在內(nèi)蒙、新疆、寧夏、陜西等西部地區(qū),該處多是膠結(jié)弱、強(qiáng)度低的白堊系富水軟巖。在這些礦區(qū)進(jìn)行凍結(jié)鑿井由于缺乏理論依據(jù)和施工經(jīng)驗(yàn),凍結(jié)設(shè)計(jì)和施工控制仍采用中東部深厚表土凍結(jié)鑿井設(shè)計(jì)參數(shù),多次出現(xiàn)因爆破沖擊造成的凍結(jié)壁失穩(wěn)大量出水工程事故,嚴(yán)重影響施工進(jìn)度,帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失,究其原因是這類軟巖經(jīng)過人工凍結(jié)后在動(dòng)靜荷載作用下的力學(xué)特性尚未鉆研透徹。因此需要這類軟巖在人工凍結(jié)條件下力學(xué)特性系統(tǒng)的研究,對(duì)西部礦區(qū)煤田巷道開挖設(shè)計(jì)與施工有一定的參考價(jià)值。本文以甘肅五舉煤礦井巷凍結(jié)法施工設(shè)計(jì)為背景,通過對(duì)立井穿過的白堊系富水砂巖現(xiàn)場(chǎng)取樣,在室內(nèi)進(jìn)行基本物理特性測(cè)試、單軸抗壓、三軸抗壓以及一維沖擊試驗(yàn),得到以下結(jié)論:(1)分析了西部煤礦地區(qū)地層特征、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)等特性,試驗(yàn)研究了凍結(jié)軟巖的物理參數(shù)及變化,深入分析了西部白堊系砂巖在不同溫度下的比熱容、熱擴(kuò)散系數(shù)等熱物理性質(zhì),研究其影響因素和變化規(guī)律;(2)在不同溫度條件下對(duì)飽和砂巖分別進(jìn)行單軸、三軸壓縮試驗(yàn),以此得到其強(qiáng)度特性與溫度的關(guān)系,并分析了彈性模量、泊松比等隨溫度的變化關(guān)系;(3)基于損傷力學(xué)理論分析了不同凍結(jié)溫度條件下巖石的損傷行為,建立了白堊系凍結(jié)砂巖的損傷本構(gòu)關(guān)系;(4)在室內(nèi)對(duì)砂巖進(jìn)行飽水狀態(tài)下預(yù)加人工凍結(jié),然后借助巖石類材料SHPB試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行不同強(qiáng)度的沖擊荷載試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),分析了其動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變曲線及動(dòng)彈性模量、動(dòng)載強(qiáng)度等變形規(guī)律,重點(diǎn)探討不同凍結(jié)溫度下巖石的入射能、反射能及透射能與應(yīng)變率的關(guān)系,并且分析了能量與應(yīng)變率及凍結(jié)溫度的相關(guān)性。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU452
【部分圖文】：

（1）試驗(yàn)條件的確定本文的核心問題是設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案還原地層軟巖凍結(jié)鑿井過程中的力學(xué)特征變化，采用先進(jìn)手段進(jìn)行巖石動(dòng)靜加載過程損傷識(shí)別。在五舉煤礦取原狀巖樣，從現(xiàn)場(chǎng)取樣運(yùn)至試驗(yàn)室，進(jìn)行試件加工并測(cè)定其天然狀態(tài)下含水率，取部分巖樣進(jìn)行飽水試驗(yàn)（如果天然狀態(tài)下巖樣為飽和狀態(tài)，則先進(jìn)行干燥后再進(jìn)行飽水試驗(yàn)），確定白堊系砂巖的最大含水率。由于在實(shí)際施工過程中與凍結(jié)管距離不同則該處凍結(jié)溫度不同，由此確定試驗(yàn)中所選取的溫度為常溫（25℃）、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃。將加工完成的砂巖試樣進(jìn)行飽水試驗(yàn)，篩選物理特性保持在一定的相似范圍內(nèi)的巖樣，最后將巖樣密封保存。（2）靜荷載作用下力學(xué)特性試驗(yàn)研究為測(cè)試靜載作用下不同凍結(jié)溫度砂巖力學(xué)特性，將取得的巖樣進(jìn)行凍結(jié)試驗(yàn)，人工凍結(jié)溫度分別為常溫（25℃）、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃，然后分別進(jìn)行單軸和三軸壓縮試驗(yàn)（23 ：2MPa、4MPa、6MPa），測(cè)試白堊系砂巖在靜載作用下的力學(xué)特性。取部分巖樣進(jìn)行分組， A（單軸）、B（2MPa）、C（4MPa）、D（6MPa），共 4 組，其中 A 組下面分 A1（25℃）、A2（-5℃）、A3（-10℃）、A4（-15℃）、A5（-20℃）5 個(gè)小組，B、C、D 與 A 組分組一樣，每 3 件試樣為 1 小組。試驗(yàn)方案如下圖 1.1 所示。

西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文（3）動(dòng)荷載作用下力學(xué)特性試驗(yàn)研究為測(cè)試動(dòng)荷載作用下不同凍結(jié)溫度砂巖力學(xué)特性，將制備好的巖樣進(jìn)行試沖，通過調(diào)整沖擊速度，得出所選試樣的沖擊破壞速度范圍：沖擊速度過小，能量低于產(chǎn)生巖石初始裂紋開展能量，且設(shè)備速度難以控制，而沖擊速度過大，試樣破碎嚴(yán)重，難以比較不同耦合狀態(tài)下試樣的破壞形式，因此沖擊速度的確定既要能保證試樣的破壞又能對(duì)比出不同加載條件下不同砂巖的動(dòng)力響應(yīng)。人工凍結(jié)溫度分別為常溫（25℃）、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃，然后用 SHPB 設(shè)備進(jìn)行不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，測(cè)試其力學(xué)特性和破壞特征。取部分巖樣進(jìn)行分組，根據(jù)不同低溫范圍分為 5 個(gè)小組：A（25℃）、B（-5℃）、C（-10℃）、D（-15℃）、E（-20℃）。以 A 組為例，根據(jù)試沖獲得的沖擊破壞速度范圍，將 A 組再分為 6 組，A1、A2、A3、A4、A5、A6，每 3 件試樣為 1 組。B 組、C 組、D 組同 A 組分組一樣。試驗(yàn)方案圖 1.2 所示。

8（e） 初步剔除有明顯裂紋的巖樣 （f） 完成編號(hào)的巖樣圖 2.1 試驗(yàn)室內(nèi)巖樣的加工制備.3 砂巖基本物理參數(shù)的測(cè)定.3.1 試驗(yàn)設(shè)備巖石的物理試驗(yàn)是在西安科技大學(xué)巖土工程試驗(yàn)中心完成，所需儀器如下：①電子平秤（精度 0.01g）；②游標(biāo)卡尺（精度 0.02mm）；③真空干燥箱；④真空飽和儀槽等。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2822234