白垩系富水红砂岩动力学特性研究
发布时间：2021-01-12 18:39
我国西部地区广泛分布着较厚的白垩系软岩夹层,富水层软岩开挖困难,是限制我国西部矿井建设的重大工程难题之一,尤其是受到常规爆破和大型机械掘进产生的动态荷载作用后,软岩夹层易出现整体失稳,施工过程中存在巨大安全隐患。研究白垩系富水软岩层动力学特性具有重要的理论及工程意义。本文依托陕西地区某煤矿工程项目,以现场采集的白垩系红砂岩为研究对象,主要进行了以下研究:（1）通过基础力学实验得到了红砂岩试件的密度、孔隙率、单轴抗压强度和变形模量等参数;通过软化实验、抗水性实验和崩解实验明确了红砂岩的宏观水理特性,根据实验结果,认为在宏观上白垩系红砂岩对水的作用敏感,软化性强,抗水性差。（2）利用计算机层析扫描（CT）及扫描电子显微镜（SEM）装置对岩石样品的细观结构进行了观测,认为在细观上白垩系红砂岩内部孔隙发育程度高,且岩石颗粒间具有明显的胶结结构。运用离散介质理论建立红砂岩细观结构模型,基于PFC2D平台进行了单轴压缩的数值实验。（3）通过50mm大直径分离式霍普金森压杆（SHPB）装置对干燥及饱和的红砂岩试样进行了冲击压缩实验,冲击作用下,受孔隙水压力作用,饱和红砂岩的张拉破坏特征明显,动态强度...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见软
1绪论11绪论1.1选题背景及研究意义我国西部地区矿产资源丰富，受地质条件和技术能力限制，在矿产资源的开采中仍面临着诸多困难与挑战[1-5]。随着开采深度不断增加，富水层施工安全难以保障，已成为制约西部矿井建设的关键难题[6-7]。西部地区广泛分布的白垩系砂岩夹层，受沉积环境的影响，成岩时间较晚，内部孔隙结构发育良好，水敏感性强，受到动态荷载，尤其是爆破产生的冲击荷载作用后，岩壁易失稳[8]，产生如图1.1所示的地质灾害。为有效解决富水夹层导致的一系列工程难题，需要系统地对其水理及动态力学特性开展研究，更加准确地把握其工程特点，给出有针对性的施工方案。(a)软岩巷道整体失稳(b)软岩巷道侧壁失稳图1.1常见软岩地质灾害严格地说，岩石是一类复杂的非均质各向异性材料，由于影响因素众多，其破坏机理未被完全揭示。连续介质方法虽然能够较好地描述岩石宏观力学特性，但无法就岩石饱水软化、应变率相关性等现象给出机理层面的解释[9-10]。因此有必要从不同的尺度上了解岩石的内部结构，建立宏观力学性能和细观结构特征之间的联系，通过细观机理来解释各种宏观现象。不同尺度下的岩石材料如图1.2所示。(a)工程岩体(大尺度)(b)岩块(宏观)(c)岩石矿物(细观)图1.2不同尺度下的岩石材料
1绪论11绪论1.1选题背景及研究意义我国西部地区矿产资源丰富，受地质条件和技术能力限制，在矿产资源的开采中仍面临着诸多困难与挑战[1-5]。随着开采深度不断增加，富水层施工安全难以保障，已成为制约西部矿井建设的关键难题[6-7]。西部地区广泛分布的白垩系砂岩夹层，受沉积环境的影响，成岩时间较晚，内部孔隙结构发育良好，水敏感性强，受到动态荷载，尤其是爆破产生的冲击荷载作用后，岩壁易失稳[8]，产生如图1.1所示的地质灾害。为有效解决富水夹层导致的一系列工程难题，需要系统地对其水理及动态力学特性开展研究，更加准确地把握其工程特点，给出有针对性的施工方案。(a)软岩巷道整体失稳(b)软岩巷道侧壁失稳图1.1常见软岩地质灾害严格地说，岩石是一类复杂的非均质各向异性材料，由于影响因素众多，其破坏机理未被完全揭示。连续介质方法虽然能够较好地描述岩石宏观力学特性，但无法就岩石饱水软化、应变率相关性等现象给出机理层面的解释[9-10]。因此有必要从不同的尺度上了解岩石的内部结构，建立宏观力学性能和细观结构特征之间的联系，通过细观机理来解释各种宏观现象。不同尺度下的岩石材料如图1.2所示。(a)工程岩体(大尺度)(b)岩块(宏观)(c)岩石矿物(细观)图1.2不同尺度下的岩石材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]CT尺度下冻融岩石细观损伤特性分析[J]. 张慧梅,王焕,张嘉凡,程树范,周洪文. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟[J]. 丛怡,丛宇,张黎明,贾乐鑫,王在泉. 岩土力学. 2019(03)
[3]冻结饱和砂岩三轴压缩力学特性及强度预测模型研究[J]. 杨更社,魏尧,申艳军,王磊,刘慧,董西好,李晓晋. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[4]北疆侏罗系与白垩系泥质砂岩物理力学特性对比分析及其能量损伤演化机制研究[J]. 陈子全,何川,董唯杰,马杲宇,潘旭勇,裴成元. 岩土力学. 2018(08)
[5]含水率对泥质粉砂岩物理力学性质影响的规律与机制[J]. 贾海梁,王婷,项伟,谭龙,申艳军,杨更社. 岩石力学与工程学报. 2018(07)
[6]岩石应变软化变形特性及损伤本构模型研究[J]. 刘冬桥,王焯,张晓云. 岩土力学. 2017(10)
[7]含水率对层状砂岩劈裂抗拉强度影响研究[J]. 邓华锋,张吟钗,李建林,王伟,支永艳. 岩石力学与工程学报. 2017(11)
[8]水-岩化学作用下灰砂岩的力学特性与参数损伤效应[J]. 王艳磊,唐建新,江君,代张音,舒国钧. 煤炭学报. 2017(01)
[9]花岗岩破坏过程能量演化机制与能量屈服准则[J]. 王云飞,郑晓娟,焦华喆,陈峰宾,赵洪波. 爆炸与冲击. 2016(06)
[10]岩石细观结构及参数对宏观力学特性及破坏演化的影响[J]. 张国凯,李海波,夏祥,李俊如,李晓锋,宋涛. 岩石力学与工程学报. 2016(07)
本文编号：2973330
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见软
1绪论11绪论1.1选题背景及研究意义我国西部地区矿产资源丰富，受地质条件和技术能力限制，在矿产资源的开采中仍面临着诸多困难与挑战[1-5]。随着开采深度不断增加，富水层施工安全难以保障，已成为制约西部矿井建设的关键难题[6-7]。西部地区广泛分布的白垩系砂岩夹层，受沉积环境的影响，成岩时间较晚，内部孔隙结构发育良好，水敏感性强，受到动态荷载，尤其是爆破产生的冲击荷载作用后，岩壁易失稳[8]，产生如图1.1所示的地质灾害。为有效解决富水夹层导致的一系列工程难题，需要系统地对其水理及动态力学特性开展研究，更加准确地把握其工程特点，给出有针对性的施工方案。(a)软岩巷道整体失稳(b)软岩巷道侧壁失稳图1.1常见软岩地质灾害严格地说，岩石是一类复杂的非均质各向异性材料，由于影响因素众多，其破坏机理未被完全揭示。连续介质方法虽然能够较好地描述岩石宏观力学特性，但无法就岩石饱水软化、应变率相关性等现象给出机理层面的解释[9-10]。因此有必要从不同的尺度上了解岩石的内部结构，建立宏观力学性能和细观结构特征之间的联系，通过细观机理来解释各种宏观现象。不同尺度下的岩石材料如图1.2所示。(a)工程岩体(大尺度)(b)岩块(宏观)(c)岩石矿物(细观)图1.2不同尺度下的岩石材料
1绪论11绪论1.1选题背景及研究意义我国西部地区矿产资源丰富，受地质条件和技术能力限制，在矿产资源的开采中仍面临着诸多困难与挑战[1-5]。随着开采深度不断增加，富水层施工安全难以保障，已成为制约西部矿井建设的关键难题[6-7]。西部地区广泛分布的白垩系砂岩夹层，受沉积环境的影响，成岩时间较晚，内部孔隙结构发育良好，水敏感性强，受到动态荷载，尤其是爆破产生的冲击荷载作用后，岩壁易失稳[8]，产生如图1.1所示的地质灾害。为有效解决富水夹层导致的一系列工程难题，需要系统地对其水理及动态力学特性开展研究，更加准确地把握其工程特点，给出有针对性的施工方案。(a)软岩巷道整体失稳(b)软岩巷道侧壁失稳图1.1常见软岩地质灾害严格地说，岩石是一类复杂的非均质各向异性材料，由于影响因素众多，其破坏机理未被完全揭示。连续介质方法虽然能够较好地描述岩石宏观力学特性，但无法就岩石饱水软化、应变率相关性等现象给出机理层面的解释[9-10]。因此有必要从不同的尺度上了解岩石的内部结构，建立宏观力学性能和细观结构特征之间的联系，通过细观机理来解释各种宏观现象。不同尺度下的岩石材料如图1.2所示。(a)工程岩体(大尺度)(b)岩块(宏观)(c)岩石矿物(细观)图1.2不同尺度下的岩石材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]CT尺度下冻融岩石细观损伤特性分析[J]. 张慧梅,王焕,张嘉凡,程树范,周洪文. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟[J]. 丛怡,丛宇,张黎明,贾乐鑫,王在泉. 岩土力学. 2019(03)
[3]冻结饱和砂岩三轴压缩力学特性及强度预测模型研究[J]. 杨更社,魏尧,申艳军,王磊,刘慧,董西好,李晓晋. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[4]北疆侏罗系与白垩系泥质砂岩物理力学特性对比分析及其能量损伤演化机制研究[J]. 陈子全,何川,董唯杰,马杲宇,潘旭勇,裴成元. 岩土力学. 2018(08)
[5]含水率对泥质粉砂岩物理力学性质影响的规律与机制[J]. 贾海梁,王婷,项伟,谭龙,申艳军,杨更社. 岩石力学与工程学报. 2018(07)
[6]岩石应变软化变形特性及损伤本构模型研究[J]. 刘冬桥,王焯,张晓云. 岩土力学. 2017(10)
[7]含水率对层状砂岩劈裂抗拉强度影响研究[J]. 邓华锋,张吟钗,李建林,王伟,支永艳. 岩石力学与工程学报. 2017(11)
[8]水-岩化学作用下灰砂岩的力学特性与参数损伤效应[J]. 王艳磊,唐建新,江君,代张音,舒国钧. 煤炭学报. 2017(01)
[9]花岗岩破坏过程能量演化机制与能量屈服准则[J]. 王云飞,郑晓娟,焦华喆,陈峰宾,赵洪波. 爆炸与冲击. 2016(06)
[10]岩石细观结构及参数对宏观力学特性及破坏演化的影响[J]. 张国凯,李海波,夏祥,李俊如,李晓锋,宋涛. 岩石力学与工程学报. 2016(07)
本文编号：2973330
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