干燥及饱水状态下基于巴西劈裂法的板岩抗拉强度

为研究干燥及饱水状态下不同层理角度板岩的抗拉强度的相关规律,采用微机控制电液伺服万能试验机对不同层理角度的板岩试件进行巴西劈裂试验,获得其破坏荷载、饱和含水率、抗拉强度等力学参数;基于获得的力学参数分析不同状态下板岩试件抗拉强度的变化规律以及其相对应的破坏模式。研究结果表明:随着板岩试件层理角度的增加,其抗拉强度逐渐降低,饱水状态下板岩试件的抗拉强度明显低于干燥状态下板岩试件的抗拉强度,并且层理角度为0°和90°板岩试件的破坏模式为纯拉伸破坏,层理角度为30°和60°板岩试件的破坏模式为沿层面剪切破坏。     

砂岩单面吸水强度软化实验

为了更附合巷道围岩吸水的实际状态,通过对两组单面吸水后的砂岩试件进行单轴抗压强度实验,研究其随吸水时间变化的强度软化特征。结果表明:两组试件单轴压缩σ-ε曲线线形相似,属于塑性-弹性-塑性变形类型,试件抗压强度随吸水时间呈负指数衰减趋于饱水强度,强度软化系数与吸水时间呈负相关性。试件宏观破坏形式主要为楔劈型张剪破坏和拉伸破坏,而且吸水一端总是首先破坏。砂岩在单面吸水状态下,强度软化机制为黏土矿物遇水膨胀机制与微观力学机制。     

不同角度充填节理花岗岩剪切裂纹扩展规律及断裂机制研究

增强型地热系统储层中岩体节理通常含有充填物,充填节理的剪切力学行为直接影响储层渗透性及连通性。基于不同角度充填节理花岗岩直剪试验,研究了充填节理花岗岩剪切破坏的力学特性、损伤变量演化及裂纹扩展规律。结果表明：充填物及节理角度影响花岗岩抗剪强度,表现为充填物改变裂纹扩展介质,节理角度影响花岗岩剪切时节理面的受力状态;充填节理花岗岩损伤破坏过程分为裂纹闭合、裂纹萌生发育、裂纹扩展破坏3个阶段,损伤变量随着损伤过程进行呈不断增大趋势;节理花岗岩剪切裂纹扩展方向可分为水平方向及平行节理方向,0°与90°节理试件剪切裂纹沿水平方向扩展直至贯通试件,30°、45°与60°节理试件剪切裂纹扩展方向与自身节理角度一致。     

压剪作用下节理倾角对类岩石材料破坏模式的影响

采用在水泥砂浆初凝前预埋云母片的方法制作含不同分布形态的充填节理试件,并对试件进行压剪试验,探究压剪复合作用下节理倾角对岩体破坏模式的影响及节理岩体破坏机理。应用RFPA2D有限元程序建立相应的数值模型,进行数值计算。试验和数值模拟结果表明:节理倾角对试件初始破坏时翼裂纹的产生位置和最终破坏形态都有显著影响;不同倾角的节理在不同程度上弱化了类岩石试件的抗剪强度,节理倾角为15°时抗剪强度最小,而60°时最大;节理倾角小于45°时,试件破坏所需剪切位移小于无节理试件破坏时的剪切位移,节理倾角大于或等于45°时大于无节理试件破坏时的剪切位移。     

二灰黄土力学性能试验

为了给二灰黄土在道路工程中的广泛应用提供理论参考,进行了二灰黄土三轴剪切和直接剪切试验,分析了二灰黄土的力学性能。通过三轴剪切试验测得不同围压下二灰黄土的应力-应变曲线、峰值强度、残余强度、弹性模量和抗剪强度等力学指标;通过直接剪切试验测得不同含水质量分数、不同压实度下二灰黄土的凝聚力和内摩擦角。研究结果表明:二灰黄土峰值强度、残余强度和峰值应变与围压基本上呈直线关系,其破坏过程可以用损伤的概念来解释;凝聚力和内摩擦角与压实度呈线性增长关系;凝聚力与含水质量分数呈非线性关系;内摩擦角与含水质量分数呈线性降低关系。     

不同压剪应力比作用下节理类岩石材料破坏模式的试验研究

通过对含充填节理类岩石材料试件进行变角度压剪试验,探究不同压剪应力比作用下节理倾角对岩体破坏模式的影响。定义削弱度,分析节理倾角对岩体抗剪强度的影响。研究结果表明:不同压剪应力比影响试件的初始破坏模式,最终破坏由过大剪切位移所致,并且节理倾角决定试件破坏后的形态;压剪应力比越大,同角度节理试件的抗剪强度越大;在相同压剪应力比下,与无节理试件抗剪强度相比,节理会削弱试件的抗剪强度,倾角不同,削弱度不同。     

干燥与饱水泥质粉砂岩破裂声发射及损伤演化

利用TAW-3000型伺服控制试验机和PCI-2型声发射监测系统,对干燥和饱水两种状态下的泥质粉砂岩进行了单轴压缩破裂声发射监测试验,研究了两种状态下岩石的力学与声发射特性的不同以及基于声发射为基础的损伤演化过程的区别.研究表明:饱水试件的强度、弹性模量及破坏程度均较干燥试件降低,干燥试件属于典型的脆性破坏,饱水试件则发生塑性破坏;监测到的饱水试件声发射事件率水平和峰值均较干燥试件降低,饱水试件在破坏前声发射事件率曲线出现特有的增长"沉寂区",可作为实际工程预警的前兆.推导和建立了基于相对累计声发射事件率为基础的损伤演化方程,且根据Weibull参数β的拟合值表明干燥试件内部微元强度分布集中程度和均质性均强于饱水试件,即水对泥质粉砂岩造成了一定程度的损伤.     

降雨诱发浅伏采空区上方地表塌陷机理

针对浅埋煤层采出后易发生地表塌陷地质灾害现象,分析了浅埋煤层采空区上覆岩层破坏特征及断裂岩层结构的稳定性,进行了不同含水量岩石力学特性的实验研究.结果表明:岩体试件在天然状态与饱水状态时的剪切力-剪切位移曲线变化趋势是基本一致的,但试件在饱水状态时的抗剪强度与天然状态相比大幅下降;不同含水量试件在单轴压缩条件下的应力-应变曲线随着含水量的增加,曲线的位置降低,峰值强度相应降低.     

温度作用后大理岩加-卸荷破裂特性试验研究

文章开展了常温和200℃作用后锦屏大理岩的单轴、常规三轴及三轴卸围压试验,分析了温度作用对大理岩破裂特征及强度的影响规律。研究表明:温度作用对大理岩破坏形式有较大影响,在相同的应力路径下,温度作用后的试件更容易出现张拉破坏特征。单轴试验中,试件均发生剪切和张拉组合破坏,未受温度作用的试件以剪切破坏为主,而温度作用后的试件以张拉破坏为主;在常规三轴试验中,未受温度作用的试件主要是剪切破坏,而温度作用后的试件有单剪、剪切和张拉组合破坏形式;三轴卸围压试验中,未受温度作用的试件有单剪、共轭剪切、剪切和张拉组合破坏等形式,而温度作用后的试件包括单剪、剪切和张拉组合、共轭剪切和张拉组合破坏等形式;常规三轴试验中,温度作用后试件的内摩擦角基本没有变化,而内聚力略有增加;卸围压试验中,温度作用后试件的内摩擦角有所增加,而内聚力则降低;采用Mogi-Coulomb强度准则对温度作用后的大理岩加、卸荷强度的回归效果优于Mohr-Coulomb强度准则。     

裂纹长度对裂隙岩体力学特性及破坏模式的影响

采用伺服控制岩石力学试验机对水泥砂浆材料制备的类岩石试件进行单轴加载,利用颗粒流离散元软件对岩体进行单轴加载数值模拟试验,研究不同预制裂纹长度下裂隙试件的力学特征及破坏规律.结果表明:随着裂纹长度的增加,裂隙试件的峰值强度、峰值应变和弹性模量均减小,裂隙模型脆性减弱,延性增强,且随着裂纹长度的增加,弹性模量的降幅逐渐增大,敏感度增强;引入强度劣化系数来定量分析裂隙试件的劣化特征,当裂纹长度从10 mm增加到15 mm时,劣化系数增长迅速,试件强度下跌明显,强度敏感度最大;裂纹长度影响裂隙试件的最终破坏模式,在0°原生裂纹下,随着裂纹长度的增加,裂隙试件的破坏模式由剪切破坏为主变为剪切、张拉复合破坏再转化为出现宏观裂纹的张拉破坏.     

表面裂纹对大理岩破坏特性影响

为研究表面裂纹对大理岩破坏特性的影响,采用室内试验的方法,获得了0°、30°、60°倾角单预制表面裂纹和45°倾角的双表面裂纹试件的单、三轴试验结果.结果表明:表面裂纹对试件中新裂纹的产生具有明显的诱导作用,但未对试件整体强度产生明显影响;围压对试件的破坏形式有决定作用:单轴压缩下,试件多表现为劈裂破坏,三轴压缩下,试件为剪切破坏;单预制表面裂纹对最终的破裂扩展路径不起决定性作用,双预制表面裂纹则对破裂断面作用明显.研究结论可以为岩土工程中裂隙岩体的失稳和破坏的预警提供参考.     

中等强度砂岩饱水力学参数变化试验及动态出砂规律

为了研究含水条件变化对砂岩储层出砂的定量影响规律,对国外某油田N储层中等强度砂岩27块岩心进行不同饱水时间和饱水度条件下的三轴强度破坏试验,测试不同围压三轴破坏强度、弹性模量、泊松比以及内聚力、内摩擦角随饱水时间和饱水度的变化。试验揭示中等强度砂岩力学参数随饱水度的变化规律。根据试验数据,利用极限稳定强度指数模型拟合岩心力学强度参数随饱水时间和饱水度的变化经验关系式,用于该储层的动态出砂临界条件预测。结果表明:在饱水时间为0~50 d内,不同围压下的三轴破坏强度、弹性模量随着饱水时间明显下降,饱水50 d时围压40 MPa下的破坏强度和弹性模量均下降约30%;随着饱水度从0增加到100%,岩心三轴破坏强度、内聚力和弹性模量先降低较快,然后趋于稳定,最终无量纲强度比约为72%;该储层含水饱和度上升至0.85时,储层出砂临界压差下降25%~30%,而地层压力下降30%情况下,出砂临界压差降低10%~11%;未来含水上升和地层压力下降是导致该储层出砂的主要诱发条件。     

复合岩石渐近协调剪切破坏假说及其强度方程

本文作者采用剪切方向与试件表面呈任意角的变角剪试验方法,对灰岩、砂岩、泥岩组成的复合岩石进行了大量的力学性能试验。通过复合岩石的受载、变形和破坏的实验研究,提出了复合岩石“渐近协调剪切破坏”假说,并由此建立了由剪切角、层间强度及单一岩石的抗剪强度、厚比、弹性模量诸参数决定的复合岩石强度方程。经过实验证明,此方程在一般岩石力学的理论和实践中是可行的。因此,复合岩石的“渐近协调剪切破坏”假说及其强度方程,可供工程地质、岩土工程等涉及复合岩体的理论和实际问题分析之用。     

穿越正断层埋地管线的破坏模式分析

在正断层引起的地面永久性大变形作用下,埋地管线可能会发生拉伸、剪切等形式的强度破坏,亦可能在局部受压区发生屈曲破坏。利用ABAQUS 有限元分析软件,建立穿越正断层埋地管线的空间有限元分析模型,采用非线性接触分析方法模拟正断层引起的地表永久性大变形作用下管线—土体间的相互作用,分析了不同管径、跨越角对管线破坏模式的影响。依据算例分析可知：小口径埋地管线易发生拉伸强度破坏,大口径薄壁管线易发生屈曲失效,口径0．65 m 是管线从发生强度破坏到发生屈曲破坏的临界值;当跨越角大于90°时,角度越大越易发生屈曲失效,跨越角为100°是埋地管线发生强度破坏与屈曲失效的分界点。     

不同充填厚度节理面剪切破坏宏细观机理研究

为了研究不同充填厚度下节理面的剪切破坏行为和强度特性,综合前人对充填节理的试验与理论成果,考虑天然岩体复合结构的不规则粗糙表面形态,对实验室制备的类岩石材料充填节理试件进行室内剪切试验,并采用数值方法进行模拟验证。对比实验结果和模拟结果,从宏观和细观角度分析了充填节理的变形特性及破坏行为,研究了充填厚度对节理面剪切强度的影响关系。研究结果表明:在同一粗糙度下,不同厚度充填节理的破坏模式没有明显区别,主要表现为粘结面的破坏;在较小粗糙度下,充填节理的剪切峰值强度和残余强度均随着充填厚度的增加有一定程度的降低,但变化不大;在较小粗糙度和较小充填厚度下,试件沿与节理面起伏较大处成一定角度产生裂隙并逐渐贯通至试件底部,充填厚度增加,仍会产生裂隙,但不会贯通。     

考虑层理、加载速率与尺寸效应的页岩裂纹扩展机理试验研究

分析裂纹扩展演化机理是认识井壁坍塌失稳的关键,尤其是层理和脆性特征显著的页岩地层,伴有节理与微裂隙发育,研究其裂纹扩展演化机制对于确定钻井导向、钻速及井眼尺寸更显重要。为此利用材料试验机开展了考虑层理倾角、加载速率与试件尺寸的页岩裂纹扩展演化试验研究。结果表明页岩层理平行于载荷时,裂纹沿层理呈张性破坏。层理倾角由0°~30°时,裂纹扩展形态由张性破坏向剪切破坏转变;当层理与轴向应力呈30°倾角时,剪切破坏最为明显,裂纹的平均扩展速率最大,且抗压强度最小;层理倾角由30°~90°时,裂纹由剪切破坏;逐渐转向张性破坏,当层理与轴向载荷垂直时,试件裂纹切割层理片层发生张性破坏。随加载率的增加,页岩峰值应力增大,裂纹长度逐渐减小,但加载速率越小,破坏后的页岩越为碎裂;在侧向尺寸不变的条件下,试件高度越大,越呈现张性破坏,主裂纹越长,且破碎后的页岩越呈现片状。     

基于声发射实验层状砂岩力学特性及破坏机理

为了探究层理面影响下砂岩力学特性和破坏机理,采用声发射技术,开展砂岩单轴和巴西劈裂试验,研究砂岩拉压强度分布规律、应力-应变关系、破坏形式与声发射之间的关系。研究结果表明:随着层理角度从0°增加至90°,砂岩单轴抗压强度先减小再增大,呈U型分布,而劈裂拉伸强度呈增大趋势;砂岩在单轴和劈裂试验下应力-应变曲线具有明显的各向异性;在单轴试验下,当层理角度为0°,15°,75°和90°时,砂岩破坏形式为压缩破坏,当层理角度为30°,45°和60°时,砂岩破坏形式为沿弱面剪切破坏;在劈裂试验下,圆盘均沿着中心起裂破坏形式为拉伸破坏;随着层理角度从0°增加至90°,在单轴和劈裂试验下,裂纹发展所对应的轴向应变率降低,裂纹贯通困难,破坏所需峰值应力增大;峰值应力越大,对应的声发射能量率越大。     

考虑层理、加载速率与尺寸效应的页岩裂纹扩展机理试验

分析裂纹扩展演化机理是认识井壁坍塌失稳的关键,尤其是层理和脆性特征显著的页岩地层,伴有节理与微裂隙发育,研究其裂纹扩展演化机制对于确定钻井导向、钻速及井眼尺寸更显重要。为此利用材料试验机开展了考虑层理倾角、加载速率与试件尺寸的页岩裂纹扩展演化试验研究。结果表明页岩层理平行于载荷时,裂纹沿层理呈张性破坏。层理倾角由0°~30°时,裂纹扩展形态由张性破坏向剪切破坏转变;当层理与轴向应力呈30°倾角时,剪切破坏最为明显,裂纹的平均扩展速率最大,且抗压强度最小;层理倾角由30°~90°时,裂纹由剪切破坏;逐渐转向张性破坏,当层理与轴向载荷垂直时,试件裂纹切割层理片层发生张性破坏。随加载率的增加,页岩峰值应力增大,裂纹长度逐渐减小,但加载速率越小,破坏后的页岩越为碎裂;在侧向尺寸不变的条件下,试件高度越大,越呈现张性破坏,主裂纹越长,且破碎后的页岩越呈现片状。     

随机荷载作用下岩石节理剪切强度特性研究

连续采集某桥梁在随机车流经过时的基础支座反力,以该数据为样本来模拟桥梁的随机车辆荷载谱。以水泥砂浆为相似材料,制作有3种起伏角、3种岩壁强度的共9组人工岩石节理试件。在不同法向应力条件下,对9组试件通过施加随机荷载序列进行循环剪切试验,考察节理剪切强度的变化规律。结果表明,在随机车辆荷载序列的作用下,岩石节理的峰值剪切强度与节理起伏角、法向应力以及岩壁强度均呈正相关关系;岩石节理剪切强度随循环加载次数的增加而降低,且呈现先快后慢的变化趋势;岩石节理剪切强度的劣化速率随节理起伏角的增大、法向应力的增加和岩壁强度的降低而加快。     

FRP加固砌体拉拔力与纤维布应变关系的试验研究

完成了12个双剪试件在剪切状态下纤维布加固砌体的拉拔试验,描述了纤维布加固砌体的破坏形 态,分析了拉拔力与纤维布应变关系,讨论了纤维布与砌体的有效粘结长度．试验结果表明:纤维片材与砌 体的粘结破坏主要是由于砌体自身强度不足而引起沿粘结面剪切破坏后形成的剥离破坏;加载端部测点应 变随着荷载的增加成线性增长．随测点与加载端的距离增加,拉拔力与纤维布应变关系曲线,前期刚度变 大,而后期刚度变小;CFRP试件拉拔力极限值大于GFRP试件,砂浆强度对GFRP试件拉拔力与纤维布应变 关系曲线影响较小,砂浆强度低的试件应变大;本试验条件下纤维布与砌体的有效粘结长度90 mm．