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粘土固化型微胶囊复合水泥基材料的设计与力学损伤自修复行为

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复合材料学报 2023年第9期40卷 5288-5301页

作者：马衍轩吴睿葛亚杰黄昊付双阳张建青岛理工大学土木工程学院青岛266520 海洋环境混凝土技术教育部工程研究中心青岛266520 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 青岛青新阳光集团有限公司青岛266404

采用圆锅造粒法,通过对微胶囊工艺与配方参数进行设计和优化,制备了以粘土固化剂、膨润土、MgO膨胀剂和微晶纤维素为芯材,以乙基纤维素(EC)为壁材的微胶囊,采用正交试验探索了微胶囊芯材组分对自修复微胶囊/水泥基复合材料自修复效果的... 详细信息

采用圆锅造粒法,通过对微胶囊工艺与配方参数进行设计和优化,制备了以粘土固化剂、膨润土、MgO膨胀剂和微晶纤维素为芯材,以乙基纤维素(EC)为壁材的微胶囊,采用正交试验探索了微胶囊芯材组分对自修复微胶囊/水泥基复合材料自修复效果的影响并确定了微胶囊芯材的最佳组成为:粘土固化剂为10wt%、MgO膨胀剂为35wt%、微晶纤维素为6wt%,膨润土为49wt%。研究结果表明,随着微胶囊掺量的增加,自修复水泥基材料的抗压强度降低,当微胶囊掺量(占水泥质量)为3%时,自修复微胶囊/水泥基复合材料的抗压强度相较于空白组仅下降了4%且具有较高的强度恢复率为103.8%。通过数字散斑相关方法(DSCM)对加载过程中的自修复微胶囊/水泥基复合材料的变形行为进行了追踪测试。从应力-应变曲线、应变场分布、灰度相关系数特征值(S_(tc))和应变特征值(S_(ts))之间的变化规律,得出自修复微胶囊/水泥基复合材料的自修复机制,基于微胶囊破裂时产生了与水泥基同源物质钙钒石(AFt)和Mg(OH)_(2)对裂纹进行填补,限制裂纹发展,达到修复裂纹的目的。

关键词：微胶囊水泥基材料粘土固化力学损伤自修复行为

压裂液腐蚀效应下煤体力学损伤规律及增透效果研究

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煤炭科学技术 2022年第5期50卷 150-156页

作者：王宁李树刚西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 陕西煤业化工集团有限责任公司陕西西安710100 陕西煤业股份有限公司陕西西安710077

为了提高低渗透煤层增透效果,提出采用表面活性剂协同酸液的腐蚀煤体技术改进煤层传统水力压裂技术,利用腐蚀性压裂液增强压裂液在煤体中的破坏效果,揭示腐蚀煤体力学变化特性,并将基于压裂液腐蚀的煤体增透技术在煤矿现场进行工业化应... 详细信息

为了提高低渗透煤层增透效果,提出采用表面活性剂协同酸液的腐蚀煤体技术改进煤层传统水力压裂技术,利用腐蚀性压裂液增强压裂液在煤体中的破坏效果,揭示腐蚀煤体力学变化特性,并将基于压裂液腐蚀的煤体增透技术在煤矿现场进行工业化应用,考察煤层增透及瓦斯抽采效果。研究结果表明:经过压裂液腐蚀的煤样破坏过程分为4个阶段:裂隙闭合阶段、弹性变形阶段、裂隙稳定扩展阶段及裂纹加速扩展阶段,腐蚀压裂液深入煤岩内部的孔洞和裂隙中,与其中的黏土矿物和无机盐矿物等杂质矿物反应,造成煤岩孔洞和裂隙的破坏,导致煤样内部出现了不贯通裂隙,在经过腐蚀处理后,煤样破坏过程中进入裂隙稳定扩展阶段所受的应力变小,煤样强度降低,经过十二烷基磺酸钠(SDS)协同腐蚀处理后煤样强度最低,煤样产生裂隙所受的应力值最低,表明SDS对腐蚀效果破坏煤体结构具有积极作用。通过工业性试验可得,同普通水力压裂孔对比,酸化腐蚀压裂孔维持在高浓度、高流量的时间长,衰减得慢。压裂影响区域导向孔瓦斯抽采体积分数最高达到76%;与平均瓦斯浓度相比,水力压裂钻孔瓦斯抽采体积分数提高了8%,钻孔间距从6 m扩大到11 m,节约了煤矿瓦斯治理成本。

关键词：低渗透煤层压裂液腐蚀煤体力学损伤增透技术

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油井管特殊螺纹力学损伤与控制研究进展

科学技术与工程 2022年第30期22卷 13172-13180页

作者：张颖高安琪杨坤董泽宇四川轻化工大学机械工程学院自贡643000 四川轻化工大学过程装备与控制工程四川高校重点实验室自贡643000

油井管螺纹失效是目前油气田开采作业中常见且难以治理的事故之一,这一情况不仅制约开采进度,而且威胁井下安全。普通螺纹存在密封性能差、承载能力低、抗腐蚀能力弱等问题。主要从疲劳失效、密封失效、腐蚀失效三个方面阐述了油井管特... 详细信息

油井管螺纹失效是目前油气田开采作业中常见且难以治理的事故之一,这一情况不仅制约开采进度,而且威胁井下安全。普通螺纹存在密封性能差、承载能力低、抗腐蚀能力弱等问题。主要从疲劳失效、密封失效、腐蚀失效三个方面阐述了油井管特殊螺纹接头力学性能的研究进展以及控制方法。在介绍油井管特殊螺纹接头发展历史进程的基础上进一步阐述目前油井管特殊螺纹接头的发展情况,指出当下中国油井管特殊螺纹研究所存在的不足,并提出油井管特殊螺纹力学性能未来研究的新方向。

关键词：油井管特殊螺纹管柱力学力学损伤

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不同流速及酸化作用下砂岩的力学损伤研究

采矿技术 2022年第2期22卷 49-54页

作者：刘栋万文盛佳湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭市411201 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭市411201 长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012

为研究流动酸性溶液对岩石基本力学参数产生的损伤效应,通过开展砂岩在流动酸性溶液环境下的三轴压缩试验,得到溶液流速对其力学参数的影响规律。基于现场地下水pH值配置相似酸性溶液,将砂岩试件置于pH=7,5,3,流速为0,200,400 mm·s^(-1... 详细信息

为研究流动酸性溶液对岩石基本力学参数产生的损伤效应,通过开展砂岩在流动酸性溶液环境下的三轴压缩试验,得到溶液流速对其力学参数的影响规律。基于现场地下水pH值配置相似酸性溶液,将砂岩试件置于pH=7,5,3,流速为0,200,400 mm·s^(-1)的酸性溶液中浸泡49 d,以此来研究酸化侵蚀作用以及溶液流速对砂岩的力学损伤规律。结果表明,浸泡时间越长,溶液p H值呈先增后减趋势,说明了浸泡初期岩样与溶液反应较为强烈,后逐渐趋于稳定,但并没有停止。溶液pH值越低,流速越大,导致岩样质量损失越明显。三轴压缩下流速相同时,岩样的三轴抗压强度随围压增大而上升;围压条件相同时,岩样的三轴抗压强度、内摩擦角与黏聚力均随流速加快而下滑。

关键词：酸化侵蚀力学损伤流动溶液三轴压缩

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力学损伤香蕉的外观品质演变特性研究

江西农业大学学报 2011年第1期33卷 194-199页

作者：徐凤英吴冠活邹湘军李长友徐策黄少青华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室广东广州510642

试验研究成熟香蕉受不同压载强度作用损伤表面的硬度、色差、果体损伤等外观品质随放置时间的演变特性。结果表明,损伤后香蕉随放置时间的增加,单位硬度的降低与压载强度呈较显著的相关性,相对色差的DL、Da、Db值改变与压载强度相关性较... 详细信息

试验研究成熟香蕉受不同压载强度作用损伤表面的硬度、色差、果体损伤等外观品质随放置时间的演变特性。结果表明,损伤后香蕉随放置时间的增加,单位硬度的降低与压载强度呈较显著的相关性,相对色差的DL、Da、Db值改变与压载强度相关性较弱,只表现较为明显的趋势性,高强度均匀的面压载作用对香蕉的整体品质变化影响强于集中点压载的作用,轻微强度均匀的面压载作用与无压载自然放置性能接近,利于减轻香蕉贮存、运输过程的力学损伤,延长其生理寿命。

关键词：香蕉力学损伤品质演变

超临界CO_(2)作用下煤岩组合体力学特性损伤及裂隙演化规律

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煤炭学报 2023年第11期48卷 4049-4064页

作者：张小强王文伟姜玉龙王开闫建兵岳少飞蔚默然太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 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

将CO_(2)注入到深部不可采煤层是实现CO_(2)地质封存的有效途径之一,但CO_(2)在高压、高温作用下会处于超临界状态,为了探究超临界CO_(2)作用对煤系储层结构的影响,基于自主研发的超临界CO_(2)浸泡实验系统,结合声发射测试系统及RFPA3D... 详细信息

将CO_(2)注入到深部不可采煤层是实现CO_(2)地质封存的有效途径之一,但CO_(2)在高压、高温作用下会处于超临界状态,为了探究超临界CO_(2)作用对煤系储层结构的影响,基于自主研发的超临界CO_(2)浸泡实验系统,结合声发射测试系统及RFPA3D数值模拟,研究了3种煤层厚度和3种顶底板岩性的“岩-煤-岩”(RCR)组合试件在超临界CO_(2)作用下的力学损伤特性及其裂隙扩展演化规律。研究结果表明:(1)超临界CO_(2)作用后,随煤厚增加RCR组合体抗压强度劣化幅度逐渐增大,弹性模量劣化幅度逐渐降低,而当岩煤强度比不同时,抗压强度和弹性模量劣化幅度基本一致,未呈现较大差异;(2)超临界CO_(2)作用会促进煤体塑性破坏,加剧RCR组合体由拉伸劈裂破坏向剪切塑性破坏转变的趋势,RCR组合体塑性破坏程度与煤厚和岩煤强度比均成正相关关系;(3)超临界CO_(2)浸泡作用促使RCR组合体更早进入弹性变形阶段,且经历更为短暂的弹性变形后发生失稳破坏,煤厚越大影响越大,而岩煤强度比影响较小;(4) RCR组合体失稳态势与煤厚成正比、与岩煤强度比成反比,破坏时动力显现强度与煤厚成反比,与岩煤强度比成正比;(5) RCR组合体总能量、耗散能、弹性能、盈余能随煤体厚度增加而逐渐降低,随岩煤强度比的增大而逐渐增大,超临界CO_(2)作用会使RCR组合体试件弹性能占比降低,耗散能占比升高,盈余能占比降低。综合上述研究成果可知,煤层越厚的地层越容易发生失稳,顶底板岩层强度越高的地层越不容易发生失稳,地层失稳破坏时动力显现强度与煤厚成反比、与岩煤强度比成正比。故在满足CO_(2)注入封存量前提的一定区域地层内,应选择顶底板岩层强度较高、煤层厚度较薄的区域地层封存CO_(2)安全性更高。该研究成果可为CO_(2)注入到深部不可采煤层进行地质封存的安全性提供一定的理论借鉴。

关键词：超临界CO_(2) 煤岩组合体力学损伤能量演化失稳破坏裂隙扩展

基于压电阻抗技术的奥氏体不锈钢力学损伤定量监测

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实验力学 2012年第5期27卷 601-606页

作者：罗忠兵林莉曹欢庆李继承李喜孟雷明凯大连理工大学无损检测研究所辽宁116085

采用压电阻抗(Electro-mechanical impedance,EMI)技术对奥氏体不锈钢在拉伸过程中的力学损伤进行了定量监测实验研究。选择不同损伤状态下阻抗谱谐振峰频率偏移量△f及均方根偏差(Root-mean-square deviation,RMSD)值作为损伤识别指数... 详细信息

采用压电阻抗(Electro-mechanical impedance,EMI)技术对奥氏体不锈钢在拉伸过程中的力学损伤进行了定量监测实验研究。选择不同损伤状态下阻抗谱谐振峰频率偏移量△f及均方根偏差(Root-mean-square deviation,RMSD)值作为损伤识别指数,结果表明:在试样弹性变形阶段,△f和RMSD值很小,并且在加载过程中基本保持不变或小有波动;试样发生塑性变形以后,二者均明显增加,其中,△f值由0.05kHz随加载应力逐渐增加至1.65kHz时试样发生断裂,而RMSD由1.3%增大至17.6%后逐渐减小。文中对这种差别出现的原因及两参数各自的特点进行了讨论。显微分析结果证实材料弹塑性转变过程中两参数的变化与试样微观损伤具有很好的对应性,表明利用压电阻抗技术监测和评价核电管道用奥氏体不锈钢的力学损伤具有可行性。

关键词：奥氏体不锈钢拉伸力学损伤结构健康监测压电阻抗

盐冻环境下氧化石墨烯混凝土力学损伤试验研究

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混凝土与水泥制品 2019年第5期 9-12,18页

作者：徐义洪范颖芳大连海事大学道路与桥梁工程研究所 116026 辽宁省桥梁安全工程技术研究中心沈阳110122

为了研究盐冻循环作用对氧化石墨烯(GO)混凝土力学性能的影响,分别对GO混凝土进行0、50、100、150、200次快速冻融循环,对经历不同盐冻循环的试件进行了单轴压缩试验,研究了盐冻循环后试件的质量变化和应力-应变曲线等的变化规律,在此... 详细信息

为了研究盐冻循环作用对氧化石墨烯(GO)混凝土力学性能的影响,分别对GO混凝土进行0、50、100、150、200次快速冻融循环,对经历不同盐冻循环的试件进行了单轴压缩试验,研究了盐冻循环后试件的质量变化和应力-应变曲线等的变化规律,在此基础上分析了盐冻循环作用下,GO混凝土材料的损伤劣化机制。结果表明:随着盐冻次数的增加,GO混凝土劣化模式表现为砂浆脱落、微裂纹扩展、剥蚀和块状脱落等多种形式相结合;试件的应力-应变曲线随着盐冻次数的增加趋于扁平,峰值应力逐渐减小,峰值应变逐渐增加,弹性模量显著减小;此外,GO混凝土盐冻损伤变量与冻融循环次数呈良好的指数关系。

关键词：盐冻氧化石墨烯混凝土力学损伤

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酸化侵蚀下闪长岩的力学损伤研究

酸化侵蚀下闪长岩的力学损伤研究

作者：焦兵湖南科技大学

学位级别：硕士

在对前常铜铁矿矿区水文地质状况调查的基础上,本文主要以该矿矿区分布广泛的闪长岩为研究对象,将闪长岩试件置于pH=3、pH=5的酸性溶液浸泡养护49d,以此来研究酸化侵蚀作用对闪长岩的力学损伤规律并建立强度损伤模型。主要研究内容及成... 详细信息

在对前常铜铁矿矿区水文地质状况调查的基础上,本文主要以该矿矿区分布广泛的闪长岩为研究对象,将闪长岩试件置于pH=3、pH=5的酸性溶液浸泡养护49d,以此来研究酸化侵蚀作用对闪长岩的力学损伤规律并建立强度损伤模型。主要研究内容及成果如下:(1)为研究不同pH的水化学溶液对闪长岩性能的影响规律,对经不同pH的水化学溶液浸泡49d后的试件及自然干燥状态下的试件开展单轴抗压强度试验、三轴抗压强度试验、巴西劈裂试验、电镜扫描实验,并且对浸泡前后试件的质量进行测定,分析了经不同pH的水化学溶液浸泡前后试件的表观变化特征、质量损伤特征和单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等的变化特点以及三轴压缩下闪长岩的强度、变形、粘聚力、内摩擦角的变化规律,结果表明,酸性溶液对闪长岩的物理属性和宏观力学性能具有显著的削弱作用,溶液的pH越低对闪长岩性能的影响越明显,其中闪长岩经pH=3的酸性溶液浸泡后单轴抗压强度下降了53.4%,粘聚力和内摩擦角的减小幅度分别达10.9%和33.9%,抗拉强度降低了37.1%。(2)为探索闪长岩在酸化过程中的力学损伤时效特征,在试件浸泡期间设置多个时间节点,对试件的质量、尺寸、酸性溶液的pH进行跟踪测定,并对置于pH=3的酸性溶液浸泡不同时间的试件进行三轴压缩试验,分析了闪长岩试件在酸性溶液作用过程中的质量损伤时效特征、酸性溶液pH的变化特征、岩样腐蚀深度的变化规律及各浸泡时间下岩样的三轴抗压强度、粘聚力、内摩擦角的时效变化特征,结果表明在浸泡初期,闪长岩的强度损伤幅度较大,损伤率较高,随着浸泡时间的增加,闪长岩的强度损伤率逐渐变缓最终趋于稳定。(3)综合试件在浸泡过程中腐蚀深度的变化规律和力学损伤时效特征建立了酸化过程中闪长岩的强度损伤模型,与试验结果吻合较好,对预测酸性环境中闪长岩的耐久性具有一定的指导意义。

关键词：酸化侵蚀力学损伤时效特征强度模型