岩石动态与静态弹性参数差别的微观机理

根据对岩石动、静态弹性参数的观测结果及岩石力学与岩石物理学的相关理论 ,对动、静态弹性参数差别的微观机理进行了分析。结果表明 ,动、静态弹性参数存在差别是由于岩石内部存在微裂隙与孔隙流体。在不同应变幅值和频率的动、静态载荷作用下 ,微裂隙与孔隙流体的微观变形特征不同。在静态大应变下 ,沿颗粒边界或裂隙面的摩擦滑动使岩石表观模量减小 ,而声波引起的应变很小 ,不足以引起这种滑动。另外 ,动态载荷下岩石处于“不排水”状态 ,并因“粒间喷流”引起模量频散 ,使得岩石动态模量高于静态模量     

三轴应力下饱和水砂岩动静态弹性参数的试验研究

建立了一套试验装置，以解决含水岩样变形的电阻应变片测量问题，并实现有孔隙压力的三轴应力下饱和水岩相纵、横波速度和变形的同步测试，通过了８块砂岩岩样的测试，初步得出了饱和水砂岩波速和动静态弹性参数随应力状态变化的基本规律，给出了岩石静态性模量和静态泊松比随岩石密度、孔隙度和围压等参数变化的多元线性回归关系式，并对动、静态弹参数间的关系进行了初步分析。     

岩石材料的非均质性与动态参数

对四种岩石进行了超声波测试。从同一岩块加工的试样尽管宏观上没有明显差异,但超声波通过时间的差异最大可以达到9%将岩样间具有相同性质的长度相抵后,可以认为时间差异只是发生在局部材料,即岩样是由力学特性差异极大的材料构成的。而岩样的动态、静态参数是以不同的方式反映岩样内部材料的力学性质,因而并不会相等。由超声波速度计算的泊松比变动范围较大(最大43%),难以运用;动态模量总是大于变形模量,而与弹性模量的差异可以达到±15%以上。     

含水岩石动态抗压强度与微观机制

通过选取云南迪庆某地区红砂岩进行不同含水状态和不同脉冲强度下的SHPB试验和SEM试验,分别从宏观和微观角度研究含水岩石的动态强度特性及其破坏机制。结果表明:静态或动态单轴压缩时,随着含水率的升高,岩石的强度均降低;根据SHPB试验中的应力-应变全过程曲线,含水试样体积压缩变形明显,具有较高的峰值应变,峰后有应变软化特征,而干燥试样具有较高的峰值强度,峰后应力迅速跌落;根据各试样的动态抗压强度变化曲线,相同脉冲强度下试样的抗压强度随含水率的增加而降低,而相同含水状态时的抗压强度随脉冲强度的增加而增大;根据SEM图像,饱水试样颗粒结构疏松而干燥试样颗粒结构致密,冲击破坏机制饱水试样以初始微裂纹破裂和矿物边界或物相边界破裂为主,破坏时的动态抗压强度较低,而干燥试样还包括矿物颗粒直接剪断破裂,因此破坏强度较高。     

岩石料层动态冲击粉碎的应变率效应

对岩石料层的动态粉碎机理进行了理论分析,并对花岗岩料层进行了冲击粉碎和损伤细观观测实验,从宏观和细观两个角度研究了应变率对岩石料层粉碎效果的影响,实验结果和理论分析具有较好的一致性·研究表明岩石料层在冲击载荷作用下具有显著的应变率效应,粉碎产物的比表面积和活化裂纹密度随应变率的增大而增大;粉碎产物的粒度分布指数,活化裂纹平均长度随应变率的增大而减小,应变率是影响岩石料层动态粉碎效果的一个主要因素·     

基于摩擦滑动的低应力区岩石变形记忆性机理

采用砂岩试样进行岩石记忆性物理实验,描述岩石变形记忆性的基本特征.在物理实验及力学基本原理的基础上,提出在低于微裂纹初始应力以下应力区,变形记忆性的机理为微裂纹和颗粒接触面的摩擦滑动.基于此机理,构建包含Hook体和圣韦南体的基本单元模型,用来模拟单微裂纹或颗粒接触面上的摩擦滑动,对基本单元进行分析.将基本单元组合构建含多接触面的理论模型,对含大量微裂纹及颗粒的岩石进行模拟.研究结果表明:岩石变形记忆性存在于低应力区域;力学模型中的应变差曲线特性与实验曲线特性相吻合,可产生变形记忆性,南此证明微裂纹及颗粒接触面的摩擦滑动可以产生岩石变形记忆性.     

工业纯钛高温动态拉伸力学行为的微观机制

利用光学金相显微镜和透射电子显微镜(TEM)对多晶工业纯钛(CP-Ti)在不同温度(298～973 K)和应变率(10-3～1 400 s-1)下的拉伸断裂试件的试验段进行了观察分析,考察了形变孪晶、位错和析出相等微观组织随温度和加载应变率的变化规律.在此基础上,提出了孪晶系的分步激活模型并对动态高温力学行为进行了解释.此外,还对位错-溶质原子相互作用的微观表现及其对工业纯钛准静态力学行为的影响进行了探讨.     

晶体材料力学性能的热力学微观机理及本构方程的研究I.弹性部分

提出晶体材料力学性能的热力学微观机理 ,推导并得到有关晶体材料力学性能的一些重要关系式。对金属单晶材料的弹性性能及本构关系进行了研究 ,得到的结果和数据与实际现象和试验结果相一致。     

晶体材料力学性能的热力学微观机理及本构方程的研究Ⅰ.弹性部分

提出晶体材料力学性能的热力学微观机理,推导并得到有关晶体材料力学性能的一些重要关系式。对金属单晶材料的弹性性能及本构关系进行了研究,得到的结果和数据与实际现象和试验结果相一致。     

基于岩体质量分级的岩石力学参数研究

通过现场声波测试等快速测试手段，结合工程地质定性评价，应用BQ体系和RMR体系，对岩石边坡进行岩体质量评价，并分析了BQ体系和RMR体系的相关关系．在此基础上估算岩石力学参数，为岩石工程设计和施工提供了依据．     

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.     

层状岩石动静态力学参数相关性的各向异性

本文在系统测试分析层状岩石单轴抗压强度、弹性横量及弹性纵波波速各向异性规律的基础上，研究了层状岩石单轴抗压强度及弹性模量与弹性波速间相关性的各向异性规律，从而为工程实践过程中建立合理的相关方程提供了科学依据。     

由岩石电性和弹性参数求取地层储层参数

储层参数的准确求取可为提高油气储层预测与评价的精度、减少勘探开发的风险提供帮助。通过基于Auto Scan-Ⅱ和Auto Lab-1000平台的岩石物理实验获取了低孔致密泥质砂岩岩石的弹性及电性参数,对地层的孔隙度、渗透率、饱和度等储层参数的转换关系进行了详细的研究与分析,认为由电阻率与孔渗饱三种储层参数的连接更加紧密,同时得到了针对W-S公式胶结系数取值的最佳范围,这些研究成果可以为储层参数的确定及储层预测与评价提供可靠的岩石物理依据。     

圆形巷道围岩破坏机制解析及静动耦合响应力学行为

非等压圆形巷道围岩塑性区相关问题是影响围岩破坏失稳的重要因素。首先,基于Mohr-Coulomb破坏准则,分析非等压圆形巷道围岩塑性区边界条件,探究侧压系数对塑性区形成的影响机制。此外,利用ANSYS/LS-DYNA仿真平台对不同侧压系数下的巷道围岩力学行为进行静动载荷耦合响应数值模拟。结果表明：侧压系数的增大显著改变围岩有效应力的分布特征。有效应力场的分布特性与塑性区边界理论解具有一定的吻合性。不同侧压系数的应力场作用时,巷道围岩的变形具有显著的差异性,随着侧压系数的增大,围岩发生较大的非均匀性变形。静动耦合作用下顶板和底板的围岩破坏区域显著增加,但两帮围岩的破坏面积有减小的趋势。     

静刚性分布的动力荷载下半空间的动力响应

对静刚性分布的动力荷载作用下均质弹性半空间的位移进行研究，用Ｃａｇｎｉａｒｄ－ＤｅＨｏｏｐ方法首次求出了空间轴线上各点垂直位移的精确解析表达式，由于刚体与半空间的动态接触问题的接触应力可近似静刚性分布，所以得的解答对工程实践具有一定的意义。     

岩体中裂隙与力学参数的相互影响研究

结合统计理论,给出了裂纹开展的定向判据和统计判据,在裂纹沿局部空间等概率开展情况下,建立了岩体强度参数与其断裂之间的互推关系式.以工程为例,说明推导具有一定的工程参考价值.     

动静荷载下类节理岩体裂纹扩展特性研究

为了研究节理岩体在动静荷载下的裂纹扩展特性,采用室内试验和颗粒离散元程序PFC2D5.0对类节理岩体在动静荷载下的破坏形态进行研究.对比分析不同荷载下节理倾角对破坏形态的影响.结果表明,节理倾角等于45°时为翼裂纹与次生裂纹转变的临界角度值;当倾角小于45°时,新生裂纹主要为翼裂纹,裂纹起裂与岩体破坏主要受张拉应力控制;当倾角大于45°时,新生裂纹主要为次生裂纹.裂纹起裂与岩体破坏主要受剪切应力控制.在冲击荷载下,单节理岩体与双节理岩体的破坏形态类似,都为张拉破坏,主要裂纹形式为翼裂纹.     

爆炸荷载作用下弹性薄板的动态响应

利用弹性理论和近似方法分析了四边简支弹性薄板在爆炸荷载作用下的动态响应历程.根据薄板运动微分方程和爆炸荷载的特点,从理论上求解了薄板运动各力学参量.结合量纲分析理论,对30种不同的工况进行了计算,最后建立了较合理的工程计算模型.模型拟合结果与理论计算结果吻合,可作为工程计算的参考.