高温下岩石损伤本构模型研究

利用连续损伤理论和统计强度理论,根据岩石微元强度服从Weibull随机分布的特点,定义了弹性模量为岩石热损伤变量,推导了岩石的热损伤演化方程,引入岩石应力—应变曲线特征参量,同时考虑了岩石全过程应力—应变曲线的峰值条件和几何条件,建立了温度效应下岩石的损伤统计本构方程,并通过试验进行验证。试验结果表明:随着轴向应变的增加,岩石损伤经历演化、稳定扩展、损伤加速,直至破坏四个阶段;随着温度的增加,岩石的初始热损伤不断加剧,600℃是花岗岩热损伤的阀值点;损伤本构理论曲线与试验曲线较吻合,所建立的本构模型在岩石峰值前后的拟合明显高于传统方法,但也存在一定的偏差,可能由于在方程建立及参数的确定过程中,进行的假设和忽略对方程的精度产生了影响,本文的研究对建立高温三轴状态下的岩石损伤本构模型具有一定的参考价值。     

含孔隙冻融岩石的损伤本构模型

针对现有损伤本构模型所存在的局限与不足,在深入研究孔隙岩石变形破坏特征的前提下,将岩石视为孔隙、损伤与未损伤3部分。以孔隙率反映岩石体积变化,基于weibull随机分布,依据损伤力学原理,确立含孔隙冻融岩石的损伤本构模型,并以理论表达的形式确定模型参数,最后利用冻融岩石的力学特性试验结果验证其合理性。结果表明:推导的本构模型与试验结果吻合较好,且岩石初始阶段时孔隙压密以及应变软化特性都能更好地反映出来;通过峰值条件获得的模型参数表达式,可反映冻融岩石的损伤演化与变形破坏的一般规律,增强了模型的适用性。     

单裂隙岩石损伤断裂过程的试验研究

为了掌握单轴压应力作用下含单一初始损伤试什的变形特征与损伤特性,采用室内岩石压力系统和声发射监测试验,研究了单裂隙岩石损伤断裂过程.通过采用应力--应变曲线和声发射数共同识别类岩石材料损伤断裂特性的方法,可容易地观察到裂隙岩石的初始损伤、损伤演化和宏观裂纹的发展过程,给出了损伤演化闽值和全应力--应变曲线的损伤解释,针对试验曲线所表现出的损伤特性进行了损伤描述,为建立相应的裂隙岩体损伤本构方程和演化方程打下试验基础.     

基于SMP准则的冻融受荷岩石损伤软化模型

运用损伤理论研究岩石的本构关系一直是岩石力学的热点问题。为进一步深入研究岩石的本构关系,本文根据现有损伤理论,基于SMP破坏准则,采用双参数Weibull统计损伤分布描述岩石微元体的破坏,定量分析了冻融受荷岩石损伤软化规律,构建了冻融受荷岩石统计损伤软化模型,并运用峰值点的偏导数方法确定其参数,最后引用前人相关力学试验数据对模型的合理性进行验证。研究表明：所建的预测模型曲线可以表征岩石的损伤变形,验证了冻融受荷岩石损伤软化过程的一般规律;运用SMP准则可以对冻融-荷载作用下岩石变形特性进行刻画,为冻融荷载作用下岩石变形破坏机制提供了思路。     

复合岩石损伤本构方程与实验

大量沉积岩样的电镜与岩相微观研究表明,岩石是由含不同形态的晶体和孔隙构成,由此建立岩石微结构损伤模型。进而导出了各自损伤演化过程、力学参数、有效应力、不等围压等因素的多层复合岩石三维非线性损伤本构方程及损伤演化方程。实验结果表明,二者吻合良好。     

岩石变形全过程冻融损伤模型及其参数

寒区岩石受到荷载及冻融循环的作用,考虑岩石微元破坏的特点,将其简化为冻融损伤、受荷损伤及未损伤3部分组成。基于损伤力学理论,通过探讨冻融损伤变量、受荷损伤变量以及总损伤变量之间的关系,假定岩石微元破坏符合D-P准则,建立冻融与荷载作用下考虑残余强度的岩石损伤本构模型,并由冻融砂岩力学特性试验验证其合理性;在此基础上探讨了模型参数对岩石损伤本构关系的影响。结果表明:不同冻融次数及围压作用下的模型理论曲线与试验曲线较为吻合,较好地描述了岩石变形的全过程;模型参数对岩石损伤前及破坏后残余段的应力应变曲线几乎没有影响,但对损伤阶段的影响较大。研究成果将会对寒区岩石损伤演化认知具有较好的参考价值。     

基于近场动力学的岩石不同应力路径损伤演化

加卸载效应普遍存在于各类岩土工程中,为研究岩体在不同应力路径下加卸载的力学响应和损伤演化规律,通过在传统键型近场动力学本构模型中引入键的损伤变量函数,以反映岩石材料应力应变曲线中先应变硬化再应变软化的非线性阶段,采用改进键型近场动力学模型数值模拟与室内细砂岩加卸载试验对照的方法研究了细砂岩在不同加卸载路径下的力学、损伤演化规律。结果表明：改进的键型近场动力学本构模型能够较好地模拟岩石材料先应变硬化再应变软化力学性质和在不同应力路径下的力学响应及损伤发展趋势;在常规三轴路径下,岩石的抗压强度与围压呈较严格的正相关变化;定义的损伤值可直观的对比出不同加卸载路径与常规三轴压缩下岩石的损伤发展情况,相对常规三轴压缩,卸荷路径加快了岩石材料的破坏,且升轴压破坏程度>恒轴压破坏程度>卸轴压破坏程度。     

岩石的非线性流变损伤模型及其应用研究

文章从损伤角度研究岩石在拉压作用下变形破坏的非线性特性,基于割线模量法定义损伤变量,建立岩石非线性流变损伤本构方程,并通过拉伸模拟计算及边坡损伤计算分析验证损伤模型。     

岩石热-弹塑性-损伤耦合力学模型及其数值实施

深入研究温度影响下的岩石力学模型及破坏机制,对于保证岩石工程稳定性具有十分重要的意义。文章以岩石损伤为主线,建立基于修正Mohr-Coulomb准则的岩石热-力-损伤耦合模型及其参数演化方程,并以ABAQUS软件为平台,编制了本构计算子程序;对泥岩三轴压缩试验进行了一系列数值模拟,模拟结果与实验的规律性基本一致,所建立的模型能够较好地反映岩石由于温度和应力影响所表现的脆-塑性过渡,证明了该模型的有效性。     

微波照射下花岗岩损伤演化规律及本构模型研究

为进一步分析微波破岩机理,对微波照射下硬岩损伤演化规律及其本构行为进行了研究。首先,对岩石进行弹性微元假设,结合微元强度准则和三参数Weibull分布,推导出微波作用后硬岩损伤演化方程和本构模型以及各参数确定公式,然后,采用不同微波功率照射后的花岗岩超声波检测和单轴压缩试验结果对模型进行验证。结果表明,建立的模型理论曲线与试验曲线具有较高的吻合度,能反映出花岗岩破裂的应力应变过程,且模型各参数的物理意义及对模型的影响规律明确,虽然峰后拟合存在一定偏差,但仍可以基本反映岩石经微波照射后的弱化规律。对经微波照射后的岩石本构方程进行深入研究,可为微波照射岩石的相关计算和数值模拟提供一定的参考,有助于促进微波辅助破岩技术的发展。     

岩质边坡稳定性分析中岩石强度测试与试验数据的工程处理

针对常张高速公路几个典型岩质边坡,系统阐述了如何进行岩石室内强度测试和试验数据的工程处理,对岩质边坡稳定性分析中岩体力学参数的确定具有很强的实用性和指导性.     

小官庄铁矿软破岩石及其对地下围岩变形的危害作用

鲁中冶金矿山公司是华东地区重要的铁矿石生产基地，而小官庄铁矿是该公司的骨干矿山，该矿矿床埋藏深，延深大，矿岩性质复杂。目前采用无底柱分段崩落采矿法，采深已超过５００ｍ采场进路维护十分困难，本文根据小官庄铁矿软破岩体的形成机理，论述了各类软破岩石的物质组成和工程性质的形成规律，并在此基础上分析了各类软破岩地下开采中对围岩变形的危害作用，因此，对深入研究该矿各类软破岩围面变形机理和支护有着指导意义。     

评估岩体应力状态防治冲击地压

基于地质动力区划方法，确定区域内的活动断裂，划分岩体断块结构，结合原地应力测量和数值计算方法来评估区域岩体的原岩应力，从而确定研究区域的冲击危险区；然后通过次生应力测量及数值模拟等手段，确定采场及巷道周围次生应力的分布情况。根据对研究区域冲击发生的条件的研究，确定可能发生冲击的采掘布置方式及地点，从而为有针对性地采取防治措施提供依据。     

采动岩体变形的混沌行为研究

为了分析采动岩体变形的非线性特征,通过相空间重构分析了开采过程中岩体变形的混沌特征。开采过程中岩体变形的监测数据是所研究的岩体变形破坏过程的历史记录,在这些数据中必然蕴含着岩体稳定机理。与之相应岩体结构、性质和地质环境以及开采工艺决定着数据的特征和规律。监测数据的规律反映了岩体变形破坏的复杂非线性机理。因而可以利用非线性动力学理论来研究岩体变形破坏的规律。     

低应力软岩复合顶板大变形煤巷支护技术

 低应力软岩复合顶板煤巷,虽然埋深较浅,围岩自重应力水平不高,但因顶底板岩层岩性及结构的特殊性,巷道围岩具有软岩的特性。以黑沟煤业有限公司主采4-2煤层回采巷道为工程背景,对该地质条件下巷道支护技术进行研究,结果表示,锚杆支护产生的夹持作用可提高巷道浅部围岩完整程度及深部围岩承载能力,缩小浅部围岩的破坏范围;锚索支护能够提高深部围岩与浅部围岩的整体性,减缓围岩的整体沉降运动趋势;金属网与钢带可加强对表面围岩的约束作用,限制破坏区向深部发展和表面围岩的冒落变形,减小顶板岩层的变形;底角锚杆能够促使应力峰值向深部的转移,减轻垂直应力向水平应力的转化程度,控制巷道底臌变形。上述支护方式的综合运用,可实现复合软岩大变形煤巷的有效支护。     

岩石爆破的破碎块体大小控制

基于岩石组成的层次结构及其力学特性,分析爆炸载荷下岩石破坏的物理本质;探讨岩石爆破中的炸药爆速及装药量对岩石破碎块体尺寸及爆破引起围岩损伤区变化的影响;指出岩石爆破中正确选定炸药品种和确定单位体积炸药消耗量是控制岩石破碎块体大小的有效手段;同时也指出根据爆破目的合理控制岩石破碎块体大小有助于减少爆破引起的围岩损伤.对岩石爆破工程中正确进行装药设计具有重要意义.     

鄂尔多斯盆地东部上古生界页岩气勘探潜力分析

以北美页岩气勘探开发研究经验为基础,对鄂尔多斯盆地东部页岩气资源进行了评价,研究了石炭—二叠系页岩气的成藏条件和页岩气的资源潜力.认为石炭—二叠系烃源岩以暗色泥页岩为主,有机质丰富,厚度稳定,分布面积较大,成熟度较高,为页岩气藏的形成提供了良好的地质条件.     

间隔装药对爆破破碎效果的影响

用空气，水和岩粉３种间隔材料进行了间隔装药爆破试验，研究了间隔对破碎块度的影响，得出了３种材料的临界间隔比例值。对比了该３种材料间隔与全长偶合装药的异同，讨论了间隔的位置、长度及间隔材料对爆破破碎效果的影响。     

岩石三轴应力试验及其压实效应规律研究

对深部地层5种有代表性的岩石(砂岩、灰岩、白云岩、石膏、花岗片麻岩)应力进行了三轴试验,测得了不同条件下岩石的声波速度、抗压强度和杨氏模量。利用回归分析法,建立了5种岩石的力学性质和声学性质随围压变化的数学模型。研究结果表明,对于同一种岩石,埋藏深度(围压)不同,其力学和声学特性也有很大差别。钻头对岩石的破碎效应除了受岩性的制约外,因埋深而产生的压实效应也对其有重要的影响。     

采动对巷道围岩稳定性影响研究

根据南山煤矿2号煤的地质力学条件,通过围岩稳定性分类给出锚固参数。通过数值模拟和工程实践等方法,系统研究了采动对巷道围岩移近量、离层量、塑性区及锚杆受力的影响规律。研究结果表明,围岩稳定性分析时应该考虑巷道的采动效应。研究结果对类似条件工程的支护技术具有一定的理论意义和实用价值。