m/s时,青砂岩拉伸裂纹呈现小幅度波动趋势,未出现剪切裂纹;加载速率大于0.1m/s时,拉伸裂纹快速增加,剪切裂纹开始出现,但数量较少。裂纹扩展方向与加载方向垂直或呈一定的角度,水平方向上相对较少。裂纹扩展时间与加载速率负相关,加载速率为0.1~1m/s时,裂纹扩展时间基本上趋于稳定(1.757~0.951μs)。3)加载速率小于0.1m/s时,除动能波动较大外,其余耗散能量基本上呈现小幅度波动的趋势,加载速率大于0.1m/s时,耗散能量均快速增加。能量损失(动能)占主要部分,用于裂纹扩展的能量(阻尼能与摩擦能)大于裂纹生成的能量(黏结破坏能)。研究结果在细观层面深入地揭示了岩石破裂特征及能量耗散规律,亦可为岩石破碎时加载方式的合理选择提供参考。 展开更多
关键词 青砂岩 加载速率 巴西劈裂 抗拉特征 颗粒流模拟 裂纹扩展 能量耗散 能量利用效率
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基于声发射的钢纤维再生混凝土动态损伤研究 被引量:1
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作者 魏天宇 刘鑫 +2 位作者 杨大海 任赟昊 叶雨霞 《建筑材料学报》 北大核心 2025年第6期536-543,共8页
为进一步探究再生粗骨料在绿色建筑中的可持续应用,本文采用巴西圆盘劈拉试验和声发射技术,研究了动态荷载下钢纤维体积分数(0%、0.5%、1.0%、1.5%)、再生粗骨料取代率(0%、30%、50%、100%)和加载速率(0.02、0.20、2.00 mm/s)对钢纤维... 为进一步探究再生粗骨料在绿色建筑中的可持续应用,本文采用巴西圆盘劈拉试验和声发射技术,研究了动态荷载下钢纤维体积分数(0%、0.5%、1.0%、1.5%)、再生粗骨料取代率(0%、30%、50%、100%)和加载速率(0.02、0.20、2.00 mm/s)对钢纤维再生混凝土力学性能和内部损伤演化规律的影响。结果表明:再生粗骨料会降低再生混凝土的动态劈拉强度,而掺入1.0%和1.5%钢纤维不仅可以有效改善这种负面影响,还能增强混凝土的韧性和吸能能力;钢纤维再生混凝土动态劈拉强度增幅最大可达17%。此外,利用上升角和平均频率的变化来反映混凝土的动态裂纹形态演变过程,发现剪切裂纹数量占比随加载速率增大而增加。 展开更多
关键词 声发射 巴西圆盘劈拉试验 损伤演化 力学性能 钢纤维再生混凝土
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基于DIC的掺聚丙烯纤维胶结充填体抗拉特性试验研究 被引量:1
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作者 吴豫烈 付玉华 +2 位作者 张龙 管华栋 徐望根 《黄金科学技术》 北大核心 2025年第2期304-314,共11页
为探究聚丙烯纤维(PF)掺杂对尾砂胶结充填体抗拉特性的影响,对不同灰砂比和不同聚丙烯纤维掺量的尾砂胶结充填体进行了巴西劈裂试验,利用DIC技术对试验过程中试件表面裂隙萌生和扩展演化进行全程观测分析,并结合扫描电镜(SEM)揭示聚丙... 为探究聚丙烯纤维(PF)掺杂对尾砂胶结充填体抗拉特性的影响,对不同灰砂比和不同聚丙烯纤维掺量的尾砂胶结充填体进行了巴西劈裂试验,利用DIC技术对试验过程中试件表面裂隙萌生和扩展演化进行全程观测分析,并结合扫描电镜(SEM)揭示聚丙烯纤维对尾砂胶结充填体试件内部结构增强效应的作用机理。结果表明:聚丙烯纤维的掺入可有效提高充填体的单轴抗拉强度,且随着聚丙烯纤维掺量的增加,充填体的单轴抗拉强度先增大后减小,最佳掺量为0.6%。以灰砂比1∶4为例,充填体试件单轴抗压强度最大值为0.59 MPa,最大增幅为37.21%。纤维的加入改变了充填体试件的应力—应变行为,当试件达到峰值抗拉强度时,掺PF充填体试件并未立刻失去承载能力,仍具有一定的残余强度,且PF掺量为0.6%的充填体试件残余强度达到最大值。DIC观测显示,掺纤维的充填体在拉伸破坏时应变集中现象得到缓解,裂缝更加曲折,表明纤维能有效分散应力。SEM分析揭示,过量的纤维会导致充填体试件内部孔隙和裂隙的尺度增加,从而导致充填体试件的宏观抗压强度逐渐下降,适量的纤维在充填试件内部会被大量的水化产物C-S-H凝胶包裹,纤维—充填体基质界面由于受水化产物C-S-H凝胶的作用会形成一个整体,使得掺纤维的充填体承载能力更高。 展开更多
关键词 聚丙烯纤维 巴西劈裂 抗拉强度 韧性特征 DIC技术 电镜扫描
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