混沌振动压实动力学的仿真研究—（Ⅱ）压实性能

影响振压路机压实性的参数－压实参数,主要有：振动轮振幅Ａ、激振频率Ｗ,激振力Ｆｅ,力的传递比Ｒｒ（土壤受力Ｆｓ与激振力Ｆｅ之比）。本文通过对“混沌”与“普通”振动压路机压实参数的对比,来比较“混沌”与“普通”振动压路机的压实性能。结果表明：“混沌”振动压路机的压实优性能优于“普通”振动压路机。     

冲击载荷下岩石压胀对其性质的影响

采用落锤动态加载岩石实验系统,通过调节落锤质量、下落距离及活塞杆垫板材料,记录岩石瞬间形成冲击压力脉冲,研究压胀对不同岩石性质影响的规律。实验结果表明,压胀产生后岩石的性质发生了改变,岩石的渗透率有不同程度的增加,且岩石越致密,渗透率增加倍数越大;岩石的弹性模量和弹性极限随岩石体积的增加而降低;压胀产生后纵波和横波在岩石中的传播速度减小,岩样内部产生了微裂纹或原有微裂纹延伸扩展造成孔隙度增加。     

颗粒物质对风积沙压实特性影响研究

本文从颗粒物质的角度探讨了风积沙的压实特性和机理。研究表明,风积沙的重型击实试验曲线呈"双驼峰"形式,表明风积沙具有干压实的特性,水在风积沙的压实过程中扮演着不同的作用|室内振动试验表明振动加速度及振动时间影响着风积沙"巴西坚果效应"与"反巴西坚果效应"之间的转化,从而影响风积沙的振实密度,二者均存在一个产生最大振实干密度的最优值。现场试验通过控制机械参数(振幅A=0.4mm,频率f=48Hz)在压实5遍的时候,可使压实度达到96.8%,CBR值达到25.3,均能满足《公路路基设计规范》要求。     

混沌振动压实动力学的仿真研究——（Ⅱ）压实性能

影响振动压路机压实性能的参数——压实参数，主要有：振动轮振幅A、激振频率ω、激振力Fs、力的传递比Rp(土壤受力Fs与激振力Fs之比)．本文通过对“混沌”与“普通”振动压路机压实参数的对比，来比较“混沌”与“普通”振动压路机的压实性能．结果表明：“混沌”振动压路机的压实优性能优于“普通”振动压路机．     

混沌振动压实动力学的仿真研究—（I）混沌识别

本文提出了四自由度混沌振动压路机“机架－振动轮－土”系统的力学模型;建立了其数学模型;对数学模型进行了数值仿真;根据振动轮的运动,利用混沌识别的定性方法（相轨图、功率谱图和Ｐｏｉｎｃａｒｅ图）与定量方法（最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数）,对系统的混沌特征进行了识别。结果表明：系统的运动是混沌的。     

岩石蠕变特性试验研究

针对大安山煤矿+550水平西二石门围岩蠕变变形严重的问题,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法研究岩石蠕变特性。选取泥质粉砂岩作为软岩试样,通过自制三轴蠕变仪对所取岩样进行恒围压分级增轴压的三轴压缩蠕变试验,结果表明:随应力水平的提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,稳态蠕变速率从0h-1增大到3.12e-4·h-1,瞬时应变以线性关系增加,围压9MPa条件下的起始蠕变应力阈值为6MPa,当应力水平超过岩石长期强度时出现加速蠕变。基于蠕变试验规律,考虑起始蠕变应力阈值,将一种可用阶跃函数表示的开关元件与广义K体并联,并引入损伤元件对CVISC蠕变模型进行改进。采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法计算蠕变参数并进行反演。反演结果表明理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,证明了所建模型的合理性。上述研究成果可为岩石工程的长期稳定性分析提供试验和理论依据。     

岩石蠕变断裂特性的试验研究

以一类红砂岩为例对蠕变条件下岩石裂纹的起裂和扩展的机理、准则进行了试验研究和理论分析．试验结果表明，岩石裂纹常常在初始应力强度因子KI小于断裂韧度KIC的情况下，经过一段时间的持续蠕变变形产生裂纹起裂和扩展．当然，初始应力强度因子KI小于断裂韧度KIC是有限度的，KI不得小于另一固定值KIC2，KIC2表征了岩石在蠕变条件下抵抗裂纹起裂和扩展的能力，而且其值小于KIC，可称之为蠕变断裂韧度．在岩石工程的设计和计算中，KIC2是一个重要参数．     

充填泥沙裂隙岩石渗流特性的实验研究

对人工充填泥沙裂隙岩石在MTS815.02电液伺服岩石试验系统上进行渗流实验, 同时结合岩石孔隙电子显微照片, 探讨了泥沙颗粒对裂隙岩石渗透特性的影响规律. 实验表明, 在泥沙颗粒的作用下, 裂隙岩样渗透率明显减小; 泥沙颗粒在岩样宏观裂隙中运移达到重新平衡之后, 裂隙岩样渗透率随时间逐渐增大并最终趋于稳定.     

岩石分级的理论与实践

本文在介绍国际上的两个分级系统和国内的三个单项岩石分级及岩石三性综合分级的基础上，结合实例阐述了岩石分级理论和应用的新进展，并进一步讨论了岩石分级课题在深度和广度两个方面扩展的问题。     

膨胀土胀缩性评价中有关问题的研究

膨胀土吸水膨胀、失水收缩，产生地表变形，进而导致建筑物破坏。本文就现行膨胀土胀缩性指标试验及地基变形量评价计算中有关问题进行了研究，认为以天然含水量为起始含水量测定土样胀缩率是不合适的，建议以缩限为起点进行膨胀试验，以胀限为起点进行收缩试验，采用加荷膨胀量（而非卸荷膨胀量）参加有荷载下的膨胀率计算。膨胀土地基勘察必须结合场地条件分析可能影响土体含水量变化的因素，对同一工程采用几种方法评价，互相对比、参照。     

断层内破碎岩石渗透性的实验研究

断层破碎带岩石的渗透性是影响地下工程中由渗流失稳而引发灾害事故的重要影响因素之一。利用一种专门的破碎岩石压实渗透仪,在MTS815.02岩石力学伺服试验系统上测试了取自断层内的破碎灰岩、破碎砂岩、破碎泥岩的渗透系数,得到并分析了轴向压力、岩样粒径、水流速度与渗透系数的关系曲线。研究表明:破碎岩石渗透系数与其压实状态密切相关,随着轴压的增加,渗透系数都相应降低;在相同的轴向压力状态下,岩样粒径越小,其渗透系数也越小,因此,挤压程度和充填程度都较低的小断层导水性好,容易导致突水;破碎岩石的渗透系数随着水流速度的增大呈减小趋势,但水流速度对破碎岩石渗透系数的影响程度有限;在相同的压力、粒径情况下,破碎泥岩的渗透系数比破碎灰岩、破碎砂岩的要小1～2个量级,说明当断层上下盘为坚硬岩石时,断层带渗透性好、易导水。研究结果可为采动过程中评价断层的导水性提供参考。     

Experimental Study and Fractal Analysis of Heterogeneity in Naturally Fractured Rocks

Capillary pressure curves of six low porosity and low permeability core samples from The Geysers geothermal field were measured using the mercury-intrusion approach to characterize the heterogeneity of rock. One high permeability Berea sandstone core sample was analyzed similarly, for comparison. The maximum pressure of mercury intruded into the rock was about 200 MPa to reach the extremely small pores. Experimental data showed that the capillary pressure curves of The Geysers rock are very different from that of the Berea sandstone. It was found that the frequently used capillary pressure models could not be used to represent the data from The Geysers rock samples. This might be because of the fractures in the rock. To this end, a fractal technique was proposed to model the features of the capillary pressure curves and to characterize the difference in heterogeneity between The Geysers rock and Berea sandstone. The results demonstrated that the rock from The Geysers geothermal field was fractal over a scaling range of about five orders of magnitude. The values of the fractal dimension of all the core samples (six from The Geysers and one Berea sandstone) calculated using the proposed approach were in the range from 2 to 3. The results showed that The Geysers rock with a high density of fractures had a greater fractal dimension than Berea sandstone which is almost without fractures. This shows that The Geysers rock has greater heterogeneity, as expected.     

Current challenges of Geotechnical Mechanics

The milestones in geotechnical mechanics research conducted at the N. S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine are listed. Solutions to the deep-mining challenges faced by the institute as a leading research institution in the industry are outlined. The basic results on the subject achieved by the institute over the years of its existence are summarized To the Beginning of the Third Millennium To the 40th Anniversary of the N. S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 42, No. 9, pp. 3–15, September 2006.     

高应力岩体爆破卸荷过程中应变率及应变能特征

针对高应力岩体爆破开挖卸载问题,自制了一台轴向加、卸载实验测试平台,通过实验测试获得了爆破卸荷过程中岩杆的动态应变及应变率数据。实测数据表明：开挖面附近岩体的爆破加、卸载以及初始应力卸载应变率均在10⁻¹ s⁻¹量级以上,验证了高地应力区岩体爆破开挖卸荷是一动态过程。建立了初始应力卸载一维力学模型,揭示了卸载波的传播机制;通过分析爆破卸荷过程应变能密度的时空分布特征,建立了应变能密度与各阶段应变率变化规律的联系。结合实测数据,采用隐式-显式顺序求解方法,进一步分析了高应力区岩体爆破卸荷荷载各阶段应变率沿岩杆的变化规律。结果表明：爆破加载阶段的平均应变率沿杆件逐渐衰减,且衰减速度逐渐减小;爆破卸阶段平均应变率沿杆件也呈衰减趋势;而初始应力的应变能稳定释放,其平均应变率无衰减趋势。

     

饱和岩石滞弹性弛豫机理的实验研究

通过Metravib热机械分析仪,用正弦波加载方式,模拟地震波的传播。实验时固定静载为100N,正弦波动载荷恒为60N,将总载荷控制在屈服点以下。在温度为-50℃~90℃,升温速率保持在1℃/分,频率为5Hz~400Hz的条件下,对饱和泵油彭山砂岩和遂宁砂岩样品进行单轴循环加载实验,获得饱和泵油彭山砂岩和遂宁砂岩的衰减、虚模量、实模量、波速与温度和频率以及动载荷的关系。以此研究了饱和多孔岩石的衰减和虚模量、杨氏模量和弹性波波速随温度和频率的动态响应。取得了随频率增高,饱和多孔岩石的衰减峰和虚模量峰的峰位向高温方向移动的热激活弛豫机制。杨氏模量和弹性波波速随温度升高而下降,随频率增高而增大,具有频散效应;杨氏模量和弹性波波速随动载荷振幅的增大而降低。这些结果与低频共振的驻波实验取得了同样的热激活弛豫规律,说明热激活弛豫规律具有一定的普适性。     

煤系地层岩石渗透特性试验研究

基于MTS815.02型岩石伺服渗透试验系统,应用两种实验方法测定了岩石的渗透特性,给出煤系地层中多种岩石全应力-应变过程中渗透率变化范围,对几种岩石的渗透特征进行了分析和讨论。研究表明:1)煤系地层岩石全应力-应变过程的渗透率通常在10-9到10-4Darcy量级之间;2)不同岩石在应力峰值前后其渗透性呈现不同的变化趋势;3)岩石渗透率的离散性很大,即使在相同的试验条件下,渗透率变异系数大多在0.65以上,其离散性按粗砂岩、泥岩、砂质页岩、中砂岩、细砂岩、砾岩、石灰岩顺序逐渐增大;4)在MTS815.02系统上,当所测岩样渗透率小于10-4Darcy量级时,应采用瞬态法,当渗透率量级大于10-4Darcy时,可改用稳态法测定。岩石变形过程中应力场和渗流场的耦合作用十分复杂,渗透率受孔隙压力、围压、试件尺寸、饱和程度等因素影响。     

岩石变形破坏局部化的白光数字散斑相关方法研究

本文采用白光数字散斑相关方法研究了岩石的变形局部化,通过实验测定了煤岩变形局部化的开始时刻、演经过程及局部化带的宽度,本文的测试结果为研究岩石变形非均匀演化过程及岩石细观本构参数的测定打下了基础。     

Hydraulic Pumping Tests in Very Deep Boreholes in Rock. Theory of Pressure Oscillations Induced by Elasticity and Inertia of the Test Equipment

In geohydraulic the hydraulic conductivity and diffusivity of rock are measured by means of pumping tests with double packer conductivity meters in boreholes. If the borehole is very deep the measured pressure and flux oscillate. The oscillations, which are caused by the inertia and elasticity of the equipment, make conventional evaluation of conductivity difficult. A theoretical analysis including the inertia and elasticity is derived and the coupled partial differential equations are solved in closed form. The conclusion is that the oscillations can be used for determining the conductivity and the diffusivity of the rock. The analysis also shows that the complete analysis including the oscillations makes the flux reach steady state faster than conventional analysis predicts.     

岩石类介质侵彻效应的理论研究进展

近年来,随着超高速武器的发展,侵彻效应的研究重点逐渐由高速向超高速发展。随着弹体打击速度提高,侵彻机制发生变化,并触发强烈的成坑和地冲击效应。本文综述了大速度范围内岩石类介质侵彻效应的理论研究进展,讨论了长杆弹侵彻速度的分区,介绍了岩石类介质的侵彻、成坑、地冲击效应的理论模型,并对目前研究中尚有待解决的问题和下一步的研究方向进行了展望。     

飞艇尾翼脉动压力特性实验研究

在中航气动院FL-9低速风洞中,进行了飞艇尾翼脉动压力特性实验研究。测量了尾翼的脉动压力,着重分析了各测量点的脉动压力系数、频谱和相关性系数等特性。结果表明:脉动压力系数由尾翼前缘向后缘逐渐增大。尾翼的中部和前缘脉动压力系数随迎角无明显变化,在迎角超过8°以后,尾翼后缘的脉动压力系数随迎角增大而急剧增加。连续变迎角测量结果与固定迎角测量结果相比,脉动压力系数产生了明显的迟滞特性。尾翼上表面脉动压力的自相关系数和互相关系数从前缘到后缘逐渐降低,且前缘表现出显著自相关性,下翼面脉动压力基本互不相关。