长方形岩石劈裂应力分析

 提出一种基于弹性力学平面问题傅里叶级数的长方形岩石劈裂应力解析方法。为了与该傅里叶级数解析方法比较,建立了相同劈裂载荷条件下长方形岩石三维有限元模型,分析了劈裂试件的应力分布,以及试件宽长比、垫条宽度对劈裂试件应力分布的影响。结果表明,两种方法的分析结果一致,劈裂试件的最大拉应力未出现在试件中心,而是出现在试件x=0 对称轴上靠近边界的某一点;最大拉应力随着垫条宽度2c 和试件宽长比b/a 的增加而减小;正方形试件的最大拉应力大于圆柱形试件的最大拉应力。通过类岩石材料劈裂实验,证明了该傅里叶级数解析方法描述的长方形岩石劈裂应力分布规律与实验结果相符。     

液压机工作缸内部受任意二次函数分布压力之解析解

根据弹性力学的基本理论，采用解析解法，构造出一个即满足双调和方程又满足边界条件的应力函数，并由此求出液压机工作缸在内部边界受任意二次函数分布压力之解析解。     

岩石的动静弹性模量的关系

以川东北飞仙关组的储层和致密层岩石为研究对象,采用弹性波试验和单轴压缩试验相结合的方法,取得相应岩石的各种物理力学参数和声学参数;在此基础上,采用非线性拟合,建立了不同岩性的岩石的动弹性模量与静弹性模量的相关关系,为石油开采中钻孔测井研究提供了基础.研究表明,由于受岩体的完整性和风化破坏程度等影响,岩石试件用动力法求得的动弹性模量和用静力法求得的静弹性模量均存在较大差异,且岩石动静弹性模量的关系呈二次多项式函数关系.     

冻融循环下含裂隙类岩石冻胀力的力学模型及实验研究

以水泥砂浆类岩石材料为研究对象,结合弹性力学、断裂力学和流体力学相关理论,推导出体积膨胀机制作用下多孔岩石冻胀力计算的理论模型,得出冻胀力和体积模量之间呈正相关的增长方式;对经过冻融循环的含裂隙试件进行单轴压缩实验,分析冻胀力对不同角度裂隙试件的影响,发现冻胀力对0°试件的峰值强度影响最明显,随着裂隙倾角的增加,冻胀力对裂隙试件的峰值强度的影响逐渐减弱。该研究为岩体裂隙中冻胀力的求解提供了一个确切的模型,并通过实验验证了冻胀力模型的可行性,为以后研究裂隙中冻胀力的大小提供了理论依据。     

复杂应力状态下岩石弹性波传播特性的研究

本文以探讨地下岩体处于三向不同应力状态下其内部弹性波的传播规律为目的,研究了两种不同致密程度的岩石(沙岩、灰岩),在单轴压力和三轴不同压力下,弹性波的传播特性和波速与应力的关系。结果表明,不同应力状态下岩石的弹性波速随应力的变化阶段与应变随应力的变化阶段大致相同,可分为三个变化阶段;对于处于弹性应力状态下的岩石,应力与弹性波速的关系可用不同的依赖系数线性表示。同时,对用弹性波法确定岩体地应力及水平构造应力进行了探讨。     

加载岩石红外辐射实验与数值模拟对比分析

利用红外仪对岩石试件进行单轴加栽变形破坏过程进行监测,得到试件破坏过程的红外热像。另外,利用RFPA软件对试件在加载过程进行数值实验,并对试件进行应力状态分析。由红外实验与数值实验结果对比可以看到：试件破坏过程中整体以升温为主,弹性阶段压应力集中区的岩石试件表面红外辐射温度升高,而拉应力集中作用区温度降低。裂纹越集中区温度升高越明显。这一实验结果可以为利用红外手段预测预报地震、岩体工程破坏失稳提供进一步的理论依据。     

加载岩石红外辐射实验与数值模拟对比分析

利用红外仪对岩石试件进行单轴加载变形破坏过程进行监测,得到试件破坏过程的红外热像。另外,利用RFPA软件对试件在加载过程进行数值实验,并对试件进行应力状态分析。由红外实验与数值实验结果对比可以看到:试件破坏过程中整体以升温为主,弹性阶段压应力集中区的岩石试件表面红外辐射温度升高,而拉应力集中作用区温度降低。裂纹越集中区温度升高越明显。这一实验结果可以为利用红外手段预测预报地震、岩体工程破坏失稳提供进一步的理论依据。     

粗糙岩石节理剪切强度的修正公式

以Mandelbrot-Weieratrass函数构造的具有分形节理的岩石试件为模型,通过多组压剪实验,得到了岩石节理法向应力和分形维数及切向应力的近似关系,并利用实验结果得出了粗糙节理岩体剪切强度的修正公式.     

川东北飞仙关组岩石动力特性的试验

以川东北飞仙关组岩石(砂岩、灰岩)为实验试件,利用自行设计的声波测试装置,应用声波测试技术对川东北飞仙关组岩石的动力特性进行了室内试验研究,测出了岩石试件的弹性波速(纵波波速Vp、横波波速Vs),并获得该类岩组的一系列动弹性参数(动弹性摸量Ed、动泊松比Vd、动剪切模量G、动体积模量K).并根据试验结果分析了岩石的物理力学性质.结果表明,该实验的原理和方法可为相关工程所利用.     

煤岩体裂隙集度演化理论模型

为了描述煤岩体内裂隙演化对其宏观力学特性的影响,引入了裂隙集度参量,从热力学平衡方程出发,推导出裂隙集度演化方程;根据岩石试件单轴压缩的全程应力应变实验结果,给出了单轴压缩下的裂隙集度演化方程和考虑裂隙集度对煤岩体力学性质影响的非线性弹性裂隙演化本构方程;通过单轴压缩煤岩试样实验数据值与理论值对比,两者吻合度相当高,证明了理论分析及其理论模型的正确性。     

均匀单轴压应力场下岩石的力学性质

为了研究在均匀压应力场下岩石的力学性质,制作了中等壁厚的环形岩石试件,该试件在承受均布外压时,其内壁处于均匀单轴压应力状态,且内壁的应变可直接量测。控制试件的壁厚,内壁的应力可在一定的误差范围内由静力平衡条件求得。试验在自行研制的中壁圆环抗压试验机上进行,结果表明:在均匀压应力场下,岩石的应力——应变曲线无明显的峰后段,且其强度高于常规单轴抗压强度并具有较小的变异系数。     

岩爆灾害的灰类白化权函数聚类预测方法

岩爆是高应力岩石地下工程中的地质灾害.将岩爆与其影响因素之间的关系作为灰色系统,提出采用灰类白化权函数聚类的预测方法对岩爆灾害进行预测.选取岩石弹性能量指数、脆性系数和围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值作为岩爆灾害预测的主要影响因子,并构造了适于岩爆预测的各聚类指标的白化权函数.采用本文提出的方法对国内外一些岩石地下工程实例进行了分析,并与工程实际情况进行了对比,研究结果表明,本文提出的基于灰类白化权函数聚类的岩爆灾害预测方法具有较高的预测精度.     

平顶山八矿地应力声波检测

本文根据超声波在弹性介质中的传播特征及其测试方法,在平顶山矿务局八矿进行地应力声波检测,得到被测点岩体的声波椭球。结合岩石试件的三轴应力——声波试验结果,求出测站岩体的应力状态,为矿井地应力场分析建立计算模型和确定计算边界提供了依据。     

真三轴压缩下岩石中超声波衰减的实验研究

使用真三轴压机模拟了水平或缓倾斜矿体采场间柱的受力状态,研究了在这种应力状态下岩石破坏过程中超声波衰减的特性。采用不同时刻频谱比法和标准试块频谱比法计算了岩石的品质因数Q_P值,给出了Q_P值在不同极限应力状态下的实验数据,并对穿过岩石试件的P波进行频谱分析,讨论了超声波在岩石中的衰减机制。     

流固耦合作用下富水深埋隧道帷幕注浆力学模型

富水隧道的施工中往往采用帷幕注浆法对围岩进行堵水加固,需准确获取富水深埋隧道帷幕注浆法加固后隧道围岩的位移场与应力场大小;基于流固耦合理论,建立隧道注浆帷幕力学模型,推导了围岩位移与有效应力的解析式;以大瑞铁路某富水深埋隧道为工程背景,采用建立的力学模型计算了6种加固方案,并分析了围岩剪切模量和弹性系数对位移场与应力场变化的影响;通过与有限元数值模拟结果以及现场监测结果对比,验证所建立力学模型的准确性。研究结果表明：所建立的力学模型可较为准确地计算帷幕注浆法施工的隧道围岩位移与有效应力;较大的剪切模量和弹性系数可抑制围岩位移,但会增大围岩的径向和环向有效应力。     

含不同倾角裂隙类岩石试件力学参数试验研究

基于相似原理,制备出含不同角度裂隙类岩石试件及完整试件,分别对试件进行单轴压缩试验,测出其单轴峰值强度、弹性模量和泊松比;通过巴西劈裂法,测得含不同角度裂隙的试件及完整试件的抗拉强度;通过进行三轴压缩破坏试验,测出其三轴峰值强度,并结合单轴峰值强度,画出裂隙试件及完整试件的莫尔应力圆,从而计算出它们的内摩擦角、内聚力,然后分析这些力学参数的变化规律。     

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。     

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.     

圆形巷道围岩弹性变形区应力分布模拟实验研究

通过相似模拟实验,探讨了圆形巷道围岩在弹性变形阶段应力分布规律,得出巷道围岩周边应力函数表达式,分析了侧应力系数对围岩应力分布的影响。