分形理论和岩石破碎的分形研究

介绍了分形的基本概念和4种分维数的确定方法，探讨了岩石破碎过程中的分形特征，推导了岩石爆破块度分布和分形维数的关系式，并建立了分维数与爆破参数的关系，从而为爆破参数优化进行块度预报提供了科学依据，为岩石破碎理论的研究提供了新的途径。     

分形理论和岩石破碎的分形研究

介绍了分形的基本概念和4种分维数的确定方法,探讨了岩石破碎过程中的分形特征,推导了岩石爆破块度分布和分形维数的关系式,并建立了分维数与爆破参数的关系,从而为爆破参数优化进行块度预报提供了科学依据,为岩石破碎理论的研究提供了新的途径.     

岩石与类岩石单轴压缩过程中力学及声发射特性对比研究

开展石灰岩、砂岩与类岩石的单轴压缩声发射实验,从力学参数、破坏形态及声发射时域参数、频谱特征等多角度对比分析其破裂过程的异同。研究结果表明：石灰岩、砂岩在达到峰值应力后瞬间破坏,为脆性破坏;而类岩石在峰值应力后依然有残余强度,为塑性破坏;前者在临近破坏前会出现标志破坏前兆的声发射低事件率缺失现象,后者不明显。岩石声发射事件率呈现前低后高特征,类岩石则为‘高-低-高’,相应的声发射能率表现出高度的一致性;不同变形阶段两者的声发射频带分布不同,反映出两者内部破裂演化的差异性。     

基于对数正态分布的岩石损伤统计分析方法研究

以Mohr强度理论为基础,利用岩石微元强度服从对数正态随机分布的特点,得到了三轴压缩条件下的岩石损伤统计本构模型,并根据试验曲线采用最小二乘法确定出模型参数.与试验结果比较,该模型可以很好地模拟岩石破裂过程的全应力应变关系,真实反映了岩石软化特性、岩石强度随围压变化等特性.在此基础上,讨论了对数正态参数F0,S0对岩石应力应变全过程曲线的影响.结果表明,参数F0值的变化对岩石的强度有影响;参数S0值的变化对岩石的脆性有影响.     

岩石实验变形的脆性场

本书主要介绍试验岩石变形行为、岩土的脆性断裂行为；区分了岩石的脆性和延性行为、断裂和流动现象；介绍了脆性和延性的转化、脆性条件下岩石的理论和实验力学参数。     

基于脆性岩石破裂过程中特征点的能量密度研究

岩石的变形破坏过程分为5个阶段:压密阶段、弹性阶段、稳定破裂阶段、非稳定破裂阶段、峰后阶段.针对各阶段中的力学联系鲜有研究,本文结合重整化群理论与方法,引入岩石脆性度m值分析岩石变形破坏过程,构建岩石应力-应变曲线变形膨胀点与峰值强度点的力学联系,并以此建立岩石变形膨胀点与峰值强度点处能量密度联系,研究发现岩石变形膨胀点与峰值强度点处能量密度之比(E f/E cd)是一个只依赖岩石脆性度m值的常数,并以此建立脆性岩石破坏模型.结合相关脆性岩石单轴压缩试验,结果表明:实测数据(E f/E cd)与理论值趋势较为一致,且符合较好.说明本文建立的能量密度模型能够很好地诠释脆性完整岩石的变形破坏过程.     

岩石材料的剪切破坏特征

基于局部化剪切带不连续分叉理论，分析了轴对称压缩状态下岩石材料的剪切破坏特征。分析结果认为，岩石材料在压缩状态下的脆性破坏总是剪切破坏的，单轴压缩状态下的张破坏是剪切破坏的一种极限情形。剪切破坏的破裂角与岩石的应力状态有关，即随着围压的增加，其剪切带与试样径向的夹角逐步降低，但最终可能趋于一个常数。     

岩石试样弹塑性破裂过程数值模拟比较研究

应用岩石弹塑性破裂过程分析软件（REPFPA），对岩石试样的弹塑性破裂过程进行了一系列的数值模拟比较研究。分别研究随机数发生器种子值、统计分布函数的形态参数m、单元数目、应力应变状态、试样中心有无弱区、边界条件、材料参数随机赋值方式等条件对岩石试样弹塑性破裂过程的影响。不仅在计算机上再现了岩石试样的弹塑性破裂过程，而且得出许多有意义的结论。这些问题的解决对于用数值模拟方法研究岩体工程的宏观力学性能是很有意义的工作。     

基于声发射检测的岩石材料非均质性评价与分类研究

对于深部岩石力学和地下工程而言，准确表征与评价岩石的非均质性，对于研究岩石在深部复杂环境下物理力学性质的变异性至关重要。由于岩石成分的复杂性和矿物分布的随机性，采用传统的图像观察方法难以准确的表述岩石的非均质性，因此，亟需寻找一种科学、实用的试验方法对岩石的非均质性进行表征评价。本文假设同种岩石具有相同的矿物几何特征及边界特征（即岩石的微观基质相同），岩石在破坏过程中强相矿物破坏的声发射信号相比于弱相矿物破坏的声发射信号较多。岩石巴西劈裂过程中轴线上的破裂可以近似的认为岩石内部强弱相矿物的依次破裂，通过统计不同应力阶段岩石的声发射信号特征可以间接的分析岩石内部强弱相矿物的差异性。基于此，通过定义岩石强弱相矿物占比及矿物空间分布的均匀性表征出了岩石的非均质性。之后选取不同特征变辉长岩和花岗岩验证了分析方法的科学性和实用性。最后，本文在岩石非均质性评价的基础上探究了岩石宏观力学参数与岩石非均质特征的相关性。单轴和三轴试验表明，岩石的峰值强度和弹性模量不仅仅与岩石强弱相矿物占比有关，也与岩石矿物空间分布的均匀性相关。     

基于矩张量分析的花岗岩破裂声发射特征试验

基于声发射定位技术和矩张量分析方法,对在单轴加载条件下岩石破裂过程中的裂纹破裂机制及时空分布特征进行试验研究.借助CAD软件展示不同破裂机制的声发射事件,直观反映裂纹破裂类型.研究结果表明:单轴压缩加载试验中,花岗岩试样破裂以剪破坏为主,但岩石微裂纹的破裂类型所占比例并不固定,岩石内部微裂纹破裂类型与岩石材料的力学环境有关;花岗岩作为一种脆性岩石,破裂不符合格里菲斯强度准则认为的脆性材料都是拉伸破坏的基本观点,证明格里菲斯强度准则对于均质度不高的脆性岩石的适用性有一定的局限;花岗岩单轴压缩试验中,试样的破坏类型与其应力水平没有关系,3种类型的声发射事件随应力增大的变化趋势相似.     

吉木萨尔二叠系致密油岩石力学特性参数分析与压裂对策

致密油岩石力学特性是影响压裂裂缝形态和压后效果的重要影响因素,围绕吉木萨尔二叠系致密油压裂水平井裂缝缝网是否形成,缝高是否受限等问题,开展了三轴应力实验与岩石力学特性参数分析,同时结合微地震裂缝监测,从高力学强度层、岩石脆性、两向应力差、天然裂缝发育等方面分析了裂缝扩张形态及影响因素,在此基础上,进一步提出了针对性的致密油压裂对策。     

上扬子地区牛蹄塘组黑色页岩的力学性质

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩是一套区域性的富有机质烃源岩。利用MTS岩石物理参数测试系统,通过模拟实际地层条件对研究区内2口钻井和2条地表实测剖面的岩石试样进行岩石力学测试,并与北美典型页岩岩石力学参数进行对比,结果表明:①黑色页岩破裂样式主要有拉伸破裂、单斜剪切破裂和共轭剪切破裂,随着围压的增大,岩石的破裂角度逐渐减小,以脆性-脆塑性变形为主;②页岩类型、埋藏深度、取心方位、地层水和加载条件对页岩的岩石力学参数有较大影响;③岩石抗压强度与剖面沉积背景具有一定的相关性;④岩石矿物组成也是影响抗压强度的另一主要因素。     

含硬包体岩石破裂演化过程的声发射数值模拟

从岩石的损伤模型出发，推导了受到损伤岩石的单元刚度矩阵，采用声发射数值模拟方法研究了含有硬包体岩石的破裂演化过程，研究了硬包体的形状对岩石破裂演化过程的影响，确定了主破裂即将发生的临界状态，研究了围压条件对岩石破裂演化过程的影响．论文工作对于进一步研究含有随机裂纹与硬包体同时存在的岩石破裂演化过程以及研究地震空区和条带的生成条件具有较重要的参考意义。     

Slit Island Mathod中的面积效应与断口分维佯谬的实质

金属材料断口分维佯谬的实质在于Ｆｒａｃｔａｌ图形的面积效应。该效应可用周长与面积方根的比例参数描述，并以此说明了材料韧性与分维呈相反变化，分维随测量码尺而变化的原因，同时还给出了真实分维的计算方法和临界码尺的估计方法。     

岩石破裂断口微观形貌特征

为研究岩石破裂断口微观形貌特征,采用灰度共生矩阵法,通过对干燥和饱水花岗岩、粉砂岩进行单轴加载实验,结合场发射扫描电镜实验进行研究.结果表明:基于灰度共生矩阵的角二阶矩、对比度、相关度、熵4个特征值能够较好地描述岩石破裂断口的微观形貌特征,这为岩石微结构的定量化研究提供了一条新的思路.通过对4个特征值的分析发现,岩石微观裂纹起裂、发展的方向与岩石的受力方向成一定夹角;水对岩石微裂纹扩展方向无较大影响,但水可以促进微裂纹的扩展;干燥岩石微观断口破裂面大,破裂深度较浅,饱水后破裂面变小,破裂深度增加.研究结果对岩石失稳破坏机制获得更为深入的认识,更好地为岩石灾变基础理论研究服务.     

基于峰前能量演化及峰后侧向变形特征的岩石脆性评价方法

为实现对峰前及峰后岩石脆性特征的定量刻画,提出了一种基于岩石峰前能量演化及峰后侧向变形特征的岩石脆性评价方法,建立岩石峰前脆性指标B_pre及峰后脆性指标B_post,将两者之积作为岩石脆性评价指标B_m。为验证脆性评价指标的合理性,选取凉山州某铁矿矿山扩能工程露天采场边坡发育的玢岩、辉长岩及花岗岩为研究对象,开展不同岩石及不同围压条件下的三轴压缩试验;采用已有的脆性评价方法B₁₅～B₁₈、B₂₃与本文所提的岩石脆性评价指标B_m对试样的脆性特征进行验证对比,结果表明：(1)采用脆性指标B_m能够较好地评定不同种类岩石的脆性特征,B_m与岩石脆性呈负相关,即脆性评价指标B_m越大,岩石脆性程度越高;(2)脆性指标B_m较好地验证了围压对岩石脆性特征的影响,随着围压的增大,岩石脆性程度降低。本文所提出的脆性评价方法丰富和完善了岩石室内脆性评价体系,具有一定的理论意义...     

单轴加载岩石损伤及声发射特性非均质效应的数值试验

为研究岩石非均质性对其力学特性的影响,运用岩石真实破裂过程分析软件RFPA2D,并采用岩石单轴常位移加载方式,分析不同均质度条件下岩石损伤演化模式和声发射特性.研究结果表明:均质度对岩石力学特性影响显著,随着岩石均质度的增高,岩石单轴加载损伤演化模式由延性向脆性过渡,宏观破裂弥散性降低,岩石峰值强度不断增大,当均质度大于30时,岩石峰值强度基本趋于稳定;岩石均质度较低时,单轴加载条件下岩石声发射体现出强度低、事件频率高的声发射特性,均质度增高时,岩石声发射强度也进一步提高,并且突变性增强.     

单轴压缩下岩石失稳破裂的突跳

针对在非刚性加载条件下岩石破裂过程的非稳定性，用尖点突变模型研究其系统的失稳机制，采用ＨＰ．７０９０Ａ绘图测试系统实际测出了岩石试样在失稳破裂时载荷，位移的突跳特征；证实了系统失稳的阶段性；验证了突变理论应用于岩石失稳破裂的可靠性。     

岩石破裂过程中声发射模式的数值模拟

利用数值模拟软件RFPA2D对在单轴压缩加载条件下3种不同均质度的岩石试件破裂过程进行了模拟研究,讨论了整个破坏过程中的声发射时间序列和空间分布规律以及相关的震源特征和前兆异常等·实验结果表明,随着均质度的增加,岩石在主破裂之前非线性逐渐减弱而脆性逐渐增强·3个岩石试件的声发射规律分别表现出群震型、前震主震余震型和主震型3种模式,结果和地震观测到的地震模式有很好的一致性     

系统科学在岩石破裂失稳研究中的应用（一）

运用现代系统科学理论，从突变，耗散结构、结构模式对偶性原理及分形等方面对岩石破裂过程中的失稳进行了研究。在本文的第一部分，研究了试验机与岩石试件所组成的作用系统。认为岩石破裂过程的失稳，从结构稳定性来研究是一种突变结构，而从动力学角度来研究这种突变的过程，则又是一种耗散结构。