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高压孔隙CO2/水作用下完整四川三叠系砂岩剪切特性的试验研究
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作者 张强 李小春 +2 位作者 周英博 石露 白冰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期3028-3036,共9页
越来越多的地下岩土工程面临着高压孔隙流体的作用,研究高压孔隙CO2/水作用下岩石的剪切特性对工程设计及安全施工、运营具有重要意义。研究了完整四川三叠系砂岩在干燥、饱和水、高压孔隙水和高压孔隙CO24种不同条件下的剪切特性。研... 越来越多的地下岩土工程面临着高压孔隙流体的作用,研究高压孔隙CO2/水作用下岩石的剪切特性对工程设计及安全施工、运营具有重要意义。研究了完整四川三叠系砂岩在干燥、饱和水、高压孔隙水和高压孔隙CO24种不同条件下的剪切特性。研究发现:4种不同条件下砂岩的剪切强度和残余剪切强度都会随着预剪切面上有效正应力的增加而增加;在干燥条件下随正应力的增加砂岩的剪切刚度也会增大。孔隙压力对砂岩剪切强度的影响遵守Terzaghi有效应力原理。水和CO2对砂岩的剪切强度具有显著的弱化作用,水会明显降低内摩擦角φ,而CO2对φ几乎不影响;而水对黏结力c的影响小于CO2的影响。其弱化作用可以归结为水/CO2-岩石之间的相互作用,由于砂岩中含有黏土成分,水和CO2都会对黏土产生软化作用。 展开更多
关键词 剪切强度 摩擦系数 CO2地质封存 高孔隙压 剪切渗流
多功能岩石节理全剪切–渗流耦合试验系统研制与应用
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作者 夏才初 钱鑫 +3 位作者 桂洋 庄小清 喻强锋 张亮 《岩石力学与工程学报》 CSCD 北大核心 2018年第10期2219-2231,共13页
为了更真实地揭示应力–渗流条件下岩石节理的(长期)力学、渗流特性规律及其破坏机制,自主研制一套岩石节理全剪切–渗流耦合试验系统。试验系统主要由主机及伺服加载系统、渗流剪切盒及其密封系统、渗流伺服控制系统、数据测量和采... 为了更真实地揭示应力–渗流条件下岩石节理的(长期)力学、渗流特性规律及其破坏机制,自主研制一套岩石节理全剪切–渗流耦合试验系统。试验系统主要由主机及伺服加载系统、渗流剪切盒及其密封系统、渗流伺服控制系统、数据测量和采集系统组成。该试验系统的主要创新性如下:(1)自行设计并研制了独特的渗流剪切盒,解决了在3 MPa渗透压力下的节理剪切试验过程中,节理剪切位移达到节理试件长度的10%(20 mm)时节理上下剪切盒在运动过程中密封的关键技术难题;(2)解决了用位移信号反馈控制荷载的伺服控制中交叉控制的技术难题,实现了岩石节理剪切试验的常法向刚度控制方式,使得研制的岩石节理全剪切–渗流耦合试验系统能进行常法向荷载、常法向位移、常法向刚度3种法向边界控制方式的剪切试验;(3)设计并研制了可以测量大流量和微小流量的岩石节理渗流的流量测试系统,有效地解决了岩石节理渗流试验仪器大范围流量的测量难题;(4)开发了岩石节理全剪切–渗流耦合试验稳压及压差控制系统,解决了在节理试样的进水端和出水端渗透压力差的稳定和可控性问题;(5)设计并研制了可以进行准静态下试验的液压伺服加载系统和蠕变状态下试验的电机伺服加载系统,使得研制的岩石节理全剪切–渗流耦合试验系统既能进行准静态下也能进行蠕变状态下的相应试验。通过开展不同应力边界条件下的剪切–渗流耦合试验,验证了该系统的准确性和可靠性。试验系统为高渗透水压下的节理剪切–渗流耦合性质的基础研究提供了设备支撑,对促进我国节理力学和水力学特性基础前沿研究起到积极推动作用。 展开更多
关键词 岩石力学 岩石节理 剪切渗流 高渗透压力 常法向刚度
岩体单裂隙剪切辐射流渗流耦合试验及分析
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作者 贺伟 《西部大开发:土地开发工程研究》 2017年第1期35-39,共5页
岩石单裂隙剪切渗流耦合试验可以定性和定量地研究发生在单裂隙上的力学渗流耦合问题。本文应用岩体单裂隙剪切渗流试验机,在恒定法向荷载的边界条件下,对不同状态的岩体单裂隙试件分别进行一系列剪切渗流耦合试验。试验以天然岩石裂隙... 岩石单裂隙剪切渗流耦合试验可以定性和定量地研究发生在单裂隙上的力学渗流耦合问题。本文应用岩体单裂隙剪切渗流试验机,在恒定法向荷载的边界条件下,对不同状态的岩体单裂隙试件分别进行一系列剪切渗流耦合试验。试验以天然岩石裂隙作为原型,用石膏材料制成试件模拟岩石材料,研究了剪切过程中剪切力和渗流的变化规律,并且分析了裂隙粗糙度、渗透压力以及法向力对剪切渗流耦合的影响。试验结果表明:法向力、渗透压力越大,实验过程中剪切力越大,剪胀作用越明显;裂隙表面粗糙度越大,对剪切渗流耦合特性的影响越明显。 展开更多
关键词 岩体单裂隙 剪切渗流耦合试验 剪切 剪胀
岩石节理剪切渗流耦合试验及分析 预览 被引量:44
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作者 蒋宇静 王刚 +1 位作者 李博 赵晓东 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期 2253-2259,共7页
节理岩体内渗流的发生主要是通过断裂节理网络产生,节理面的几何特性和受力特征决定和影响着节理裂隙的渗透性质,从而极大地影响着水下隧道及地下硐室中的渗流。应用白行研制开发的试验设备(岩石节理单一剪切-渗流试验机(SMT-E-401... 节理岩体内渗流的发生主要是通过断裂节理网络产生,节理面的几何特性和受力特征决定和影响着节理裂隙的渗透性质,从而极大地影响着水下隧道及地下硐室中的渗流。应用白行研制开发的试验设备(岩石节理单一剪切-渗流试验机(SMT-E-4010)),在恒定法向荷载和恒定法向刚度的边界条件下,对不同接触状态下的岩石断裂节理试件分别进行一系列节理的剪切渗流耦合试验,研究剪切过程中力学性质、水力学性质的变化情况;同时,结合立方准则对试验数据进行分析讨论。试验结果表明:节理力学性质,水力开度和透过率在剪切过程中呈现出两阶段的变化性质。 展开更多
关键词 岩石力学 节理 剪切渗流耦合试验 水力开度 透过率
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岩体不连续面的剪切渗流特性分析 预览
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作者 杨国宏 刘卫 《城市道桥与防洪》 2004年第3期 47-50,共4页
本文研讨裂隙岩体中水与应力的相互作用机理和岩体节理的剪切渗流特性,通过对岩体不连续面的渗流理论分析和实验研究得到岩体受力状态与渗透系数与渗流流量之间的关系和岩体不连续面的渗透性随着剪切的发展而显著加大的结论.
关键词 裂隙岩体 地下水 剪切渗流试验 渗透系数 裂隙分布 剪切位移
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不同充填度下岩体剪切-渗流耦合试验研究
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作者 许江 邬君宇 +1 位作者 刘义鑫 雷娇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期3416-3424,3434共10页
利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验装置,开展不同充填度下含结构面砂岩相似材料剪切-渗流耦合特性试验研究。结果表明:(1)在恒定水压情况下,充填度越大,相似材料的峰值剪应力越小,法向位移越大且发生剪缩现象,一定充填度范围内流量... 利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验装置,开展不同充填度下含结构面砂岩相似材料剪切-渗流耦合特性试验研究。结果表明:(1)在恒定水压情况下,充填度越大,相似材料的峰值剪应力越小,法向位移越大且发生剪缩现象,一定充填度范围内流量峰值也越大;(2)剪切过程中流量变化主要受充填物中产生的裂隙控制,剪切位移越大,裂隙越发育,流量越大。法向位移对流量变化有一定影响,但随着充填度的增大,影响越来越小;(3)随充填度的增加,充填物的破碎程度逐渐增大。充填度较小时,其主要受到裂隙开度的控制;充填度较大时,主要受法向力影响。由于渗透水的软化作用,结构面的磨损程度逐渐减小。 展开更多
关键词 相似材料 充填度 结构面 剪切-渗流 耦合特征
剪切-渗流作用下煤岩剪断面形态特征试验研究 被引量:1
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作者 许江 王威 +4 位作者 刘义鑫 彭守建 吴善康 瞿佳美 肖智元 《岩土力学》 CSCD 北大核心 2018年第12期4313-4324,4334共13页
利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验装置,开展了不同法向应力作用下煤岩剪切-渗流耦合试验研究,并对剪断面进行立体扫描,分析不同法向应力作用下煤岩剪断面的二维断面特征参数和三维断面特征参数。结果表明:(1)煤岩试件剪切破坏主要... 利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验装置,开展了不同法向应力作用下煤岩剪切-渗流耦合试验研究,并对剪断面进行立体扫描,分析不同法向应力作用下煤岩剪断面的二维断面特征参数和三维断面特征参数。结果表明:(1)煤岩试件剪切破坏主要是塑性破坏,在恒定气压条件下,法向应力越大,煤岩的峰值剪应力越高,且煤岩的峰值剪应力与法向应力近似呈线性关系;(2)法向应力是煤岩剪断面形态特征的影响因素之一,在恒定气压条件下,其施加的法向应力越大,二维断面特征参数和三维断面特征参数基本都呈减小趋势,也即法向应力越大,煤岩剪断面的起伏度和粗糙度都越小;(3)在煤岩剪切过程中,法向应力能通过影响剪切裂纹的扩展区域进而影响煤岩试件的渗流特性和剪断面的形貌特征。 展开更多
关键词 煤岩 气压 法向应力 剪切-渗流 剪断面
渗透水压作用下完整砂岩剪切-渗流耦合试验研究 被引量:2
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作者 彭守建 谭虎 +1 位作者 许江 刘义鑫 《岩土力学》 CSCD 北大核心 2017年第8期2213-2220,共8页
利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验装置,开展了渗透水压作用下完整砂岩试件剪切-渗流耦合特征试验研究。结果表明:(1)在恒定渗透水压情况下,法向应力越大,砂岩的抗剪强度越高,法向变形则越小,砂岩的剪切变形过程可分为3个阶... 利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验装置,开展了渗透水压作用下完整砂岩试件剪切-渗流耦合特征试验研究。结果表明:(1)在恒定渗透水压情况下,法向应力越大,砂岩的抗剪强度越高,法向变形则越小,砂岩的剪切变形过程可分为3个阶段:剪切变形的线性增长阶段、非稳定破裂发展阶段和剪断后的摩擦滑移阶段;(2)在恒定渗透水压情况下,法向应力越小,法向和剪切变形量越大,剪切断面的起伏程度越大,表面次生裂纹发育越明显、发育范围越宽,砂岩的破坏程度越严重;(3)在整个剪切过程中,剪应力出现几次明显的应力降,首次应力降出现在线弹性变化末期,同时伴有水流流出,说明首次应力降是第一条宏观贯通的裂纹所致,且法向应力越大,裂隙越窄,导水能力越差。 展开更多
关键词 砂岩 渗透水压 剪切-渗流 耦合特征 法向应力
单节理结构面试件在渗流状态下抗剪强度研究 预览
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作者 张亮 顾琳琳 +3 位作者 时伟 张莹莹 崔郁雪 王春晓 《青岛理工大学学报》 CAS 2019年第3期24-29,共6页
岩石结构面的表面形态和渗流特性是影响其力学特性的重要因素,而二者又是相互影响的.针对不同角度的规则齿形结构面试件,分别进行了不同法向荷载和渗透压力条件下的剪切-渗流耦合试验,研究结构面剪切过程中力学特性.结果表明:规则齿形... 岩石结构面的表面形态和渗流特性是影响其力学特性的重要因素,而二者又是相互影响的.针对不同角度的规则齿形结构面试件,分别进行了不同法向荷载和渗透压力条件下的剪切-渗流耦合试验,研究结构面剪切过程中力学特性.结果表明:规则齿形结构面角度、法向荷载以及渗透压力等因素对结构面的抗剪强度及破坏方式有着较为明显的影响.在渗透压力存在条件下,结构面剪切过程中,抗剪强度随渗透压力的增大而减小,水力开度随渗透压力的增大而增大;结构面切齿(岩体)随渗透压力的增大,更易剪断.此外,通过综合分析各因素对抗剪强度的影响,最终得到了规则齿形结构面在剪切-渗流耦合条件下的抗剪强度经验公式,并与试验值进行了对比. 展开更多
关键词 剪切-渗流耦合试验 规则齿形结构面 渗透压力 抗剪强度
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结构面破坏时单裂隙变形及渗流规律研究 预览
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作者 曹成 柴军瑞 +2 位作者 覃源 许增光 谈然 《西北农林科技大学学报:自然科学版》 CSCD 北大核心 2018年第9期139-147,共9页
【目的】研究粗糙结构面在剪切过程中发生大规模破坏时的裂隙变形及渗流变化规律,为岩体裂隙应力-渗流耦合研究提供参考。【方法】对完全和非完全咬合状态下的规则齿结构岩面,采用常法向应力作用下的剪切-渗流耦合试验,测定法向应力... 【目的】研究粗糙结构面在剪切过程中发生大规模破坏时的裂隙变形及渗流变化规律,为岩体裂隙应力-渗流耦合研究提供参考。【方法】对完全和非完全咬合状态下的规则齿结构岩面,采用常法向应力作用下的剪切-渗流耦合试验,测定法向应力为1.91 MPa、水压为0.6 MPa时结构面剪切强度及剪切位移的变化,并在完全咬合的基础上改变水压分别为0.4,0.6和0.8 MPa,测定剪切过程中流量的变化。【结果】裂隙结构面咬合状态对剪切强度变化曲线以及法向位移变化曲线有较大影响,基于此推导出一种更接近试验结果的辐向流立方定理公式。结构面破坏之前水流的非完全轴对称性流动、水流漩涡以及粗糙度和接触面积等因素使得计算结果与试验结果之间有较大差异,流量的计算结果与试验结果差值(ΔQ)最大达41.5 cm 3/s,此外ΔQ会随机械隙宽的增加而增大。当水压从0.4 MPa增大到0.6和0.8 MPa时,ΔQ分别增加5和8.2 cm 3/s,渗透系数分别降低0.27和0.47 cm/s,机械隙宽与水力隙宽的比值分别增加0.04和0.06。【结论】裂隙结构面在复杂应力条件下的抗剪强度和变形与结构面咬合状态密切相关,结构面破坏形态、水流形态以及水压对裂隙渗流规律影响较大。 展开更多
关键词 单裂隙 剪切-渗流试验 结构面破坏 立方定理 水流漩涡 填充物
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花岗岩单节理剪切-渗流耦合特性试验研究 预览 被引量:1
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作者 王小江 张孟七 +1 位作者 李冲 荣冠 《水力发电》 北大核心 2017年第11期64-69,共6页
在介绍JAW-1000型岩石单节理剪切-渗流耦合试验系统的结构和各项功能的基础上,应用该系统对4组花岗岩节理试件进行了常法向荷载和常法向刚度2种条件下的剪切-渗流耦合试验,分析花岗岩节理剪切过程中的剪切应力、法向位移及水力开度的变... 在介绍JAW-1000型岩石单节理剪切-渗流耦合试验系统的结构和各项功能的基础上,应用该系统对4组花岗岩节理试件进行了常法向荷载和常法向刚度2种条件下的剪切-渗流耦合试验,分析花岗岩节理剪切过程中的剪切应力、法向位移及水力开度的变化规律。结果表明,花岗岩节理的剪切应力、法向位移及水力开度均呈现2个阶段的变化规律;随着剪切次数的增加,节理面的峰值剪切应力及残余值降低,剪胀点延迟,节理面的初始水力开度显著提高,法向位移和水力开度变化曲线逐渐趋于平缓。 展开更多
关键词 花岗岩 节理 剪切应力 法向位移 水力开度 剪切-渗流耦合试验
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岩石节理应力–渗流耦合试验系统研究进展 被引量:9
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作者 肖维民 夏才初 邓荣贵 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第A02期3456-3465,共10页
岩石节理应力–渗流耦合特性对岩体工程的稳定性有显著影响,是近20 a来岩石力学的热点问题之一。室内的岩石节理应力–渗流耦合试验是研究节理应力–渗流耦合特性的有效手段,而节理应力–渗流耦合试验系统是进行试验研究的基础条件。从... 岩石节理应力–渗流耦合特性对岩体工程的稳定性有显著影响,是近20 a来岩石力学的热点问题之一。室内的岩石节理应力–渗流耦合试验是研究节理应力–渗流耦合特性的有效手段,而节理应力–渗流耦合试验系统是进行试验研究的基础条件。从三方面总结国内外节理应力–渗流耦合试验系统的研究进展:(1)节理剪切过程中常法向刚度(CNS)应力边界条件的实现;(2)节理法向应力–渗流耦合试验系统的研究进展;(3)节理全剪切–渗流耦合试验系统的最新进展,包括渗流边界条件的实现、剪切盒密封新技术以及高渗透水压的实现。在分析现有节理全剪切–渗流试验系统不足的基础上,根据目前深部地下工程中所遇到的高应力、高渗透水压情况,提出了节理全剪切–渗流耦合试验系统新的发展方向。 展开更多
关键词 岩石力学 岩石节理 常法向刚度 法向应力–渗流耦合试验 剪切渗流耦合试验 剪切盒密封系统
基于离散介质流固耦合理论的地下石油洞库水封性和稳定性评价 预览 被引量:26
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作者 李术才 平洋 +4 位作者 王者超 薛翊国 李树忱 王刚 赵建纲 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2161-2170,共10页
以我国首个大型地下水封石油洞库工程为背景,基于离散介质流固耦合理论,开展地下石油洞库水封性和稳定性评价。通过室内岩石三轴试验和结构面剪切–渗流耦合试验,获得岩石的弹性模量、泊松比和结构面的剪切模量、水力开度等参数。根据... 以我国首个大型地下水封石油洞库工程为背景,基于离散介质流固耦合理论,开展地下石油洞库水封性和稳定性评价。通过室内岩石三轴试验和结构面剪切–渗流耦合试验,获得岩石的弹性模量、泊松比和结构面的剪切模量、水力开度等参数。根据施工巷道开挖过程中围岩变形和水位变化情况,对围岩参数进行反分析,获得较为可靠的洞库围岩参数。综合上述成果,分析地下石油洞库的水封性和稳定性特征。研究发现,在水幕压力为50kPa条件下,该地下水封石油洞库稳定水位位于主洞室上方约60 m,且大于洞内储存介质的压力,满足洞库水封条件;洞库各主洞室位移为9~30 mm,达到洞室稳定相关控制标准;分析8#和9#主洞室边墙附近的水平应力、竖向应力、法向应力和切向应力的变化,并将其划分为3个区域,即松动区、扰动区和未扰动区,其中洞室松动区范围约为6 m。研究为大型地下石油洞库水封性和稳定性评价提供理论依据。 展开更多
关键词 岩石力学 地下石油洞库 水封性 稳定性 离散单元法 流固耦合 剪切渗流耦合试验 反分析 开挖松动区
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岩石单节理面剪切与渗流特性的试验研究与数值分析 预览 被引量:18
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作者 李博 蒋宇静 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期 2431-2439,共9页
基于几组具有自然岩石节理表面特征的试件在高性能直接剪切-渗流装置上进行不同荷载边界条件下的剪切-渗流试验。利用新开发的渗流可视化系统对其中一组试验进行可视化研究。考虑节理面上的接触领域的非透水性,用有限元法对节理中的渗... 基于几组具有自然岩石节理表面特征的试件在高性能直接剪切-渗流装置上进行不同荷载边界条件下的剪切-渗流试验。利用新开发的渗流可视化系统对其中一组试验进行可视化研究。考虑节理面上的接触领域的非透水性,用有限元法对节理中的渗流进行数值模拟。试验和数值模拟的结果揭示了节理剪切过程中接触领域中透水系数及流路的一些变化规律,以及节理表面粗糙度对剪胀效应和流路分布特征的重要影响。 展开更多
关键词 岩石力学 节理 剪切-渗流耦合 接触领域 数值模拟 可视化
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