花岗岩真三轴加、卸载破坏的细观损伤机制研究

采用真三轴加、卸载破坏试验和三维颗粒流PFC3D模拟相结合,探究不同应力路径花岗岩变形破坏机制.研究结果表明,花岗岩在真三轴加、卸载路径下均呈现张剪复合破坏特征,弹性能先增大后减小;弹性能快速释放导致岩样发生宏观破坏,在卸载路径下,岩样破坏时各能量变化幅度比加载路径下的更大;黏结能是能量消耗主体,并导致颗粒间的黏结发生...     

岩石破坏全过程的CT细观损伤演化机理动态分析

利用最新研制的与CT机配套的专用加载设备,进行了三轴(单轴)荷载作用下岩石破坏全过程的细观损伤扩展规律的动态CT(Computerized Tomography)试验.得到了在不同荷载作用下岩石从微孔洞被压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏直到卸载等各个阶段清晰的CT图像.对得到的CT数等数据进行了分析,给出了应力损伤门槛值,得到损伤扩展的初步规律.     

裂隙花岗岩卸围压作用下损伤破坏机理CT检测

利用CT专用岩石三轴试验加载设备，完成了单一裂隙花岗岩在卸围压应力作用下的损伤扩展规律CT实时试验。得到非常清晰的裂隙花岗岩在卸围压破坏全过程中从裂纹发展、贯通到破坏等各个阶段的CT图象。结果表明，已有裂隙与最大主应力方向的夹角角度对裂隙花岗岩的卸围压破坏裂纹的起裂和宏观破坏面的形成具有重要的影响，裂隙花岗岩在卸载条件下的破坏具有突发性。     

裂隙岩石疲劳损伤变形规律CT试验初探

基于对裂隙岩石的细观CT试验，对含有单一裂纹的贵溪红砂岩在单轴疲劳荷载作用下的损伤扩展机理和演化过程进行了初步的试验研究。结果表明，含有预制裂纹的红砂岩的损伤演化和裂纹的扩展受到预制裂纹的影响，破坏裂纹从预制裂纹尖端起裂，并且最终破坏发生于含有最大预制裂纹的层面。     

基于CT试验的矽卡岩冻融细观损伤扩展机理

利用岩石CT扫描技术对冻融循环作用下的矽卡岩试样进行扫描,得到了不同冻融循环次数下矽卡岩的冻融损伤结构劣化特征.运用数字图像处理技术对矽卡岩的损伤结构劣化特征进行提取,初步分析了冻融循环过程中矽卡岩内部裂隙损伤的演化过程.根据岩石损伤力学,选取以图像像素点数量所表示的损伤变量,建立了矽卡岩损伤变量与冻融循环次数间的关系曲线,以此对矽卡岩的细观损伤扩展机理进行了定量研究.研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,矽卡岩损伤变量呈现先降后增的变化规律;受冻融条件影响,矽卡岩细观损伤劣化程度也随之增大.     

三轴压缩单一裂隙砂岩细观损伤破坏特性CT分析

完成了含单一预制裂纹的裂隙砂岩三轴压缩条件下的细观破坏特性CT实时扫描试验.得到了裂纹萌生、发展、宏观裂纹形成、破坏等各阶段的CT图像.结果表明,与完整岩石试样一样,三轴压缩单一裂隙砂岩的破坏过程也可以分为线性发展阶段、细观裂纹萌生及发展阶段、损伤快速发展阶段和峰后损伤加速发展阶段等4个阶段,但是,由于已有裂隙的存在,裂隙岩石的损伤演化速度高于完整岩石的损伤演化速度,已有预制裂纹对新的裂纹的起裂位置及贯通性宏观破坏裂纹的形成具有重要影响,裂隙砂岩试样的扩容量大于完整试样破坏时的扩容量.     

岩石细观损伤过程的CT动态观测

采用宏观轴向应力与密度损伤增量结合分析岩石纲观损伤演化过程。根据ＣＴ图像可以求得岩石损伤过程中任意应力阶段任意区域岩石密度损伤增量,首次将任意区域岩石压密和扩容定量化。岩石密度损伤增量不仅可以反映岩石损伤程度,而且可以描述岩石损伤演化过程。进一步讨论表明,岩石密度损伤增量场能圆满地刻画岩石细观损伤状态和岩石细观损伤过程。     

单轴压缩荷载作用下煤岩损伤演化规律的CT实验

冲击地压是煤岩体损伤破坏的特殊表现形式，为了弄清冲击地压的发生机理，利用CT机及其配套专用加载设备，进行了单铀压缩荷载作用下煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律动态CT试验，得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩在从微孔洞压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏以及峰值后各个阶段清晰的CT图像和CT数。通过对CT数和方差等数据进行分析，得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩的损伤演化规律，为从细观尺度探讨微裂纹的发生、发展提供了依据，可进一步研究煤岩的宏观破坏及其本构关系。     

花岗岩拉伸全过程变形特性的试验研究

介绍了用直接拉伸法测定岩石在拉伸条件下应力－应变全过程曲线试验的原理和方法，并对用这种方法测得拉伸应力－应变全过程曲线进行了分析，研究了岩石在拉伸条件下变形和强度特性。     

三峡工程花岗岩卸荷全过程特性的试验研究

在常规三轴室中进行了花岗岩试件在恒定轴压下的围压却荷试验份析了岩石在卸荷条件下的变形和强度特性,回归得到由卸荷导致岩石破坏的强度经验准则．     

微波照射后花岗岩损伤机理试验

在不同微波照射参数下,对干燥花岗岩试件进行了微波照射.通过热成像仪、超声波检测和巴西圆盘劈裂试验,以纵波波速、抗拉强度、相对动弹性模量及损伤变量作为定量指标,衡量微波照射对岩石损伤效应的影响.研究结果表明:微波照射功率的增加,对花岗岩纵波波速、抗拉强度下降幅度的影响明显,远高于微波照射时间变化对其的影响.高功率下,花岗...     

高温后花岗岩循环加卸载力学行为数值模拟

高放核废料处置库在开挖和使用过中围岩不断承受周期荷载,进而影响了高放核废料处置库的安全稳定。基于此,本文使用数值模拟方法研究了高温作用后花岗岩循环加卸载力学行为,在得到一组可以反映高温作用后花岗岩三轴压缩力学行为细观参数的基础上,分析了温度及围压对循环加卸载应力-应变曲线、弹性模量和破裂过程的影响。研究结果表明,常温下循环加卸载应力-应变曲线与单调加载吻合较好,循环加卸载造成宏观裂纹两侧晶粒脱落;600°C高温处理后,单轴循环加、卸载过程都会对应微裂纹增加,导致应力-应变曲线偏离较多。而高围压限制了卸载过程微裂纹数目增加及Felicity效应,循环加卸载峰值强度与单调加载差距明显减小,但循环加卸载会造成宏观裂纹两侧出现晶粒压碎现象。弹性模量随循环次数变化主要分为峰前阶段、峰后破裂阶段及残余强度阶段。600°C处理后试样内存在大量热裂纹,弹性模量峰前阶段会存在明显上升阶段,且对围压更加敏感。     

富钴结壳破碎细观机理实验研究

在单轴载荷作用下对原状深海富钴结壳破坏全过程的细观损伤扩展规律进行实时CT试验,得到不同载荷作用下钴结壳与基岩中孔洞和微裂纹被压密、微裂纹萌生、破坏卸载等各个阶段的CT图像;根据试验数据绘制钴结壳与基岩单轴压缩下应力-应变全过程曲线并对其分阶段进行分析,同时,对得到的数据进行分析.研究结果表明：钴结壳与基岩的损伤演化具有局部化现象和不均匀性,裂纹的扩展路径大致沿着高密度区与低密度区的分界面,其内部裂纹的扩展导致它被最终破坏,这可为构建钴结壳的损伤破坏本构模型、开发和设计深海钴结壳开采设备提供依据.     

热损伤花岗岩三轴压缩蠕变破坏声发射及损伤演化特征

为探究深部高温高压环境对工程围岩蠕变性质的影响,开展了不同程度热损伤花岗岩的三轴分级蠕变加载试验,分析其声发射活动及损伤演化特征。研究结果表明：在分级蠕变加载中,当轴向应力达到1.50～1.65倍损伤应力σ_cd后,花岗岩损伤演化加快,达到(1.65～1.80)σ_cd后,发生加速蠕变破坏;在同一级加载中,随热处理温度升高,声发射活动在减速蠕变和稳态蠕变阶段减弱,在加速蠕变阶段增强;围压效应可以减弱热损伤对花岗岩蠕变特性的影响,围压与热损伤的耦合效应可以抑制蠕变过程的裂纹扩展,但当轴向应力增大、岩石失稳后热损伤对蠕变破坏加剧起控制作用;在分级加载过程中,随热处理温度升高,损伤变量的增长趋势先减缓后加快,600℃热处理试样损伤发展最快,常温试样次之,150℃和300℃热处理试样最慢;蠕变过程中剪切裂纹占比在35%～60%,随分级加载应力增大,微裂纹类型向剪切型转化;热损伤花岗岩矿物晶粒内和晶界裂纹有不同程度的发育,导致剪切裂纹占比随热处理温度升高而先减小后增大。     

循环加卸载下饱和岩石变形破坏的损伤与能量分析

以中关铁矿深部饱水闪长岩单轴循环加卸载的室内力学试验结果为基础,结合线弹性损伤力学理论,针对饱和岩石在单轴循环加卸载作用下的变形、损伤及能耗特性进行了研究.结果表明:每一级加载与卸载过程的应力-应变曲线均呈内凹形,随着循环次数及应力水平的增加,塑性滞回曲线向应变增大的方向移动,且应变中不可恢复的变形逐渐减小;轴向应变、横向应变和体应变的绝对损伤参数与累积损伤参数均随循环次数及应力水平的增大而增大,且三者的变化趋势基本一致;能量耗散值与循环的次数近似呈线性关系,后一循环的能耗不等于前几次循环能耗之和.     

基于CT图像的混凝土损伤演化分形特性研究

以单轴压缩条件下混凝土细观结构CT图像为研究对象,运用分形几何中的差分盒维数法计算出不同扫描断面不同应力阶段的CT图像分形维数,分析了加载过程中分形维数的变化特征,提出了相应的损伤变量,并建立了混凝土材料的损伤演化方程,描述了损伤变量与应变的关系。结果表明该方程可以体现出混凝土试件经历压密、扩容、微裂纹扩展、破坏四个阶段。     

花岗岩低温冻融损伤特性的实验研究

岩石在冻融循环作用下的损伤特性对评价寒区工程的稳定性和耐久性具有十分重要的意义.选取吉林集安某古建筑的花岗岩作为试样,在当地最低气温(-36.5 ℃)下反复冻融20次,冻融前后岩样的单轴压缩试验和电镜观测结果表明:经历多次冻融后岩石的单轴抗压强度下降5%～15%,弹性模量下降32%～46%,泊松比提高10%～19%,岩样中旧的裂隙明显变宽并产生新的裂隙.研究发现:低温冻融循环虽然对花岗岩的质量影响不明显,但对其强度、刚度及变形特性均有较大影响;岩石在低温冻融循环作用下损伤扩展的机理是裂隙增大、增多或发生扩展,从而使岩石强度、刚度降低,变形增大.图4,表2,参8.     

压缩条件下岩石密度损伤增量的CT动态观测

采用医用计算机层析(CT)设备与其配套的三轴压力仪,对压缩条件下岩石细观损伤过程进行了动态观测.以CT数为基础定义了岩石密度损伤增量,提出了CT数与岩石密度损伤增量的定量关系式.采用CT图像分析了岩石细观损伤过程;利用提出的岩石密度损伤增量定量地分析了峰值强度前的裂纹萌生、扩展、连通的细观损伤演化规律.发现岩石在峰值强度前普遍经历压密和扩容两个阶段,不同层位或同一层位的不同部位损伤具有明显的差异性,即在同一应力作用下各部位的压密程度和扩容状态是不同的.密度损伤增量异常带是微裂纹萌生带,在密度损伤增量与应力关系曲线上的拐点是岩石局部破坏的起始点.     

CT尺度下冻融岩石细观损伤特性分析

为研究冻融环境下岩石细观损伤演化规律,以红砂岩为研究对象,首先进行冻融循环试验,再对经历0次,5次,10次,20次和40次冻融循环的试样进行CT扫描.采用K均值聚类算法实现了扫描图像的二维孔隙识别;通过三维重构再现了红砂岩的冻融破坏模式,确定了试样的有效承载区,在细观层面实现了对岩石冻融损伤的定量分析.结果表明:通过K均值聚类算法确定阈值,可以有效实现CT图像的二值化;三维重构后的模型可以再现红砂岩试样在冻融过程中的损伤模式以及内部孔隙的发育特征;随冻融循环次数的增加,基于有效承载区定义的损伤变量逐渐增大,并与孔隙的发育趋势一致,能有效地反映冻融循环作用下岩石的损伤演化规律,为冻融岩石细观损伤研究提供了一种切实可行的方法.     

原状黄土损伤破坏过程的CT扫描分析

进行了原状黄土的三轴剪切试验过程中的CT扫描,结合CT图像、数据与软化型应力 应变曲线的特点,对比分析土样的微观结构变化,认为由于围压没有超过结构强度的临界值,破坏表现为软化开裂破坏,是由轴向压密损伤为主导向横向开裂损伤为主导的转变过程;裂缝首先在结构强度较低的低密软弱大孔隙区域形成,随后衍生出一系列小裂缝,最终形成剪切面.