温度和压力作用下软岩流变相似理论的研究及应用

分别利用方程推导法、量纲分析法推导出了温度和压力作用下软岩线弹性变形范围内及流变过程中的相似准则,并进行了简单分析。以抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角、导热系数相似准则为指导,制备了一种以石蜡为粘结剂、河砂为主要骨料的页岩相似材料,并测定了其力学参数及导热系数。通过实验数据与相似准则计算数据的比较,结果表明,此种页岩相似材料与页岩原型材料具有较高的相似性,相似准则对于模型实验开展具有重要的指导意义。研究丰富了软岩流变相似理论体系,对于深部软岩工程开挖及支护具有重要的实用价值。     

孔隙率对页岩相似材料破坏影响的试验研究

根据物理模型试验的相似原理,经过大量物理模型试验,研制成一批可以模拟页岩物理力学性能且具有五种不同孔隙率的相似材料。该材料由河砂、石膏粉、水、水泥按一定配比均匀拌合压实而成。根据材料力学参数测试得到,该页岩相似材料满足相似原理,且性能稳定、制作工艺简单、经济实用、无毒无害,可以用来模拟页岩。通过单轴压缩试验、劈裂试验、三轴压缩试验,得到该批材料的泊松比随孔隙率的增大而增大,抗压强度、抗拉强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角则均随孔隙率的增大而减小的结论。     

温度增量对冰水固流转化速率影响的实验研究

通过RPH-80型可程序恒温恒湿试验箱研究了温度增量对圆柱体冰块融化速率的影响。研究结果表明:试验箱的温度在0℃~50℃区间内,随着温度增量的增大,圆柱体冰块的融化速率逐渐加快。通过数据分析,得出了圆柱体冰块的温度增量与融化时间、融化速率都呈多项式函数规律变化。选取温度增量为20℃的冰块融化过程进行ANSYS数值仿真验证,得出:圆柱体冰块棱边部分最先开始融化;随着时间的增长,冰块的侧面比上表面开始融化的时间早,这亦与实际的融化状况相符。