复杂接触下大理岩球砾碰撞破碎特征

落石是山区常见的地质灾害之一。为研究块石在复杂接触条件下的运动轨迹,利用改进的分离式霍普金森杆系统开展大理岩球砾冲击试验,研究了球砾碰撞破碎特征,探究了冲击角度、接触面粗糙度等因素对试样破碎的临界速度、破碎特征以及尺寸分布的影响。此外,采用高速摄影机观察破碎特征,并将试样碎片进行筛析,分析试样在不同裂纹发育阶段的碰撞破碎特征。试验结果表明：冲击角度45°≤θ≤90°,尖齿角度α=180°,速度一定时：冲击角度θ越大则试样越容易破裂发育裂纹,试样的破坏率随着冲击角度的增大而增大;冲击角度θ=90°,速度一定时：尖齿高度一定时,尖齿角度α越小,试样越容易破裂发育裂纹,试样最终的破坏率随着尖齿角度α的增加而降低;尖齿角度α一定时,尖齿高度越小,试样越容易破裂发育裂纹,试样最终的破坏率随着尖齿高度的增加而降低。因此,增加接触面尖齿角度或减小冲击角度可以有效降低落石冲击时块石的破碎程度。     

基于颗粒流法的含软弱结构面岩质边坡稳定性分析

软弱结构面的分布情况对岩质边坡失稳破坏的形式有较大影响,主要是因为软弱结构面的存在一定程度上影响了岩质边坡抗剪强度薄弱面的分布。采用颗粒流法对岩质边坡的失稳破坏过程进行模拟,并预加不同分布形式的软弱结构面,研究了软弱结构面的分布深度及倾角对边坡破坏形式的影响。研究结果显示,浅层软弱结构面对边坡稳定性威胁最大,随着分布深度的增加,其影响也越来越小;随着预加软弱结构面与坡体中部初始滑裂面夹角的增大,岩质边坡失稳破坏的程度也在增大,由局部的破坏转变成崩塌破坏。     

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。     

基于裂纹扩展作用下的岩石损伤力学模型

在分析裂纹起裂与扩展规律基础上,考虑翼裂纹间的相互作用,提出了一种新的翼裂纹尖端I型应力强度因子计算模型.基于修正的翼裂纹扩展模型,考虑损伤演化对被激活微裂纹数目的影响,并结合宏-细观损伤定义之间的关系,建立了基于微裂纹扩展作用下的岩石损伤本构模型.最后,将理论模型曲线与试验曲线进行了比较分析.结果表明:修正的翼裂纹扩展模型不仅能够准确地预测翼裂纹的起裂角,而且能够准确地模拟从极短到很长的翼裂纹整个变化范围.基于裂纹扩展作用下的损伤模型能够连续地模拟不同围压下的应力-应变全过程曲线,而且能够较好地预测峰值强度.     

基于CT扫描的不规则外形颗粒三维离散元建模

为实现不规则颗粒材料三维离散元建模,通过X射线断层扫描技术获取真实颗粒的切片图像,并对其进行二值化处理和边缘点探测提取计算,以重建三维颗粒模型而获取颗粒空间坐标信息.引入最小基本球体半径、有效空间系数和分类半径作为控制参数,采用VC++语言编写颗粒模型并生成程序,运用基本球体进行可重叠组合,自动生成不规则颗粒模型.结果表明,在相同参数条件下,该程序运行结果惟一,且与初始条件无关.同时,通过调控控制参数,能够获得不同精度的模型,并使颗粒模型精度与所需球体之间达到平衡关系.     

预留缝宽度对大理岩直剪试验结果的影响

在岩石直剪试验过程中,上下剪切盒（夹具）之间往往需预留一定宽度的缝隙,但预留缝隙的宽度值没有明确的规定。本文采用相同直径、不同高度的大理岩试样进行直剪试验,研究了上下剪切盒预留缝宽度对岩石抗剪强度和破坏特征的影响。试验结果表明：同一法向应力下,随着试验预留缝宽度的增加,试样剪切断裂面的正视图由一条近似直线逐渐变成三段近似直线构成的折线,剪切断裂面由水平曲面逐渐变为倾斜曲面,主导试样破坏的应力由剪应力逐渐变为拉应力;在同一法向应力下,试验预留缝宽度越大,测得的峰值抗剪强度值越小;随着预留缝宽度的增加,直剪试验获得的试样黏聚力整体上呈增加趋势,但变化不大,较为平稳,而内摩擦角则逐渐减小,且变化明显,幅度较大。试验预留缝宽度的取值对试验获得的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角均存在影响,因此目前情况下在岩石直剪试验中应尽量减小预留缝宽度,而预留缝宽度的定量取值尚需开展进一步的研究。