井壁岩石流动和软化特性的力学分析

收稿日期:1998—11—24;改回日期:1999—08—18

作者简介:马德新,(1966—

),男,硕士学位,现中国海洋石油技术服务公司工作,工程师,电话:(022)66915604。方英,(1966—),女,大专,现在中国海洋石油技术服务公司工作,工程师,电话:(022)66915704。

!钻井工艺#

井壁岩石流动和软化特性的力学分析

马德新　方　英

(中国海洋石油技术服务公司,天津塘沽300452)

摘　要　应用粘弹塑性力学和岩石力学理论,详细讨论了粘弹性岩石井眼的应力和位移。推导出不同于弹塑性岩石的力学方程式。同时,将时间的概念引入到井壁稳定的力学分析中,得出在不同的时间条件下,井壁岩石的应力状态可能发生转变等结论。

关键词　井壁阻力　岩石变形　粘弹性　塑性　力学分析

中图分类号:TE21　文献标识码:A 文章编号:1006-768X (2000)01-0017-04

Mechanics analysis on sidew all rock behavior of flow and softening

MA De -xin ,FAN G Y ing

(China Of f shore Oil Technical Service Com pany ,Tanggu ,Tianjin 300452,China )

Abstract :The stress and displacement of wellbore with viscoelastic rock are discussed in detail by using viscoelastic -plasticity mechanics and rock mechanics theory.Mechanics equations which differed from elastic -plasticity rock are ob 2tained.The time is introduced into mechanics analysis of well wall stability and some important conclusion is acquired.

K ey w ords :sidewall drag ,rock deformation ,viscoelastic plasticity ,mechanics analysis

在一般井壁稳定力学分析中,一般假设井壁围岩中粘弹性区,塑性区或粘塑性区并存的情况。为了求解方便,都提出了塑性介质不可压缩的假设。实际上,在井壁围岩产生塑性区后,在大多数情况下,塑性区存在一种碎胀效应。也就是说因为裂纹的大量增多而出现扩容现象。基于上述情况,本文将讨论上述情况下的井壁稳定问题。

1　力学分析

井眼周围受力分析(如图1所示),为了推导方便,本文作如下假设

:

图1　井眼周围受力分析

(1)岩石为具有各向同性的连续介质;

(2)岩石受均匀水平地应力q 的作用;

(3)井眼远区岩体为粘弹性介质;

(4)井眼周围岩石进入粘塑性状态后,具有一定

的残余强度;

(5)岩石屈服符合摩尔—库仑准则;

(6)本构方程为Maxwell 本均方程。

考虑到Maxwell 本构方程能反映岩石软化和扩容,其方程为:

(σθ-σr )+

η

G

( σθ- σr )=2η( εθ- εr )+

2μG

1-2μ(εθ-εr )-2G (εθ-εr )+D

(1)

式(1)即反映粘塑性软化特征,又反映了扩容特征。

根据弹塑性力学小变形假设,并考虑轴对称问题(εr =

5u 5r ,εθ=u r

)

,同时,因为在粘塑性区有扩容现象,假定径向应变为切向应变的λ

r

倍(这反映了井眼附近产生裂纹最严重),即:

εr =-λ

r

εθ,因此,

5u 5r =-λr ?u r =-λu

r 2(2)

对上式积分得:

u =A (t )e λ

r

(3)

相应的径向、周向应变速率为: εr =-λ

r

2

e λ

r A (t )(4)

εθ=-λ

r

2

e λ

r

A (t )其中,A (t ),

A (t )为待定函数,由后面分析确定。

根据平衡方程

d σr d r +σr -σ

θr

=0可知:σr =1r

∫

(σθ-σr )d r +f (t )

(5)

式中,f (t )为积分常数。

将式(4),式(5)代入本构方程得:

σθ- σr +G

η(σθ-σr )= A

? A (t )- B ?A (t )+ C (6)式中:

A =2G

1

r

(1+

λ

r

)e λ

r

B =2G 2

η?1r ?e λ

r 〔

2μ1-2μ(1-λr )+(1+λr

)〕 C =

G

ηD

式(6)为(σθ-σr )的非齐次线性偏微分方程,其解为:

σθ-σr =e -G

ηt

〔-(

A G

η

+ B )∫

A (t )e G

ηd t +

A e G

ηA (t )+ C ?η

G

?e G ηt 〕+ D (r )

(7)

将式(7)代入式(5)并整理得:

σr =4G 2η(1-2μ)(4μ-2λ+

3μ-1r )e λr ?e -G ηt ?∫

A (t )e G ηt

d t -2G (2λ+1r )

e λr ?A (t )+ C ?ηG

ln r +

∫1r

D (r )d r +f (t )(8)

通过对比,由有关文献给出 D (r )=D ,并代入式(8)得:

σθ-σr =e -G

ηt

[-( A ?G η+ B

)∫

t

0A (t )e -G

ηt

d t

+ A e

-G

ηt

A (t )+D (e -G

ηt

-1)]

(9)

将式(9)代入平衡方程并整理得:σr =e -G

ηt [-∫

t

A (t )e -G

ηt

d t ?

4G 2

η(1-2μ)(

4μ-2

λ+

3μ-1

r

)e λ

r +e G

ηt A (t )?2G (

2λ+1r )e λ

r

+D (

e

G ηt -1)ln r ]+f (t )

(10)

2　井壁岩石的粘弹性分析

假设粘弹性岩石的蠕变泊松比为常数,则粘弹

性体的应力与弹性应力相同,可表示为:

σx (X ,Y ,Z ,t )=σx 0

(X ,Y ,Z ,t )

(11)τxy (X ,Y ,Z ,t )=τxy 0(X ,Y ,Z ,t )

粘弹性应变与弹性应变不同,按下式计算:

εx (t )=εx 0

(t )-

∫

t

t i

E (t i )ε0

x (t i )

55t i I 1

(

t ,t i )?d t i

(12)

r xy (t )=r xy 0(t )-∫

t

t i

E (t i )r 0xy (t i )

55t i I 1

(t ,t i )d t i

式中ε0x (t ),r 0

xy (t )为相应的弹性应变。

由弹性力学理论可知,井眼周围相应的弹性应力为:

σr =-(1-a 2r 2)q -a 2

r

2P m

(13)

σθ=-(1+a 2r 2)q +a 2

r

2P m

相应的弹性应变和径向位移为:u r (t )=

12G ?a 2

r (q -P m )(14)

εr (t )=-(1+μ)a 2

Er

2

(q -P m )又因为井壁岩石的蠕变特性方程为:

I 1(t )=1

E 1

+C 1(t )

(15)

式中,

E 1=constant (常量),C 1(t )=C 1(1-e -k 1t

)

k 1,C 1为与岩体性质有关的常数。

按式(12)求粘弹性体径向位移和径向应变为:εr (t )=-(1+μ)a 2r

2

〔q -P m

E -∫

t

t i

P (t i

)

?

55t i I i

(

t ,t i )d t i 〕(16)

u r (t )=(1+μ)a 2r 〔q -P m

E

-∫

t

t i

5

5t i I i

?(t ,t i )d t i 〕

将围岩的流变特性方程代入式(16),并设q -P m 为常数,可得:

εr (t )=-(1+μ)a 2(q -P m )

r

2

〔1

E

-∫

t

t i

5

5t i C 1

(t ,t i )d t i 〕(17)

u r (t )=(1+μ)a 2(q -P m )r 〔1

E

-

∫

t

t i

5

5t i C 1

(t ,t i )d t i 〕(18)

由式(18),并令r =a ,可得井壁周围的径向位移:

u a (t )=-a (1+μ)(q -P m )〔1

E

+C 1(1-e

-k 1(t -t i )

)〕

(19)

上式中,t i —井眼钻开的时间;t —所要计算的时间。由式(19)可知,对于粘弹性岩石,井壁位移随时间的推移而增大。因此,在给定限制位移的条件下,可计算井眼的裸露时间。

3　井壁岩石粘塑性分析

通过前面分析利用粘弹及粘塑边界R 上σre =σrp 的条件,可求出:

f (t )=-(1-a 2R 2)q -a 2

R

2P m +e -G

ηt

?〔∫

t

0A (t )?e G

ηt

d t ?4G 2η(1-2μ)(4μ-2λ+

3μ-1R

)e λ

R -e G ηt A (t )?2G (2λ+1R

)e λR -D (e G ηt -1)ln R 〕(20)

将式(20)代入式(12)即得到σr 的表达式且可得到σθ的表达式:

σθ=e -G

ηt

〔-( A

?G η+ B )∫

t

A (t )e G

ηt d t +

A e G

ηt

A (t )+D (e

G

ηt

-1)〕+σr

(21)

在前述的公式中,对于待定的函数A (t ),可利用粘弹—粘塑边界R 上位移连续条件确定,即u p =

u e ,由式(16)和式(3)可知:

12G ?a 2

r

(q -P m )=A (t )e λR 则:A (t )=e -

λ

R ?12G a

2r

(q -P m )(22)将式(22)代入式(20),式(21),并积分得到粘塑性区

应力状态σr ,σ

θ的表达式:σr =e -G

ηt 〔-e -λ

R ?12G a 2

R

(q -P m )?(e G

ηt -1)

?4G 1-2μ?(4μ-2λ+3μ-1R )?e λR +e G ηt ?e -λR a 2R

+

(q -P m )(λ2+1R )e λR +D (e G ηt -1)ln R 〕-(1-a 2R

2)?q -a 2P m

R

2

+e -G

λt

?〔e -

λ

R

?12G a 2R (q -P m )?(e -G ηt

-1)?4G 1-2μ?(4μ-2λ+3μ-1R

)e λR -e G ηt ?e -λR ?

12G a 2R (q -P m )?2G (2λ+1R

)?D (e G ηt

-1)ln R 〕(23)

σθ=e -G

ηt

〔-( A G

η+ B )(e

-

λ

R

?12G ?a 2

R

(q -P m )?η

G (e G

η-1)+ A e G

ηt (e -λ

R

?12G ?a

2R

(q -P m )+D (e G

η-1)〕+σr

(24)

对于井壁位移由式(19)计算。

通过前面分析,使我们认识到,对于粘弹塑性岩石,井眼周围的应力、位移分布和时间、井眼半径、地应力、井眼内钻井液液柱压力及岩石本身性质密切相关。同时,我们还可知道,在粘弹性区和粘塑性区内的应力分布关系式有所不同,这主要由岩石的蠕变特性决定的。这一点对于钻井工作者特别重要,即采用不同的本构方程,将导致不同的力学分析方法,也就产生不同的处理方法和结果。

4　井壁稳定分析

前面分析了在各个应力状态下的井眼周围的应

力、应变计算方程式,岩石是否屈服由摩尔—库仑屈服准则确定,即:

F (σi j )=12(σr +σθ)sin φ0+12(σr -σθ

)-C 0?cos φ0=0(25)根据不同的应力状态,由相应的应力、位移公式

计算。由前面推导的公式可知,由于岩石蠕变特性的存在,在不同的时间条件下,井壁岩石的应力状态可能发生转变,这和弹塑性岩石有着本质的区别。

对于钻井液液柱压力和地应力对井壁稳定的影响,在不同的应力状态下,可导出保持井壁稳定条件下的钻井液液柱压力P m 的表达式。由有关公式可知,在不同的时间内,应相应调整钻井液密度来保持井壁稳定,同时应采取相应的技术措施,做到既保持井眼稳定,又防止油气层污染。

5　结　论

(1)建立了具有蠕变性质岩石的井壁应力、位移

关系式。

(2)井眼应力状态随时间变化而改变。

(3)将时间概念引人井壁稳定分析,这就为在不同时间条件下,调整井眼钻井液液柱压力保证井眼稳定提供了理论基础。

(4)井壁位移随时间的变化而改变,为了保证井壁位移在许可范围内,应调整钻井液液柱压力。同时,也为在一定地应力、岩石性质条件下,分析“缩径卡钻”的原因提供了理论基础。将本文的有关公式进行变换,可为处理“缩径卡钻”奠定了理论上的可能性。

(5)本文的有关公式是在水平应力相等的条件下得出的,因此,应用范围受到一定的限制。对于水平应力不等的斜井情况下的井壁稳定,只要将相应的有关物理量进行变换,并且代入相应的计算公式,即可进行相应的井壁稳定分析。

符　号　说　明

q—水平地应力,MPa;

P m—井眼液柱压力,MPa;

t—时间,天;

σ

r

,σθ—井眼周围径向、周向应力,MPa;

η—岩石粘性系数;

G—岩石剪切模量,MPa;

μ—岩石泊松比;

D—岩石损伤常量;

ε

r

,εθ—井眼周围径向、周向应变;

u r—井眼位移,m;

C0—井眼岩石内摩擦力,MPa;

φ

0—岩石内摩擦角,度;

E—岩石弹性模量,MPa;

a—井眼半径,m;

F(σi j)—摩尔-库仑屈服函数;

σr—井眼径向应力变化率;

σθ—井眼周向应力变化率;

εr—井眼径向应变变化率;

εθ—井眼周向应变变化率。

参　考　文　献

[1]　朱维申,等1复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工

力学1北京:科学出版社,19971

[2]　孙均,等1地下结构1北京:科学出版社,19881

[3]　C1C维亚洛夫1土力学的流变原理1北京:科学出版

社,19871

[4]　张行1高等弹性理论1北京:航空航天大学出版社,

19941

[5]　铁摩辛柯1材料力学1北京:科学出版社,19661

[6]　钱伟长,叶开源1弹性力学1北京:科学出版社,19601

(技审:李　杰;编辑:黄晓川)

!科技简讯#

高能复合射孔工艺在轮南61井的应用 高能复合射孔(即复合射孔压裂)是利用射孔弹爆轰的

一次能量射孔及高能材料爆燃的二次能量压裂,并利用二者在射孔、压裂的压力和时间过程中的瞬态时差,实现射孔和压裂作用。前者表现为高速金属射流在地层内挤压成孔,并在孔周围形成压实带;后者表现为沿各相位弹孔以极高的升压迅速导致孔的周围岩层起裂缝和延伸,裂缝在射孔弹爆轰的高温、高压下,被激发的推进剂爆燃产生最高能量,形成网状裂缝,有效解除近井带污染和堵塞,达到增产目的。

11高能复合射孔工艺应用

轮南61井是塔里木油田试用该工艺的第一口深井(评价井)。该井井深4360m,人工井底:3560m,地面海拔931.65m,固井质量合格。原射孔井段为3587m～3594m。作业施工层位为下第三系E:3587m～3593m,厚度6m;岩性为细粉砂岩,深电阻率及0.8Ωm,有效孔隙度为23.7%,含油饱合度为48%,渗透率为1.64×10-3μm2。1999年2月21日对该段进行高能复合射孔工艺补孔(见图1)后在循环中返出大量气体,起出射孔枪中带出少量稠油,孔密为13孔/m。

21应用效果分析

利用高能复合射孔工艺进行补孔后,于1999年2月22日对该井段进行MFE常规测试求取地层产能。地面记录开井582min,产出原油6167m3,但从曲线上看,实际有效流动时间为254min,测点流压由17.115↑271774MPa,上升了101659MPa,折日产原油31173m3,平均液面为1444136m;应指出:定产应按堵塞前流动压力折产为宜;关井测压最高压力为381863MPa,折地层压力系数为1105(供参考),表明有自喷能力,可形成一定规模的工业生产能力

。

图1　轮南61井高能复合射孔施工图

对比作业前后两次测试,本次产量明显比作业前增加了6167倍,且不含水,试油结论由原来的含水油层改变为油层。这就是射孔与压裂结合的压裂方法破除压实带延伸裂缝所获得的增产效果,很适用于低渗透油气藏。———(841000)新疆库尔勒塔里木石油指挥部油气井开发公司

钟家维　陈竹　(编辑:向幼策)

常用岩土材料参数和岩石物理力学性质一览表

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3

流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：

竹子的力学特性

选题：从力学观点分析竹子的力学特征 徐锴，材料1302,2013012057 【摘要】本文通过分析竹子的材料和构造，说明竹子的强度特性。并通过该种特性进行一些实际应用设计，本文选用建筑中的应用。 【关键词】竹子，强度，建筑，可持续发展 1、收集的常识【1】： （1）竹,禾本科，竹木质化,有明显的节,节间常中空，高大、生长迅速,竹枝杆挺拔，修长。（2）分布于热带、亚热带至温带地区，其中东亚、东南亚和印度洋及太平洋岛屿上分布最集中，种类也最多。 （3）在竹材研究方面，国内外对竹材的物理性质研究的较多，研究重点主要集中在密度、吸水率及干缩性等方面。密度在很大程度上决定着竹材的力学性质，密度主要取决于纤维含量、纤维直径及细胞壁厚度，密度随纤维含量增加而增加。 2、分析竹子强度特性【2】 相比较于钢材，竹子体轻,但是硬度大。根据实验测定, 竹材的形变量非常小, 弹性和韧性却很高, 顺纹抗拉强度170M Pa, 顺纹抗压强度达80M Pa。特别是刚竹, 其顺纹抗拉强度最高竟达280M Pa, 几乎相当于同样截面尺寸材的一半。虽然钢材的抗拉强度为一般竹材的2.5～3倍，但若按单位重量计算抗拉能力，则竹材要比钢材强2～3倍。 3、竹强度大的力学分析 3.1 空心圆截面的强度分析【4】

（1）根据化工设备机械基础的弯曲强度理论【4】, 杆件强度主要指标是弯曲应力。弯曲强度条件为 ][W M max max σσ≤=。 要提高杆件的强度, 除了合理安排受力, 降低M max 的数值以外, 主要是采用合理的截面形状, 尽量提高抗弯截面模量W 的数值, 充分利用材料。，实心圆截面和空心圆截面的抗弯截面模量分别是 3d 321W π=实)1(32 1W 43απ-=D 空 式中, d 是实心杆直径, D 是空心杆外径, 1D 是空心杆内径。2 1D D = α为空心杆内、外径比值, 当空心杆和实心杆的截面积相同时 ）（2122D -D 4 1d 41ππ=或212D -D d = 则11-1-1D 32 1d 321W W 22433>+==α ααππ）（空实 （1）根据以上分析, 空心圆截面杆的抗弯强度比同样截面积的实心杆大; 并且空心圆截面杆内、外直径的比值α越大,其抗弯强度也随之增大。 例如, 当α= 0。 7 时, 它的抗弯强度比同样重量的实心圆截面大2倍。 因为, 杆件抗弯时从正应力的分布规律可知在杆截面上离中性轴越远, 正应力越大, 而中性轴附近的应力很小, 这样其材料的性能未能充分发挥作用。 若将实心圆截面改为空心圆截面, 也就是将材料移置到离中性轴较远处, 却可大大提高抗弯强度。 （2）在风荷载下，竹子主要抵抗的是弯矩和剪力。对于抗弯，边缘最大正应力与截面的截面惯性矩I 成反比，而I 随截面半径增大而增大，故空心结构形成的大半径有利于降低边缘最大正应力提高抗弯能力。 3.2 材料分布的强度分析 （1）由于边缘的正应力最大，故将优质材料布置在边缘是最优化的结构布置，竹子就做到了这点：竹壁自外而内，分为竹青、竹肉和竹黄三个部分，竹子的表面呈现出青色的叫竹青，由抗拉强度很高的纤维质构成。 （2）对于抗剪，竹节又起到了关键的作用。坚硬实心的竹节将竹身分成小段的区格，在每个区格的端部提供可靠的变形约束，从而也能大大提高竹子的抗剪力能力。 3.3 阶梯状变截面的强度分析 （1）竹子在风载作用下各段抵抗弯曲变形能力基本相同, 相当于阶梯状变截面杆, 是一种近似的“等强度杆”。 （2）因为在风力作用下, 沿杆自上而下各截面的弯矩越来越大。 竹子根部所受弯矩最大, 因而根部最粗, 自下而上各截面弯矩越来越小, 竹子也就越来越细。 （3）另外, 竹节不仅能够增强竹子的抗弯强度, 同时,能大大地提高竹子横向的抗挤压和抗剪切的能力。 4、竹子最为建筑用材在实际中的应用 4.1 背景： 中国是世界上最大的产竹国。竹子生长快，成材早产量高、用途广。据竹材研究者介绍，竹子的生长速度非常快，比其他木材的生长速度都要快。竹子最快的生长速度是24小时长长

岩石力学研究进展报告

岩石力学研究新进展报告 姓名：XXX 学号：XXXXXXXX 专业：岩土工程

岩石力学研究新进展报告 1 引言 时光如白驹过隙，一学期的《XXXXX》课程在不知不觉间结课了。这一学期的学习，使我在岩石力学方面有了很大的启发，特别是分形理论在岩石力学中的应用令我神往。下面我对岩石力学研究的新进展做简要报告。 岩石力学可以作为固体力学的一个新分支，用以研究岩石材料的力学性能和岩石工程的特殊设计方法。岩石力学经过近50年的发展，在土木工程、水利工程、采矿工程、石油工程、国防工程等领域都得到了广泛的应用，随着科学技术的进步，岩石力学涉及的领域会进一步扩大。岩石力学是一门内涵深，工程实践性强的发展中学科。岩石力学面对的是“数据有限”的问题，输入给模型的基本参数很难确定，而且没有多少对过程（特别是非线性工程）的演化提供信息的测试手段。另一方面，对岩体的破坏机体还不能准确的解释。岩石力学所涉及的力学问题是多场（应力场、温度场、渗流场、甚至还存在电磁场等)、多相（固、液、气）影响下的地质构造和工程构造相互作用的耦合问题。这就表明，工程岩体的变形破坏特征是极为复杂的，其大多数是高度非线性的。目前，岩石力学的许多数学模型是不准确和不完整的，可以广泛接受和适用的概化模型并不多。基于此，近年来，多种数值方法、细观力学、断裂与损伤力学、系统科学、分形理论、块体理论等在岩石力学中的应用以及各种人工智能、神经网络、遗传算法、进化算法、非确定性数学等域岩石力学的交叉学科的兴起，为我们提供了全新和有效的思维方式和研究方法，更能激发研究者的创新精神，这也为突破岩石力学的确定性研究方法提供了强有力的理论基础[1]。 本报告主要对分形岩石力学、块体岩石力学、断裂与损伤岩石力学和岩石细观力学四部分的研究新进展做简要报告。由于时间和精力有限（最近导师安排的任务非常多，而且要准备英语和政治期末考试），每部分内容除第一大段的研究新进展综述外，只对近几年的三篇比较好的文献做分析说明，包括两篇中文学术论文和一篇外文学术论文，这12篇学术论文我都比较仔细的看了。以后若有机会和时间，我会在导师和各位老师同学的不吝赐教下，努力做岩石力学的创新性研究，届时会在文献综述部分查阅和介绍更多最新以及更优秀的文献。 2 分形岩石力学 从古至今，岩石已成为人们熟知的工程材料，它是由矿物晶粒、胶结物质和大量各种不同阶次、不规则分布的裂隙、薄弱夹层等缺陷构成，是一种成分和结构高度复杂的孔隙体。岩石力学经过近50年的发展，人们尝试用各种数学力学方法研究和描述岩石复杂的自然结构性状和物理力学性质，提出了多种岩石力学分析和计算方法，为解决实际工程中的岩石力学问题创造了条件。19世纪70年代Mandelbrot创立分形几何学，提出了一种定量研究和描述自然界中极不规则且看似无序的复杂结构、现象或行为的新方法，从此分形几何学广泛地应用于自然科学研究的各个领域，并且在经济学等社会科学也有很巧妙的应用。19世纪80年代，分形几何学开始应用于岩石力学研究，开始形成分形岩石力学这一门新兴交叉学科。人们逐渐发现岩石力学领域中的分形现象相当普遍，不仅岩石的自然结构性状、缺陷几何形态、分布以及地质结构产状、断层几何形态、分布都观察到分形特征或分形结构，而且岩石体强度、变形、破断力学行为以及能量耗

岩石力学性质试验

岩石力学性质试验 一、岩石单轴抗压强度试验 1.1概述 当无侧限岩石试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。 在测定单轴抗压强度的同时，也可同时进行变形试验。 不同含水状态的试样均可按本规定进行测定，试样的含水状态用以下方法处理： （1）烘干状态的试样，在105～1100C下烘24h。 （2）饱和状态的试样，使试样逐步浸水，首先淹没试样高度的1/4，然后每隔2h分别升高水面至试样的1/3和1/2处，6h后全部浸没试样，试样在水下自由吸水48h；采用煮沸法饱和试样时，煮沸箱内水面应经常保持高于试样面，煮沸时间不少于6h。 1.2试样备制 （1）试样可用钻孔岩芯或坑、槽探中采取的岩块，试件备制中不允许有人为裂隙出现。按规程要求标准试件为圆柱体，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.2cm。高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比必须保持=2:1～2.5:1。 （2）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下必须制备3个。 （3）试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。两端面的不平行度最大不超过0.05mm。端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。 1.3试样描述 试验前的描述，应包括如下内容： （1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，胶结物性质等特征。 （2）节理裂隙的发育程度及其分布，并记录受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。 （3）测量试样尺寸，并记录试样加工过程中的缺陷。 1.4主要仪器设备 钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。 游标卡尺、天平（称量大于500g，感量0.01g），烘箱和干燥箱，水槽、煮沸设备。 压力试验机。压力机应满足下列要求： （1）有足够的吨位，即能在总吨位的10%～90%之间进行试验，并能连续加载且无冲击。 （2）承压板面平整光滑且有足够的刚度，其中之一须具有球形座。承压板直径不小于试样直径，且也不宜大于试样直径的两倍。如大于两倍以上时需在试样上下端加辅助承压板，辅助承压板的刚度和平整光滑度应满足压力机承压板的要求。 （3）压力机的校正与检验应符合国家计量标准的规定。

岩石力学试验报告-2010

长沙理工大学 岩石力学试验报告 年级班号姓名同组姓名实验日期月日理论课教师：指导教师签字：批阅教师签字： 实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七

试验一、岩石单向抗压强度的测定 一、试验的目的： 测定岩石的单轴抗压强度Rc。当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。 本次试验主要测定天然状态下试样的单轴抗压强度。 二、试样制备： 1、试料可用钻孔岩心或坑槽探中采取的岩块。在取料和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现。 2、本次试验采用圆柱体作为标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.4cm，高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。 3、对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径之比宜为2.0～2.5。 4、制备试样时采用的冷却液，必须是洁净水，不许使用油液。 5、对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石，应采用干法制样。 6、试样数量：每组须制备3个。 7、试样制备的精度。 (1)在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。 (2)两端面的不平行度，最大不超过0.05mm。 (3)端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25。 三、试样描述： 试验前的描述，应包括如下内容： 1、岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，风化程度，胶结物性质等特征。 2、节理裂隙的发育程度及其分布，并记述受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。 3、量测试样尺寸，检查试样加工精度，并记录试样加工过程中的缺陷。 试件压坏后，应描述其破坏方式。若发现异常现象，应对其进行描述和解释。 四、主要仪器设备：

岩石力学数值试验实验报告

岩石力学数值试验实验报告 姓名：郑周立学号： 1108010103 班级：采矿111班指导教师：左宇军 同组人：郑周立、周义现、胡斌、朱红伟、高言、 王坤 实验名称：圆孔对岩石力学性质影响的数值加载 试验 2014年5月16日

圆孔对岩石力学性质影响的数值加载试验 一、实验目的: 1.通过对RFPA2D学习，知道RFPA2D基本使用方法。 2.了解RFPA2D模拟试验的条件和RFPA2D的基本功能。 3.通过操作端部效应对岩石力学性质影响的数值实验，了解每一步操作以及岩石破裂过程，最终完成实验得到结果。 二、实验原理: RFPA-2D是一种基于有限元应力分析和统计损伤理论的材料破裂过程分析数值计算方法，是一个能够模拟材料渐进破裂直至失稳全过程的数值试验工具。 三、 1、试样尺寸： 100mm*51mm 2、基元数: 100*51 3、应力分析模式: 平面应变 4、圆孔：半径10mm 5、加载方式：单轴压缩 6、加载条件：竖向位移加载 7、均质度m=2 8、加载量：每步0.002mm

9、实验内容： （1）、应力-应变曲线； （2）、强度； （3）、破坏模式 四、实验内容： (一)、操作步骤： 第一步启动RFPA，新建模型建立存放的根目录 第二步划分网格，单击在弹出的窗口中设置模型的大小，单击确定第三步选择施加荷载模式... （二）实验结果 弹性模量图 第1步

第4步（开始破坏） 第7步（开始横向破坏） 第32步（彻底破坏） 第200步

最大剪应力图第1步

第4步（开始破坏） 第33步（彻底破坏） 第200步 最大主应力图

岩石力学试验报告

岩石力学实验指导书及实验报告 班级 姓名 山东科技大学土建学院实验中心编

目录 一、岩石比重的测定 二、岩石含水率的测定 三、岩石单轴抗压强度的测定 四、岩石单轴抗拉强度的测定 五、岩石凝聚力及内摩擦角的测定（抗剪强度 试验） 六、岩石变形参数的测定 七、煤的坚固性系数的测定

实验一、岩石比重的测定 岩石比重是指单位体积的岩石（不包括孔隙）在105～110o C 下烘至恒重的重量与同体积4o C 纯水重量的比值。 一、仪器设备 岩石粉碎机、瓷体或玛瑙体、孔径0.2或0.3毫米分样筛、天平（量0.001克）、烘箱、干燥器、沙浴、比重瓶。 二、试验步骤 1、岩样制备：取有代表性的岩样300克左右，用机械粉碎，并全部通过孔径0.2（或0.3）毫米分样筛后待用。 2、将蒸馏水煮沸并冷却至室温取瓶颈与瓶塞相符的100毫升比重瓶，用蒸馏水洗净，注入三分之一的蒸馏水，擦干瓶的外表面。 3、取15g 岩样（称准到0.001克）得g 借助漏斗小心倒入盛有三分之一蒸馏水的比重瓶中，注意勿使岩样抛撒或粘在瓶颈上。 4、将盛有蒸馏水和岩样的比重瓶放在沙浴上煮沸后再继续煮1～1.5小时。 5、将煮沸后的比重瓶自然冷却至室温，然后注入蒸馏水，使液面与瓶塞刚好接触，注意不得留有气泡，擦干瓶的外表面，在天平上称重得g 1。 6、将岩样倒出，比重瓶洗净，最后用蒸馏水刷一遍，向比重瓶内注满蒸馏水，同样使液面与瓶塞刚好接触，不得留有气泡，擦干瓶的外表面，在天平上称重得g 2。 三、结果：按下式计算： s d g g g g d 1 2-+= 式中：d ——岩石比重； g ——岩样重、克； g 1——比重瓶、岩样和蒸馏水合重、克； g 2——比重瓶和满瓶蒸馏水合重、克； d s ——室温下蒸馏水的比重、d s ≈1

定性分析竹子的力学特性(红色推荐)

定性分析竹子的力学特性 结12，高鸣，2001010132 初次见到竹子的人大概都为竹子如此之细却能长那么高而感到惊讶，尤其是竹子多生长在南方，而且最茂密的季节是夏季，很难想象竹子在南方夏天的狂风骤雨中如何屹立不倒。笔者试图通过自己有限的一点知识，从竹子的结构出发浅谈竹子的受力优点。 先看一下竹子的结构有哪些特点。竹子的断面是圆环形，中空，一般直径6厘米，壁厚0.5厘米，大约每隔15厘米有一个实心坚硬的竹节。 对于空心固体的受力性能，意大利科学家伽利略曾经做过专门的研究，这里摘录如下：“人类的技艺（技术）和大自然都在尽情地利用这种空心的固体。这种物质可以不增加重量而大大增加它的强度，这一点不难在鸟的骨头上和芦苇上看到，它们的重量很小，但是有极大的抗弯力和抗断力，麦秆所支持的麦穗重量，要超过整株麦茎的重量，假如与麦秆同样重量的物质却生成实心的而不是空心的，它的抗弯和抗断力就要大大减低。”“实际上也曾经发现并且用实验证实了，空心的棒以及木头和金属的管子，要比同样长短同样重量的实心物体更加牢固，当然，实心的要比空心的细一些。人类的技艺就把这个观察到的结果应用到制造各种东西上，把某些东西制成空心的，使它们又坚固又轻巧。” 竹子在自然界中主要受自重荷载和风荷载。在自重荷载下（无风时），竹子相当于一根受压杆，根据欧拉公式，临界荷载：2 2)(l EI F Pcr μπ= ，对于竹子，E 是它的材料性能， 取决于竹纤维的强度，生长在土地上长度系数2=μ， 这些都是常数。除去长度因素外，还和截面抗弯刚度Pcr F EI 成正比。显然，在同样的重量下，把截面作成空心圆环对于提高抗弯刚度EI 是最有利的。计算表明，假如把竹子做成实心的，则其抗弯能力是原来的1/10。因此，竹子特有的空心圆环形的截面保证了它的受压整体稳定性，从而能提高其生长高度。那么竹子如何保证受压局部稳定性呢？竹节的作用此时就体现了。竹节所起到的作用与箱形截面柱中横向加劲肋是一样的，从而保证了竹子的受压局部稳定性。同时，竹节的存在也保证了竹子的抗扭能力，避免竹子发生扭转失稳。 在风荷载下，竹子主要抵抗的是弯矩和剪力。对于抗弯，边缘最大正应力与截面截面惯性矩I 成反比，而I 随截面半径增大而增大，故空心结构形成的大半径有利于降低边缘最大正应力提高抗弯能力。同时，由于边缘的正应力最大，故将优质材料布置在边缘是最优化的结构布置，竹子就做到了这点。竹壁自外而内，分为竹青、竹肉和竹黄三个部分，竹子的表面呈现出青色的叫竹青，由抗拉强度很高的纤维质构成。对于抗剪，竹节又起到了很关键的作用。坚硬实心的竹节将竹身分成小段小段的区格，在每个区格的端部提供可靠的变形约束，从而也能大大提高竹子的抗剪能力。举个例子，农业上小麦减产主要原因之一“倒伏”，就是小麦返青拔节时，由于雨水过多，生长迅速而拔节快，形成节与节之间间距大，减低了麦秆的抗剪能力，头重脚轻杆软倒伏于地。 从上面的分析可以看出，竹子的结构特点十分符合它在自然界中的受力需要。自然界中的许多动植物身上都有许多这样的特点，这些都是生物在进化过程中逐渐产生的有利于其生存的特点，受力优越性便是其中之一。

岩石力学作业

岩石力学习题 第一章绪论 1.1 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别与联系。 1.2 岩体的力学特征是什么？ 1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类，各有什么特点？ 1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。 1.5 岩石力学的研究方法有哪些？ 第二章岩石的物理力学性质 2.1 名词解释：孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度 2.2 岩石的结构和构造有何区别？岩石颗粒间的联结有哪几种？ 2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 2.4 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重，天然含水量，试计算该岩样的孔隙率n，干容重及饱和容重。 2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些？ 2.6 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。 2.7 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试 验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？ 2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量？

2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？ 2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？ 2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其之间的关系。 2.12 简述岩石在单轴压力试验下的变形特征。 2.13 简述岩石在反复加卸载下的变形特征。 2.14 体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？ 2.15 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛？ 2.16 岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？ 2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？ 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 2.20 请根据坐标下的库仑准则，推导由主应力、岩石破断角和岩石单轴抗压强度给出的在坐标系中的库仑准则表达式，式中。 2.21 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到100MPa时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为65°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算： 1)内摩擦角。 2)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度。

中南大学ANSYS上机实验报告

ANSYS上机实验报告 小组成员：郝梦迪、赵云、刘俊 一、实验目的和要求 本课程上机练习的目的是培养学生利用有限单元法的商业软件进行数值计算分析，重点是了解和熟悉ANSYS的操作界面和步骤，初步掌握利用ANSYS建立有限元模型，学习ANSYS分析实际工程问题的方法，并进行简单点后处理分析，识别和判断有限元分析结果的可靠性和准确性。 二、实验设备和软件 台式计算机，ANSYS10.0软件 三、基本步骤 1）建立实际工程问题的计算模型。实际的工程问题往往很复杂，需要采用适当的模型在计算精度和计算规模之间取得平衡。常用的建模方法包括：利用几何、载荷的对称性简化模型，建立等效模型。 2）选择适当的分析单元，确定材料参数。侧重考虑一下几个方面：是否多物理耦合问题，是否存在大变形，是否需要网格重划分。 3）前处理（Preprocessing）。前处理的主要工作内容如下：建立几何模型（Geometric Modeling），单元划分（Meshing）与网格控制，给定约束（Constraint）和载荷（Load）。在多数有限元软件中，不能指定参数的物理单位。用户在建模时，要确定力、长度、质量及派生量的物理单位。在建立有限元模型时，最好使用统一的物理单位，这样做不容易弄错计算结果的物理单位。建议选用kg，N，m，sec；常采用kg，N，mm，sec。 4）求解（Solution）。选择求解方法，设定相应的计算参数，如计算步长、迭代次数等。 5）后处理（Postprocessing）。后处理的目的在于确定计算模型是否合理、计算结果是否合理、提取计算结果。可视化方法（等值线、等值面、色块图）显

岩石力学实验指导书

岩石力学实验指导书

岩石力学实验指导书 修订版 王宝学杨同张磊编

北京科技大学 土木与环境工程学院 2008 年3 月 3

试验是岩石力学课程教学的重要环节，目的在于辅助课堂教学，直观培养学生的知识结构和动手能力。本指导书是根据我校“2005年教学大纲”，并结合我校的实验条件而编写，主要内容有：1、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验；2、岩石比重试验； 3、岩石密度试验； 4、岩石耐崩解试验 5、岩石膨胀试验； 6、岩石冻融试验； 7、岩石单轴抗压强度试验， 8、岩石压缩变形试验， 9、岩石抗拉强度试验(巴西法)，10、岩石抗剪强度试验(变角剪法)，11、岩石三轴压缩及变形试验，12、岩石弱面抗剪强度试验，13、岩石点载荷指数测定试验，14、岩石纵波速度测定试验，15、岩石力学伺服控制刚性试验；16、岩石声发射试验。 本指导书的内容主要参照《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）；《水利电力工程岩石试验规程》DLJ204-81，SLJ2-81；同时参考了国际岩石力学会《岩石力学试验建议方法》，中华人民共和国国家标准《岩石试验方法标准》以及《露天采矿手册》等，由于我们水平有限，文中如有不当之处，欢迎读者批评指正。 编者：王宝学、杨同、张磊 2007年12月

岩石物理性质试验 (1) 一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验 (1) 二、岩石比重(颗粒密度)试验 (5) 三、岩石密度试验 (10) 四、岩石耐崩解试验 (17) 五、岩石膨胀试验 (20) 六、岩石冻融试验 (28) 岩石力学性质试验 (33) 七、岩石单轴抗压强度试验 (33) 八、岩石压缩变形试验 (39) 九、岩石抗拉强度试验（巴西法） (46) 十、岩石抗剪强度试验(变角剪切) (51) 十一、岩石三轴压缩及变形试验 (56) 十二、岩石弱面剪切强度试验 (68) 十三、点载荷指数的测定 (75) 十四、岩石纵波速度测定 (78) 十五、岩石力学伺服控制刚性试验 (80) 十六、岩石声发射试验 (86)

岩层实验报告

中国矿业大学矿业工程学院实验报告

《岩层控制》实验报告 实验一矿山岩体力学实验 注：包括岩石抗拉、抗压、抗剪三个内容。 岩石的抗拉强度试验 一、实验目的与要求 岩石在单轴拉伸载荷作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度。由于进行直接拉伸实验在准备试件方面要花费大量的人力、物力和时间，因此采用间接拉伸实验方法来测试岩石的抗拉强度。劈裂法是最基本的方法。 二、实验仪器 （1）钻石机或车床，锯石机，磨石机或磨床。 （2）劈裂法实验夹具，或直径2.0mm钢丝数根。 （3）游标卡尺（精度0.02mm），直角尺，水平检测台，百分表架和百分表。（4）材料实验机。 三、实验原理 图3-1显示的是在压应力作用下，沿圆盘直径y-y的应力分布图。在圆盘边缘处，沿y-y方向（σy）和垂直y-y（σx）方向均为压应力，而离开边缘后，沿y-y方向仍为压应力，但应力值比边缘处显著减少，并趋于平均化；垂直y-y方向变成拉应力。并在沿y-y的很长一段距离上呈均匀分布状态。虽然拉应力的值比压应力值低很多，但由于岩石的抗拉强度很低，所以试件还是由于x方向的拉应力而导致试件沿直径的劈裂破坏，破坏是从直径中心开始，然后向两端发展，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实。 χy r/R 0.5 -0.5x σyσx y 压缩拉伸应力值/MPa 160120804040 图3-1 劈裂实验应力分布示意图四、实验内容

(1) 了解试件的加工机具、检测机具，规程对精度的要求及检测方法； (2) 学会材料实验机的操作方法及拉压夹具的使用方法； (3) 学会间接测试岩石抗压强度及数据处理方法。 五、 实验步骤 （1） 测定前核对岩石名称和岩样编号，对试件颜色、颗粒、层理、裂隙、风 化程度、含水状态机加工过程中出现的问题进行描述，并填入记录表1-1内。 （2） 检查试件加工精度，测量试件尺寸，填入记录表内。 （3） 选择材料实验机度盘时，一般应满足下式：0.2 P 0< P max <0.8P 0 （4） 通过试件直径两端，沿轴线方向画两条互相平行的线作为加载基线。把试件放入夹具内，夹具上、下刀刃对准加载基线，用两侧夹持螺钉固定好试件，或用两根直径2.0mm 的钢丝放在加载基线上，钢丝间用橡皮筋固定。 （5） 把夹好试件的夹具或夹好钢丝的试件放入材料实验机的上、下承压板之间，使试件的中心线和材料实验机的中心线在一条直线上。 （6）开动材料实验机，施加数百牛载荷后，松开夹具两侧夹持螺钉，然后以0.03~0.05MPa/s 的速度加载，直至试件破坏。 （7）记录破坏载荷，对破坏后的试件进行摄影或描述。 六、 注意事项 （1） 记录试件的完整状态， （2） 选择合适的材料实验机及合适的实验机度盘值， （3） 夹具对试件的加载方向要与试件的轴线在一平面上， （4） 选择合适的加载速率。 七、 数据处理 表1-1 计算试件单向抗拉强度： R 1= 102?DL P π=5.98MPa 式中 R 1—试件的抗拉强度，MPa ； P —试件破坏载荷，kN; D —试件直径，cm; L —试件厚度，cm 。 八、误差分析 （1）试件自身各方面的影响； （2）系统误差；

岩石力学实验方案

实验方案 实验一单轴压缩试验 一、实验得目得 以白垩系软岩为研究对象，设置不同得冻结温度,分别对岩样进行一次冻融循环，并测定其冻融前后得单轴抗压强度与杨氏弹性模量，且绘出应力—应变曲线。当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时,单位面积上所承受得载荷称为岩石得单轴抗压强度,即式样破坏时得最大载荷与垂直与加载方向得截面积之比. 本次试验主要测定饱与状态下试样得单轴抗压强度。 二、试样制备 （1)样品可用钻孔岩芯或在坑槽中采取得岩块,在取样与试样制备过程中,不允许发生人为裂隙。 (2）试样规格:经过钻取岩芯、岩样尺寸切割、岩样打磨几道工序制备成直径5cｍ、高10cm得圆柱体。 (3)试样制备得精度应満足如下要求: a沿试样高度，直径得误差不超过０.03cm; b试样两端面不平行度误差，最大不超过０．00５cm; c端面应垂直于轴线,最大偏差不超过０、25°； ｄ方柱体试样得相邻两面应互相垂直，最大偏差不超过0、２5°。 三、主要仪器设备 1、制样设备：钻石机、切石机及磨石机. 2、测量平台、角尺、游标卡尺、放大镜、低温箱等。

3、压力试验机。 四、实验步骤 1、取加工好得岩石试样15块，放入抽真空设备中进行饱水处理，浸泡2４h; 2、a.(1）从饱水后得试样中取３块,进行冻结前常温（＋2０℃）条件下岩石得单轴压缩试验,并记录应力—应变曲线等信息；（2)从剩下得饱水岩样中取出6块放入低温箱中，在恒温—1０℃条件下冻结4８h；（3）取出冻结后得3块岩样,进行冻结－10℃条件下岩石得单轴压缩试验，并记录应力-应变曲线等信息；(4）取出冻结后另外3块岩样,在室内常温环境下自然解冻后，进行岩石冻结解冻后恢复到常温条件下岩石得单轴压缩试验,并记录应力-应变曲线等信息； b、以剩余得6块试样为对象，把冻结温度设置为—30℃，重复a中步骤(2)～(4）； ３、通过试验数据分析在两种冻结温度下，岩样冻结前、冻结中与冻结解冻后三种状态下三种岩石单轴压缩下强度、应力-应变曲线及弹性模量等参数得变化情况. 五.成果整理与计算 1、按下式计算岩石得单轴抗压强度： －———-岩石单轴抗压强度,ＭPａ; ———－最大破坏荷载，Ｎ； －—－—垂直于加载方向得试样横截面积,mｍ2。 2、固体材料得弹性模量就是指弹性范围内应力与应变得比值，反映材料得坚固性.计算割线弹性模量E50,即应力应变曲线零荷载点与单

荔枝果核力学特性分析及试验

万方数据

万方数据

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荔枝果核力学特性分析及试验 作者：程红胜， 李长友， Cheng Hongsheng， Li Changyou 作者单位：华南农业大学,工程学院,广州,510642 刊名： 农机化研究 英文刊名：JOURNAL OF AGRICULTURAL MECHANIZATION RESEARCH 年，卷(期)：2009,31(12) 被引用次数：1次 参考文献(12条) 1.刘燕群中国荔枝产业发展现状、问题及对策[期刊论文]-世界农业 2008(03) 2.徐秉业;罗学富接触力学 1992 3.Mohsenin N N Physical properties of plant and animal materials 1970 4.王泽南;单明彻水果机械特性及损伤的研究 1986(03) 5.吴德光;蒋小明农产品压缩试验研究及其应用(Ⅰ)-压缩试验方法 1990(03) 6.周祖锷农业物料学 1994 7.戴晓红荔枝加工机结构设计原理分析[期刊论文]-包装与食品机械 1997(02) 8.王旭东荔枝去核机的设计[期刊论文]-农业机械学报 2005(09) 9.张林泉荔枝剥壳设备的研制[期刊论文]-包装与食品机械 2004(06) 10.陈震荔枝力学特性参数测试研究[期刊论文]-农机化研究 2008(09) 11.王旭东;朱立学;刘江清荔枝物理参数和机械特性的试验研究[期刊论文]-农机化研究 2007(12) 12.袁沛元;蔡长河荔枝加工现状与技术探讨[期刊论文]-中国热带农业 2005(25) 本文读者也读过(10条) 1.贾彦丽.温陟良.吕瑞江.段玉春.智福军.JIA Yan-li.WEN She-liang.LU Rui-jiang.DUAN Yu-chun.ZHI Fu-jun 无核小枣果核发育的解剖学研究[期刊论文]-华北农学报2007,22(z2) 2.陈震.徐凤英.李长友.卢顺成.CHEN Zhen.XU Feng-ying.LI Chang-you.LU Shun-cheng荔枝力学特性参数测试研究[期刊论文]-农机化研究2008(9) 3.陈震.李长友.洪英荔枝力学特性分析与测试[会议论文]- 4.宋慧芝.王俊.陈琦峰.严志权.Song Huizhi.Wang Jun.CHEN Qifeng.Yan Zhiquan梨动力学特性有限元分析[期刊论文]-农业机械学报2005,36(6) 5.徐永春.陈震农业物料力学测试平台系统设计[期刊论文]-现代农业装备2004(9) 6.张洋.王德成.王光辉.刘德旺.王书茂牧草种子机械化加工工艺的分析[会议论文]- 7.刘建军.宋建农.陆建伟.彭樟林.彭何欢.LIU Jian-jun.SONG Jian-nong.LU Jian-wei.PENG Zhang-lin.PENG He-huan大蒜物理力学特性的试验研究[期刊论文]-农机化研究2008(2) 8.杨晨升.马小愚.Yang Chensheng.Ma Xiaoyu农业物料动态力学特性的试验研究[期刊论文]-农机化研究2009,31(4) 9.刘圣勇.王淮东.康艳.李文雅.苏超杰.袁超.朱长河.LIU Sheng-yong.WANG Huai-dong.KANG Yan.LI Wen-ya.SU Chao-jie.YUAN Chao.ZHU Chang-he玉米秸秆成型燃料结渣特性试验与分析[期刊论文]-河南农业大学学报2006,40(6) 10.刘圣勇.李文雅.苏超杰玉米秸秆成型燃料结渣特性实验与分析[会议论文]-2006 引证文献(1条) 1.陈燕.蔡伟亮.邹湘军.徐凤英荔枝整果压缩力学特性试验[期刊论文]-安徽农业科学 2010(29)

岩体力学实验..

岩体力学实验 一.实验目的 岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。 二.实验设备、仪器和材料 1.钻石机、锯石机、磨石机； 2.游标卡尺，精度0.02mm； 3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架； 4.YE-600型液压材料试验机； 5.JN-16型静态电阻应变仪； 6.电阻应变片（BX-120型）； 7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。 三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1. 试样规格：采用直径为50 mm，高为100 mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50 mm×50 mm×100 mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。 2. 加工精度： a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图5-1所示，将试样放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。 b 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm，用游标卡尺检查。 c 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显

缝隙。 3.试样数量： 每种状态下试样的数量一般不少于3个。 4.含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内1～2 d ，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 四.电阻应变片的粘贴 1.阻值检查：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电阻值一般选用120欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过0.5Ω。 2.位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部，纵向、横向应变片排列采用“┫”形，尽可能避开裂隙，节理等弱面。 3.粘贴工艺：试样表面清洗处理→涂胶→贴电阻应变片→固化处理→焊接导线→防潮处理。 五.实验步骤 1. 测定前核对岩石名称和试样编号，并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、 裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2. 检查试样加工精度。并测量试样尺寸，一般在试样中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。 3. 电阻应变仪接通电源并预热数分钟后, 连接测试导线，接线方式采用公 1—百分表 2-百分表架 3-试样 4水平检测台 图5-1 试样平行度检测示意图 1—直角尺 2-试样 3- 水平检测台 图5-2 试样轴向偏差度检测示意图 图5-3 电阻应变片粘贴

岩石力学实验

专业：年级姓名 指导老师 《岩石力学》实验报告书 西南科技大学环境与资源学院中心实验室

试验1、岩石单向抗压强度的测定 一、仪器设备 材料试验机、游标卡尺。 二、标准试件规格：采用直接为50mm 的圆柱体，高径比为2 ：1；也可采用50×50×100mm 的长方体。 三、测定步骤： 1、 测试件尺寸（试件直径应在其高度中部两个互相垂直的方向量测，取算术平均值） 填入记录表内。 2、 选择压力机度盘：一般应满足0.2P ＜P max ＜0.8P 式中：P max ——预计最大破坏载荷，KN P ——压力机度盘最大值，KN 3、 开动压力机，使其处于可用状态，将试件置于压力机承压板中心，调整球形坐，使 试件上下受力均匀，0.5~1.0MPa 的速度加载直至破坏。 四、测定结果的计算： 试件的抗压强度： F P R 式中：R ——试件抗压强度，MPa P ——试件破坏载荷，N F ——试件面积，mm 2

试验2、岩石抗拉强度的测定（劈裂法） 一、仪器设备： 材料试验机、劈裂法实验夹具、游标卡尺。 二、试件规格 标准试件采用圆盘形，直径50mm 、厚25mm ；也可采用50×50×50mm 得方形试件。 三、测定步骤： 1、2同抗压强度相同。 3、通过试件直径的两端，沿轴线方向画两条互相平行的线作为加载基线，把试件放入夹具内，夹具上下刀刃对准加载基线，放入试验机的上下承压板之间，使试件的中心线和试验机的中心线在一条直线上。 4、开动试验机，以每秒0.03~0.05MPa 的速度加载直至破坏。 四、测定结果计算： DL P R L 14.32 式中：R L ——岩石单向抗拉强度，MPa P ——试件破坏载荷，N D ——试件直径，mm L ——试件厚度，mm 抗拉强度测定记录表

岩石力学复习

一、名词解释 1、各向异性：岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的性质。 2、软化系数：饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值。 3、初始碎胀系数：破碎后样自然堆积体积与原体积之比。 4、岩体裂隙度K：取样线上单位长度上的节理数。 5、本构方程：描述岩石应力与应变及其与应力速率、应变速率之间关系的方程（物理方程）。 6、平面应力问题：某一方向应力为0。（受力体在几何上为等厚薄板，如薄板梁、砂轮等） 7、平面应变问题：受力体呈等截面柱体，受力后仅两个方向有应变，此类问题在弹性力学中称为平面应变问题。 8、给定载荷：巷道围岩相对孤立，支架仅承受孤立围岩的载荷。 9、长时强度：作用时间为无限大时的强度（最低值）。 10、扩容现象：岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象 11、支承压力：回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。 12、平面应力问题：受力体呈等厚薄板状，所受应力为平面应力，在弹性力学中称为平面应力问题。 13、给定变形：围岩与母体岩层存在力学联系，支架承受围岩变形而产生的压力，这种工作方式称为给定变形。 14、准岩体强度：考虑裂隙发育程度，经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。 15、剪胀现象：岩石受力破坏后，内部断裂岩块之间相互错动增加内部空间在宏观上表现体积增大现象。 16、滞环：岩石属滞弹性体，加卸载曲线围成的环状图形，其面积大小表示因内摩擦等原因消耗的能量。 17、岩石的视密度：单位体积岩石（包括空隙）的质量。 18、扩容现象：岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象。 19、岩体切割度Xe：岩体被裂隙割裂分离的程度： 20、弹性后效：停止加、卸载，应变需经一段时间达到应有值的现象。 21、粘弹性：岩石在发生的弹性变形具有滞后性，变形可缓慢恢复。 22、软岩（地质定义）：单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀类岩石。 23、砂土液化：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。 24、混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。 25、卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。 26、工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。 27、工程地质条件：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括：地形地貌、岩土类型及其工程性质、地质结构、水文地质、物理地质现象和天然建筑材料六个方面。 28、滑坡：斜坡岩土体在重力等因素作用下，依附滑动面（带）产生的向坡外以水平运动为主的运动或现象。 29、振动液化：饱水砂、粉砂土在振动力的作用下，抗剪强度丧失的现象。 30、混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀性有所增强，这种增强的溶蚀效应叫做混合溶蚀效应。 31、基本烈度：指在今后一定时间（一般按100年考虑）和一定地区范围内一般场地条件下