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长期浸润状态下煤岩损伤机制研究

岩土工程学报 2024年第6期46卷 1206-1214页

作者：张慧梅夏浩峻张嘉凡杨更社袁超申艳军路亚妮西安科技大学理学院陕西西安710054 西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 湖北工程学院土木工程学院湖北孝感432000

富水状态下煤岩力学性能的持续劣化是导致煤矿水害的重要原因,为探究长期浸润作用下煤岩的渐进损伤特征,以神木地区弱黏煤为研究对象,首先以无压力水浸泡的方式模拟煤岩的长期浸润(15,30,60,120,240 d);然后对干燥及浸润试样进行渐进破... 详细信息

富水状态下煤岩力学性能的持续劣化是导致煤矿水害的重要原因,为探究长期浸润作用下煤岩的渐进损伤特征,以神木地区弱黏煤为研究对象,首先以无压力水浸泡的方式模拟煤岩的长期浸润(15,30,60,120,240 d);然后对干燥及浸润试样进行渐进破坏试验,辅以声发射(AE)监测,定量分析煤岩的软化特性;最后利用扫描电镜(SEM)和核磁共振(NMR)研究不同浸润时长下煤岩孔隙结构的劣化规律。研究表明:(1)煤岩饱和度随浸润时长的增加而增加,增加速度先快后慢,最后达到稳定。(2)随饱和度的增加,煤岩力学性能劣化;饱和后,随浸润时长的持续增加,煤岩力学性能仍持续劣化,表现为抗压强度、弹性模量的减小和累计振铃数的增加;(3)干燥处理后,原状煤岩表面干燥收缩,浸水后吸水膨胀,随着浸润时间的增加,小孔隙逐渐增多,孔隙结构趋于复杂。研究结果可为浸水煤岩失稳破坏问题提供有益参考。

关键词：煤岩浸润时长力学特性多尺度损伤机制

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冻结砂岩侧向卸荷声发射信号及损伤特性研究

岩石力学与工程学报 2023年第S2期42卷 4237-4247页

作者：刘帅杨更社西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054

为了研究人工冻结法对围岩卸荷变形损伤的影响,模拟围岩应力变化路径,并对不同条件下砂岩进行侧向卸荷力学试验和声发射信号监测。研究表明:不同条件下砂岩侧向卸荷总裂纹数和拉伸裂纹数、总累计振铃计数和拉伸裂纹累计振铃计数的时间... 详细信息

为了研究人工冻结法对围岩卸荷变形损伤的影响,模拟围岩应力变化路径,并对不同条件下砂岩进行侧向卸荷力学试验和声发射信号监测。研究表明:不同条件下砂岩侧向卸荷总裂纹数和拉伸裂纹数、总累计振铃计数和拉伸裂纹累计振铃计数的时间序列特征基本一致。岩样侧向卸荷变形速率加速增大处(A点)可以作为断裂预警。砂岩冻结后侧向卸荷峰值应力提高了2.3~3倍。冻结岩样初始围压增大,拉伸作用增强,侧向卸荷速率增大,拉伸裂纹减少。冻结岩样初始围压和侧向卸荷速率增大,峰值应力提高,破坏更剧烈。相同条件下岩样侧向卸荷占三轴压缩承载能力的52%~72%。根据侧向卸荷拉伸裂纹数建立的损伤模型,模型结果与试验结果在峰值应力前十分接近,可以表征冻结砂岩侧向卸荷损伤断裂特性。

关键词：岩石力学冻结砂岩侧向卸荷初始围压卸荷速率声发射损伤

低温-加载作用下白垩系砂岩的变形破坏特性试验研究

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岩土力学 2022年第9期43卷 2431-2442页

作者：屈永龙杨更社奚家米何晖丁潇张猛西安工业大学建筑工程学院陕西西安710021 西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054

为探索低温和加载作用对陇东地区深厚富水白垩系砂岩的变形破坏特征的影响,利用MTS-815伺服岩石力学试验机和扫描电镜开展了不同岩性(中粒砂岩和粗粒砂岩)砂岩在不同温度(-30、-20、-10、-5、25℃)和围压(0、4、6、8 MPa)下单轴、三轴... 详细信息

为探索低温和加载作用对陇东地区深厚富水白垩系砂岩的变形破坏特征的影响,利用MTS-815伺服岩石力学试验机和扫描电镜开展了不同岩性(中粒砂岩和粗粒砂岩)砂岩在不同温度(-30、-20、-10、-5、25℃)和围压(0、4、6、8 MPa)下单轴、三轴压缩试验和微观结构测试,对饱和白垩系砂岩的冻结-加载变形、破坏特征及内部机制进行了系统分析。结果表明,砂岩试样峰前孔隙压密变形较显著,且中粒砂岩更甚,温度降低和围压增大均可减弱压密变形而提高刚度和强度;试样峰后扩容变形明显。随着温度的升高,试样弹性模量E、剪切模量G及体积模量Kv均呈先快速、后缓慢的非线性衰减规律,且相同条件下中粒砂岩总是低于粗粒砂岩;泊松比μ和拉梅常数λ的变化规律与其相反;这些变形指标与温度的关系可由统一的指数模型较好表征。负温冻结时,中粒砂岩的冻胀破坏强于粗粒砂岩,呈横向开裂和点状凸起破坏;加载条件下试样破坏模式受岩性、温度和围压影响显著。两种冻结砂岩的变形破坏差异性内在机制是由其颗粒、孔隙等宏微观结构特征决定的。研究结果将为西部寒区软岩力学研究和煤矿冻结井筒设计提供参考。

关键词：白垩系砂岩冻结作用变形指标破坏特征微观结构

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岩石损伤检测技术及其进展

长安大学学报（自然科学版） 2003年第6期23卷 47-55页

作者：杨更社西安科技大学建筑与土木工程学院

岩石损伤力学的关键问题是岩石损伤变量(张量)的确定和岩石损伤本构关系的建立,这就必然涉及岩石损伤的检测问题。在综述前人对岩石损伤检测技术研究的基础上,介绍了计算机层析识别技术(CT)进行岩石损伤检测的新方法,给出了作者及国内... 详细信息

岩石损伤力学的关键问题是岩石损伤变量(张量)的确定和岩石损伤本构关系的建立,这就必然涉及岩石损伤的检测问题。在综述前人对岩石损伤检测技术研究的基础上,介绍了计算机层析识别技术(CT)进行岩石损伤检测的新方法,给出了作者及国内外一些研究者在这一研究方向上的最新研究成果和规律。

关键词：岩石损伤变量检测技术 CT识别计算机层析识别技术

冻结粗粒砂岩和中粒砂岩的力学行为及能量演化机制

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Journal of Central South University 2023年第6期30卷 2018-2034页

作者：屈永龙杨更社奚家米倪万魁丁潇吴丙权 School of Civil and Architecture Engineering Xi’an Technological UniversityXi’an 710021China School of Architecture and Civil Engineering Xi’an University of Science and TechnologyXi’an 710054China College of Geology Engineering and Geomatics Chang’an UniversityXi’an 710054China

复杂地应力和低温环境条件下白垩系弱胶结红砂岩的力学特性和变形本质是西北地区冻结井筒工程安全建设的关键。通过低温单轴和三轴压缩试验,研究了不同低温、不同围压条件下饱和白垩系粗粒砂岩和中粒砂岩的强度和变形特性,查明了冻结砂... 详细信息

复杂地应力和低温环境条件下白垩系弱胶结红砂岩的力学特性和变形本质是西北地区冻结井筒工程安全建设的关键。通过低温单轴和三轴压缩试验,研究了不同低温、不同围压条件下饱和白垩系粗粒砂岩和中粒砂岩的强度和变形特性,查明了冻结砂岩加载变形过程中的能量演化规律和影响因素,并基于扫描电镜(SEM)揭示了两种砂岩的微观结构特征。结果表明:冻结白垩系砂岩的应力-应变关系呈应变软化型,其受温度、围压和岩性的影响显著,具有明显的孔隙压密变形阶段;冻结砂岩的三轴压缩强度随着温度和围压的增加分别呈非线性减小和增大规律,且各因素之间相互影响。两种砂岩的弹性模量随着温度的降低而非线性增大,但泊松比的变化与之相反。此外,冻结白垩系弱胶结红砂岩的总应变能、弹性能和耗散能具有不同的演化规律,揭示了冻结砂岩的变形破坏内部机制;基于能量比提出了冻结砂岩的损伤因子,评价了两种冻结砂岩的损伤力学特征。最后,从宏观物理特性和微观结构特征等多角度解释了两种砂岩力学和能量特性差异的内在原因。研究成果将为我国寒区矿山建设和深部地下工程的稳定性控制提供理论依据。

关键词：冻结砂岩低温力学特性能量演化内部机制

扰动冲击下弱胶结红砂岩的能量耗散与分形特征

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岩土工程学报 2022年第4期44卷 622-631,I0004,I0005页

作者：张慧梅陈世官王磊程树范杨更社申艳军西安科技大学力学系陕西西安710054 西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054

为探索动态扰动后西部矿区软岩夹层的能量耗散规律和破坏模式,利用分离式霍普金森压杆装置对弱胶结红砂岩进行动态冲击破坏试验,分析该类红砂岩在受到不同加载速率、不同次数扰动冲击以及是否扰动的条件下,试样在相同加载速率破坏性冲... 详细信息

为探索动态扰动后西部矿区软岩夹层的能量耗散规律和破坏模式,利用分离式霍普金森压杆装置对弱胶结红砂岩进行动态冲击破坏试验,分析该类红砂岩在受到不同加载速率、不同次数扰动冲击以及是否扰动的条件下,试样在相同加载速率破坏性冲击过程中的能量耗散与分形特征。试验结果表明:在不同速率扰动冲击作用下,随着扰动冲击次数的增加反射能递增而透射能和耗散能呈减小趋势,其中较高速率扰动冲击下试样的反射能高于低速率扰动冲击,耗散能则相反,且低速率扰动冲击下试样的耗散能、能量耗散率和能量耗散密度高于较高速率扰动冲击,表明低速率扰动冲击下试样的能量利用率更高;在破坏性冲击试验中,随着扰动冲击次数的增加,低速率扰动后试样的破碎程度相较于未扰动与高速率扰动更为严重,对应分形维数D_(b)低速率扰动>未扰动>高速率扰动,表明分形维数与扰动冲击次数呈正相关,与扰动冲击速率呈负相关;在相同扰动冲击次数下,低速率扰动试样的D_(b)所对应累积耗散能和耗散能密度高于较高速率扰动试样,而对应的累积反射能则相反。

关键词：弱胶结砂岩扰动冲击 SHPB 能量耗散分形维数

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冻土墙围护深基坑开挖的有限元数值模拟

岩土力学 2002年第2期23卷 129-132页

作者：杨更社张晶西安科技学院陕西西安710054 西南交通大学四川成都610031

利用有限元数值模拟方法,分析了冻土围护墙深基坑开挖施工,得出了基坑变形的基本性状以及在相同地质条件下,基坑变形与其主要影响因素之间的关系,为深基坑开挖冻土墙围护设计提供了有价值的参考依据。

关键词：深基坑冻土墙基坑变形温度有限元数值模拟地质条件

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冻融循环条件下岩石损伤扩展研究初探

煤炭学报 2002年第4期27卷 357-360页

作者：杨更社蒲毅彬西安科技学院建筑工程系中国科学院兰州寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院兰州寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室

借助于岩石材料冻融循环CT扫描实验 ,对岩石材料在冻融循环条件下损伤扩展特性进行研究。

关键词：冻融循环岩石损伤扩展 CT扫描损伤力学

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冻融岩石损伤劣化及力学特性试验研究

煤炭学报 2013年第10期38卷 1756-1762页

作者：张慧梅杨更社西安科技大学力学系陕西西安710054 西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054

采用实验研究与损伤力学理论分析相结合的研究方法,对砂岩和页岩进行开放饱水状态下的冻融循环试验,并对经历不同冻融次数后的岩样进行单向受力状态下的力学特性试验;分析了岩石的冻融损伤劣化过程,系统研究了岩石的强度与变形特性、应... 详细信息

采用实验研究与损伤力学理论分析相结合的研究方法,对砂岩和页岩进行开放饱水状态下的冻融循环试验,并对经历不同冻融次数后的岩样进行单向受力状态下的力学特性试验;分析了岩石的冻融损伤劣化过程,系统研究了岩石的强度与变形特性、应力-应变曲线及损伤扩展力学特性随冻融循环次数的变化规律,并对两种岩石冻融损伤的同一性和差异性进行比较。研究表明:砂岩的冻融损伤劣化模式主要为剥落模式和断裂模式,最终由于冻融损伤而崩解;而页岩为裂纹模式,冻融耐久性相对较强。随着冻融循环次数的增加,两种岩石的弹性模量及强度减小,应力-应变曲线压缩性增大,弹性增长段减小;砂岩表现出延性增强,脆性减弱的特征,而页岩在冻融循环达到一定次数后其力学性质趋于稳定。相比而言,砂岩对冻融循环反映更敏感,压密段更明显,塑性更强。岩石初始细观结构的不同经过损伤的非线性演化,表现出终态宏观特性的差异。

关键词：冻融循环试验研究损伤力学特性