压应力作用下预制裂纹脆性材料的断裂特性

利用矿相显微镜和与之配套使用的微型加载装置，对预制裂纹脆性材料的断裂特性进行了研究，得出了在单轴及双轴应力作用下Ｋ１－Ｋ１的变化关系：Ｋ１／Ｋｌｃ＝８．６７×１０＾－７（Ｋ１／Ｋｌｃ）＾２－０．８４Ｋ１／Ｋ１ｃ＋１．９４×１０＾４和Ｋ１／Ｋ１ｃ＝１．５６×１０＾－６（Ｋ１／Ｋ１ｃ）＾２－２．９５Ｋ１／Ｋ１ｃ＋４．７０×１０＾６，并与理论结果进行了对比，此外还得出了开裂角θ与裂纹倾角β的关系：θ＝６     

含预制裂纹悬臂梁的动态断裂试验研究

针对含预制裂纹的悬臂梁,利用动态焦散线试验系统,研究在冲击载荷下悬臂梁的动态断裂问题;以及裂纹尖端动态应力强度因子、裂纹扩展位移、速度、加速度的变化规律。结果表明,含单一上边界直裂纹构件先于含单一上边界斜裂纹构件达到动态断裂韧度,试件发生破坏;含单一直裂纹的试件断裂模式为Ⅰ型,含斜裂纹试件的断裂模式为Ⅰ-Ⅱ复合型,且曲裂程度大于含直裂纹的试件;含斜裂纹试件的裂纹扩展速度最大值大于含直裂纹的试件,且速度的振荡性较强;斜裂纹的存在造成加速度的振荡变化较大,能量释放的不均性加强。研究结论为揭示含预制裂纹悬臂梁的动态破坏规律提供了指导意义。     

基于离散元方法的预制裂纹扩展过程分析

对预制裂纹花岗岩试件进行了单轴压缩试验,得出了不同裂纹倾角下的岩石强度与弹性模量变化规律.建立了不同裂纹倾角下的岩石颗粒流计算模型,并根据室内试验结果标定了计算模型的细观参数.通过编制FISH语言提取了裂纹扩展过程中的裂纹信息,并进行了详细分析.研究结果表明:随着预制裂纹倾角的增大,裂纹起裂应力、起裂角不断增大,裂纹扩展由最初的翼型裂纹占主导向次生裂纹占主导转变;通过定义的裂纹聚集系数分析得出随着裂纹倾角的增大,裂纹聚集系数曲线由光滑变得曲折,裂纹扩展路径由集中向分散过渡.     

透明脆性材料预制裂纹压缩破坏机制试验研究

自然界中的岩体含有大量的原生裂纹,这些裂纹在外载作用下扩展和相互贯通最终导致岩体失稳破坏。由于真实岩石为不透明材料,观察研究其原生裂纹的扩展演化机制十分困难。最新研制了一种新型材料;该材料透明度高,且具有很好的脆性和单轴压缩剪涨性,可以作为模拟岩石的相似材料,在该材料内部及表面预制裂纹,观察分析预制裂纹不同赋存方式对材料破坏机制的影响。试验中清晰观察到次生裂纹萌生扩展各个阶段的形状及预制裂纹不同的赋存方式对材料破坏模式的影响,以及表面预制裂纹赋存深度与试件强度和次生裂纹裂最终扩展宽度的关系。试验所得的成果对于研究真实岩体的破坏机制具有重要的参考价值。     

单轴压缩条件下含闭合双裂纹体岩石类材料的破坏机理

在微型控制电液伺服单轴加载试验系统上,对含倾斜平行双裂纹的岩石类试件进行单轴加载试验研究,推导单轴压缩条件下试件应力强度因子(stress intensity factor,SIF)的解析表达式.分析裂纹表面摩擦系数对试件应力强度因子的影响,应用有限元法（finite element method,FEM）对同一问题进行数值分析,并与解析解进行比较.结果表明,随着裂纹表面摩擦系数的增大,应力强度因子减小,且采用有限元法求解应力强度因子是可行的,能准确预测含裂纹构件的安全性.此外,还对试件宏观裂纹的扩展机理进行了分析.     

透明类岩石内蕴裂纹扩展变形试验研究

采用力学试验手段探究岩石受压情况下内部裂纹扩展贯通机理是了解岩石破坏失稳机制的重要手段。由于真实岩体内部裂纹无法直接观察其扩展过程,通过自行研制的透明类岩石材料在RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机上进行单轴压缩力学试验,观察研究透明类岩石内部三维裂纹的扩展贯通机理。这一方法克服了真实岩体不透明的特点,更方便地观察岩体内部裂纹萌生扩展不同阶段的形状。通过对透明岩石内部布置不同长度和角度的裂隙,模拟不同长度和角度的原生节理裂隙对岩体破坏失稳的影响。研究结果表明:含预制裂纹的透明类岩石试件在压缩过程中三维裂纹的起裂扩展要比二维条件下复杂,大致经历了压密,弹性变形,裂纹扩展,脆性破坏四个阶段。含预制裂隙的试件其峰值强度和峰值轴向应变比完整试件均有明显降低,且预制裂隙的长度对峰值强度和峰值轴向应变的降低幅度有一定影响。试验成果无疑对分析真实岩体的破坏失稳机理有着重要的参考价值。     

含预制圆孔半圆盘的冲击动态断裂过程试验研究

为研究预制孔洞缺陷对I型裂纹扩展过程的影响与作用机制,利用数字激光动态焦散线方法对预制I型边裂纹和孔洞缺陷的巴西半圆盘进行三点弯动态冲击实验.实验得到以下结论:受到冲击荷载后,与预制的试件内部孔洞相比,预制边裂纹尖端应力集中程度更高,因此内部的缺陷对冲击荷载敏感度较弱;当I型裂纹扩展接近预制圆孔时,预制圆孔会使裂纹扩展...     

脆性材料复合裂纹断裂判据研究

研究了混凝土等拉压强度不等的脆性材料在平面应力和平面应变情况下裂纹附近的塑性区的范围，并给出了相应的表达式；运用在一定外力作用下物体内等效应力作为断裂判据，推测含复合裂纹的脆性材料的裂纹扩展时的临界条件相扩展方向，计算了试件在6个不同裂纹角时断裂角的大小，其结果与最大周向正应力理论判据、最小应变能密度理论判据及实验结果比较，说明用最小等效应力作为含复合裂纹的脆性材料的裂纹断裂判据是可行的．     

单轴压缩下预制2条贯通裂隙类岩材料断裂行为

在伺服控制单轴加载试验机上,对采用养护前期拔出预埋插片方式制作的含2条贯通裂隙类岩石试件进行压缩试验;基于滑动裂纹模型理论,并结合试件破坏全应力-应变曲线和贯通破坏面颗粒体破坏形态分析裂隙试件断裂破坏机理。滑动裂纹模型表明:驱动裂纹相对错动的有效剪力是裂隙倾角α和裂隙面摩擦因数f的函数。试验中发现:裂隙试件发生破坏时,依据裂隙倾角和岩桥倾角的不同,将会出现单裂隙微裂纹贯通破坏、预制裂隙贯通破坏和无微裂纹发育的脆性破坏;根据裂隙试件岩桥区受力特征的不同,预制裂隙发生贯通破坏时,将呈现拉伸破坏、剪切破坏和拉剪复合破坏3种模式,岩桥区贯通面上颗粒体破坏形态随之依次呈现无摩擦、完全摩擦和部分摩擦痕迹。     

含界面裂纹复合材料的断裂分析

弹性复合材料界面裂纹尖端场是具有振荡奇异性的偶合场，复应力强度因子是这类场的重要指标。本文利用Ｊ积分和相互作用积分求解复强度因子的方法，给出了有限元法数值结果的算例，并对所建立的力学模型进行了计算与分析讨论。     

裂隙发育对煤层强度的影响

借助现代分形理论的基本思想和原理,提出了测量裂隙数量的方法。在此基础上,利用回归分析的方法对所选矿区测量结果进行量化分析研究,建立了煤体单轴抗压强度与裂隙条数之间的指数衰减关系式。实现了分形理论与统计理论相结合对数据的分析和处理,为工程实践中评价煤层强度与裂隙发育状况的关系提供了一种可操作性途径,具有一定的实际意义和指导意义。     

单轴压缩下花岗岩电荷变化的实验研究

利用自主研制的电荷感应仪对花岗岩样品在单轴压缩变形破裂过程中产生的电荷感应信号进行了实验研究.结果表明,在岩石变形破裂达到峰值强度时比在峰值强度前有更强的电荷感应信号产生,电荷感应信号也受岩石应力的变化速率影响,在应力变化速率大时,有较强的电荷感应信号.在有变形破裂时,电荷感应信号就较强,变形破裂较小的面所对应的测点的电荷感应信号就较小,这表明电荷的产生和岩石的破裂有很大的关系.产生的电荷随着时间衰减.如果应力变化速率大,岩石变形破裂时产生的电荷在短时间内衰减很小,同时又有大量的自由电荷产生,所以在岩石变形破裂时,应力变化速率大时,有较强的电荷感应信号.     

钢纤维高强混凝土单轴受压本构方程

采用微机控制电液伺服万能试验机,对纤维体积分数Vf为0～3％的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了单轴压缩试验,根据卖测的应力-应变曲线的特点提出了含2个参数A和B的单轴受压本构方程．A,B均随Vf的增大而增大,分别明确地反映了钢纤维对混凝土基体的增强和增韧能力．A越大,材料抗压强度fe与弹性极限应力的差值越大;B越大,曲线下降段越平缓．本文还给出了A,B与Vf,fe之间的关系式．     

岩石单轴压缩应变梯度损伤模型局部化带宽

采用基于各向同性应变梯度损伤模型，在平衡方程中引入高阶应力项和损伤内变量，对单轴压缩作用下岩石变形局部化进行了研究，得到了单轴压缩作用下岩石变形局部化带宽度的一维解析解，给出了岩石试件局部化带的宽度公式，对岩石变形局部化带宽度与损伤内变量的关系进行了分析，为实验测定内部材料长度参数提供了理论依据。岩石试件局部化带的宽度不仅与材料的内部长度参数有关，而且还与损伤内变量（材料的脆塑性）有关。对于塑性材料，局部化带宽度就大；对于脆性材料，局部化带宽度就小。     

块石含量对充填体力学特性与韧性影响试验研究

在块石胶结充填中作为骨料的块石是充填体各项力学性能的关键影响因素。在RMT-150C试验系统上进行不同块石含量充填体无侧限单轴压缩试验,得到其应力-应变、荷载-位移曲线,结果表明块石的加入对充填体结构稳定性、峰值强度、残余强度都有较大影响。采用美国材料与试验协会韧度指数法分析,得到了不同块石含量下充填体韧度指数,发现块石含量增加对充填体韧性影响的一般规律:充填体韧度指数随块石含量增加呈先增后减的趋势,在含量趋近40%时韧度达到最大。     

单压下节理密度及倾角对类岩石试件强度及变形的影响

通过预制张开节理类岩石试件,在单轴压缩条件下,研究节理密度及倾角的组合作用对试件强度和变形特征的影响.试验结果表明:(1)随着节理倾角的增大,应力-应变曲线由多峰值转变为单峰值,试件脆性增强,延性减弱;(2)节理密度对当量峰值强度的影响与节理倾角大小有关,对当量弹模的影响呈"V"形变化,即当量弹模随着节理密度的增大呈现先减小后增大的变化规律;(3)当量弹模随节理倾角的增大而增大,在节理倾角为90°的时候达到最大值,为完整试件弹性模量的70％～80％;(4)节理倾角对多节理类岩石试件当量峰值强度和当量弹性模量的影响大于节理密度的影响.对试验结果进一步分析发现:节理密度及节理倾角与应力-应变曲线、当量峰值强度及当量弹性模量之间的关系,其变化规律与试件的破坏过程息息相关,其破坏模式可分为张拉破坏、剪切破坏和复合破坏.     

集中力作用下复合材料焊接的界面裂纹问题

讨论在集中力作用下,各向同性半平面与正交各向异性平面焊接的界面裂纹问题,并利用复变方法和积分方程基本理论,给出了弹性体应力分布封闭形式的解。     

金属矿尾砂浆压缩与剪切屈服应力的关系

膏体流变学的研究是矿业浆体流变学的热点和难点。膏体技术包括脱水、搅拌、输送、堆存(充填)4个阶段,均涉及到非牛顿流体流变特性。在脱水阶段,全尾砂的压缩屈服应力影响了尾砂浆的脱水浓度,浓度是剪切屈服应力的宏观表现,继而影响了混合搅拌和管道输送过程中浆体的剪切屈服应力。所以,压缩屈服应力和剪切屈服应力之间的关系成为了膏体充填技术领域中的关键问题。在压滤理论指导下,开展相关实验,提出了全浓度范围内床层脱水阻力和浆体输送性能表征方法,以表征全尾砂浆的可浓密性能。对全尾砂高压力作用下的可浓密性能进行测试,得到高压力下全尾砂浆体的压缩屈服应力;使用控制剪切速率法(CSR)操作桨式流变仪检测剪切屈服应力;继而得到两者之间的关系为：浆体屈服应力为剪切应力,压缩屈服应力为压缩应力;浆体的压缩屈服应力、剪切屈服应力与浓度指数均呈指数关系。并且压缩屈服应力远大于剪切屈服应力,因此剪切作用更易破坏絮团,是脱水的主要外部动力,从而解释了搅拌脱水的力学机理。     

小波去噪含水煤岩单轴压缩红外热像特征

研究红外热像的多步骤滤波去噪技术以及基于红外热像的含水煤岩单轴压缩损伤特征分析.对试验室尺度煤岩试样进行了浸水饱和、单轴加载试验与红外热成像探测.对在试验中得到的红外热像,首先利用中值滤波去除脉冲噪声;然后利用小波多分辨分析算法去除热像中的相干噪声.研究结果表明:红外图像温度分布的不同模式表征了不同的损伤阶段,即随机分布的小尺度高低温区代表压密阶段;大尺度集中高温区是破坏的早期信号;贯通性大尺度高温区是破坏的临界点;孤立大尺度低温区表示由微破裂汇合而成的塑性损伤,是损伤局部化的表征;贯通的大尺度低温区代表宏观破坏.浸水煤样有较大的原始损伤;在压密、弹性、微裂纹稳定扩展、非线性破坏等各个峰前阶段的损伤尺度与扩展速率大于不含水煤岩;在峰值后只有应变软化阶段,以突然失稳形式破坏.