岩石流变断裂扩展的力学分析

用三点弯曲试验方法对层状岩石的流变断裂特性进行了试验研究与理论分析,得到了岩石的流变断裂准则,验证了直接拉伸试验所得到的试验结果,分析了层理的存在对断裂扩展的影响,并用流变力学的理论探讨了相关试验参数的物理意义,在此基础上,用硬化作用与软化作用的观点进一步分析了岩石的流变断裂机理,并用重正化群的理论对岩石的流变断裂机理进行了定量分析。     

高水平压力作用下洞室围岩变形与破坏

为揭示高轴向水平压力作用下洞室围岩变形与破坏规律,研究了模型介质断裂形态,指出模型裂缝存在剪切和拉伸两种形式;采用锯齿形岩石模型和极限应变破坏准则,推导了洞室围岩的应力场,定量分析了试验结果;通过与试验对比,证明了解析的正确性。研究表明,在高轴向水平压力作用下,洞周介质会产生间隔的拉伸裂缝,形成分层断裂现象。拉伸裂缝的几何形状逐渐趋于圆形,每形成一道拉伸断裂,模型等效于形成一个受支护作用的洞室,随着等效洞室半径的增大,其受到的支护力迅速增大,使得分层断裂现象局限在一定范围内。可为深部防护工程设计提供参考。     

岩石中小尺寸试件断裂试验及参数计算

通过三点弯曲梁和紧凑拉伸断裂实验模型,测定带有预制裂缝岩石试件的变形及破坏随外载荷变化的规律,得到反映岩石断裂特性的数据曲线.对比两种岩石材料和两种尺寸的紧凑拉伸试件的实验,分析了材料的质地及结构的几何尺寸对断裂参数的影响.     

高静应力和频繁动力扰动共同作用下矽卡岩动力学特性

为进一步揭示深部岩体受到开挖爆破等动力作用时的破坏机理,利用基于SHPB装置的动静组合加载试验系统,首次对中高应变率下矽卡岩在高静应力和频繁动力扰动共同作用时的变形特性、能量规律、破坏模式等进行了研究.随着冲击次数的增加,岩石的弹性模量先增大后减小,而每次冲击时的最大应变整体表现出先减小后增大的趋势,最后一次冲击时弹性模量骤降,最大应变突增,岩石试样发生破坏.单位体积岩石能耗为负值,说明在冲击动载的作用下岩石试样表现出释放能量的特性,这是由于高静应力作用产生的弹性应变能受动力冲击作用诱导而释放;随着冲击次数的增加,单位体积岩石释放的能量先增大后减小.结构致密、强度较高的矽卡岩试样随冲击次数的增加表现出劈裂破坏模式.     

岩石强度的椭圆准则参数研究

本文以椭圆断裂准则为基础,提出了一个适用于岩石三轴压缩强度的描述形式。通过椭圆准则基本特征简要分析,推导了它在主应力坐标系下的基本方程,给出了确定破坏面方位的关系及判断剪切或拉伸正断发生的条件。为确定椭圆准则中岩石材料断裂行为相关特征参数,引入了一个应力状态和岩石固有力学性质变化相关的可变参数。该参数的公式化结果与椭圆准则基本方程的联合应用,构成了岩石三轴压缩强度的椭圆准则描述关系。理论计算结果与大理岩、砂岩和花岗岩的常规三轴试验测试结果的对比,表明了所提出的强度破坏关系具有良好的预测能力。     

渗透压作用下压剪岩石裂纹损伤断裂机制

在研究渗透水压和远场应力共同作用下压剪滑移型岩石裂纹的起裂、扩展规律的基础上,考虑分支裂纹相互作用,建立压剪应力场和渗流场共同作用下岩石裂纹体的损伤断裂力学模型和考虑岩桥损伤所引起的附加应力强度因子演化方程,提出分支裂纹临界长度时裂纹尖端虚拟应力强度因子KI(LC)作为压剪岩石裂纹的损伤断裂贯通的破坏准则.研究结果表明:在既定裂纹分布下,分支裂纹尖端应力强度因子KI受侧压力系数λ、渗透压P、裂纹表面摩擦因数μ的制约;当轴向应力和裂纹面摩擦因数一定时,在低渗透压、侧向拉应力共同作用下,压剪岩石裂纹趋向于轴向贯穿破坏,而在高渗透压作用下会导致分支裂纹尖端岩桥剪切破坏.     

岩石强度准则理论的探讨

岩石的应力、应变增长到一定程度,岩石就要发生破坏。用以表征岩石破坏条件的函数(应力及应变函数),称为破坏准则或强度准则。强度准则的建立,应反映岩石的破坏机理。岩石的破坏,通常可以分为脆性破坏和延性破坏。前者特点是岩石达到破坏时不产生明显的变形,后者的特点是破坏时会产生明显的塑性变形而不呈现明显的破坏面。岩石之所以能产生脆性或延性破坏,除了受到应力及应力状态影响外,也受到温度、应变率,地质构造等因素的影响,但目前大多数岩石破坏准则仅仅认为与应力或应变状态有关。本文主要针对库仑—纳维叶破坏准则进行探讨。     

岩石热-力作用过程的耦合

针对现有研究很少探讨加载和加温的历史对岩石热-力破坏的影响，利用带扫描电镜的岛津SEM高温疲劳实验机系统，通过先井温后加载和先加载后井温两种不同加载加温顺序的细观实验，实现了岩石试样在温度和力作用下的热-力耦合破坏个过程的实时监测，结果表明：加温加载途径对材料的变形破坏是有影响的，它们是相互耦合的非线性作用过程。从能量的观点理论计算了两种不同加载途径的应变能。理论和实验证明，岩石在温度载荷作用过程中，应考虑其热-力耦合效应。     

软弱岩石蠕变破坏规律的探讨

本文根据东乡铜矿砂质页岩的单轴压缩蠕变试验结果,提出并论证了既能描述蠕变变形和破坏过程,又具有工程实用意义的几个特征参数,建立它们与作用载荷之间的关系.在此基础上,讨论了岩石的长期强度、工程设计强度、破坏时间预测和极限应变几个问题.最后,根据不稳定蠕变各阶段的微观结构的电子探针显微镜分析结果,提出了软弱岩石蠕变变形和破坏的机理.     

岩石、岩体的动力强度与动力破坏准则

就岩石与岩体变形与破坏的时间特性进行了理论研究.研究了岩石及岩体的强度对于应变率的依赖关系及其机理,给出了考虑强度对于应变率依赖关系的莫尔库仑准则,确定了岩体的破坏尺寸与应变率之间的关系.讨论了若干时间性破坏准则,揭示了它们之间的内在联系.最后讨论了动力强度理论的应用.     

热采环境泥岩层应力演化规律及破坏机理研究

深入认识热采环境下泥岩层的应力演化规律及破坏机理,有助于科学有效地解决稠油藏注汽过程中的盖层破裂问题及隔夹层遮挡问题。首先,从理论上定量研究了热采油藏泥岩层的传热、增压机制,分析了变温、变压条件下泥岩层不同的应力演化规律及破坏模式;然后,针对一加拿大热采项目的盖层破坏事件,开展了泥岩盖层热水应力全耦合数值模拟研究,揭示了热采环境下泥岩层的破坏机理及关键影响因素。结果表明,热采环境中泥岩层应力演化主要受热增压影响;孔隙压力远高于注汽压力,峰值位于孔隙水最大热压力系数所对应的温度附近;孔隙压力峰值附近岩层可能发生拉伸破坏和剪切破坏。热采油藏合理注汽方案的制定必须充分考虑泥岩层的热水应力耦合效应。     

致密岩石变形破坏过程中渗透率演化的试验研究

为了研究致岩石在变形破坏过程中的渗透率变化特点,利用自适应全自动岩石三轴试验机对致密脆性的花岗片麻岩进行了不同孔隙压力下的渗透试验．试验结果表明：岩石不同变形阶段的渗流特性明显不同;在孔隙压力不大的情况下,岩石本身的裂隙发育情况与孔隙压力相比,对渗透率占主导作用;环向应变更能体现岩石发生软化屈服破坏的过程,在体现渗透率变化上响应更灵敏．在试验的基础上进一步探讨了应力-应变过程中渗流应力耦合的机理,分析了岩石细观力学性质对屈服破坏前期渗透率“突跳”的影响．     

基于声发射定位技术岩石破坏逾渗特征研究

通过单轴加载条件下岩石破坏声发射实验,分析了岩石在受载过程中破坏单元的演化规律,对岩石破坏过程中的逾渗特征进行了探讨.分析结果表明:声发射定位事件反映了岩石内部微裂纹产生、扩展的演化过程,基于声发射定位事件对岩石内部破坏单元进行划分,能够反映破坏单元从无序分布向有序集中的自组织演化过程.岩石失稳破坏前,破坏集团数目与破坏集团规模——数目的负幂指数均出现增长变缓的趋势,反映了破坏单元的大面积贯通过程,岩石由稳定的破裂阶段转变为非稳定的破裂阶段.在破坏单元达到一定概率时应变开始突发式增长.基于声发射定位事件对破坏单元进行划分,从物理实验的角度研究岩石逾渗问题,具有实际应用价值.     

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.     

拉剪倾倒型危岩失稳影响因素研究

运用断裂力学分析危岩中的倾倒变形破坏,基于岩石拉剪断裂试验,研究裂纹在载荷作用下起裂、扩展规律,探索断裂过程中裂纹的扩展行为,并探讨裂纹长度、宽度、倾角与荷载位置对危岩失稳模式与稳定性的影响。以重庆万州太白岩危岩为例,利用有限元软件ANSYS计算不同裂纹条件下裂纹尖端的应力状态,并讨论其与联合断裂应力强度因子的关系,模拟裂纹扩展的动态过程。结果表明,拉剪倾倒型危岩在受力破坏过程中,裂纹尖端出现拉应力集中,危岩的开裂从张拉破坏开始,下部出现压剪破坏,危岩稳定性的影响因子敏感性从大到小依次为:荷载位置、裂纹长度、裂纹倾角、裂纹宽度。     

基于离散元的边坡弯曲倾倒渐进破坏特征分析

发生弯曲倾倒的边坡一般存在一组优势的陡倾不连续面,岩层在自重或外力作用下向临空面弯曲变形,表现出明显的柔性特征。基于物理模型试验建立了相应的离散元计算模型,模拟了边坡弯曲倾倒的渐进失稳过程,系统剖析了岩体弯曲倾倒的力学机制和破坏特征。结果显示,塑性区贯通是边坡弯曲倾倒失稳的必要非充分条件,悬臂岩柱在弯折过程中其内部应力表现出明显的不均匀性。进一步探讨了关键力学参数对倾倒破坏面的影响规律,具体表现为破坏面倾角随节理摩擦角的增大而增大,而节理黏聚力和岩体抗拉强度对其影响并不显著。研究成果可为倾倒边坡的分析设计提供科学参考。     

花岗岩真三轴加载破坏前兆信息

岩体开挖卸荷导致内部扰动和应力重分布,极易发生突发性失稳破坏。对不同中间主应力下的花岗岩试件进行真三轴加载试验。试验过程中采用高速摄像机、声发射、红外热像仪全程观测,研究岩石加载破坏过程中红外热像演化特、临空面温度变化特征、声发射振铃计数率变化特征、岩石表面裂纹发育,研究岩石破坏前各类监测数据的异常反应。研究表明:热像异常演化对岩石未来表面破裂有指导作用,未来裂纹扩展区域与热像异常出现位置相一致;岩石破坏前临空面上温度会出现异常,一般表现为温度曲线转折性变化和温度跳跃式升高;声发射振铃计数率会在试件失稳破坏前出现密集性增高现象。这些异常现象作为前兆信息为岩石破坏提供预警,研究结果为岩体开挖卸荷后工程灾害预警与防治提供理论参考。     

反倾层状岩质边坡变形破坏的颗粒流模拟研究

基于颗粒流程序对反倾层状岩质边坡变形破坏过程进行模拟,并考虑岩体结构面参数(岩层倾角、层厚及层理剪切强度)对其变形破坏机制的影响。数值模拟结果表明:边坡岩层的主要变形破坏方式为弯曲变形、折断破坏,变形首先发生在坡顶,而破坏是从坡脚开始,边坡的变形破坏过程具有明显的悬臂梁特征;岩层倾角对反倾岩质边坡整体性失稳破坏方式有较大影响,随着岩层倾角的增大,边坡后期整体性破坏方式由滑移型逐渐过渡为倾倒型破坏,坡体内部岩体出现变形及破裂损伤的深度也逐渐增加;随着岩层厚度增加,坡脚岩体抗折断能力增强,破坏方式由折断破坏向剪切破坏发展,边坡后期的整体性破坏方式也由滑移型向倾倒型过渡;岩层层面剪切强度是影响边坡变形的重要因素,层面剪切强度越小,边坡发生弯曲变形的程度越大。     

岩石单轴压缩下破坏失稳过程SEM即时研究

通过在扫描电镜下进行单轴加载实验,即时观察分析岩石受力过程中微裂纹的萌生、扩展和贯通破坏的全过程,得到各试样的应力 应变曲线及其所对应的微结构变化的电镜照片·实验结果表明,岩石试件的变形与破坏过程可以分为裂纹压密、微裂纹萌生和扩展以及断裂破坏３个阶段;微裂缝首先在预裂缝周围的拉应力集中区产生,随着外载荷的增加不断扩展,最后形成与最大主应力方向平行的宏观断裂带·     

煤岩破坏电磁辐射记忆效应特性及产生机制

通过实验研究了不同加载方式下的煤岩破坏电磁辐射记忆效应特性;借助细观损伤力学和电磁动力学等理论,对煤岩内部结构损伤扩展及电磁辐射产生机制进行了分析。结果表明,煤岩破坏电磁辐射具有记忆效应特性,但记忆最大历史应力、纵向应变的能力明显优于记忆横向应变和体应变的能力,受载煤岩损伤破坏过程的不可逆性是煤岩破坏电磁辐射产生记忆效应的直接原因。