峰后脆性对非均质岩石试样破坏及全部变形的影响

在平面应变压缩条件下,采用FLAC模拟峰后脆性对含初始随机材料缺陷的岩样的破坏过程、前兆、声发射及全部变形特征的影响.利用若干FISH函数预置初始随机缺陷,计算全部变形特征,并统计每10个时间步内的破坏单元数.密实的岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为.缺陷在破坏之后经历理想塑性行为.不同脆性岩石的峰后的应力-轴向应变曲线、应力-侧向应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线、体积应变-轴向应变曲线及由侧向应变及轴向应变计算得到的泊松比-轴向应变曲线于应力峰值之前发生分离.由于缺陷的依次破坏,在初始加载阶段之后,计算得到的泊松比随着轴向应变的增加而直线上升,这使侧向应变增加的速度超过轴向应变增加的速度.随着峰后脆性的降低,岩样失稳破坏的前兆变得明显,破坏变得不突然.脆性越强的材料,体积膨胀之后发生应变软化越早;剪切应变集中的位置越少;在硬化阶段及软化阶段,声发射持续的时间越短.     

基于峰后特征的深部隧道围岩分层断裂数值分析

为了揭示深部隧道工程围岩的分层断裂机理而展开数值实验研究.分析了深部地层岩体历史及赋存环境,认为深部岩体在力学上处于峰后阶段,根据岩石峰后应力-应变特征选定了围岩的峰后特征指标及其开挖响应方程.建立了数值实验模型,设计了开挖数值模拟的围岩响应监控方案.完成了大量的开挖数值模拟,实现了深部围岩分层断裂现象在数值模拟中的重现.基于实验中围岩应力、变形分布的全程监测结果,在确定围岩分层断裂产生条件的基础上,进一步研究得到了围岩分层断裂层数、分层断裂圈半径、最大峰值应力等参数与峰后特征指标的关系.根据地下结构开挖围岩应力重分布及岩石力学破裂机理,分析了分层断裂中次生自由面、多重似开挖面形成的力学机制.所得数值模拟结果,为深部工程围岩的分层断裂提供了验证依据,消解了长期以来数值模拟中没有观察到分层断裂现象的困惑.     

真实切应变及其在等径弯曲通道变形中的应用

该文研究平面简单切变过程中切应变的计算。从无穷小变形条件下应变的定义出发，提出了大变形时真实切应变的概念。对切应变主轴不变的平面简单切变过程，通过无穷小应变的积分，导出了真实切应变计算公式。将该公式应用于等径弯曲通道变形中真应变的计算，与直接分析试件的几何变形得出的计算公式完全相同，而且与实验测定的真实等效应变吻合很好。     

一种新型岩石类材料平面应变实验装置的研制和应用

介绍了一种新型岩石类材料平面应变实验装置的研制和应用.该装置的主要特点是可以通过一个厚壁筒液压缸对安置在其中的方形试件施加侧向压力(最小主应力),最高压力可达20 MPa,从而最大程度地减少了刚性加载所带来的端部约束问题,提高了实验精度.利用缸体本身的刚度对试件进行侧限的设计,使得装置结构紧凑,实验简单易行.采用弹性材料试件对装置进行了校准标定,并介绍了变形测量系统.最后,对岩石试件进行了平面应变实验,结果表明,该实验装置能较好地模拟平面应变状态.     

热模拟平面应变条件下的热轧织构研究

以微合金钢为材料,采用光学显微镜和EBSD,研究热模拟平面应变实验条件下再结晶奥氏体和变形奥氏体的织构演变.研究发现,在热模拟平面应变实验的压缩过程中,试样的两个自由端限制了变形区金属的宽向流动,达到了很好的平面应变状态.对于再结晶奥氏体相变工艺,由于相变前奥氏体发生再结晶,无畸变保留,奥氏体分解为仿晶界铁素体、贝氏体和少量的珠光体,织构为{100}011α;对于变形奥氏体相变工艺,未再结晶区的变形促进了铁素体相变,使奥氏体分解为铁素体和珠光体组织,织构为{332}113α和{113}110α.此两种工艺条件下的织构,皆为平面应变条件下的奥氏体相变织构,即热模拟平面应变实验可以达到很好的平面应变状态,可用于研究热轧过程的织构演变.     

一种岩石平面应变装置的研制和应用

研制了一种刚性岩石平面应变实验装置，其自行设计制作的侧向加力器不仅能施加需要的围压，而且能在实验过程中动态监控围压的变化．测试表明，对杨氏模量在17.4GPa以下的岩石，该装置能较好地模拟平面应变的条件，具有较好的实用性．     

应变空间混凝土的破坏准则

基于混凝土的破坏主要取决于应变的特点，对平面应力、平面应变及一般三轴荷载作用下混凝土的变形和破坏特性进行了试验研究及分析。根据试验结果，定义了混凝土的不同破坏阶段及分界面的确定原则。在此基础上建立了相应于不同破坏阶段的应变空间的破坏准则。其特点是：考虑了主应变与剪应变间的非线性关系，且与试验结果符合较好．     

依据扩容率判断围岩的稳定状态

确定围岩的稳定性状态是地下工程研究的关键难题之一，至今尚无有效的分析方法，即使进行了现场监测，也难以判定围岩的稳定状态。本文以自承载能力是决定围岩稳定性的主要因素为依据，在深入分析现场实测资料的基础上，开展了反映围岩变形特点的平面应变试验，综合建立了围岩扩容率与其自承载能力的关系模型，以期在现场监测结果与围岩稳定状态之间架起桥梁。     

应变检测实验及系统的改进

阐述了在原有应变测试实验台的基础上改进以后的新实验台及实验系统，介绍了其工作原理．静、动态应变测试过程中各中间环节以及各环节输入、输出信号波形的检测及分析方法。新实验台投入使用以来，在实验教学中效果较好。     

端面约束对岩样全部变形特征的影响

利用编制的计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数,采用FLAC模拟了端面约束对含缺陷岩样剪切带花样、全部变形特征及侧向位移分布的影响。在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。计算表明,端面约束对岩样的破坏模式及剪切带倾角没有明显的影响,以致于不影响应力．轴向应变曲线及应力-侧向应变曲线软化段的斜率。端面光滑时剪切带的扩展速度及泊松比高于端面粗糙时。端面光滑时的应力一轴向应变曲线、应力·侧向应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线及体积应变．轴向应变曲线均在端面粗糙时下方。端面光滑时的岩样失稳破坏前兆比端面粗糙时更明显。无论端面粗糙与否,岩样侧面上各节点水平位移分布都是不均匀的。通常,端面光滑时的最大侧向位移高于端面粗糙时。当轴向应变较高时,端面光滑时的侧向位移分布与端面粗糙时类似（端面上的节点除外）,这反映了类似的破坏模式。     

高地应力条件下围岩稳定性分析及控制

在对比分析工程实测值和计算值差异的基础上,提出了围岩峰后大变形计算值出现显著偏差的问题;通过对比分析实际围岩和本构实验峰后阶段试块裂缝开展过程和特点,提出峰后阶段本构实验出现失真的问题;在分析岩石力学实验发展过程的基础上,与第一次失真相比较,提出了本构实验的第二次失真;在分析实际围岩大变形及其与支护结构相互作用的基础上,阐明围岩变形过程和支护承载过程不能相互协调是当前支护结构破坏的主要原因;遵循支护与围岩协调承载的基本原则,构思了一种新的衬砌结构形式。     

基于围压增量的损伤砂岩三轴蠕变试验

为研究岩石峰后轴向与径向蠕变特性,采用MTS815岩石力学试验系统,进行了三轴压缩下红砂岩峰后蠕变试验,获取了不同性态的峰后轴向与径向蠕变曲线,探讨了岩石峰后轴向与径向蠕变特征,研究了损伤程度、围压增量对峰后轴向与径向蠕变特性的影响规律.试验结果表明:岩石峰后轴向与径向蠕变曲线主要由等速蠕变阶段和加速蠕变阶段组成,峰后径向蠕变特征相比轴向蠕变特征更显著;轴向和径向蠕变量与损伤程度呈正相关,径向蠕变相比轴向蠕变对损伤程度的敏感性更高,损伤程度的变化对径向蠕变的影响程度更强;施加围压增量,轴向与径向蠕变速率大大降低,蠕变失稳时间延长;围压增量对径向蠕变的影响明显强于轴向蠕变,工程实践中应重点控制围岩的径向变形.     

深部软岩巷道爆破卸压技术及工程应用研究

为控制深部软岩巷道的变形,利用爆破卸压技术,对淮南矿业集团谢桥矿高应力软岩巷道进行了爆破卸压工程试验,充分改变围岩应力状态,使巷道的变形量及稳定时间得到了很好的控制。     

大理岩结构面非线性蠕变损伤本构模型研究

针对锦屏二级水电站地下洞室群围岩富含节理的情况,对主要围岩大理岩进行含软弱夹层的剪切蠕变试验,结果表明在应力水平较低时,蠕变变形主要有瞬时弹性变形和黏弹性变形组成,当应力水平较高时,蠕变变形主要有瞬时弹性变形,黏弹性变形和黏塑性变形组成。在广义开尔文模型基础上增加一非线性项,来描述衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段;根据加速蠕变阶段岩石的损伤特性,选取基于应力水平和时间因素的损伤变量,建立了岩石非线性蠕变损伤本构模型,并通过试验结果对该模型进行参数辨识,验证了该模型的正确性和合理性。然后,分别利用该模型和西原(Nishiharamodel)模型对加速蠕变阶段进行拟合,结果表明提出的模型能很好地描述加速蠕变阶段,克服了西原模型的不足。     

壁后充填体刚度对支架与围岩的作用分析

通过建立的力学模型分析了壁后充填体刚度对围岩和支架压力与位移的影响,提出了改变充填体刚度的措施.     

Sloboda模型在隧道围岩变形预测中的应用及其适用性分析

隧道围岩变形的监测和分析对于隧道工程的设计和施工都非常关键,鉴于Sloboda生长曲线与隧道围岩变形-时间曲线的相似性,将Sloboda模型引入到围岩变形预测中,通过围岩变形-时间曲线的拟合预测未来围岩变形发展趋势和围岩极限变形值。通过工程实例具体分析了Sloboda模型的适用性,结果表明：Sloboda模型可以较好的拟合隧道围岩变形-时间曲线;围岩变形-时间曲线的波动性以及尾部阶段发展趋势进对Sloboda模型预测效果存在影响;Sloboda模型预测效果要优于指数曲线模型和双曲线模型,具有更好的应用价值。     

深井三软煤层巷道围岩控制技术与工程实践

以丰城矿务局尚庄煤业有限公司-650 m水平西运输上山为例,采用理论分析和现场试验的方法,研究了深井三软煤层巷道的变形破坏机理,认为深井三软煤层巷道围岩是由顶板、底板、两帮组成的复合结构体,两帮和顶板稳定性对底鼓有较大影响,在提高巷道围岩整体稳定性的同时,加固两帮和项板能够较好的控制底鼓.因此,提出固帮强顶的深井三软煤层巷道围岩控制技术.该研究成果已成功应用于工程实践,并取得了良好的支护效果.图4,参6.     

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛典型特征与规律

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛特征与规律对其稳定性评价与灾害防治具有重要意义。基于地下水封洞库工程特征与典型洞库工程实例,整理分析了大量洞室围岩内部变形、表层变形、波速与锚杆应力等监测数据。结果表明：预埋的多点位移计测点位移主要为0.5-3mm,收敛位移监测值主要为4-8mm,拱顶沉降监测值主要为3-6mm,围岩时效变形不明显;围岩变形与爆破开挖有关,当掌子面或后续台阶开挖面接近监测断面时,变形出现陡增;围岩质量越差,开挖面空间效应越不明显;基于典型围岩特征曲线经验公式,结合预埋的多点位移计监测数据与数值模拟,提出了地下水封洞库洞室围岩损失位移确定方法,发现损失位移占最终收敛位移50%-60%;基于波速变化率提出围岩松弛程度评价指标,发现围岩最大松弛程度约为0.47,松弛深度为1.5m;洞室围岩锚杆受力普遍较小,锚杆拉应力与围岩变形基本同步变化。     

不平衡水推力下垫层蜗壳座环结构剪力特性分析

机组运行时蜗壳座环在不平衡水推力作用下承受较大的水平剪力,该剪力值过大将会给蜗壳结构的稳定带来安全隐患.考虑钢衬与软垫层、混凝土的摩擦接触,建立了垫层蜗壳的三维有限元模型,详细研究了垫层子午包角、平面包角、变形模量厚度比和围岩约束对座环剪力的影响.结果表明:垫层子午包角向下延伸不利于座环抗剪;垫层平面包角变化改变了钢蜗壳外围结构的刚度分布,对座环剪力具有显著影响;垫层变形模量厚度比的变化不仅改变了座环各向剪力的数值及其承担的沿厂房横向不平衡水推力的比例,还改变了座环剪力的空间分布规律;在其他条件不变的情况下,围岩约束的改变对座环剪力没有明显影响.