基于FTIR和XRD法分析阜新长焰煤结构特征

为了研究阜新长焰煤的大分子结构,通过测定12个煤样品的工业分析和元素分析,选取最接近平均值的煤样CYM-9作为实验样品,采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和单轴压缩实验对煤样进行研究,通过与抚顺长焰煤结构特征进行对比,进一步分析煤的微晶结构参数及其力学特性。研究结果表明:CYM-9煤样的基本结构特征参数芳氢率(farH)为0.47,氢碳原子比(H/C)为0.858,芳碳率(farC)为0.747,脂肪烃支链长度(CH3/CH2)为0.617。与抚顺长焰煤结构相比,其芳碳率较大,芳香核缩合程度较大,芳香结构单元排列秩序较规则;煤样XRD图谱具有002峰和100峰两条明显的峰,层间距(d002)为0.3816nm,层片堆砌高度(Lc)为1.2462nm,层片直径(La)为1.0136nm,芳香堆砌层数(N)为4.26;煤样的平均峰值强度为9.24MPa,达到峰值强度时平均应变值为23.58×10-3,平均弹性模量为405MPa。     

Sin团簇/石墨烯(n≤6)结构稳定性和储锂性能的第一性原理计算

目前,硅/碳复合材料是锂离子电池最有潜在应用前景的高容量负极材料之一,硅与碳材料的界面状态是影响其电化学性能的重要因素.本文在作为碳材料结构单元的石墨烯表面构建了Sin(n≤6)团簇,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了Sin团簇/石墨烯(Sin/Gr)的几何构型、结构稳定性和电子性质.结果表明,当Si...     

节理煤体低温损伤机理及影响范围研究

节理普遍存在于地下煤储层中,是煤层气存储和运移的主要通道。为了研究冻融作用下煤体自身含水饱和度的不同,对节理结构损伤和液氮作为煤体的制冷剂逆传热至-45℃作用范围的影响,利用低温保存箱为不同含水饱和度煤样提供-45℃低温环境,对煤样进行循环冻融交叉实验;并建立以液氮作为制冷剂的传热模型,进行单周期低温加载数值模拟。结果表明：(1)煤样表面以及内部节理扩展量随着低温循环冻融周期的增加而逐渐增大,单轴抗压强度逐渐降低;煤样表面维度逐渐从二维向三维转化、表面及内部节理结构损伤程度加剧;(2)煤样节理结构损伤程度随含水饱和度的增加而增大,100%饱和度时,煤样循环冻融41周期后破碎;(3)单周期传热模型随着含水饱和度的升高,影响范围变小,且传热时间变长,100%含水饱和度下煤体传热至-45℃的传热半径仅为2.77m,所用时间为2531.2s,表明含水饱和度制约着传热半径及传热时间,含水饱和度越高,制约越明显。     

花岗岩单轴压缩侧向变形及脆性破坏机制实验研究

为研究花岗岩侧向变形及脆性破坏机制,对花岗岩试件进行单轴压缩实验。利用动态应变采集系统、数字散斑相关方法(DSCM)和显微观测手段,记录并分析花岗岩试件在单轴压缩过程中的宏观侧向应变、局部侧向应变以及破裂面形貌,并与水泥砂浆试件的破坏过程对比,讨论了花岗岩脆性破坏机制。实验与分析结果表明:(1)花岗岩试件在加载初期发生侧向收缩变形,产生并发展于压密阶段,消失于线弹性阶段初期,这主要由于试件内部裂纹闭合造成的;此后,宏观侧向应变持续增长,当侧向应变与轴向应变之比接近0.5时试件破坏;(2)在峰值载荷前很长一段时间内,局部侧向应变在一定范围内波动,临近试件破坏时局部侧向应变最大值和最小值均出现较大幅度的波动,二者差值迅速增大,试件不均匀程度增大,最终导致试件破坏;(3)在峰值载荷前有无塑性屈服阶段是峰值载荷后脆性破坏程度的重要影响因素,而宏观裂纹的贯通程度是峰值载荷后应力降大小的决定因素。     

基于PFC3D的露天矿边坡爆破过程模拟及稳定性研究

为研究爆破在露天矿边坡内发展的过程,基于能量守恒理论,假设爆破释放的化学能全部由爆点周边一定范围内的岩体承受,并部分转化为动能,进而能量在碎裂的岩块中传递、吸收,最终达到平衡,爆炸过程结束.论文使用基于颗粒流理论的PFC3D模拟了在露天矿边坡内,不同高度、埋深和装药量的单孔爆破过程,并对爆破后边坡稳定性做了探讨.研究表明：爆炸过程可以分为3个阶段,第1阶段爆炸冲击起主导作用,有速度矢量回荡出现;第2阶段是重力占优势的上覆岩层塌落过程;第3阶段最后颗粒下滑、局部调整至平衡.在经历时间上,前一个阶段与后一个阶段相差一个数量级.总体上说,各种爆破后上层砂岩是稳定的,即坡顶是稳定的.下层砂岩和砂质泥岩会受到一定程度的破坏,但在可控范围内的.     

受冻融循环作用的砂岩宏观变形特征研究

冻融循环作用是砂岩风化的重要影响因素,研究冻融循环条件下砂岩的变形破坏规律对寒区岩石文物保护具有重要意义.对不同含水状态含层理及完整砂岩展开冻融循环试验,研究冻融循环条件下不同含水状态砂岩冻融变形破坏规律,在冻融循环过程中实时测定6种状态岩样的应变变化过程.结果表明:含水岩样变形主要包括温度效应造成的热胀冷缩变形和水分...     

水硬性石灰合成及拉破坏特性试验研究

水硬性石灰在欧洲石质文物修复和加固中获得了很大成功。我国的石质文物主要是砂岩,水硬性石灰的修复效果不好。为满足我国石质文物修复和加固的需求,本文以石灰石和黏土为原料,在950℃煅烧不同时间,制备出水硬性石,对试样的成分、微观形貌、收缩率、抗拉强度和拉破坏过程等进行了研究。结果表明:(1)试样中含有水硬性成分2CaO·SiO2(C2S);煅烧8h时,成分与欧洲水硬性石灰NHL5接近;1.5CaO·SiO2·xH2O(C-S-H)和CaCO3的含量随龄期的增加逐渐增加。(2)龄期1~3d,收缩率较小;龄期4~6d,收缩率以线性规律增加;7d以后,收缩率趋于稳定。(3)局部变形区随拉应力的增加而变大,邻近局部变形区逐渐合并,形成面积更大的应变局部化带;载荷超过峰值后,产生微裂隙;随载荷进一步增加,微裂隙扩展,贯穿整个试件,发展成宏观裂隙,使试件破坏。(4)抗拉强度随龄期的增加而增加,水硬性石灰中C-S-H、CaCO3等相互交织,构成空间致密体,使试件力学强度提高。合成的水硬性石灰物理力学性能与欧洲水硬性石灰NHL5相近,并且成分均匀、可控,在石质文物修复和加固工程中具有良好应用前景。     

冻融循环作用下石窟砂岩物理力学性质损伤规律研究

为研究不同状态下石窟砂岩冻融循环过程中物理力学性质发展规律,选取完整和缺陷饱和状态、完整和缺陷自然状态、完整和缺陷干燥状态6种不同状态石窟砂岩进行试验研究,通过宏观—细观角度分析砂岩在冻融循环作用下物理力学性质损伤规律。试验结果表明：饱和含层理缺陷岩样受冻融循环质量损失最为显著,对于含层理缺陷或完整无缺陷岩样,含水状态越高,质量损失率越大;在未冻融前各组岩样的纵波波速均随着含水状态的提高而降低,随着冻融周期的增加,所有岩样的波速均有所下降;未冻融条件下完整组岩样抗压强度显著高于含层理缺陷岩样,随着冻融周期的增加,完整岩样抗压强度依然大于含层理缺陷岩样,且含水状态越高,抗压强度越低;在冻融循环作用下,细观观测中含层理组岩样的裂隙条数多于完整组岩样,含层理缺陷组岩样中出现裂隙汇交,而完整组未出现,最后含层理缺陷组岩样裂隙方向大致都平行且沿着层理方向,而完整岩样裂隙无确定方向。在冻融循环作用后,岩样均受到损伤,其中含层理的岩样最为显著。     

基于HCA的细尾矿砂破坏准则试验研究

为研究细尾矿砂破坏准则的具体形式,通过对空心圆柱扭剪仪基本公式推导的方法得出了试验应力路径所需的计算公式;在自行研发的辅助仪器配合下,利用空心圆柱扭剪仪试验的方法测试了细尾矿砂子午平面、π平面上的破坏曲线和不同静水压力下中主应力对各个主应变的影响。结果表明:在子午平面内随着静水压力的增加,破坏点广义剪应力增加;静水压力较小状态π平面内破坏曲线表现为Mohr-Coulomb准则,较大状态表现为Drucker-Prager准则,两种状态静水压力分界点应位于200～300kPa内,破坏准则是否与中主应力有关取决于中主应力对整体应变的影响水平。细尾矿砂的破坏准则应为Mohr-Coulomb与Drucker-Prager准则的组合。     

不同龄期水硬性石灰力学性能变化规律及机理研究

为满足石质文物不同的修复和加固需求,以我国广泛存在且储量大的长石和石灰石为原材料,在950℃温度下煅烧不同时间制备水硬性石灰,对不同龄期试件进行X射线衍射、红外光谱、硬度、抗压强度、压破坏过程、微观形貌测试,对试件成分、力学性能及力学性能变化机理等进行研究。结果表明：(1)