软岩层理结构效应实验研究

论文摘要

研制了一套能够在现场直接制取标准岩石力学实验原状样品的取样系统，并利用该取样系统，通过对从神华集团沙吉海煤矿现场制取的6种层理角度泥岩及煤岩原状试样分别在静态荷载、循环动荷载、不同加载速率、不同温度等条件下进行的一系列岩石力学实验，较全面研究了层理泥岩及煤岩在静态荷载及循环动荷载作用下力学特性及变形特性的层理结构效应，揭示了其力学及变形参数随层理倾角的变化规律；分析了循环卸载扰动后力学特性的变化特征及其动力学参数如滞回曲线、动弹性模量、动泊松比等的变化规律；最后对层理泥岩及煤岩在静态荷载及循环动荷载作用下的加载速率效应及温度效应进行了研究，揭示了其力学及变形参数随加载速率、温度及层理角度的变化规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• Detailed Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 场样品制取装备研究 状
• 1.2.2 状岩体 理 构效应研究 状
• 1.2.3 循环荷载作用下岩石力学特性的研究现状
• 1.2.4 岩石力学特性的加载速率效应研究现状
• 1.2.5 岩石力学性质的温度效应研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 主要研究内容及创新点
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 创新点
• 1.5 研究方法与技术路线
• 2 原状样品取样系统的设计及研制
• 2.1 原状样品取样系统的构成
• 2.2 原状样品取样钻机的研制
• 2.2.1 取样钻机的类别及主要技术参数
• 2.2.2 非膨胀性样品取样钻机的组成及设计
• 2.2.3 膨胀性样品取样钻机的组成及设计
• 2.2.4 原状样品取样钻机的操作规程及注意事项
• 2.2.5 原状样品取样钻机的现场应用
• 2.3 便携式样品截样器的研制
• 2.3.1 研制的必要性和意义
• 2.3.2 便携式截样器的结构及主要性能参数
• 2.3.3 便携式截样器的操作方法
• 2.4 便携式样品箱的研制
• 2.4.1 研制的必要性
• 2.4.2 便携式样品箱的结构
• 2.5 本章小结
• 3 现场取样技术及钻进层理结构效应
• 3.1 实验设备及方案
• 3.1.1 实验设备
• 3.1.2 实验方案
• 3.2 实验地点及过程
• 3.3 不同层理角度水流量与钻进速度关系实验
• 3.3.1 水流量与钻进速度关系实验结果
• 3.3.2 水流量与钻进速度关系实验结果分析
• 3.4 不同层理角度的钻具转速与钻进速度关系实验
• 3.4.1 钻具转速与钻进速度关系实验结果
• 3.4.2 钻具转速与钻进速度关系实验结果分析
• 3.5 不同层理角度单双管钻具钻进对比实验
• 3.5.1 双管钻具钻进水流量与钻进速度关系实验结果
• 3.5.2 单双管钻具对比实验结果分析
• 3.6 本章小结
• 4 静态荷载下软岩力学特性层理结构效应
• 4.1 原状层理结构样品的制取
• 4.1.1 取样地点及岩性
• 4.1.2 层理结构倾角的确定及样品钻取
• 4.1.3 原状层理结构样品的切割加工
• 4.1.4 原状层理结构样品的装箱运输
• 4.2 矿物成分特征及微观结构特征分析
• 4.2.1 矿物成分分析
• 4.2.2 微观结构分析
• 4.3 泥岩及煤含水率特征
• 4.3.1 试样概况及测试方案
• 4.3.2 含水率测试结果
• 4.4 泥岩力学特性层理结构效应试验
• 4.4.1 层理泥岩单轴压缩力学特性结构效应试验
• 4.4.2 层理泥岩三轴压缩力学特性结构效应试验
• 4.4.3 泥岩力学特性层理结构效应试验小结
• 4.5 煤岩力学特性层理结构效应试验
• 4.5.1 层理煤岩单轴压缩力学特性结构效应试验
• 4.5.2 层理煤岩三轴压缩力学特性结构效应试验
• 4.5.3 煤岩力学特性层理结构效应试验小结
• 4.6 本章小结
• 5 循环动荷载作用下软岩力学性质层理结构效应
• 5.1 多级单次循环卸载扰动试验条件及试验方案
• 5.1.1 试样制备及试验设备
• 5.1.2 试验方案
• 5.2 层理泥岩多级单次卸载扰动试验结果及分析
• 5.2.1 多级单次卸载扰动应力-应变曲线分析
• 5.2.2 卸载扰动后峰值强度变化规律分析
• 5.2.3 卸载扰动后弹性模量变化规律分析
• 5.2.4 卸载扰动后泊松比变化规律分析
• 5.2.5 动弹性模量变化规律分析
• 5.2.6 动泊松比变化规律分析
• 5.2.7 卸载扰动后峰值应变变化规律分析
• 5.3 层理泥岩多级单次卸载扰动试验小结
• 5.4 层理煤岩多级单次卸载扰动试验结果及分析
• 5.4.1 多级单次卸载扰动应力-应变曲线分析
• 5.4.2 卸载扰动后峰值强度变化规律分析
• 5.4.3 卸载扰动后弹性模量变化规律分析
• 5.4.4 卸载扰动后泊松比变化规律分析
• 5.4.5 动弹性模量变化规律分析
• 5.4.6 动泊松比变化规律分析
• 5.4.7 卸载扰动后峰值应变变化规律分析
• 5.5 层理煤岩多级单次卸载扰动试验小结
• 5.6 多级多次循环加卸载试验方案
• 5.7 层理泥岩多级多次循环加卸载试验结果及分析
• 5.7.1 循环加卸载应力-应变曲线分析
• 5.7.2 轴向应变演化规律分析
• 5.7.3 强度及弹性模量分析
• 5.7.4 动弹性模量分析
• 5.8 层理泥岩多级多次循环加卸载试验小结
• 5.9 本章小结
• 6 层理软岩力学性质加载速率效应
• 6.1 试验条件及静荷载-加载速率效应试验方案
• 6.1.1 试样制备及试验设备
• 6.1.2 静荷载-加载速率效应试验方案
• 6.2 层理泥岩静荷载加载速率效应试验结果及分析
• 6.2.1 应力-应变曲线分析
• 6.2.2 加载速率对峰值强度的影响
• 6.2.3 加载速率对弹性模量的影响
• 6.2.4 加载速率对泊松比的影响
• 6.2.5 加载速率对峰值应变的影响
• 6.2.6 不同加载速率下强度及弹模层理结构效应分析
• 6.2.7 层理泥岩静荷载加载速率效应试验小结
• 6.3 层理煤岩静荷载加载速率效应试验结果及分析
• 6.3.1 应力-应变曲线分析
• 6.3.2 加载速率对煤岩峰值强度的影响
• 6.3.3 加载速率对煤岩弹性模量的影响
• 6.3.4 加载速率对煤岩泊松比的影响
• 6.3.5 加载速率对煤岩峰值应变的影响
• 6.3.6 不同加载速率下煤岩强度及弹模层理结构效应分析
• 6.3.7 层理煤岩静荷载加载速率效应试验小结
• 6.4 循环荷载-加载速率效应试验条件及试验方案
• 6.4.1 试验样品及设备
• 6.4.2 试验方案
• 6.5 层理泥岩循环荷载加载速率效应试验结果及分析
• 6.5.1 循环荷载应力-应变曲线分析
• 6.5.2 加卸载扰动后峰值强度变化规律分析
• 6.5.3 切线弹性模量变化规律分析
• 6.5.4 卸载扰动后泊松比变化规律分析
• 6.5.5 不同加载速率下动弹性模量变化规律分析
• 6.5.6 不同加载速率下动泊松比变化规律分析
• 6.5.7 层理泥岩循环荷载加载速率效应试验小结
• 6.6 本章小结
• 7 层状结构泥岩力学特性的温度效应
• 7.1 静荷载-温度效应试验条件及试验方案
• 7.2 静荷载温度效应试验结果及分析
• 7.2.1 应力-应变曲线变化规律分析
• 7.2.2 峰值强度变化规律分析
• 7.2.3 弹性模量变化规律分析
• 7.2.4 峰值轴向应变变化规律分析
• 7.2.5 剪切滑移应变的变化规律
• 7.2.6 热损伤特性分析
• 7.2.7 不同温度下泥岩力学性质层理结构效应分析
• 7.2.8 单轴压缩温度效应实验小结
• 7.3 循环荷载温度效应试验条件及试验方案
• 7.3.1 试验样品及设备
• 7.3.2 试验方案
• 7.4 循环荷载温度效应试验结果及分析
• 7.4.1 温度-循环加卸载应力应变曲线分析
• 7.4.2 加卸载扰动后峰值强度特征分析
• 7.4.3 切线弹性模量变化规律分析
• 7.4.4 动弹性模量分析
• 7.4.5 卸载扰动后峰值应变变化规律分析
• 7.4.6 卸载扰动作用下热损伤特性分析
• 7.4.7 循环荷载温度效应实验小结
• 7.5 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在学期间发表学术论文
• 在学期间参加科研项目