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。     

岩石的蠕变断裂特性分析

在传统断裂力学基础上，引进时效特性，提出了判断岩石起裂的流变断裂准则以及裂纹时效机理，分析了裂纱微裂区对断裂韧工的影响，最后用灰色理论建立了蠕变断裂时间预测模型，并验证了它的可行性。     

地壳岩石压剪断裂端倪

将地壳断层视为地壳表面裂纹，应用压剪断裂观点对地震机理进行了分析，提出了地壳岩石复合断裂的压剪断裂核模型和有待研究的课题。开展这方面的研究将有利于地震预报及找矿工作。     

脆性材料断裂试验刚性加载架的工作原理及其应用

对混凝土断裂试验全过程的力学关系进行分析，确定了脆性材料断裂稳定破坏的试验条件和试验机的刚度条件。介绍了自行设计、制造刚性加载架，并前后完成混凝土，岩石小、中、大标准尺寸的系列化断裂试验，使脆性材料的断裂行为特别是应变软化特性得以明显显示的情况。     

岩爆岩石断裂机理的电镜分析

为探讨岩爆形成机理,应用扫描电镜对岩爆岩石断口微观形态进行了观察研究．结果表明：岩石解理断裂存在一个明显的主断裂路径,岩爆断裂的微观机制主要是在拉伸、剪切作用下岩石发生低应力脆性断裂;从岩石断裂微观形态研究岩爆岩石断裂,可以更好地揭示岩石断口微观形貌特征、裂纹生核、扩展及断裂方式与岩爆演进过程的联系     

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.     

锚杆尾部断裂机制和防破断方法应用

 基于岩体弹性能释放对锚杆的冲击作用,采用冲击动力学中刚性块对杆轴向碰撞的应力解,推导出了锚杆断裂的4种围岩应力条件。在此基础上分析了岩石弹性模量、锚杆弹性模量、锚杆直径与岩石泊松比等因素对锚杆断裂的影响。分析结果显示:在这4种围岩应力条件中,杆头被一次冲断基本上是不可能的,由于其他几种锚杆断裂时的围岩应力条件很接近,所以在实际中锚杆尾部被一次冲断的可能性最高,这也印证了锚杆尾部容易断裂的观点;另外,锚杆断裂的围岩应力条件受岩石弹性模量、岩石泊松比、岩石密度、锚杆弹性模量、锚杆密度、锚杆直径等因素的影响,其中影响较大的是岩石弹性模量与锚杆弹性模量的比值、锚杆直径和岩石泊松比;锚杆尾部断裂的围岩应力条件对于改进锚杆形式、优化锚杆力学性质有理论指导意义。最后,以马路坪矿的巷道工程为例,说明了锚杆防破断方法的具体应用,收到了良好的效果,可以在实际工程中推广应用。     

岩石动态断裂试验

对于ＩＮＳＴＲＯＮ试验机，开发了高速加载试验控制软件，并利用该软件进行岩石动态断裂韧度试验研究，试验表明：ＩＮＳＴＲＯＮ试验机和开发的软件结合，能对各种材料进行动态断裂试验，并能揭示岩石动态断裂韧度存在的某些特征，是在中等应变速率加载范围内进行高速加载试验的理想工具。     

岩石断裂稳定性的尺寸效应

以岩石断裂峰值后曲线为岩石断裂稳定性研究内容,提出了裂纹扩展本构曲线的概念和判断岩石断裂稳定性的方法．并根据能量守恒原理,提出了裂纹-弹性体组成岩石断裂试件的简单模型和判断断裂稳定性的定量计算公式,例举并讨论了由这一模型确定岩石断裂曲线的方法及影响峰值后曲线形状的尺寸效应．     

脉冲载荷影响岩石动态断裂韧性的有限元分析

依据岩石材料的力学性质以及中心裂纹圆盘试件在脆性材料断裂韧度测试方面的优越性,提出了在霍布金森压杆上使用中心裂纹圆盘试件来测试岩石动态断裂韧度的试验方法。利用有限元分析软件,通过对该试验系统的纯Ⅰ型加载情况下的三维动力学有限元计算,系统的分析了加载脉冲上升沿对岩石类材料动态断裂韧度测试的影响。通过比较中心裂纹圆盘试件动态应力强度因子的近场解和远场解,依据有限元分析结果确定动载荷脉冲上升沿时间对岩石动态应力强度因子的影响,从而选择合理的时间值。     

水力压裂的能量平衡与断裂韧度

通过对常用水力压裂模型中忽略岩石断裂韧度效应这一现象的讨论,给出了全面考虑水力压裂中各种影响因素的能量平衡方程,并由此建立了通过水力压裂实验直接确定岩石视在K_(1c)值的方法。最后通过对影响岩石视在断裂韧度因素的讨论,论证了水力压裂法确定的岩石视在K_(1c)值大大地大于标准3点弯曲实验值的必然性。     

用短棒试件测定岩石的动静态断裂韧度

采用自行设计的加载压头和粘接在V形切口短棒岩石断裂韧度试件上的2个半圆形钢片,实现了通过压头施加压缩载荷从而使裂纹尖端承受拉仲载荷的目的。用这种方法可测定岩石的断裂韧度。特别是可以在分离式霍布金生压杆装置上较方便地测定应力波加载时岩石的动态断裂韧度。研究了加载率对岩石断裂韧度等材料性能的影响,并给出大理岩动静态断裂韧度的测定结果。     

温度对岩石类材料断裂性能的影响研究

根据CCCD-SHPB测试原理,利用平台巴西圆盘研究温度对岩石类材料断裂性能的影响,实验过程中通过控制加载脉冲,使得测试试件的加载速率基本一致,仅改变试件测试的环境温度.根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法,在SHPB装置上完成岩石类材料的动态断裂韧度随温度变化的测试,获得了不同温度下中心裂纹巴西圆盘岩石试件的动态断裂韧度.     

水岩作用下砂岩断裂韧度及抗拉强度的试验研究

为了解在考虑时间效应的水岩作用下砂岩Ⅰ型断裂韧度、抗拉强度的变化规律及其相关性,选取三峡库区库水变幅带砂岩为研究对象,设计紧凑的实验方案,对周期性饱水-风干循环状态和长期饱水状态下的砂岩试样开展了三点弯曲断裂韧度试验和劈裂抗拉强度试验.试验结果表明:在水岩作用下,砂岩的断裂韧度和抗拉强度软化效应明显,且随着浸泡时间的增加,软化效应呈先增大后稳定的趋势.同时,在同一周期内砂岩试样的断裂韧度和抗拉强度有相近的软化系数,契合岩石的抗拉强度和断裂韧度存在较好的相关性.最后通过数据拟合得到了砂岩断裂韧度与抗拉强度的相关关系,拟合相关性较高,并通过与试验数据的比较,验证了公式的可行性.研究成果对水岩作用下砂岩断裂韧度与抗拉强度的相关性有一定的参考价值,为通过砂岩抗拉强度预测估算断裂韧度提供了便利,同时也可为其他类型岩石的相关研究提供参考.     

油水含量对砂岩断裂韧性的影响

为研究油水含量对砂岩断裂韧性的影响,提出了一种新的砂岩试件油水饱和方法,并通过三点弯实验测试了不同油水含量下砂岩的断裂韧性。研究发现:当砂岩孔隙中仅含有一种饱和流体时,饱和油砂岩的断裂韧性比饱和水砂岩的断裂韧性大;当试件中含有两种饱和流体时,油水混合试件的断裂韧性介于饱和油、饱和水试件的断裂韧性之间;饱和油、饱和水及油水混合砂岩试件的断裂韧性比干燥试件断裂韧性低10%~50%。微观角度上,从吸附作用、水化作用、黏土膨胀和毛细管力等方面分析了油水含量对砂岩断裂韧性的影响;水化作用比毛细管力对砂岩断裂韧性的影响显著。宏观角度上,基于应力-应变曲线对砂岩断裂过程进行了能量耗散分析;所有试件均有能量耗散,耗散能量比为5%~30%;干燥试件的能量耗散比低于油水混合试件的能量耗散比,平均低约10%。     

岩石材料动态断裂韧性的实验研究

为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性。对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性。处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的;花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大。     

重庆合川地区须二段岩石断裂韧度

探讨重庆合川地区上三叠统须家河组第二段储层岩石在水力压裂过程中的裂纹扩展特性。通过50 kN电子伺服试验机及“人”字形切槽巴西圆盘试件对须二段致密砂岩进行断裂韧度实验研究,获得Ⅰ型及Ⅱ型断裂韧度的数据,并对断裂韧度的特征及其与岩石力学参数的关系进行分析。结果表明须二段砂岩轴向和径向上的Ⅰ型断裂韧度都小于Ⅱ型断裂韧度。随着砂岩粒度的增大,Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度都逐渐减小,且与弹性模量、抗压强度、抗张强度及内聚力呈现较强的正相关性。Ⅰ型张开型的裂缝扩展特征和贯通程度要比Ⅱ型滑开型的简单且破坏较弱,若岩样中含有纹层等弱的岩石力学结构面,岩样的裂纹扩展样式更加复杂,断裂韧度测试值也相应地减小。合川地区须二段砂岩在纵向上进行压裂作业时,更容易在纵向上形成延伸较远的纵张裂缝。     

层状介质中水力裂缝的垂向扩展

应用岩石力学的理论与方法，建立了层状介质中水力裂缝垂向扩展的数值模型，分析了地应力剖面、地层断裂韧性、压裂液密度及作业参数对缝高剖面形态的影响．研究结果表明，地应力剖面是影响裂缝垂向扩展范围和扩展方向的主要因素，岩层断裂韧性对裂缝的垂向扩展有明显的止裂作用，压裂液沿缝高方向的流动压降对裂缝高度有较大影响．在一定地层条件下，裂缝是否向隔层扩展以及扩展范围的大小主要取决于作业压力的高低．该方法可用于预测水力裂缝缝高剖面形态     

工程节理岩体断裂韧性的分形效应

在考察工程节理化岩体断裂力学特征的基础上,提出了“追踪裂纹断裂”的概念,并结合分形几何原理,建立起追踪裂纹断裂的分形模型,从分形几何的角度研究了节理化岩石的微观和宏观结构效应以及使断裂韧性提高的物理力学机制,并通过实测岩样的剪切断裂而进行了验证。