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中北大学
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找到 25 条结果
[期刊论文] 武晋文 陈淑萍
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CSTPCD 北大核心
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摘要:温度变化会引起岩石内部矿物颗粒膨胀(收缩)不均匀,发生热破裂.温度变化有温度升高和降低两种作用方式,本文通过无约束花岗岩在升温和降温两种温度作用方式下的热破裂声发射实验研究,得到如下结论:(1)花岗岩升温过程中热破裂主要表现为中高温弹塑性破裂;降温过程中热破裂主要表现为中低温脆性破裂;(2)升、降温过程岩石的热破裂机理不同,升温过程主要为压缩热应力集中形成的压剪破裂,降温过程主要为局部拉应力集中造成的拉剪破坏;(3)根据声发射特征参数统计分析,同等温度范围内,岩石降温过程的热破裂声发射事件频度和强度均高于升温过程,约为2倍,降温过程的热破裂比升温过程剧烈....
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CSTPCD 北大核心
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摘要:采用单边直裂纹三点弯曲梁(SC3PB)对鲁灰花岗岩Ⅰ型裂纹的断裂特性进行了实验研究,得到其断裂韧度为0.9~ 1.4MN/m1.5.基于数字图像相关方法(DIC)分析了峰值载荷前试件断裂位移场及应变场的演化过程,根据位移场的不连续性给出过程区的扩展轨迹,由应变场得到了高应变区域的变化规律.当局部水平位移梯度发生剧烈变化时,鲁灰花岗岩Ⅰ型断裂进入过程区;且以水平方向应变达到0.11%~0.20%时作为进入过程区的门槛值;并进一步给出了过程区尖端沿竖直方向的扩展速率与过程区长度呈三次多项式递增关系....
摘要:以煤系地层粗粒、中粒和细粒砂岩作为研究对象,对岩样摩擦滑动面进行了抛光,采用白光干涉法对其表面形貌进行了测试,从粗糙度和粒度角度对表面形貌进行了表征.对试验岩样的矿物成分和孔隙结构进行了测试,在岩样矿物含量基本相同的条件下,分析了孔隙结构与表面形貌粒度之间的关系.结果表明:抛光对岩样表面粗糙度参数中的轮廓算术平均偏差Ra、均方根偏差Rq和轮廓平均高度Rc有一定影响,对谷深度Rv和峰高度Rp影响很小;抛光对岩样表面的粒度平均高度有一定影响,但对表面颗粒粒径影响很小;岩样孔隙率与颗粒粒径之间存在着正相关关系....
摘要:基于数字散斑(DIC)相关方法,进行了含预制裂纹花岗岩矩形梁三点弯曲实验,得到了其Ⅰ型裂纹断裂韧度,分析了试样破坏的全场位移和应变及其随时间的演化规律.提出了应变达到0.4%的位置为高应力区来确定过程区尖端的方法,并依据此方法来计算过程区尖端的扩展速度.结果表明,利用数字散斑相关方法能够定量计算实验过程中过程区的扩展及其速度,该速度随过程区的扩展呈加速趋势....
摘要:研究了一种特殊梯度分布功能梯度材料矩形板弯曲问题.假设材料的弹性模量在板厚度方向上呈幂函数分布,泊松比为常数,引入PLEVAKO解,利用分离变量法,导出四边简支功能梯度材料矩形板弯曲问题的解析解.通过算例分析了材料组分变化时,功能梯度板应力和位移的变化规律.结果显示不同梯度分布板结构中的应力、位移的变化规律是不同的,有时甚至差别很大.该方法为发展针对功能梯度材料特点的数值算法和简化理论提供依据....
摘要:为了研究岩石断裂过程的非线性力学特征, 将脆性材料双线性软化模型应用到鲁灰花岗岩断裂特征研究中, 通过实验测定并计算了σt、Gf、和w1四个参数, 得到了该模型下的软化曲线.然后, 通过实验测定的峰值荷载下预制裂缝尖端张开位移CTODc与wq对比, 验证了软化曲线的合理性.该曲线反映了鲁灰花岗岩断裂过程中粘聚应力和裂缝张开位移的关系, 软化曲线转折点横坐标wq介于0.006~0.009mm之间, 对应失稳破坏的临界状态, 临界裂缝张开位移wc介于0.05~0.07mm之间, 对应微裂缝区的末端....
摘要:基于Timoshenko梁理论,研究各向异性功能梯度材料梁的自由振动.假设材料参数沿梁厚度方向按同一函数规律变化,建立了功能梯度材料梁的振动方程,求得简支条件下其自振频率表达式.通过算例,给出指数函数梯度变化Timoshenko梁的自振频率和模态图,结果表明不同梯度变化对材料结构动力响应有较大影响.该方法为发展功能梯度材料梁的设计与数值计算提供了理论依据....
摘要:为了研究高压电脉冲水压致裂煤体的机理和作用,在高压电脉冲水压致裂理论的基础上进行了3 MPa静水压力、不同放电电压条件下煤样的压裂试验.通过压力传感器记录了煤样孔底脉冲水压力的变化情况,然后利用超声波探伤仪和CT扫描技术进行了试验前后煤样宏、微观裂纹的分布、发育情况的观测.结果 显示:水中高压脉冲放电产生的峰值压力远大于3MPa静水压力,最大峰值压力能达到27 MPa(9 kV电压);通过超声波检测发现在钻孔周围一定范围内有新生宏观裂纹产生,越靠近中心钻孔位置,首波声时差越大,新生裂纹数量越多、裂纹宽度越大;CT扫描结果也证明在钻孔周围存在着长短不一,宽度不等,形态各异的新生微观裂纹.试验结果表明,高压电脉冲水压压裂煤体技术可行,致裂效果良好....
摘要:为了提高低渗透性煤层气的抽采效率,揭示高压电脉冲水力压裂技术对煤体产生裂缝的效果及裂缝的扩展演化规律,通过实验室试验,对煤样进行单纯静水压裂(3 MPa)和相同水压力(3 MPa)、不同放电电压(5,10kV)条件下的高压电脉冲水力压裂试验,应用CT扫描技术分析了煤样内部裂纹的起裂、发展、分布情况;建立数值模拟分析水压电脉冲作用下裂隙的发展规律和裂缝周边的应力分布情况.研究结果表明:在相同静水压力作用下,高压电脉冲水力压裂煤层比单纯静水压力致裂效果明显;放电电压越高,在裂隙尖端产生的拉应力值越大,煤体易产生疲劳损伤破坏,裂隙易产生、易发展;放电电压越高,裂纹数量越多,裂纹的起裂时间更早,裂缝延伸长度更长,宽度更宽,致裂效果更好;可证明高压电脉冲水力压裂煤层方法有效,技术可行....
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CSTPCD 北大核心
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摘要:为了研究不同施工工法对软岩隧道施工的适应性,结合花椒箐隧道的实际情况,采用三维有限元数值模拟软件Midas/GTS,分别对该隧道采用3种施工工法进行数值模拟分析.由数值模拟结果中提取拱顶下沉、仰拱隆起、水平位移、塑性区、围岩应力等数据进行分析,从而选取了最适合花椒箐软岩隧道的施工工法即预留核心土法,并且将现场监测数据与数值模拟进行对比分析,验证了该方法在软岩隧道施工过程中的正确性与合理性,该研究可以为软岩隧道的施工提供一定的参考借鉴....
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CSTPCD 北大核心
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摘要:为了研究施工工法对浅埋软岩小净距隧道变形的影响,通过工程现场实测和MIDAS GTS数值分析研究了小净距隧道地表沉降,拱顶沉降,水平收敛和仰拱隆起的变化规律,研究结果表明:双侧壁导坑法对于软岩小净距隧道的地表沉降控制显著;对于水平收敛量,双侧壁导坑法变化量最小,且先行隧道和后行隧道水平收敛的结果基本相同;其他2种工法下的仰拱隆起量是双侧壁导坑法隆起量的5倍以上,并且这2种方法的仰拱隆起规律基本相同;模拟结果与现场实测数据较吻合,且都满足工程监测要求,可以为类似的工程提供借鉴....
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CSTPCD 北大核心
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摘要:以贵州地区某高速铁路软土路基为研究对象,通过数值模拟并结合实测数据,提出常规观测方法与数值模拟相结合的沉降观测改进方案,分析路堤填筑过程的沉降变形规律.结果 表明,数值模拟可对填筑过程中的沉降量进行预测,与常规检测方案结合后可对分步填土厚度和观测时间安排提供指导,在此基础上对施工进度进行合理调整,最终达到缩短工期的目的;土体内部超孔隙水压力的变化,从另一角度对土体固结快慢进行了论述,并发现沉降速率与超孔隙水压之间的相关性....
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:大型水力压裂是干热岩地热能开发中人工储留层建造的最有效手段,其核心力学问题为高温、高压下岩石的水力破岩机制.通过单轴应力下带钻孔花岗岩注入高温蒸汽破坏试验,研究固-热耦合作用下花岗岩的水力破岩机制.结果 表明:高温对花岗岩破裂有很大的促进作用,热效应导致强度弱化,降低破裂压力.高速率注入430℃和350℃蒸汽破坏试验中,破裂压力比常温水压裂至少降低58%;低速率注入400℃和450℃蒸汽破坏试验中,花岗岩破裂压力比常温水压裂降低75%.注蒸汽破坏过程可分为热破裂损伤和宏观裂缝扩展两个阶段.高温蒸汽产生的热应力在钻孔周围随机发生热破裂,随着注入蒸汽时间的增加,热破裂范围由钻孔附近逐渐向远处扩展,热破裂分布密度增大,为宏观裂缝的产生提供便利条件.初始宏观裂缝首先出现在钻孔两侧,沿着最终形成的宏观裂缝轨迹扩展,直到试样破坏.与常温水压裂相比,低速率注蒸汽破坏是一个缓慢的延性拉破坏过程,裂缝相对钻孔不对称扩展,宽度小于水力压裂裂缝宽度....
摘要:针对低渗透性煤层抽采煤层气效率低的问题,基于断裂力学裂缝应力强度因子理论,通过RFPA-Dynamic数值模拟对煤体试件在模拟地应力作用下煤样裂缝周边应力和裂缝扩展规律进行了分析,采用高压电脉冲水力压裂技术和CT扫描技术对煤体进行了压裂试验并对产生裂缝的效果及裂缝的延展演化规律进行了研究.研究表明:原煤样质地坚硬,原生节理不发育;在静水压力和高压电脉冲冲击荷载作用下煤样易产生疲劳损伤破坏,煤样有贯穿性主裂纹和分支性裂纹产生,裂纹数量多,延伸长度长,宽度较宽;在高压脉冲波作用下裂纹尖端拉应力较大,出现了应力集中现象,裂纹易产生、易发展;表明高压电脉冲水力压裂煤体效果明显,方法有效,技术可行....
摘要:地热资源是一种绿色、安全的可再生能源,尤其是干热岩地热资源具有资源量大、发电效率高、可再生性强、可规模化利用等优点.采用高温高压岩石力学试验技术与方法系统研究了干热岩热储花岗岩体高温高压下的物性演化规律,揭示了干热岩热储花岗岩体热破裂宏细观裂纹起裂、扩展与连通的发展演化规律,发现了花岗岩热破裂呈间断性、多期性和多峰性变化,渗透率变化具有多峰性且300℃是渗透率突变的临界温度;揭示了高温三维静水压力下花岗岩体变形破坏规律,发现了500℃、5,000米是花岗岩体中钻孔变形失稳的临界条件;揭示了高温高压下花岗岩冲击破岩、切削破岩及冲击切削复合破岩机理,发现了高效率破岩方式适用的温度条件,提出了断层模式人工储留层干热岩地热开采的技术....
摘要:为了提高低渗透性煤体煤层气的开采效率,提出了水中脉冲放电压裂抽采煤层气技术,研究了水中高压电脉冲放电机理和煤体裂隙断裂扩展机理,并应用RFPA-Dynamic进行能量数值模拟计算.研究结果表明:在相同静水压力作用下,随着放电能量的增加,煤体产生裂隙更多,裂隙长度更长,宽度更宽,钻孔周围裂隙密度也更大.裂隙尖端应力随着加载时间和放电能量的增加而增加,裂隙更容易扩展.研究结果可为煤层气的开采提供一定的理论依据....
摘要:为了揭示电脉冲水压致裂技术对低渗透性煤体裂纹的作用效果和规律,基于液电效应原理,进行了高压电脉冲水压压裂理论分析和室内实验.共制作了3个试件,在3 MPa静水压力不变的情况下,分别施加不同的电压(9 kV、11 kV、13 kV),利用超声波无损检测技术分别对实验前后的煤样进行扫描,分析煤样内部裂纹的分布和扩展情况,建立数值模型分析实验条件下裂纹的扩展规律和周边应力.结果表明:超声波首波声时的变化能够很好的反映出实验前后煤体试件裂纹的变化情况;单纯的3 MPa静水压力产生裂纹效果甚微;随着水中放电电压的增加,试件内部新生裂纹逐渐增多,裂纹密度增大,裂隙区域逐渐从中央钻孔向试件边缘扩展,煤体产生裂纹效果明显;在加载过程中,应力最大值逐渐增大,并随着裂纹的扩展而发生转移....
摘要:针对我国煤基质存在低渗透率、低饱和性、低储层压力和高含气量的特点,为了提升煤层气的开采率,分析了降压以及升温解吸技术、CO2驱替煤层CH4技术、混合气体驱替煤层气技术等煤层气解吸技术以及水力喷射压裂技术、三维高压旋转水射流扩孔煤层增透技术、循环冻融增透技术、高压空气爆破致裂煤层增透技术等煤层渗流通道增透技术的机理及技术的适用性,在此基础上提出了高压电脉冲水压压裂煤体技术,试验结果表明:高压电脉冲水压技术能够在钻孔周围产生丰富的长短不一、宽度不等、形态各异的微观和宏观裂纹,高压电脉冲水压对煤样能够产生非常好的致裂效果....
[专利] 发明专利 CN201810326323.8
中北大学 2018-09-11
摘要:本发明公开一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置,压裂介质为高温过热蒸汽,由三轴伺服控制加载系统为岩石试样施加三轴压力,耐高温高压的锅炉盘管构成的饱和蒸汽发生装置和过热蒸汽发生装置与试样压裂孔串联,饱和蒸汽通过二次加热产生高温过热蒸汽,通过温控设备控制饱和蒸汽温度升高路径来控制饱和蒸汽的压力升高路径,从而控制整个串联管路中的蒸汽压力升高路径,实现岩石高温过热蒸汽控制压裂,利用饱和蒸汽温度与压力的固定关系,通过控制饱和蒸汽的温度升高路径来控制饱和蒸汽以及整个串联管路的蒸汽压力升高路径,串联的锅炉盘管取代传统蒸汽锅炉中的锅筒,并在试样加载的上压板设计蒸汽导流装置,实现高温过热蒸汽的控制压裂。
[专利] 发明专利 CN201911112506.0
中北大学 2020-01-24
摘要:本发明涉及一种岩石类材料断裂过程区长度的确定方法,属于岩石力学与工程技术领域,具体公开了在虚拟裂缝模型的理论基础上,通过数字散斑相关方法DIC获取断裂过程区附近范围的位移场数据,采用拉依达准则判断过程区尖端位置,从而计算断裂过程区的长度。该断裂过程区确定方法更准确,避免了过程区尖端位置确定时对数据处理经验的依赖。
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