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油砂的蠕变特性与本构模型研究

岩土工程学报 2012年第8期34卷 1412-1424页

作者：王者超 Ron Wong 乔丽苹山东大学岩土与结构工程中心山东济南250061 卡尔加里大学土木工程系山东大学工程力学系山东济南250061

油砂是一种富含天然沥青的沉积砂。作为一种软化材料,油砂的蠕变性质较松砂和正常固结黏土等硬化材料更为复杂。通过开展油砂三轴蠕变试验,获得了不同应力和应变状态下油砂的蠕变特性;讨论了蠕变势与塑性势之间的关系,提出了等效变形过... 详细信息

油砂是一种富含天然沥青的沉积砂。作为一种软化材料,油砂的蠕变性质较松砂和正常固结黏土等硬化材料更为复杂。通过开展油砂三轴蠕变试验,获得了不同应力和应变状态下油砂的蠕变特性;讨论了蠕变势与塑性势之间的关系,提出了等效变形过程的概念,分析等效变形过程的微观机制;讨论了蠕变速率与时间和不可恢复应变之间的关系,提出采用不可恢复应变作为内变量可以描述复杂条件下油砂的蠕变性质,并据此提出了油砂的内变量蠕变模型;应用临界状态理论,分析了硬化型和软化型土的蠕变性质;讨论了剪切带对密砂蠕变性质的影响。

关键词：油砂三轴蠕变性质蠕变模型内变量蠕变势应变路径临界状态剪切带

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岩梁弯曲流变特性的试验研究

岩土工程学报 2008年第8期30卷 1224-1228页

作者：范庆忠李术才山东大学岩土与结构工程研究中心

岩石较少有直接拉伸破坏,在巷道和采场顶板中,弯曲变形是重要的变形模式。采用一次加载和分级加载两种加载方式对岩梁的弯曲流变破坏进行了试验研究,对岩梁的弯曲流变特性进行了分析,重点分析了流变条件下岩梁弯曲中性面位置的变化规律... 详细信息

岩石较少有直接拉伸破坏,在巷道和采场顶板中,弯曲变形是重要的变形模式。采用一次加载和分级加载两种加载方式对岩梁的弯曲流变破坏进行了试验研究,对岩梁的弯曲流变特性进行了分析,重点分析了流变条件下岩梁弯曲中性面位置的变化规律。结果表明:岩梁的顶底两侧均存在流变,虽然其大致规律相似,但存在明显的差异。岩梁底面为高应力区的拉伸流变,顶面为低应力区的压密阶段的流变。岩梁的弯曲中性面位置在流变过程中随时间而变化,并最终趋于稳定,但在不同的加载方式中性面的稳定位置差别较大。对弯曲流变与单轴压缩流变进行的比较表明,岩石单轴压缩流变的横向极限拉应变和弯曲拉伸流变的极限拉应变基本一致。

关键词：岩石力学弯曲流变中性面

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隧道断层泥注浆加固机制模型试验研究

岩石力学与工程学报 2015年第5期34卷 924-934页

作者：张庆松李鹏张霄李术才张伟杰刘建国于海洋山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

为研究永莲隧道断层泥注浆加固机制,设计一套由注浆工艺模块、被注介质模块和信息采集模块构成的断层泥注浆加固试验系统,开展断层泥注浆加固体单轴压缩试验、典型浆–岩界面特征试验和扫描电镜(SEM)试验。结论如下:注浆后断层泥单轴抗... 详细信息

为研究永莲隧道断层泥注浆加固机制,设计一套由注浆工艺模块、被注介质模块和信息采集模块构成的断层泥注浆加固试验系统,开展断层泥注浆加固体单轴压缩试验、典型浆–岩界面特征试验和扫描电镜(SEM)试验。结论如下:注浆后断层泥单轴抗压强度可提升181%~2 535%,加固体呈现浆脉开裂→界面附近土体破坏→整体破坏特征,断层泥以骨架式加固模式为主,注浆压力是提升加固效果的主控因素;注浆后浆–岩界面黏聚力可提升93%~274%,分析不同注浆压力、材料和初始干密度对浆–岩界面强度的影响,相比双液浆,单液浆可使界面黏聚力提升幅度增加125%~148%;注浆后断层泥由絮状结构转化为密实整体结构,浆–岩界面是具有一定厚度的不规则结构体,由胶结面、渗透过渡区及微劈裂过渡区构成,界面附近存在物理力学特征突变区,定义了浆–岩界面的直接及间接加固模式。试验结论对于注浆加固理论的认知和注浆工程的应用有一定的指导作用。

关键词：隧道工程永莲隧道断层泥模型试验注浆加固机制浆–岩界面扫描电镜

大尺寸KDP晶体出槽力学效应数值模拟分析研究

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功能材料 2011年第12期42卷 2133-2136页

作者：张宁张强勇王圣来孙云山东大学岩土与结构工程中心山东济南250061 山东大学晶体材料国家重点实验室山东济南250100

大尺寸KDP(磷酸二氢钾,KH2PO4)晶体在出槽的过程中经常发生开裂现象,造成了较大的经济损失。为了研究大尺寸KDP晶体出槽过程中开裂机制并提出相应的防裂措施,采用有限元方法模拟了大尺寸KDP晶体的出槽过程,计算得到了KDP晶体出槽过程中... 详细信息

大尺寸KDP(磷酸二氢钾,KH2PO4)晶体在出槽的过程中经常发生开裂现象,造成了较大的经济损失。为了研究大尺寸KDP晶体出槽过程中开裂机制并提出相应的防裂措施,采用有限元方法模拟了大尺寸KDP晶体的出槽过程,计算得到了KDP晶体出槽过程中晶体应力场的变化规律,结果显示降温冷却使晶体内部最大应力增大了100倍以上,而力学边界的变化使晶体最大应力增大的幅度较小,数据表明温度降低造成的应力集中是引起晶体开裂的主要原因。该结论的发现为提出相应的晶体防裂措施提供了重要的理论基础。

关键词： KDP晶体出槽力学效应热力耦合数值模拟

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裂隙岩体注浆中的浆液–岩体耦合效应分析

岩石力学与工程学报 2015年第S2期34卷 4054-4062页

作者：郑卓李术才刘人太朱光轩张连震潘东山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

基于岩体卸荷–加载理论与平板裂隙浆液运移方程,建立考虑浆液对岩体单向耦合作用的裂隙岩体注浆理论模型,对注浆过程中浆液与围岩的相互作用展开研究。研究表明,裂隙岩体注浆伴随着浆液压力对岩体卸荷与重新加载过程,岩体完全卸荷后,... 详细信息

基于岩体卸荷–加载理论与平板裂隙浆液运移方程,建立考虑浆液对岩体单向耦合作用的裂隙岩体注浆理论模型,对注浆过程中浆液与围岩的相互作用展开研究。研究表明,裂隙岩体注浆伴随着浆液压力对岩体卸荷与重新加载过程,岩体完全卸荷后,隙宽将随浆液压力增加,对于近似水平展布的裂隙,隙宽增量随扩散距离近似呈线性衰减,裂隙越小衰减速率越快。岩体受浆液卸荷影响范围大于浆液扩散范围,裂隙越小受浆液–岩体耦合作用越显著。裂隙组中相邻的裂隙在注浆过程中相互影响,较大裂隙进一步张开,较小裂隙趋于闭合,导致浆液在微小裂隙中的扩散范围减小或无法注入,并在较大裂隙中大量无效扩散,单纯提高注浆压力不会改善对较小裂隙的注浆封堵效果。研究结论对裂隙岩体注浆工程提供了一定指导与借鉴。

关键词：岩石力学浆液运移流–固耦合注浆工程

基于渗滤效应的多孔介质渗透注浆扩散规律分析

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岩石力学与工程学报 2015年第12期34卷 2401-2409页

作者：李术才郑卓刘人太冯啸孙子正张连震山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

渗滤效应广泛存在于多孔介质悬浊液渗流过程中,其直接影响悬浊液颗粒扩散迁移全过程。基于渗滤效应理论模型,研究水泥浆液在多孔介质中的运动规律,建立考虑渗滤效应的浆液运动方程。与已有研究对比,浆液运动方程不仅适用于恒速率注浆,... 详细信息

渗滤效应广泛存在于多孔介质悬浊液渗流过程中,其直接影响悬浊液颗粒扩散迁移全过程。基于渗滤效应理论模型,研究水泥浆液在多孔介质中的运动规律,建立考虑渗滤效应的浆液运动方程。与已有研究对比,浆液运动方程不仅适用于恒速率注浆,也适用于恒压注浆。建立浆液一维渗滤扩散数值模型,与达西定律对比,结果表明渗滤效应对浆液扩散影响显著。分析渗滤效应对多孔介质孔隙率、浆液浓度和浆液压力的分布的影响规律,揭示渗滤效应对浆液扩散及有效加固范围的影响机制,对多孔介质的悬浊液注浆理论与实践具有借鉴意义。

关键词：渗流力学多孔介质渗透注浆渗滤效应扩散规律数值模拟

矿井含水构造附近采动岩体的温度响应特征相似模拟研究

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岩石力学与工程学报 2011年第7期30卷 1356-1362页

作者：张庆松高阳李术才李利平原小帅赵建刚李志鹏山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

研究含水构造附近在采动影响下围岩的热扩散理论,采用新型的流–固耦合相似材料和相似模拟试验架,完善光纤温度、多点位移监测系统。对含水构造附近的煤层开采进行试验模拟,重点分析采动过程中覆岩变形引起渗流场、温度场的变化规律。... 详细信息

研究含水构造附近在采动影响下围岩的热扩散理论,采用新型的流–固耦合相似材料和相似模拟试验架,完善光纤温度、多点位移监测系统。对含水构造附近的煤层开采进行试验模拟,重点分析采动过程中覆岩变形引起渗流场、温度场的变化规律。通过试验得出:煤层开采前,初始地温场中含水构造处具有明显的低温异常特征;采动过程中,顶板岩体的热对流作用随采场推进逐步加强,岩体温度逐步降低,水体的温度影响范围逐步增大;在采动应力、承压水的耦合作用下,采场顶板断裂突水,岩体温度产生显著的突跳特征。通过试验数据,拟合试验条件下岩体温度场曲线的经验公式,为岩体温度法探水提供可靠的试验依据。

关键词：采矿工程岩体温度法水体预报模型试验

饱水过程中类岩石材料波速和电阻率变化规律及其相互关系试验研究

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岩石力学与工程学报 2015年第4期34卷 703-712页

作者：杨为民宋杰刘斌李术才许新骥刘征宇聂利超山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

研究饱水过程中岩石波速和电阻率变化规律及其相互关系,对实际工程中岩石物性判断和地球物理探测资料综合分析解释具有重要意义。为防止原岩试样的矿物组成、原生裂隙等其他因素对试验结果的影响,采用水泥砂浆制作30组孔隙率不同的类岩... 详细信息

研究饱水过程中岩石波速和电阻率变化规律及其相互关系,对实际工程中岩石物性判断和地球物理探测资料综合分析解释具有重要意义。为防止原岩试样的矿物组成、原生裂隙等其他因素对试验结果的影响,采用水泥砂浆制作30组孔隙率不同的类岩石材料试样,系统测试饱水过程中不同试样的波速和电阻率变化情况,分别揭示波速和电阻率随饱和度、孔隙率的变化规律。采用常用的基于Wood理论假设的Gassmann方程得到波速与饱和度、孔隙率的理论关系,但与试验实测结果相比,该理论关系不能较好地描述饱水达到门槛值之后波速快速上升的特征。对此,考虑重力等影响对试样中孔隙水的分布状态做出合理假设,修正饱水全过程中波速与饱和度、孔隙率的关系式,与试验实测数据变化特征较一致。同时采用Archie的非饱和岩石电阻率模型公式对电阻率随饱和度和孔隙率变化规律进行了较好拟合。在此基础上,针对以往波速与电阻率关系研究中仅以孔隙率为纽带的问题,综合考虑孔隙率和饱水状态对波速–电阻率变化规律的影响,建立以试样孔隙率和饱水状态为桥梁的波速–电阻率关系,与试验实测数据拟合较好,并通过石灰岩原岩试样测试验证其合理性。

关键词：岩石力学类岩石材料电阻率纵波波速饱和度孔隙率

基于TSP203系统和GA-SVM的围岩超前分类预测

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岩石力学与工程学报 2010年第A01期29卷 3221-3226页

作者：邱道宏李术才张乐文薛翊国苏茂鑫山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

为有效地进行隧道围岩类别超前分类,提出基于TSP203系统和遗传-支持向量机的围岩类别超前分类方法。以TSP203系统为基础,从探测结果中提取有用信息,建立围岩类别超前分类指标体系,并采用支持向量机进行围岩超前分类预测。建立围岩类别... 详细信息

为有效地进行隧道围岩类别超前分类,提出基于TSP203系统和遗传-支持向量机的围岩类别超前分类方法。以TSP203系统为基础,从探测结果中提取有用信息,建立围岩类别超前分类指标体系,并采用支持向量机进行围岩超前分类预测。建立围岩类别超前分类指标体系时,采用TSP203中可有效识别的围岩分类参数来实现:岩体完整性系数、泊松比、静态扬氏模量、主要结构面与洞轴线的夹角、不连续结构面状态和地下水发育情况。确定支持向量机参数时,采用遗传算法在解空间里进行全局搜索,以改善支持向量机在围岩分类中的识别精度。最后将该方法应用于实际工程,结果表明该方法实际可行,在围岩类别超前分类中具有较高的准确性,为围岩类别超前分类提供了一种新思路。

关键词：岩石力学围岩分类超前预测支持向量机遗传算法