深部高地应力下岩石力学行为研究进展

越来越多的煤矿和金属矿进入深部开采.随着开采深度的增加,一系列工程灾害 如岩爆、煤与瓦斯突出、顶板垮落、底板突水等日益严重,且深部开采中巷道与采场的维 护理论也与浅部有十分明显的区别.人们认识到这种差别的根源在于岩石所处的赋存环境 上的差异,深部与浅部在赋存环境上的差别是所谓``三高'即高地应力、高地温和高孔隙 水压,尤其是高地应力条件下岩石表现出十分特殊的力学行为.简要介绍了深部开采 现状、深部开采面临的技术难题以及深部岩体所处的高地应力环境,在此基础上,综述了 深部高地应力条件下有关岩石力学性质的研究进展,包括高应力条件下岩石的脆-延转化特 性、岩石的流变特性、岩石的强度特征、岩石的破坏特征尤其是岩爆等.文章最后指出深 部条件下热-水-力耦合模型是一个值得关注的研究方向.  

不同温度热处理后砂岩三点弯曲的断裂特性

研究不同温度影响后岩石的断裂行为对于岩石物理学具有十分重要的意义。本文通过三点弯曲试验研究了不同温度影响下小尺度砂岩试件的断裂特性，证实温度的影响是明显的。125℃是个临界温度点，此时不仅砂岩的平均断裂韧性达到最大值，而且这时砂岩的裂纹扩展模式也发生了根本性的变化，即低温(低于125℃)热处理后砂岩的断裂以沿颗粒断裂机制为主；而高温(大于125℃)热处理后的砂岩的断裂以破断颗粒和沿颗粒的混合断裂机制为主。在100~150℃的温度范围内，砂岩的力学特性变得不稳定，这可能是由于粘土物质内部部分吸附水及层间水的蒸发使得粘土物质孔隙结构发生了变化及力学行为变得不稳定所造成的。从125℃到600℃，砂岩的断裂韧性整体有下降趋势，有约50%的降幅，这不仅与温度影响了粘土物质与矿物的胶结情况有关，也与高温处理后砂岩表面出现的热开裂有关，还与因矿物颗粒及粘土物质的热学性质差异导致冷却后存在的残余应力相关。  

扫描电镜下断口表面的三维重建及分形维数的测量

基于数字散斑相关方法,利用扫描电镜立体对技术和计算机视觉方法实现了物体表面的三维重建,讨论了影响其精度的原因,并且利用分形理论对表面的三维形貌进行了定量分析,由立方体覆盖法得到了三维形貌的分形维数.作为应用的实例,将该方法应用到岩石断口的三维重建中,得到了重建后的高度云图和分形维数.结果表明,利用扫描电镜立体对技术对断口表面进行三维重构并进行分形维数的计算是一种行之有效的断口定量分析方法.这为研究材料断裂的微观机理、断裂过程和断裂性质等问题提供了一种途径.  

世贸大厦坍塌的原因——————简要分析

对2001年9月11日纽约世贸中心大厦整体坍塌的原因作了简化的 近似分析.分析表明：如果大厦某一层大部分支柱在持续高温作用下失去 了承载能力，则整个大厦就会彻底坍塌.尽管采用了一些对承载能力有利 的简化假设，但仍发现其结构抗力比实际所需的承载能力低一个数量级.  

深部开采对覆岩破坏移动规律的实验研究

根据淮南矿业集团潘一矿2171（1）工作面开采实践，采用相似材料模拟实验。利用电子经纬仪与数字散斑相关方法相结合监测位移，分析研究了采场上覆岩层的“三带”特征及分布规律，上覆岩层移动发展趋势、演化规律、存在范围及形态，以及与开采宽度的关系。结果表明：一定采宽后顶板垮落规律显著，断层下顶板周期断裂步距减小；岩层下沉系数与岩层高度和采厚比成线性关系，上覆岩层沉降具有非对称性；离层裂隙的发生、扩展、闭合受关键岩层的影响和控制。数据分析还表明，数字散斑相关方法具有较高的精度，这一新的研究方法引入，丰富了上覆岩层活动规律的研究手段。本文结果可为指导工程实践提供重要理论依据。  

温度影响下砂岩的细观破坏及变形场的DSCM表征

通过扫描电镜(SEM)实时在线观察研究了温度影响下砂岩的细观破坏，观察到砂岩的脆 性断裂可同时发生在不同地方、不同矿物可能独立承载和裂纹分叉等现象. 温度低于 100°C时，主裂纹附近有许多微裂纹和支裂纹发生；而温度超过150°C之后， 表面很少出现支裂纹或二次裂纹. 随着温度的升高，砂岩的断裂韧性有先升高后降低的趋势， 150°C左右是断裂韧性变化的临界温度. 随着温度的升高，砂岩的细观断裂机制有由 脆性机制向延性机制转变的趋势，抵抗和协调变形的能力都得到增强. 细观尺度下砂岩的破 坏机制有沿颗粒断裂、穿颗粒断裂及其混合断裂，其中沿颗粒断裂机制占主导地位，这是由 于沿颗粒破坏需要消耗较少的能量，而穿颗粒断裂需消耗较多的能量. 利用数字散斑相关方 法(digital speckle correlation method, DSCM)对SEM下砂岩破坏的细观变形场 进行了测量，这表明利用DSCM表征岩石的局部变形场的连续式测量是可行的.