开放性裂隙岩石三轴加载破坏前兆信息

含节理的岩质边坡开挖卸荷时易发生突发性失稳破坏,对含不同岩桥长度的花岗岩试件开展三轴加载试验,运用红外热像仪全程采集,引入温度特征粗糙度,研究含节理岩石试件三轴加载过程中临空面上平均温度变化和温度特征粗糙度变化特征,将温度特征粗糙度与声发射振铃计数率和应力应变曲线对比分析.研究表明:温度特征粗糙度在试件破坏前夕出现突跳现象,而此时平均温度无任何异常表现,温度特征粗糙度前兆性优于平均温度;温度特征粗糙度与声发射振铃计数率和应力应变曲线三者阶段性较为一致,温度特征粗糙度突跳现象均略提前于声发射振铃计数率陡增和应力应变曲线下降;不同岩桥长度试件的温度特征粗糙度变化特征较为一致,以此作为研究指标受节理长度影响较小.研究结果可为节理岩质边坡开挖卸荷防治提供理论参考.     

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。     

煤岩的红外信息随应力变化的实验研究

利用红外遥感技术对煤和岩石加载直至破裂过程中的红外辐射信息进行了实测研究,结果发现：煤和岩石的红外辐射温度场随应力状态的改变而发生显著变化,破坏前这些变化表现出前些前兆信息特征。这将为预测、预报地震及煤岩灾害动力现象研究提供依据。     

单轴压缩下交叉裂隙花岗岩变形与能量演化分析

为了更好地了解交叉裂隙对岩体力学性质和变形特征的影响,对不同主次裂隙夹角的花岗岩试件进行了单轴压缩试验.根据试验结果,对交叉裂隙试件的应力-应变曲线规律、变形与强度特性以及能量演化过程进行了分析.研究结果表明:交叉裂隙试件的力学性质和变形特征与主、次裂隙的夹角密切相关,裂隙试件的应力-应变曲线比完整试件更早进入裂纹萌生和扩展阶段,峰值应力前应力-应变曲线会出现一定的应力波动现象;裂隙试件的峰值强度和弹性模量明显降低,弹性模量随交叉裂隙夹角的增大先减小后增大,但峰值强度受夹角的影响不大;裂隙试件在单轴压缩过程中的总能量、弹性应变能和耗散能相较于完整试件显著降低.     

武夷山隧道围岩破坏过程中的声发射特性研究

在单轴加载条件下进行花岗岩和凝灰岩试件加载破坏过程中声发射(AE)特性试验研究,得到岩石加载破坏过程中时间-应力-空间定位事件率、时间-应力-撞击率和时间-应力定位事件能量率图,并获得累计定位事件、累计撞击事件和累计定位事件能量.研究结果表明能量率与事件率和撞击率相一致,均在岩石试件破坏前期有突增特性.结合这3个参数作为岩石破坏前兆,能为岩石失稳破坏提供较好的参考依据.根据岩石加载破坏过程中不同岩性的空间定位事件累计能量的量级特征,分析通过试验为工程实际中围岩体损伤程度进行实时监测提供参数依据的科学可行性.     

刀具侵入作用下节理岩体位移及应变场演化特征试验研究

为了研究在全断面岩石隧道掘进机(TBM)作用下节理岩体的变形破坏特征,采用DSCM方法,通过对加载过程中试件表面数字散斑图像进行计算分析,获得刀具侵入作用下临界状态不同节理参数(倾角和间距)试件表面的位移场以及应变场分布特征。研究结果表明:节理参数的不同对试件表面位移场和应变场分布有着明显的影响,节理的空间位置控制着试件表面变形局部化特征,进而影响裂纹的扩展模式。试件达到临界破坏状态时,其应变场的分布特征能够很好地反映损伤局部化的特点。     

裂隙混凝土应变场和温度场演化规律试验

摘要:为了探究裂隙混凝土的破坏特征,基于数字图像相关技术和红外辐射技术,对裂隙混凝土试块进行单轴压缩试验,分析加载过程中试样表面应变场和温度场的演化规律。在本试验中,通过数字图像相关与红外辐射技术分别确定加载过程中裂隙混凝土应变集中区和表面温度场的演化情况。研究结果表明：应变集中区由预制裂隙尖端萌发,沿加载方向扩展,当裂隙混凝土轴向荷载达到峰值荷载的76.54%左右时,试件仍未有贯通裂纹产生。裂隙混凝土应变场标准差演化过程可大致划分为初始分异、匀加速分异、变加速分异3个阶段。温度场标准差演化过程大致分为匀速分异和突变分异2个阶段。不同应变场和红外辐射温度场标准差之间的相关系数在0.55~0.92之间,呈中度或高度相关关系。随着新生裂纹的扩展,试块表面的最高温度逐渐上升,上升幅度为3.33%。在试件破坏时出现连接预制裂隙的高温条带,红外辐射温度场标准差随轴向应变的增大波动增长,分异程度明显。     

考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法

在大体积混凝土应力场计算中,混凝土的弹性模量和徐变变形都与温度有关,温度场应力场存在耦合现象.根据温度损伤和温度对徐变的影响,建立了考虑温度影响的混凝土弹性模量表达式和徐变应变计算的递推公式.应用粘弹性与损伤耦合和正交各向异性损伤理论,描述了混凝土在高应力水平下的非线性徐变特性和由于微裂缝扩展引起的刚度退化与应变软化,建立了考虑温度影响的大体积混凝土结构应力场分析的有限元表达式.将这一结果应用于沙牌拱坝应力场计算中,考虑温度影响后,发现坝体局部应力可能出现恶化,对开裂控制不利.     

数字散斑相关法在陶瓷材料准静态破坏 行为研究中的应用

研究了引入高精度数字散斑相关法光学测量技术对A９５ 陶瓷材料在准静态压缩试验中的变形过 程,得到了该材料在压缩变形过程不同时刻的试件表面的全场位移分布,推导出应力应变曲线与材料的本构 关系。与传统方法相比较,数字散斑相关法所具有的非接触、高精度、全场测量等特点,避免了人为干扰,可 以对试件表面全场的变形进行研究。     

岩石破裂前红外热像的时空演化特征

以花岗闪长岩和大理岩试件单轴加载红外观测实验为例,对岩石破裂前红外热像的时空演化特征进行了分析.结果表明:岩石在塑性变形阶段随着微破裂的产生出现热像空间分异现象,表现为在未来剪性破裂位置出现高温异常条带,且高温异常条带之间的区域出现低温辐射异常,这种热像异常特征是岩石宏观破裂的早期红外前兆.而临失稳前热像整体表现出的短暂降温是岩石宏观破裂的晚期红外前兆.两种红外前兆的出现及其空间特征与岩石破裂形式及应力场分布格局有密切关系.     

基于THM注水地层数学模型建立及仿真

利用应力-应变理论、达西定律和热传导理论,从岩体变形、流体压力以及温度改变三个方面研究入手,研究注水地层的应力变化。利用温度场、渗流场和应力场三者之间耦合关系,建立了注水地层相应的控制方程。通过有限元分析软件对注水地层进行有限元仿真模拟,并为后续套管损坏研究提供了可靠的理论依据。     

温度与加载速率对岩石力学性质的影响

通过实时高温不同加载速率下花岗岩的单轴压缩声发射试验和扫描电镜试验,研究了岩样在温度和加载速率共同作用下的力学性质与分形特征。研究结果表明:(1)岩样应力—应变曲线可以分成压密、线弹性、非弹性和破坏四个阶段。随着加载速率由0.001 mm/s增加至0.1 mm/s,岩样压密阶段变短,弹性模量增加,峰值应变逐渐减小。(2)岩样峰值应力、振铃计数率与温度的变化规律相一致,均呈现先下降后上升趋势,在600℃时达到最小值。(3)峰值应力、振铃计数率随加载速率的增加呈线性增大趋势。加载速率由0.001 mm/s增加至0.1 mm/s,峰值应力由37.166 MPa增加至53.769 MPa,增幅为44.673%;振铃计数率由107 380增加至141 644,增幅为31.909%。(4)岩样破裂的分形维数与加载速率呈线性增大,但温度超过600℃,岩样结构晶体改变,温度的影响占据了主要因素,导致分形维数随加载速率变化规律不明显。研究成果为岩土地下扰动、工程爆破等实际工程中岩石力学参数的选取提供了有益的参考价值。     

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。     

层状岩体破坏性质试验研究

层状岩体由于其明显的各向异性特点,以及复杂的破坏机制,严重影响了地下工程的安全施工。通过对层状岩石试件进行全应力-应变三轴加载试验来研究层理对其强度特性和变形特征的影响;同时利用弹性小变形理论对复合层状岩体的变形及弹性模量进行了推导计算。试验研究结果表明,由于层理面之间存在不规整现象,水平层理的存在使得岩石强度以及整体弹性模量有所降低,使得在试件破坏时岩层的整体变形量增大。     

胶结材料加载破坏的能量积聚与释放响应研究

为研究胶结材料在0.001 kN/s的速度缓慢加载达到峰值强度后出现的第二跌落特征,并伴随发生在第二跌落区出现的噪音分贝值的突增现象产生的原因,应用能量积聚与释放的总能量平衡理论,对胶结充填体轴向加载试验获取全应力应变曲线,并通过电子噪音测试设备测试加载过程中的噪音分贝值的大小,引入可表征试件全应力应变曲线的即时弹性模量与割线弹性模量比值,作为柔化正态张量和可表征试件不同等应变变化的应变能与总应变能比值作为应变能张量,通过柔化正态张量和应变能张量的变化大小,表征试件在能量积聚阶段和释放响应阶段的变化特点,特别是在第二跌落阶段的能量变化特点。同时通过噪音分贝测量方法试验,建立噪音分贝与试件能量释放大小之间的对应关系。研究结果表明,只要加载速度较小,达到0.001 kN/s左右时,胶结充填体才会出现明显的第二跌落区。通过电子噪音分贝测试第二跌落区破坏出现的噪音分贝突增15dB,相较常规加载多增加了10 dB以上。同时将这种缓慢加载方式应用在矿岩加载试验中,其加载破坏时的噪音分贝值突增更加明显,增加值达到20～35 dB。表明试件在近似等压受载环境下,更易积聚能量,并在破坏时以突然释放的形式释放,说明能量释放的强度是以前期积聚能量为前提的,这将有助于指导金属矿山采场高应力区评价,维护采场安全。     

基于声发射活动参数的岩石破裂过程应力阈值确定

在实验室应用声发射监测系统,对25块花岗岩样进行单轴压缩实验.通过连续实时监测花岗岩样破裂全过程中事件率、累计能量、能率、持续时间和振幅等声发射源特征参数的变化规律,获得岩样破裂过程各加载阶段的应力阈值.将岩石试件破裂全过程中各个阶段的应力阈值与峰值强度进行比较,并与以往实验结果对比,发现岩石变形特性和裂纹演化规律具有统一性.     

铸造过程温度场/应力场双向耦合的数值模拟

为研究铸造过程的温度场和应力场,提出模拟铸件铸造过程的FDM/FEM集成系统,使用接触单元处理铸件/铸型间的相互影响,并实现了温度场/应力场的相互作用.使用考虑应力/变形与温度双向耦合模拟方法对应力框试件进行模拟,并与实验结果进行对比.结果表明,使用热力双向耦合方法对铸件进行模拟得到的温度分布更接近实验结果.     

混凝土裂缝与内外约束关系研究

水化反应过程中,温度变化和内部孔隙水散失是混凝土温度、自生体积和干缩等变形产生的主要原因.内外约束作用下,温度、自生体积和干缩等变形引起的应力很容易导致混凝土开裂.通过混凝土温度场和应力场精确仿真,对混凝土温度应变、自生体积变形和徐变进行分析.研究表明内部约束是水化反应前期混凝土产生的主要原因,后期混凝土裂缝则主要由外部约束所致.     

桥梁大体积混凝土施工温度场与温度应力的仿真分析

采用三维瞬态温度场理论,运用有限元程序ANSYS的通用平台,建立大体积混凝土温度场与温度应力有限元计算模型,对湖北野三河大桥3#主墩混凝土的温度场与温度应力进行仿真分析,计算了大体积混凝土内部温度场及仿真应力场,并与实测结果进行比较,结果显示所建立的有限元分析模型可以较好地计算混凝土施工时的温度场与温度应力。     

混凝土致裂应力与内外约束和徐变的关系

温度变形、自生体积变形和徐变等受内外约束是混凝土裂缝产生的主要原因．为研究水化反应过程中混凝土内部由于温差、温变幅度和线胀系数差异存在的相互制约关系,减少内外约束下温度和自生体积变形及早龄期混凝土开裂,需要对混凝土温度场和应力场进行精确的仿真．通过仿真计算并根据现场模型试验结果对混凝土温度应变、自生体积应变、徐变、内外约束应变进行反分析研究表明,早龄期混凝土致裂应力主要与徐变和内外约束有关