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岩浆热液充填花岗岩热冲击后物理力学及渗透性质的试验研究

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岩浆热液充填花岗岩热冲击后物理力学及渗透性质的试验研究

作者：武治盛太原理工大学

学位级别：硕士

地热能是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生能源,干热岩型地热能是未来地热能发展的重要领域。对干热岩的研究有助于我们了解人工热储的演化规律和进一步高效开发干热岩地热能。花岗岩是较为常见的干热岩类型,本文立... 详细信息

地热能是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生能源,干热岩型地热能是未来地热能发展的重要领域。对干热岩的研究有助于我们了解人工热储的演化规律和进一步高效开发干热岩地热能。花岗岩是较为常见的干热岩类型,本文立足于花岗岩天然特征,以岩浆热液充填花岗岩为研究对象,通过实验得到了在常温下和不同温度下0℃水热冲击后不同结构形式的岩浆热液充填花岗岩试样(母岩、充填体、边界母岩,边界充填体、上下结构、左右结构花岗岩)的密度、孔隙率、波速、抗压强度、弹性模量、抗拉强度、渗透率等参数。对比分析了岩浆热液充填花岗岩在常温下物理力学及渗透性质,总结了岩浆热液充填花岗岩在不同温度下0℃水热冲击后物理力学及渗透性质的变化规律。基于实验和数据分析,得到如下结论:1.对岩浆热液充填花岗岩在常温下的物理力学及渗透性质进行了对比分析,结论如下:(1)ρ为花岗岩密度均值,则ρ(母岩)>ρ(上下结构、左右结构)>ρ(充填体);w为花岗岩吸水率均值,则w(充填体)>w(母岩)>w(上下结构、左右结构);n为花岗岩开口孔隙率均值,则n(充填体)>n(母岩)>n(上下结构、左右结构);v为花岗岩纵波波速,则v(上下结构、左右结构)>v(母岩)>v(充填体)。四种花岗岩中孔隙率越小则其波速越大。(2)四种花岗岩10 MPa围压下峰值强度和弹性模量大小关系具有较好一致性,四种花岗岩峰值强度σ大小关系为:σ(上下结构)>σ(左右结构)>σ(充填体)>σ(母岩)。五种花岗岩抗拉强度均值σ大小关系为:σ(母岩)>σ(边界母岩)>σ(左右结构)>σ(边界充填体)>σ(充填体)。(3)在常温下,五种花岗岩渗透率随着围压的增加而减小。在相同围压下,五种花岗岩渗透率k的大小关系为k(充填体)>k(母岩)>k(边界充填体)>k(左右结构花岗岩)>k(边界母岩)。五种花岗岩中充填体的孔隙率最大,渗透率也最大。(4)细粒结构的岩石比粗粒结构的岩石强度高,等粒结构的岩石比非等粒结构的岩石强度高。按矿物颗粒绝对大小分类,花岗岩母岩为粗粒结构或伟晶结构,充填体为中粒结构或者细粒结构;按矿物颗粒相对大小分类,花岗岩母岩为斑状及似斑状结构,充填体为等粒结构,故常温下充填体的峰值强度比母岩的高。(5)充填过程中岩浆热液对充填体与母岩交界面附近处的“黏合”和“愈合”作用导致上下(左右)结构花岗岩孔隙率和渗透率低于母岩和充填体以及上下(左右)结构花岗岩密度、波速、抗压强度高于母岩和充填体。2.本文对岩浆热液充填花岗岩在不同温度下热冲击后的物理力学及渗透性质进行了对比分析,结论如下:(1)花岗岩波速随着热冲击次数增加而降低且在第一次热冲击后波速降幅最大。常温下冷却和0℃水冷却后的花岗岩波速均随着温度增加而降低,相同温度下0℃水冷却花岗岩波速降幅都大于其常温下冷却花岗岩波速降幅。在相同热冲击方式且相同温度下,上下(左右)结构花岗岩波速降幅大于母岩和充填体波速降幅。(2)花岗岩母岩和充填体在热冲击温度低于300℃时,峰值强度和弹性模量随热冲击温度提高而增大。当热冲击温度超过300℃时,母岩和充填体峰值强度和弹性模量随热冲击温度提高而减小。上下(左右)结构花岗岩的力学性质随热冲击温度的变化不仅受其热损伤影响还受到自身结构和变形协调性的影响。(3)花岗岩的力学特性取决于热膨胀变形压密引起的承载能力强化作用和热膨胀、热冲击产生的热应力导致的承载能力减弱作用这两种作用的强弱关系,哪种作用占主导与试样受力状态、破坏形式和试样本身的矿物颗粒组成结构、孔隙裂隙发育有关。母岩、充填体和左右结构花岗岩主要由于矿物颗粒大小及分布不同导致其抗拉强度随热冲击温度变化趋势有所不同。(4)五种花岗岩渗透率随热冲击温度变化存在一个温度阈值,当热冲击温度低于该临界值时,花岗岩渗透率缓慢增加,当热冲击温度高于该温度值时,渗透率就会大幅增长。五种花岗岩渗透率变化的阈值温度均为300℃。(5)花岗岩母岩矿物颗粒大且分布不均匀导致其热破裂相比充填体更为剧烈,母岩、边界母岩、左右结构花岗岩渗透率增幅比充填体、边界充填体的渗透率增幅要大。交界面的存在加剧了热冲击对左右结构花岗岩的热损伤,当热冲击温度为600℃时,左右结构花岗岩渗透率高于边界母岩和边界充填体渗透率且基本与母岩渗透率相同。

关键词：干热岩地热花岗岩高温热冲击矿物颗粒波速抗压强度抗拉强度渗透率

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基于轮廓法的焊接纵向残余应力三维分布研究

基于轮廓法的焊接纵向残余应力三维分布研究

作者：武继盛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

焊接结构的内部残余应力测试是当前研究的热点和难点。轮廓测试法是近年来被广泛关注的一种残余应力测量新方法。本文采用有限元模拟方法,结合已有数据对轮廓测试法进行理论研究与验证,并且通过固有应变理论与轮廓测试法相结合,提出了... 详细信息

焊接结构的内部残余应力测试是当前研究的热点和难点。轮廓测试法是近年来被广泛关注的一种残余应力测量新方法。本文采用有限元模拟方法,结合已有数据对轮廓测试法进行理论研究与验证,并且通过固有应变理论与轮廓测试法相结合,提出了一种能够对整个焊接构件内部纵向残余应力的三维分布进行重构的轮廓测试新方法,并对这一方法进行了模拟研究与试验验证。首先,对轮廓测试法的理论进行研究,阐明切割面的轮廓变化与残余应力分布存在的对应关系,通过切割面轮廓的反向施加能够对切面处构件内部的残余应力进行计算。其次,对轮廓测试法的实验过程进行有限元模拟,验证轮廓测试法利用切割面轮廓可以计算出残余应力沿切割面的二维分布,同时借助已有的数据,对轮廓法重构应力的准确性进行验证。在此基础上,针对连续加工的构件,研究给出一种通过切割面轮廓近似计算固有应变,进一步通过有限元模拟实现由固有应变计算整个构件内部残余应力的轮廓测试新方法。对这一方法进行模拟研究,系统分析固有应变轮廓法的计算结果,研究多项式阶数对其的影响。最后,进行轮廓法测量残余应力的试验,研究轮廓法实际应用于焊接试件残余应力测量的工艺问题以及数据的处理方式。以轮廓数据为基础,实现对焊接试件内部残余应力三维分布的重构,并通过与有限元模拟以及小孔法测量的结果进行对比,对重构结果进行系统分析。结果表明本文的固有应变轮廓法可以较准确的对焊接纵向残余应力的三维分布进行计算。焊接残余应力的三维分布很难通过试验获得,通常只有采用数值模拟进行计算,因此这一方法具有一定的科研和工程应用价值。本文对轮廓测试法进行了充分的理论与模拟研究以及试验验证,同时将固有应变理论结合到了轮廓测试法当中,在国内的相关领域研究中具有一定的创新性和借鉴意义。

关键词：焊接结构残余应力轮廓测试法固有应变数值模拟三维分布

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榫卯接缝钢筋连接性能试验研究

榫卯接缝钢筋连接性能试验研究

作者：武盛韬北京建筑大学

学位级别：硕士

装配整体式齿槽剪力墙结构体系是一种基于预制构件不出筋的设计理念,墙体侧边具有新型连接构造的全预制混凝土剪力墙结构体系,该结构体系基本装配单元包括榫卯预制剪力墙与盲孔预制剪力墙。榫卯预制剪力墙侧面为榫卯构造,榫卯构造主要... 详细信息

装配整体式齿槽剪力墙结构体系是一种基于预制构件不出筋的设计理念,墙体侧边具有新型连接构造的全预制混凝土剪力墙结构体系,该结构体系基本装配单元包括榫卯预制剪力墙与盲孔预制剪力墙。榫卯预制剪力墙侧面为榫卯构造,榫卯构造主要由榫头、榫孔和横向凹槽组成,预制剪力墙采用榫卯构造可防止钢筋在运输、吊装过程中碰撞造成钢筋弯扭及长时间放置导致钢筋生锈等问题,采用榫卯构造预制剪力墙间相互连接构成榫卯接缝的连接形式,可避免钢筋设置位置冲突、安装尺寸偏差等不足,还具有钢筋绑扎速度快等优点。榫卯接缝构造新颖,目前缺乏有关榫卯接缝钢筋连接性能研究,因此设计制作相关试件,采用试验研究、有限元模拟相结合的方法,研究了水平连接钢筋构造对榫卯接缝钢筋连接性能的影响。本文主要工作及取得的主要成果如下:（1）试验设计并制作了4组12个试件,主要参数包括水平连接钢筋的锚固长度和水平连接钢筋距横向凸起顶部间距,采用常规测量方法以及数字图像相关（DIC）技术测量系统监测了试件的破坏过程;研究表明:水平连接钢筋锚固长度15d距横向凸起3d和水平连接钢筋锚固长度12d距横向凸起12.5d时,水平连接钢筋被拉断钢筋强度被充分利用,水平连接钢筋在榫卯接缝内构造合理锚固性能可靠,水平连接钢筋与试件水平分布钢筋连接性能较好;水平连接钢筋在榫卯接缝内锚固失效时有明显破坏特征,可分为三个阶段,第一阶段为横向凹槽底部新旧混凝土结合面开裂,第二阶段为横向凹槽与凸起间新旧混凝土结合面开裂,最终为现浇部分混凝土剪切破坏;在榫卯接缝横向凹槽底部新旧混凝土结合面开裂后,对水平连接钢筋在榫卯接缝内锚固性能影响不大;增加水平连接钢筋与横向凸起间距,可以延缓榫卯接缝新旧混凝土结合面开裂,避免结合面开裂造成的破坏;增加水平连接钢筋锚固长度,能够充分发挥纵向钢筋强度,提升榫卯接缝钢筋连接性能。采用数字图像相关（DIC）技术测量系统监测了试件在X、Y方向的应变云图,结果表明:水平连接钢筋在榫卯接缝内传力效果好,能够有效带动更多受力区域承担外部荷载,使结构受力更加均匀,保证结构的整体协同性;增加水平连接钢筋锚固长度或与横向凸起间距,可以减轻新旧混凝土结合面应力较大现象,抑制结合面裂缝开展,能够有效改善榫卯接缝钢筋连接性能;水平连接钢筋锚固长度与横向凸起间距变化对水平连接钢筋与试件水平分布钢筋连接效果影响不大。（2）采用有限元软件ABAQUS对榫卯接缝钢筋连接性能进行了数值模拟研究,考虑钢筋在混凝土结构中滑移效应及新-旧混凝土结合面接触受力属性的数值模型分析结果与试验结果吻合良好。在此基础上,进行拓展参数分析,研究表明:增加纵向钢筋直径或数量能够有效提升榫卯接缝钢筋连接性能,并抑制新旧混凝土结合面裂缝开展;增加现浇区域混凝土强度对延缓横向凸起与凹槽之间新旧混凝土结合面竖向错动变形作用不大,对提升榫卯接缝钢筋连接性能影响较弱。（3）研究表明榫卯接缝钢筋锚固机理与普通钢筋锚固机理显著不同,基于试验和有限元软件分析结果,提出了水平连接钢筋在榫卯接缝内锚固承载力计算公式,计算结果与试验结果数据吻合较好;建立了水平连接钢筋在榫卯接缝内锚固承载力与其锚固长度和与横向凸起间距关系曲面,提出了榫卯接缝钢筋连接的设计建议。

关键词：榫卯构造榫卯接缝水平连接钢筋连接性能非接触式测量

双眼交替微量取样检测兔玻璃体液钾镁离子浓度推测死亡时间

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中国法医学杂志 2007年第1期22卷 32-34,38页

作者：刘茜武盛国汪岚刘良华中科技大学同济医学院法医学系丹江口市公安局刑警大队潍坊市中级人民法院山东潍坊261011

目的研究死后眼玻璃体液钾镁离子浓度变化及其与死亡时间的关系。方法取健康家兔处死,死后不同时间于双眼玻璃体液交替微量取样,采用全自动生化分析仪检测样本中[K+]、[Mg2+],对所得数据进行统计学处理。结果死后12~120h,家兔玻璃体液中... 详细信息

目的研究死后眼玻璃体液钾镁离子浓度变化及其与死亡时间的关系。方法取健康家兔处死,死后不同时间于双眼玻璃体液交替微量取样,采用全自动生化分析仪检测样本中[K+]、[Mg2+],对所得数据进行统计学处理。结果死后12~120h,家兔玻璃体液中[K+]由11.01mmol/L上升至32.97mmol/L,[Mg2+]1.12mmol/L上升至2.22mmol/L,两种离子浓度与PMI进行回归分析自变量为[K+]的二次多项式回归方程为y=0.1756x2-3.3188x+29.804(R2=0.9868);自变量为[Mg2+]的二次多项式回归方程为y=-46.916x2+248.01x-213.81(R2=0.9340);自变量为[K+]和[Mg2+]的二次多项式回归方程为y=-17.55-4.82[K+]+0.20[K+]2+75.77[Mg2+]-19.47[Mg2+](R2=0.9881)。用[K+]的方程推测PMI,当[K+]28mmol/L(PMI>72h)时,平均偏离时间>15h;用[Mg2+]的方程推测PMI,平均偏离时间几乎均在10h以上;用二元方程推测PMI,平均偏离时间较前两者小。结论死后眼玻璃体液[K+]、[Mg2+]随时间延长而升高,且浓度变化与时间呈强相关性。但从实际运用角度考虑,R2<0.98,或平均预测偏离时间过大的回归方程,不宜用于PMI推测;应用多指标建立多元回归方程是提高推测PMI准确性的可行方法。

关键词：法医病理学死亡时间玻璃体液离子浓度全自动生化分析仪

不同结构形式的后期热液充填裂隙花岗岩常温下物理力学性质研究

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岩石力学与工程学报 2021年第1期40卷 147-157页

作者：石晓巅武治盛冯子军惠峥赵阳升太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024 太原理工大学采矿工程系山西太原030024

在干热岩开采的实际工程中,利用岩体结构面作为热交换通道将减小工程投入,并获得更好的工程效果。而在实际中花岗岩体中的结构面通常被热液充填,形成后期热液充填花岗岩体。研究后期热液填充裂隙花岗岩体的物理力学性质对实际地热开发... 详细信息

在干热岩开采的实际工程中,利用岩体结构面作为热交换通道将减小工程投入,并获得更好的工程效果。而在实际中花岗岩体中的结构面通常被热液充填,形成后期热液充填花岗岩体。研究后期热液填充裂隙花岗岩体的物理力学性质对实际地热开发中建设人工储留层具有重要指导意义。利用后期热液填充裂隙花岗岩体制备不同结构形式试样,在常温下对4种结构形式(上下结构、左右结构、母岩、充填体)的花岗岩试样进行纵波波速检测试验、抗压强度试验和对5种结构形式(边界充填体、母岩、充填体、左右结构、边界母岩)的花岗岩试样进行抗拉强度试验、渗透率测定试验。试验结果表明:(1)常温下4种结构形式的试样中,纵波传播速度vP大小关系为:上下结构、左右结构>母岩>充填体。在10 MPa围压下,4种花岗岩岩样峰值强度?c均值大小关系为:上下结构>左右结构>充填体>母岩,在相同围压下,5种花岗岩岩样渗透率k的大小关系为:充填体>母岩>边界充填体>左右结构花岗岩>边界母岩。在热液充填后,胶结面处花岗岩的孔隙度、渗透率减小,纵波波速、抗压强度增大;(2)在热液充填过程中,胶结面处母岩矿物颗粒发生熔蚀,且热液进入母岩孔隙裂隙,热液冷却结晶后对胶结面处的"黏合"和"愈合"作用是胶结面处花岗岩物理力学性质发生改变的原因。(3)常温下5种花岗岩岩样抗拉强度?t均值大小关系为:母岩>边界母岩>左右结构>边界充填体>充填体,后期热液充填裂隙花岗岩体中,充填体成为岩体的抗拉薄弱处,因此在"断层模式"的地热开发中,可对充填体处进行人工压裂建造人工储留层,大大节省其建造成本。

关键词：岩石力学裂隙花岗岩热液充填纵波波速渗透率力学性质干热岩

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干热岩体热冲击后纵波波速演化规律研究

煤炭科学技术 2021年第10期49卷 58-65页

作者：武治盛冯子军惠峥石晓巅赵阳升太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

干热岩体花岗岩受构造运动影响,产生规模较大的节理裂隙,形成裂隙干热岩体,这些裂隙在后期被热液充填后,称后期热液充填裂隙干热岩体,充填体与母岩的胶结面是一个弱面,利用该弱面极易于建造干热岩地热人工储留层,大幅节省建造成本。为... 详细信息

干热岩体花岗岩受构造运动影响,产生规模较大的节理裂隙,形成裂隙干热岩体,这些裂隙在后期被热液充填后,称后期热液充填裂隙干热岩体,充填体与母岩的胶结面是一个弱面,利用该弱面极易于建造干热岩地热人工储留层,大幅节省建造成本。为研究实际干热岩地热开发中注入低温水热冲击后母岩、充填体及其胶结面性质的演化规律,利用超声波检测技术研究了4类ø50 mm×100 mm标准岩样(花岗岩母岩、充填体、含纵向胶结面充填花岗岩、含横向胶结面充填花岗岩)在室温至600℃高温条件下反复热冲击及不同冲击氛围(0℃水冷却冲击和室温冷却冲击)下的纵波波速演化规律。研究结果表明:室温下含胶结面充填花岗岩的开口孔隙率较母岩、充填体低,而波速较母岩、充填体大;室温-300~0℃水反复热冲击过程中,4类岩样在首次热冲击后波速降幅可达40%~50%,之后随着热冲击次数增加波速降幅减小,约3%;相同高温下,4类岩样在0℃水冷却冲击后的波速降幅均较室温冷却冲击时大,说明0℃水冷却冲击对岩石的损伤更强;相同热冲击方式下,含胶结面充填花岗岩波速降幅较母岩、充填体大,这是因为胶结面附近的矿物颗粒尺度差异最大,热破裂程度最强。研究结果对断层模式干热岩地热开发中储留层的建造及开发过程中储留层结构演化的认识有重要指导意义。

关键词：花岗岩热液充填热冲击热破裂干热岩