基于矩张量分析的花岗岩破裂声发射特征试验

基于声发射定位技术和矩张量分析方法,对在单轴加载条件下岩石破裂过程中的裂纹破裂机制及时空分布特征进行试验研究.借助CAD软件展示不同破裂机制的声发射事件,直观反映裂纹破裂类型.研究结果表明:单轴压缩加载试验中,花岗岩试样破裂以剪破坏为主,但岩石微裂纹的破裂类型所占比例并不固定,岩石内部微裂纹破裂类型与岩石材料的力学环境有关;花岗岩作为一种脆性岩石,破裂不符合格里菲斯强度准则认为的脆性材料都是拉伸破坏的基本观点,证明格里菲斯强度准则对于均质度不高的脆性岩石的适用性有一定的局限;花岗岩单轴压缩试验中,试样的破坏类型与其应力水平没有关系,3种类型的声发射事件随应力增大的变化趋势相似.     

不同围压下煤岩声发射特征试验

利用MTS815岩石力学试验系统对煤岩试样进行常规单轴和三轴围压下的声发射(AE)试验.对声发射信号特征进行综合分析,结果表明:常规单轴压缩和围压作用下试样的AE参数变化均具有明显的趋势性;围压的作用下,弹性阶段的声发射信号显著减少,破坏前无明显AE相对平静期现象,随时间分布的AE振幅及其包络线可以间接反映应力的变化趋势.随着振幅的增加,声发射事件数呈递减的趋势,反映累积幅度分布的m值随着围压的增加而增大.AE频率均分布在3个频域范围内,试样破坏时AE主频成分所占比例显著增加.     

层状砂岩力学行为各向异性与破裂特征

为揭示倾角对层状砂岩力学特性与破裂特征的影响,进行0°,30°,45°,60°和90°等5种倾角的单轴压缩试验,分析倾角对试样物理力学特性和破裂模式的影响,并结合声发射监测,分析微裂纹时空演化规律。研究结果表明:1)不同层理角度试样应力-应变曲线均经历压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和峰后破坏阶段,各阶段区分明显。弹性模量与纵波波速均随层理角度增大而增大,而单轴抗压强度先变小然后增大,曲线整体呈现出"U"形,在层理倾角60°时为最低值;2)倾角从0°增大到90°时,破坏模式由"穿切层理面的劈裂型剪切破坏"转变"复合张剪破坏"再到"剪切滑移破坏",最后转变为"劈裂张拉破坏";3)试样压密段几乎没有声发射事件,在弹性段声发射事件数逐步增加,当加载到峰值强度时,事件数剧烈增加,峰后破坏阶段事件进一步累积,声发射事件阶段变化与应力-应变曲线描述的变形破坏阶段吻合,且声发射事件空间分布与宏观破裂形态基本一致;4)矩张量反演的震源类型T-k值点分布在不同阶段的变化规律反映了剪切、张拉、混合破裂比例变化。试验用层状砂岩横观各向同性性质明显,力学性质随着层理倾角变化而变化,层理倾角变化对试样破坏模式影响明显。     

单轴载荷作用下岩石损伤演化及声发射特性研究

本文通过对两种不同岩石试样进行了单轴载荷破坏过程中声发射特性试验,得到了岩石全应力应变破坏过程中,声发射事件时间序列、事件累计数时间序列等声发射特性,分析了岩样损伤破裂不同阶段与声发射参数的内在联系与特征规律,研究表明,声发射信息反映岩石内部的损伤破坏情况,与其内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程密切相关,通过声发射事件数参数拟合出的理论应力应变曲线能够合理地反映岩石实际的应力应变和损伤演化特性,对预测预报岩石破坏失效的过程具有有着极其重要的理论价值和实际意义。     

三轴及孔隙水作用下煤的变形和声发射特性

在MTS815.02岩石力学试验系统上进行了煤的单轴压缩、三轴压缩及孔隙水作用下全应力应变试验及声发射检测.结果表明:煤的三轴强度、残余强度随围压增高而增大,随孔隙水压增高而降低;在低围压试验范围内,煤的弹性模量不随围压变化.煤在不同试验条件下呈现的声发射特征有显著差异性:单轴试验时各个阶段均有声发射事件产生,三轴及孔隙水试验条件下煤样屈服之前声发射事件较少,而屈服之后声发射趋于活跃;单轴试验时煤的声发射能量最大,随孔隙水压增大,煤样变形过程释放的声发射能量逐渐减小.     

平行节理相互作用对节理岩体的力学行为影响

以类岩材料制作平行节理试样并开展压剪实验,采用声发射系统监测试样加载过程,研究节理相互作用对岩体力学行为的影响。研究结果表明:1)节理试样在压剪加载下可分4种破坏模式:共面剪切破坏;沿节理面剪切破坏;沿剪切应力面剪切破坏;类完整型剪切破坏。倾角对试样破坏模式起决定性作用,重叠度影响试样裂隙的发育。2)试样峰值剪切强度随倾角增加先增大后减小并在45°取得最大值;随着节理重叠度的增大,峰值剪切强度逐渐减小;剪切峰值强度对倾角因素更敏感。3)不同倾角试样的剪切应力-位移曲线差异主要体现在破裂后阶段,试样的声发射计数变化规律与破坏模式相对应;不同重叠度试样应力-位移曲线形态相似,试样的声发射计数变化规律相似,但计数峰值随重叠度的增大逐渐减小。     

基于声发射监测的巴西盘试样破裂过程

应用声发射及盖格尔定位算法,实验研究了不同巴西盘岩样加载破裂失稳过程.结果表明:声发射事件主要由于裂纹扩展产生,在初始加载阶段直至裂纹萌生之前,其声发射活动不是很明显;一旦岩样出现初始裂纹,在相应的应力点声发射事件明显增多;在微裂纹扩展的非稳定阶段至岩石破坏瞬间,声发射活动变得异常活跃,声发射事件变化率最大.由此直观反映了巴西盘试验过程初始裂纹的产生、扩展空间位置及扩展方向,即大部分试样的破坏是从一加载端开始,而少数试样的初始裂纹是在岩样的内部产生.同时,声发射事件定位也是岩样内部应力场演化过程的宏观表现,这对于深入研究岩石破裂失稳机制很有意义.     

各向异性岩体破坏过程声发射测量及其定位实验研究

应用改进后的声发射设备,实验测量了花岗岩试样在单轴压缩加载条件下变形破坏过程中声发射现象;讨论分析了该试样损伤破坏过程中的诱发微裂纹相互作用、积累等.同时采用对速度结构依赖较少的相对定位方法,对非均质岩石试验中的声发射事件进行了定位研究.结果表明,相对定位方法可用于复杂试样和工程岩体的声发射事件定位,其可靠性及精度比以往有所提高,能够初步定量分析岩石在外载荷作用下的破坏过程的定位问题,对于工程岩体破坏问题分析具有很好的借鉴意义.     

电脉冲循环冲击作用对花岗岩抗剪性能弱化研究

为探究坚硬岩体在高压电脉冲循环冲击作用下的致裂效果,开展花岗岩高压电脉冲循环冲击后的直剪试验,研究冲击次数对抗剪强度和裂纹扩展的影响规律。研究结果表明：花岗岩试样内部损伤程度随冲击次数增加而逐步累积,5 kV电压条件下,前3次冲击作用在试样内部几乎无新裂纹产生,冲击4次后试样内部开始萌生微小裂纹,并最终扩展形成贯穿裂缝;冲击4,5和6次后,试样内部损伤面积占比依次增加至6.65%,66.72%和70.80%;抗剪强度随冲击次数增加不断弱化,与未受冲击试样相比,冲击6次后试样抗剪强度弱化71.59%,剪切过程中声发射振铃计数降低58.41%,累积能量降低82.85%;声发射(AE)累积能量呈现出明显的“平静期—缓慢增加期—急速增加期”阶段变化特征;当冲击无明显裂纹产生时,试样剪切载荷加载过程中平静期延长,缓慢增加期缩短;当产生明显裂纹后,平静期缩短,缓慢增加期延长;冲击后,试样均在急速增加期呈现出更活跃的声发射信号,可以将声发射信号的突变作为试样剪切破坏的前兆,声发射事件点空间演化分布呈现出“抗剪破坏所需外部能量更低且声发射信号提前”的特征。     

考虑击实温度的可回收沥青路面材料直剪蠕变试验

为研究不同施工温度下作为路基填料的可回收沥青路面(RAP)材料的蠕变特性,针对沥青成分具有黏附性和温度敏感性的特点,开展了击实温度为0℃和50℃时RAP试样的直剪试验和蠕变试验.直剪试验结果表明:相同击实温度下,竖向应力越高,抗剪强度越大,达到峰值剪应力对应的剪应变越大;抗剪强度指标随击实温度升高而增加.直剪蠕变试验结果表明:相同剪应力比下,击实温度越高,蠕变破坏时间越长;相同击实温度下,竖向应力越大,蠕变破坏时间越长;临界剪应力比随击实温度升高呈线性增加.通过揭示3个参数经验蠕变模型中各参数随击实温度的定量变化规律,建立考虑击实温度影响的修正蠕变模型.工程应用中建议在夏季施工,以提高击实温度,从而增加临界应力比,提高抗蠕变性能.     

对砌体剪-压破坏准则的研究

对现有国内外剪压砌体破坏准则进行了分析比较,并指出了其中的不足.基于力学原理,采用数理统计分析法建立了剪-压砌体破坏准则.相对而言,该破坏准则不仅能反映剪-压砌体可能出现的各种破坏形式,而且不同破坏形式之间有明确的界限,力学概念明确,适用于各类砌体.由该准则推得的砌体抗剪强度计算值与试验结果、现行规范取值吻合较好,形式简单,便于计算,可供砌体结构理论分析和工程设计时参考.     

铅芯橡胶支座微分型恢复力模型屈服前刚度的研究

简要介绍了铅芯隔震橡胶支座微分型恢复力模型的发展过程及其在隔震设计中的应用.基于两个不同规格支座的压剪试验,比较了不同屈服前刚度的微分型恢复力模型与实测结果差异,对隔震设计中铅芯隔震橡胶支座屈服前刚度的合理取值提出建议.     

综采放顶煤开采顶煤破碎机理研究

本文以岩石力学关于岩石变形破坏的基本原理为基础,研究了在支承压力作用下顶煤破碎机理.分析了完整煤体的剪切破坏、煤体(含弱面)沿弱面和穿过弱面的剪切破坏的强度特性和破坏准则.并以梅河三井等五个综放工作面为例,运用现场统计观测资料和实验室相似材料模拟实验数据,描速了弱面状态参数与综放工作面地压落煤效果之间的关系.     

基于断裂力学倾斜煤层底板采动破坏深度研究

为掌握倾斜煤层开采后采空区底板破坏情况,基于断裂力学理论,构建倾斜煤层采后空间底板应力求解力学模型,结合应力场与双剪强度理论,推导底板采动破坏深度求解公式,并应用实例进行验证.依据求解公式分析了底板破坏形态及影响因素,结果表明：倾斜煤层底板采动破坏区域分布具有非对称性特征;破坏范围及深度主要受工作面赋存状态和底板岩性影响,其中破坏深度与工作面斜长、采深和底板内摩擦角正相关,与底板黏聚力呈反比;随着倾角的增大破坏深度呈现先升后降趋势,而随着测压系数的增大破坏深度呈现先降后升趋势.该文研究成果可为倾斜煤层承压水防治、邻近煤层开采提供一定的理论指导.     

岩石亚临界裂纹扩展及其应用研究

 亚临界裂纹扩展是岩体工程破坏时间效应的原因之一。应力腐蚀机制能很好地说明亚临界裂纹的扩展,其中适合岩石材料的应力腐蚀理论是Charles理论。利用双扭试件可获得岩石亚临界裂纹扩展Charles理论的相关参数。将传统断裂力学中拉伸应力和压剪应力下的裂纹扩展模型与Charles理论相结合,推导出与时间相关的裂纹扩展模型。采用双扭试件测得了中条山有色金属集团某矿矿岩的亚临界裂纹扩展参数。将此参数应用于拉伸应力下与时间相关的裂纹扩展模型,预测矿岩崩落时间,结果表明：该模型能较好地预测矿体的崩落;同时,也可为其他岩体工程的施工开挖提供指导。压剪应力下与时间相关的裂纹扩展模型的应用及复杂状态下多裂纹相互影响的扩展模型,有待进一步研究。     

不同轴力对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响

轴向力对钢筋混凝土剪力墙在反复荷载作用下的承载力和延性等性能具有显著影响。为系统研究轴拉力和轴压力对钢筋混凝土剪力墙的抗震性能影响规律,本文基于有限元软件开展了剪力墙拉剪性能和压剪性能的数值模拟研究。基于反复荷载作用下剪力墙的试验结果与分析模型计算结果的对比,验证了分析模型的合理性。通过7片钢筋混凝土剪力墙的受力性能分析,深入探讨了轴力对剪力墙抗震性能的影响规律。结果表明：剪力墙的承载能力和水平抗侧刚度随轴压力的增大而增大,随轴拉力的增大而减小。轴压比为0.1、0.2的剪力墙,延性较好,能够满足抗震要求,剪力墙延性随轴拉力的增大而减小。以《混凝土结构设计规范》中钢筋混凝土剪力墙的斜截面受剪承载力计算公式为基础,提出了轴力影响下剪力墙斜截面受剪承载力的分析预测公式。     

深部硬岩二次应力状态下破裂的断裂力学分析

 为探索深部硬岩的开挖扰动对微裂纹延展破坏的影响关系,利用弹性力学与断裂力学相结合的理论分析方法,依据弹塑性力学的应力分解叠加等效原则和断裂力学的最大周向拉应力准则,求解出不同侧压力系数λ条件下深部巷道围岩的二次应力解析解,并推导出了极限状态下裂纹扩展长度的理论计算公式。通过建立岩石断裂力学参数模型分析发现,侧压系数λ对巷道破坏深度和周边应力场分布有着明显的影响。λ＞1时,边帮为裂纹延展破坏的主要区域,λ＜1时,顶底板为裂纹延展破坏的主要区域;在压剪应力方向一定时,裂纹延展深度与裂纹初始长度有关,与应力大小无关。     

煤与瓦斯突出的初次破坏特征分析

针对煤矿煤与瓦斯突出动力现象的复杂过程,对突出启动前煤体的初次破坏特征进行了分析。特别是对影响突出发生的煤体初次破坏的几何特征以及层裂拱壳形成的力学原理,通过简化的力学模型做了分析,同时讨论了影响初次破坏特性的主要因素,包括与不同煤体结构相适应的煤体材料不同破坏准则的影响。为进一步认识煤与瓦斯突出的机理,突出的启动、发展演化提供一种思路,进而为突出的预测和防治提供基础。     

粉状和砾状煤系土的水敏感性及边坡稳定性分析

煤系土具有遇水软化的特点,强度随着含水率的增加而降低。以分布在广梧高速公路沿线的粉状和砾状煤系土为试样,通过常规直接剪切试验测定了不同含水状态下粉状和砾状煤系土的抗剪强度,对比分析了两者的水敏感性,并以此为基础采用强度折减法研究了含水率对粉状和砾状煤系土边坡稳定安全系数的影响。结果表明,起始含水率越大粉状和砾状煤系土的抗剪强度越小。随着含水率的增大,粉状煤系土黏聚力和内摩擦角分别呈指数函数以及线性函数关系形式减小;砾状煤系土黏聚力变化表现出明显的分段性:先小幅减小而后急剧减小,其内摩擦角则随着含水率的增加先小幅增加,后逐渐减小;粉状和砾状煤系土边坡的稳定安全系数都近似呈现直线型减小。粒组成分和风化作用的不同是粉状和砾状煤系土水敏感性不同的主要原因。研究结果为营运期广梧高速公路煤系土边坡的养护提供了建议。     

压剪耦合损伤演化方程在混凝土本构模型中的应用

将等效微孔洞体系的概念与有核长大模型的思想相结合,根据有关物理关系通过严格的数学推导,提出了一种脆性材料的压剪耦合损伤演化方程.将该演化方程应用于混凝土脆弹性损伤软化本构模型之中,通过对混凝土一维应力条件下的实验应力应变曲线的优化数值模拟确定了损伤演化方程中的材料参数.研究结果表明,应用含损伤的本构关系和该压剪耦合损伤演化方程能得到损伤随时间变化的曲线,该曲线与采用CT技术观测的混凝土内部微孔洞扩展图像和结果有较好的一致性.所提出的损伤演化方程揭示了脆性材料压剪耦合损伤发展的宏细观机制,为更好地分析计算混凝土的高速贯穿等问题奠定了基础.