单仁亮等:裂隙红砂岩冻胀力特性试验研究


创新点

首次给出了红砂岩裂隙冻胀力的典型演化过程。给出了温度,冻结速率,裂缝的发生以及不同的边界条件对红砂岩通过裂缝的冻胀力的影响,并讨论了单个裂隙岩体。扩展机制低温条件下裂化红砂岩在红砂岩冻胀过程中声发射能量的变化证明了冻胀力对裂隙岩体的破坏作用。

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作者

单仁亮,白瑶,孙鹏飞,吴永新,严顺孟,袁洪军

作者单位

中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院

总结

裂隙岩体的冻胀现象在富水岩层的冻结过程中很普遍。冻胀力倾向于引起岩体尖端的应力集中并产生新的微裂纹。微裂纹的扩展和渗透会导致岩体受到不同程度的破坏。

为了揭示裂隙岩体冻融破坏的演化机理,探讨了冻胀力驱动的岩体裂纹扩展规律,并建立了由超薄电阻压力传感器,温度组成的冻胀力测试系统。传感器和低温恒温器用于冻结不同。测试了红砂岩在不同边界条件,不同裂纹尺寸,倾角和不同边界条件下通过裂纹的冻胀力。分析了冻胀力的演变规律,冻胀劣化机理和冻胀破坏模式。

结果表明:含贯通试样的典型冻胀力演化过程分为初始冻结期,快速上升期,卸载期,维护期和消散期。冻胀会在贯通裂纹的末端附近引起明显的裂纹扩展。整个样品在垂直张力下断裂。

贯穿裂缝的最大冻胀力以单指数函数增加,并且与温度呈线性正相关。在冻结过程中,试样的边界条件对裂纹的冻胀力有很大的影响,在刚性约束边界条件下,最大冻胀力达到1.27MPa。在融化过程中,不同的边界条件对应于不同的冻胀力下降现象。

低温条件下红砂岩冻胀力的变化特征与冻胀过程中声发射能量的变化一致,充分验证了冻胀力对裂隙岩体的破坏降解作用。研究结果可为矿井竖井的冻胀力,冻融破坏机理,冰岩耦合特性及冻井设计提供理论计算和数值分析参考。

关于作者

单仁亮,男,1963年12月7日出生,江苏大丰人,汉族,中共党员,工学博士,现任中国矿业大学(北京)党委书记,教授,博士生导师。力学与建筑工程学院,中国岩石力学学会工程力学专业委员会副主任,破碎专业委员会副主任委员,工程安全与防护分会常务理事,中国煤炭学会特邀专家专家委员会和北京专业安全专业演示小组长期专家,《中国岩石力学与工程学报》,《爆炸与冲击》,《油井施工技术》,《煤矿支持》杂志编辑部,科学技术部,教育部,国家自然科学基金科学基金会委员会项目审查专家。他曾获得中国矿业大学优秀教学质量奖和科技进步奖。 1998年,中央国家机关工作委员会,青年联合会和青年团联合授予“中央国家机关科技杰出青年”称号; 2015年,它被中华人民共和国国务院授予“政府特殊津贴”。

研究方向

岩土工程,工程管理,爆破工程,结构工程

主要结果

作为第一作者,他在第一级期刊或行业核心期刊上发表了100多篇具有重大影响的论文,并且SCI,EI和ISTP检索了50多篇论文。出版了两本教科书,《土壤力学简明课程》和《基础工程》。 1995年,他获得了煤炭部科技进步一等奖。 2002年获中国煤炭工业科技进步三等奖。 2005年获北京市教育教学成果二等奖。 2006年,他获得了中国人民解放军科学技术进步三等奖。 2007年获山西省科技进步三等奖。 2010年,他获得了国家科学技术进步奖二等奖。 2015年获得山西省科技进步奖二等奖。此外,他还获得了13项国家发明专利。

一些图片

测试设备

冻胀力和温度时间历程在不同角度的变化曲线

不同宽度裂缝的冻胀力和温度时程曲线

不同裂纹长度的冻胀力和温度时程曲线

刚性边界条件下不同裂纹长度的冻胀力和温度时程曲线

纯水的冻胀力和温度的时间历程曲线

典型的冻胀降解模式

冻胀力峰值与倾角的关系

说明了不同角度的不同穿透角度

冻胀力峰值与间隙宽度的关系

冻胀力峰值和迹线长度

冻胀力峰值与不同迹线温度的关系

冻胀力峰值与不同倾角裂缝温度的关系

单个裂隙岩样冻胀过程中的AE能量变化

来源:

单仁亮,白瑶,孙鹏飞等。关键词:裂隙红砂岩,冻胀力,试验研究煤炭学报,2019,44(6): 1742-1752。

单仁亮,白瑶,孙鹏飞,等。关键词:破裂红砂岩,冻胀压力特性,试验研究煤炭学报,2019,44(6): 1742-1752。

主编:郭晓彤编辑:郭晓彤

审核:毕伟毕永华

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