酸腐蚀条件下石膏岩分数阶蠕变本构模型研究

为探究地下水对岩石的侵蚀损伤,通过开展酸腐蚀条件下的石膏岩单轴压缩蠕变试验和扫描电镜试验,研究了不同pH条件下石膏岩单轴压缩蠕变特性以及酸腐蚀前后试样的微观变化。结果表明：酸腐蚀加快了试样的蠕变速度,酸性越强,蠕变速率越快;试样主要以劈裂和剪切破坏形式为主,端部出现损伤破坏的现象,酸性越强,损伤破坏越明显。微观上,干燥试样结构完整;而酸腐蚀后的试样,随着酸性增强,孔隙增多、增大,结构疏松。为描述酸腐蚀条件下石膏岩蠕变过程,通过引入酸腐蚀劣化衰减系数β对变系数Abel黏壶进行改造,用改造后的变系数Abel黏壶元件代替西原体中黏塑性体部分的牛顿黏壶,建立了考虑酸腐蚀条件下的分数阶蠕变本构模型。通过试验数据与所建立的模型进行参数拟合,确定了模型中的参数,并对引入的参数β进行了敏感性分析。研究表明,所提出的模型能够很好地反映酸腐蚀条件下石膏岩的蠕变三个阶段,尤其是加速蠕变阶段。     

基于分形原理的红层软岩崩解特性试验研究

在模拟自然界降雨条件下对湘中地区的红层软岩进行了室内干湿循环下的崩解试验,推导了基于体积与粒径关联的分形维数计算方法,分析了随着干湿循环次数增大时红层软岩崩解物各粒组累计百分含量与各粒组含量的变化规律,研究了不同块度质量对崩解的影响,建立了循环次数与分形维数的数学关系.结果表明:当循环次数增大时,累计百分含量与粒径关系曲线明显向粒径较小的方向移动,且相邻曲线间的间距持续缩小,最终间距趋近于零,体现了软岩崩解速率不断减小且最终几乎不变的规律;大于5 mm～10 mm粒组大颗粒的含量不断减少,而小于5 mm～10 mm粒组小颗粒的含量不断增加;试块质量不同试样的分形维数先快速增加,直至第4次循环后,曲线增长速率明显减小,并逐渐趋于稳定.试块质量越大,其崩解后的分形维数也越大,这说明试块质量的大小与其崩解速率成正相关.建立了干湿循环次数与分形维数的数学关系,分析了数学关系的工程意义.     

干湿循环作用下红砂岩侧限膨胀应力时程模型

采用湖南株洲地区的红砂岩样,进行了不同干湿循环次数和不同干燥温度影响下的侧限膨胀应力试验。结果表明:岩石侧限膨胀应力是时间的函数,可以用快速膨胀阶段、减速膨胀阶段和缓慢稳定阶段表征;干湿循环作用和干燥温度对红砂岩的膨胀产生显著影响,随循环次数的增大,最大侧限膨胀应力先增大后减小;干燥温度越高,不同循环次数下的侧限膨胀应力越大。建立了考虑循环次数与干燥温度影响的侧限膨胀应力时程模型,并验证了模型的正确性。所得结论可为保证膨胀岩地区工程建设的安全性和稳定性提供指导。     

金刚石串珠绳锯切割受载煤体试验装置的研制及受力分析

为解决传统金刚石串珠绳锯切割试验系统难以同时满足试件受载和锯切力测量的问题,研制了一种金刚石串珠绳锯切割受载煤体的试验装置.该装置可对受载试件实现垂直向下连续切割(进给速度0～20mm/min、线速度0～10m/s、侧向加载系统可对受载试块施加0～500kN的载荷).通过分析该试验装置切割前及切割过程中串珠绳锯的受力特点,给出了金刚石串珠绳锯加工过程中串珠绳锯绳长和张紧力的计算公式,建立了绳锯切割受载煤体的锯切力模型,经过验证,该锯切力模型得到的锯切力与传统装置测量的锯切力基本吻合.通过对该装置进行测试,结果表明:使用初始绳长为5666mm、直径分别为4.0mm和7.3mm的串珠绳锯以进给速度5mm/min、线速度4m/s对受载煤体进行切割时,串珠绳锯的张紧力分别为609.0N、1270.2N,法向锯切力分别为33.4N、187.6N,切向锯切力分别为20.8N、108.0N.     

过渡金属-二芳基希夫碱配位稳定常数的QSPR研究

金属离子与有机配体形成配合物的稳定性与金属离子的特性和有机配体的分子结构密切关系。为了探讨席夫碱与金属离子配位的稳定性规律,本文以二芳基希夫碱为模型配体化合物,选用部分过渡金属离子(Ni²⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Cr³⁺)为配位对象,将金属离子的特性参数和配体中取代基X的电子效应参数Hammett常数作为变量,对模型化合物与金属离子形成的配合物的稳定常数logβ₂进行定量构效关系研究,得到具有良好相关性的定量方程并通过实验验证了方程的可靠性。结果表明,金属离子的能量密度(X_P/P_M⁺)是影响配合物稳定性的主要因素;对同一金属离子,取代基的吸电子效应增强配合物的稳定性;而金属离子电荷Q和离子半径R需在一个合适的范围内,才利于配合物的稳定。     

砂岩峰后蠕变失稳特性试验研究

为揭示岩石峰后蠕变失稳特性,利用MTS815电液伺服岩石力学试验系统,对红砂岩进行了峰后蠕变试验,采用线性回归的方法估算了蠕变失稳时间,探讨了损伤、初始围压以及围压增量对峰后蠕变特性的影响规律。结果表明:随着损伤的加大,蠕变变形速率增大,蠕变失稳时间缩短。同一围压下,各级应力水平下蠕变量随应力水平的增大而增大,且服从指数函数关系。增大初始围压,各级应力水平下的蠕变变形速率均有一定程度的降低,且对等速蠕变阶段蠕变速率的影响较加速蠕变阶段蠕变速率大,蠕变失稳时间延长。施加围压增量,大大减小了蠕变变形速率,促使了加速蠕变阶段向等速蠕变阶段转化,明显延长了蠕变失稳时间,减小了蠕变形变量。研究结果为工程围岩的长期稳定性分析提供了参考依据。     

空气隔热夹层围岩温度场数值计算及试验分析

随着矿产资源的开采深度日益增加,矿井高温热害问题日益突出,研究新的隔热技术、隔热工艺已经成为控制围岩传热的重要研究方向.鉴于空气夹层结构在建筑围护结构和寒区隧道中的保温隔热作用,提出应用封闭空气夹层控制巷道围岩散热量的方法.采用ANSYS Fluent软件求解了含空气夹层的围岩温度场分布.通过相似理论设计了含空气夹层的巷道围岩温度场测试试验台,并应用试验结果对数值计算结果进行了验证,两者具有很好的吻合性,证明了 ANSYS Fluent模拟结果的正确性.应用计算模拟结果和试验结果分析了围岩内温度场非稳态传热过程中的变化规律,发现因空气夹层内自然对流现象的存在,顶部、中部和底部围岩温度场发展并不一致,但其调温圈无因次半径均小于无隔热巷道.并通过实例计算研究,发现空气层厚度对围岩散热量影响较小,空气夹层厚度从2 cm增加到20 cm时,围岩单位长度散热量仅下降5％;围岩导热系数对空气夹层隔热率有着显著的影响,导热系数为0.59 W/(m·K)比围岩导热系数6.18W/(m·K)时夹层隔热率衰减速率快.封闭空气夹层隔热结构适用于新掘进巷道或高温隧道的临时性隔热或围岩导热系数高的固定或半固定作业地点的永久性隔热.     

预计平均热感觉指数PMV计算模型的分析与改进

环境热舒适是衡量建筑物等级的重要指标.据大量实验与现场研究表明,PMV热舒适模型存在一定的偏差,有待完善、改进.现有PMV计算模型计算的各散热项、热负荷、PMV值与实际存在偏差;适用于PMV评价模型\"接近热中性\"环境条件、人体热负荷定义及其计算方法还存在异议.通过理论分析,本研究提出了新的\"接近热中性\"环境条件、新的人体热负荷定义及其计算方法,提出了新的PMV计算模型,并经对比分析发现,新的模型修正了在偏热环境下的现有PMV预测偏差.另一方面,在新的热负荷计算方法下,PMV与热负荷之间的函数关系KM必须进行相应调整,要获得准确的KM函数关系,必须获得较准确的人体平均皮肤温度与环境参数间的关系.     

H型巷道内采用不同布置方式的双爆源瓦斯爆炸传播特性

为探究复杂巷道内多爆源瓦斯爆炸传播特性及热冲击动力学机制,运用计算流体力学软件Fluent,以H型巷道为模型,在巷道内设置同侧、相对、对角3种双爆源布置方式。研究发现：巷道内的2处爆源同时起爆后,前驱冲击波沿巷道未燃区传播,当两股冲击波相遇时,压力叠加,冲量抵消,在压力叠加区火焰传播受阻,导致火焰传播速度放缓甚至反向;相较于单爆源爆炸,双爆源工况中导致巷道内特定区域如联络巷、岔口中心及其边壁的压力更高;同侧和对角布置工况下的压力极值区出现在巷道封闭端,相对布置工况下的压力极值区出现在分岔口中心处。