級創(chuàng)新性實驗計劃項目申報書

1、評審編號： 河北聯(lián)合大學大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目申報書項目名稱 節(jié)理巖體破裂全過程紅外輻射效應試驗研究 項目負責人 郝悠酉 所在學院 礦業(yè)工程學院 專業(yè)年級 09采1 學 號 200905050223 聯(lián)系電話電子信箱 1160258783 指導教師 李示波 劉祥鑫 項目起止年限 2012.7-2012.12 項目參與學生人數(shù) 4 填寫說明1. 凡申報大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目必須填寫本申報書。2. 向學校報送本申報書時，一式三份，并報送申報書電子文檔。3. 本書應該填寫完整、內容詳實、表達準確，數(shù)字一律填寫阿拉伯數(shù)字。4. 項目開展支撐平臺指支撐本項目開展的校、院級教

2、學實驗中心、科研實驗室等，表中填寫有關實驗室名稱，可以多個。5. 打印格式與裝訂（1）紙張為A4大小，雙面打?。唬?）文中小標題為四號、仿宋、加黑；（3）欄內正文為小四號、仿宋；項目名稱節(jié)理巖體破裂全過程紅外輻射效應試驗研究申請經(jīng)費6000元起止時間2012年7月至2012年12 月項目所屬一級學科礦業(yè)工程項目硬件 軟硬結合 軟件 理論分析項目負責人基本信息姓名學號專業(yè)年級所在學院郝悠酉 20090505022309采礦1礦業(yè)工程學院性別聯(lián)系電話電子郵件身份證號男151339719611160258783130636198901160576項目組成員基本信息序號123姓名/性別王彥飛/男張安斌

3、杜曉婭/女學號200905050117200905050118201114410402專業(yè)年級09采109采111采2所在學院礦業(yè)工程學院礦業(yè)工程學院礦業(yè)工程學院聯(lián)系電話150315792701503391592815127502005電子郵件yanfeiysAnbinzhang20091437913121身份證號130434198809123939130426198912012938130132199205291961指導教師基本信息姓名所在學院研究方向職稱/職務李示波劉祥鑫礦業(yè)工程學院巖土工程巖石力學副教授/無助教/無性別/年齡聯(lián)系電話電子郵件男/42男/25155338726651513

4、3968186shiboliLiuxiangxin9研究內容概述(限200字以內)節(jié)理的存在破壞了巖體的完整性，影響巖體力學性質，使巖石材料具有更為明顯的各向異性、非線性及非連續(xù)性，影響巖體的破壞方式。本項目采用充填體預制張開型節(jié)理，固定節(jié)理傾角、長度、寬度，改變節(jié)理間的巖橋角，以單軸壓縮為研究手段， 運用聲發(fā)射儀、遠紅外輻射儀、全息攝像等手段觀察試件破裂整個過程，分析得試件破壞聲發(fā)射特性、表面紅外輻射變化情況，著重討論破裂下試件的紅外輻射效應，進一步總結出節(jié)理擴展規(guī)律。項目創(chuàng)新特色概述（50字以內）基于聲發(fā)射儀、遠紅外輻射儀、全息攝像等手段，得出單軸壓縮下節(jié)理巖體破裂全過程中紅外輻射特性。項

5、目組成員分工姓名主要研究工作郝悠酉全面負責項目開展、實驗開展王彥飛實驗方案的制定、實驗開展張安斌實驗開展及數(shù)據(jù)處理杜曉婭試件制備及實驗開展一、項目簡介（研究內容、目的意義、具體目標、國內外研究現(xiàn)狀分析及評價等）1.1 目的意義一般而言，巖體的力學性質主要取決于巖體的地質特征及其所賦存的地質環(huán)境，而由節(jié)理裂隙所構成的結構網(wǎng)絡則控制著巖體的變形與破壞。巖石中的天然節(jié)理是一個預先存在著的、力學性能明顯較弱的面，由于它的存在，不僅破壞了巖體的完整性，直接影響巖體的力學性質和應力分布狀態(tài)，使巖石材料具有更為顯著的各向異性、非線性及非連續(xù)性，而且在很大程度上影響著巖體的破壞方式。巖體中裂隙面的力學效應與裂

6、隙面的力學特性和幾何特征有關。節(jié)理面的幾何參數(shù)如組數(shù)、產狀、延續(xù)性、密度、排布方式等對巖體宏觀力學行為的影響，由于其空間分布的多樣性和其與應力狀態(tài)組合下對巖體強度、變形和破壞特征影響的各向異性和復雜性，迄今為止還是巖體力學研究的熱點和難點之一。因此，不論從完善巖體力學理論的角度，還是從滿足大量巖體工程實踐需要的角度，開展巖石中節(jié)理的研究是十分必要的。1.2 國內外研究現(xiàn)狀分析及評價關于節(jié)理巖體力學特性的研究一直被巖石力學與工程界所關注。國內外學者在節(jié)理巖體力學特性方面開展了大量的物理模擬試驗研究工作。國外，Barton N.基于庫侖強度準則，提出了相應的節(jié)理面強度準則；米勒L.考慮節(jié)理巖體的結

7、構效應，建立了貫穿節(jié)理巖體的強度理論。Amadei B. 從理論上推求了由巖石和節(jié)理的強度參數(shù)計算規(guī)則分布貫通節(jié)理巖體的m, s值的方法。E.T. Brown等通過堆砌體三軸壓縮試驗，研究了節(jié)理方位、節(jié)理間距、節(jié)理組數(shù)、節(jié)理貫通程度變化對巖體強度、變形和破壞模式的影響；R.P. Tiwari和K. Seshagiri通過堆砌體三軸和真三軸壓縮試驗研究了節(jié)理幾何和應力水平對巖體的應變硬化、應變軟化和塑性行為的影響。國內學者易順民等在裂隙巖體損傷力學導論，李術才等在加錨斷續(xù)節(jié)理巖體破壞機理及工程應用，朱維申等在節(jié)理巖體錨固機理和錨固效應及工程應用一書中分別從裂隙巖體損傷力學理論、加錨節(jié)理巖體以及節(jié)

8、理巖體固錨效應等等方面展開論述；鄭穎人、王永甫等針對節(jié)理巖體隧道的穩(wěn)定分析與破壞規(guī)律探討；劉東燕、朱可善用Hoek-Brown經(jīng)驗準則預測含斷續(xù)節(jié)理巖體的強度，闡明含斷續(xù)節(jié)理巖體強度的各向異性特征；白世偉等通過直剪試驗條件下的模型試驗，研究了單個、2個水平節(jié)理在不同節(jié)理連通率、正應力。在現(xiàn)場節(jié)理巖體中節(jié)理的間距通常在米的量級，這樣代表性體積單元(RVE)變得非常之大，而目前大型巖體力學試驗做到1 m尺寸已屬不易，利用室內試驗直接測定其力學特性是不現(xiàn)實的。巖體的現(xiàn)場原位測試影響因素較多，具有很大的離散性且十分昂貴。而室內巖石模擬材料的物理模型試驗則能系統(tǒng)和有控制地研究節(jié)理系統(tǒng)參數(shù)對節(jié)理巖體力學性

9、能的影響效果，因此被廣泛地用于探究節(jié)理巖體的強度、變形和破壞機制，并從中得到簡化分析模型。室內巖石模擬材料的物理模型試驗能系統(tǒng)和有效地研究節(jié)理系統(tǒng)參數(shù)對節(jié)理巖體的強度、變形和破壞機制，并從中得到簡化分析模型。因此，通過對含預置節(jié)理的充填體的力學試驗來開展關于節(jié)理巖體的研究是可行的。1.3 研究內容及目標本實驗以尾砂、水泥為原料，按灰砂配比1：4制作出充填體試件30-60組（每種巖橋角試件數(shù)5-10個），使用不銹鋼鋼片將充填體試件按照表1將表面預置兩條450度張開型節(jié)理，通過室內單軸加載充填體破壞試驗，運用聲發(fā)射儀、遠紅外輻射儀、全息攝像等手段觀察試件破裂整個過程，分析得試件破壞聲發(fā)射特性、紅外

10、輻射特性，總結出巖橋角與節(jié)理巖體破壞強度、破壞形式間的關系，進一步總結出節(jié)理擴展規(guī)律，以期開展關于節(jié)理充填體破壞下力學研究。試件基本信息如左圖所示，節(jié)理參數(shù)如下表1所示：表1 節(jié)理基本參數(shù)信息參數(shù)類別數(shù)值節(jié)理數(shù)目 (條)2節(jié)理長度 (a)8mm節(jié)理寬度 (t)1mm節(jié)理傾角 ()45°巖橋角 ()45°, 60°, 75°, 90°, 105°, 120°節(jié)理間距 (d)12mm試件高度 (H)100mm試件寬度 (W)50mm試件厚度 (D)25mm充填物無部分試件表面節(jié)理分布如下圖所示 二、研究技術路線及可行性2.1 研

11、究技術路線充填體材料的確定及購入查閱資料，提出具體試驗方案制模、預制節(jié)理、養(yǎng)護單軸壓縮力學實驗實驗數(shù)據(jù)分析及處理撰寫學術論文、結題報告圖1 研究技術路線2.2 可行性分析項目申請者以優(yōu)異的成績完成了采礦學、巖石力學、高等數(shù)學等與項目相關課程的學習。在學習期間認真完成了巖石力學實驗、井巷工程課程設計等實踐教學。具備較為完善的知識體系和較強的動手能力。項目申請者所在礦業(yè)工程學院具有采礦工程專業(yè)省級重點學科，依托省市級重點實驗室礦業(yè)開發(fā)與安全技術實驗室，配有美國進口聲學PCI-2型聲發(fā)射儀、高速攝像機、Therma SC3000遠紅外輻射儀等，最新購置RLW-3000型電液剛性伺服試驗機，充填環(huán)管等

12、設備將有助于本項目的順利開展。指導教師多年從事巖石力學研究及教學，具備豐富的理論和實踐經(jīng)驗。綜上，本項目團隊結構合理，實驗室設備較為先進，可支持本項目順利開展。三、已有的知識積累或實踐基礎項目申請者以優(yōu)異的成績完成了采礦學I、巖石力學、高等數(shù)學等與項目相關課程的學習。在學習期間認真完成了巖石力學實驗、井巷工程課程設計等實踐課程。具備較為完善的知識體系和較強的動手能力。四、研究計劃和進度（可就文獻查詢、社會調查、方案設計、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、研制開發(fā)、撰寫論文或研究報告、結題和答辯、成果推廣、論文發(fā)表、專利申請等工作逐項進行安排）本項目研究計劃和進度安排如下：2012.7-2012.8 查閱資料，設計實驗方案；2012.8-2012.10 節(jié)理巖體力學實驗及實驗數(shù)據(jù)分析；2012.10-2012.11 論文發(fā)表，撰寫結題報告；2012.11-2012.12 項目總結，項目驗收。五、項目研究支撐條件項目申請者所在礦業(yè)工程學院具有采礦工程專業(yè)省級重點學科，依托省市級重點實驗室礦業(yè)開發(fā)與安全技術實驗室，配有美國進口聲學PCI-2型聲發(fā)射儀、高速攝像機、Therma SC3000遠紅外輻射儀等，最新購置RLW-3000型電液剛性伺服試驗機，充填環(huán)管等設備將有助于本項目的順利開展。六、預期提供的成果及形式1、公開發(fā)表核心期刊論文1篇及以上；2、撰