不同围压下灰岩力学特性及破坏力学模型研究

为了研究围压对灰岩力学特性及破坏力学模型的影响,采用MTS815对完整灰岩岩样进行三轴压缩试验。基于岩样宏观破坏形式,建立张拉剪切破坏模型,构建峰值强度与围压关系表达式;讨论张拉剪切模型与纯剪切模型对岩石剪切强度参数值（粘聚力与内摩擦角）的影响。研究结果表明：岩样弹性模量、抗压强度及残余强度均随围压升高而增大,且残余强度与围压呈非线性相关;当岩样最终破坏时,环向应变与轴向应变比值随围压升高呈负指数降低;一定围压范围内,岩石抗压强度受剪切强度参数和抗拉强度影响;张拉剪切模型确定岩石剪切强度参数值随破裂角增大而增大,与纯剪切模型相比,数值均较小。因此,低围压时,考虑岩石破坏模型具有一定的实际意义。     

岩石破裂压力和力学特性参数的计算

钻井工程、井下作业及采油均需要了解地层的各种压力及力学特性参数．文中介绍了岩石破裂压力、单轴抗压强度、起始剪切强度、就地最小主应力、就地最大主应力及方向和杨氏模量、切变模量、泊松比等弹性参数的计算方法及其在油田工程、地质、采油等领域的应用．对计算方法的适用条件进行了分析讨论．在分析研究的基础上编制了用于生产的软件并设计了汉字图头，为现场提供了各种有用信息．     

混凝土拉压强度尺寸效应的细观非均质机理

为了从材料细观非均质角度揭示混凝土强度尺寸效应机理,建立了混凝土细观单元等效非均质力学模型,开展了立方体抗拉、抗压强度尺寸效应细观数值模拟研究。研究结果表明：混凝土强度尺寸效应根源于材料细观非均质性,随着模型尺寸的增加,混凝土材料细观单元弹性模量变异系数增大,材料细观非均质性增强,大尺寸模型内部存在更多的低强度单元或缺陷,导致混凝土立方体抗拉、抗压强度降低,极限应变减小,脆性增大;混凝土损伤破坏由少量集中区域,发散扩展形成多条非贯通的裂纹带;数值模拟结果与尺寸效应实验数据相吻合。     

砂砾石混合物抗剪强度特性试验研究

为分析砾石含量及砾石形状对砂砾石混合物抗剪强度的影响,对砂砾石混合物进行了不同应力（σ=50、100、150、200kPa）条件下的大型直剪试验。试验中砂砾石混合物为相同砂与圆砾石及角砾石2种不同形状砾石的混合物,砾石含量分别为20％、40％、60％及80％。结果表明砂砾石混合物的剪胀量和抗剪强度随砾石含量以及砾石形状不规则程度的增加而增加,砾石含量对砂砾石混合物抗剪强度的影响大于砾石形状的影响。砂砾石混合物的最小孔隙比可以作为衡量砾石含量和砾石形状与其抗剪强度关系的特征参数。     

多孔弱胶结岩石破裂的围压影响机制及压密-损伤本构模型

通过开展粉砂岩单轴、三轴压缩试验,研究不同围压下岩石的力学性质及声发射活动规律,揭示了围压对多孔弱胶结岩石破裂的影响机制;根据声发射能量计数建立损伤变量,并提出了表征岩石损伤分布程度的损伤度;采用粉砂岩空隙体积应变建立岩石的空隙压密度,验证岩石空隙压密-损伤破裂本构模型并进行了参数分析.研究表明：1)施加围压阶段产生的体积压缩量最高,占据岩石最大体积压缩量的65%;泊松比随围压增大而减小,与致密硬岩恰好相反.2)围压限制了岩石的微裂纹扩展,粉砂岩单轴压缩时的声发射振铃计数率最大值为三轴压缩的十几倍;围压越大,声发射空间分形维数越小,微裂纹分布越集中.3)多孔弱胶结岩石的破坏是岩石内部短时间内产生大量小尺度剪切微破裂并迅速汇集—兼并形成大尺度宏观裂纹的过程;低围压可以有效地抑制小尺度微裂纹的扩展,而高围压对大尺度微裂纹的约束效果更明显.4)空隙压密-损伤破裂本构模型的理论参数物理意义清晰,能够准确反映围压对粉砂岩压密及破坏的影响机制,对于描述三轴压缩下多孔弱胶结岩石变形破坏规律具有较好的适用性.     

基于计算均匀化的夹杂颗粒复合材料参数研究

夹杂颗粒复合材料分布形态各异,为确定其力学参数,基于计算均匀化方法,结合随机周期复合材料模型生成算法,提出了一种由表征单元体计算夹杂颗粒复合材料弹性模量的方法,研究了夹杂颗粒分布形态、尺寸和含量对复合材料力学参数的影响。复合材料在颗粒随机分布时表现为各向同性,在颗粒沿一定方向分布时表现为各向异性;复合材料力学参数随单元体尺寸增大逐渐稳定;弹性模量随颗粒含量增加而增大,泊松比随颗粒含量增加而减小。结果表明计算均匀化是研究复合材料力学参数的有效方法。     

等围压条件下岩石本构模型及损伤特性

为了揭示岩石变形破坏的全过程,将连续损伤理论与非平衡统计方法相结合,建立了等围压作用下岩石的损伤本构模型,推导了模型参数与岩石变形破坏特征参量的理论关系,分析了砂岩以裂纹为主导的变形破坏过程.结果表明:岩石损伤细观上表现为原始微裂纹的扩展贯通,其宏观力学特性取决于岩石内部的细观力学响应;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,直至产生破坏;随着围压的增加,砂岩的损伤劣化程度减小,损伤演化率逐渐降低,宏观上表现为岩石平均强度的增大和塑性的增强.通过试验结果验证,损伤本构模型合理可行.     

用水量对胶凝砂砾石抗压强度的影响

胶凝砂砾石材料是一新型筑坝材料,拥有广阔的发展前景。用水量是影响胶凝砂砾石强度的重要因素。通过抗压强度试验分析用水量对胶凝砂砾石抗压强度的影响,得出:最优用水量随胶凝材料掺量的增大而增大,随砂率的增大而增大,最优用水量为85~125 kg/m~3;最优水胶比随胶凝材料用量的增加而减小,随龄期的增加呈减小的趋势,最优水胶比为0.95~1.35。用水量对抗压强度的影响仅次于水泥用量,在施工过程中,应将其作为胶凝砂砾石材料的一项重要参数来控制,以保证胶凝砂砾石材料的性能。     

饱水红砂岩冻融特性试验研究

以西北地区多孔隙、易风化典型红砂岩为研究对象,研究冻融作用对红砂岩力学特性影响,分别测定1,2,3次冻融后不同围压条件下,常温/负温红砂岩物理力学参数.试验结果表明:1)3次冻融后,红砂岩表面未产生剥落或开裂现象,但孔隙率和损伤变量增大;2)随冻融次数增加,红砂岩强度和黏聚力逐渐减小,摩擦角增大,负温条件下红砂岩强度和黏聚力始终大于常温条件;3)强度影响系数随冻融次数增加而减小,随围压增加而增大,影响系数大于1时,围压对红砂岩强度的增强作用大于冻融对岩石强度的损伤作用;4)冻融后常温红砂岩压缩破坏主破裂面断面粗糙,有颗粒剥落,产生多条裂纹,破碎严重;负温红砂岩压缩破坏主要为单破裂面剪切破坏,无次裂纹产生.依据以上研究成果,建议冻结工程选用低发热的水泥和炸药,减少冻结壁暴露时间.     

岩石类准脆材料的起裂韧度与加载率关系的物理机理研究

基于岩石类准脆性材料的力学特性和动态裂纹尖端的应力场解析解,利用摩尔强度准则计算出了裂纹尖端断裂过程区的形状及尺寸,确定了岩石类材料动态裂纹尖端的断裂过程区面积和裂纹扩展速度之间的关系.进而利用尺寸效应公式,推导出了岩石的起裂韧度和加载率之间的关系.结果表明,岩石类材料裂纹尖端的断裂过程区的面积随着裂纹的扩展速度的提高而增大,从而推导出岩石的起裂韧度随着加载率的增大而提高.计算的岩石的起裂韧度对于加载率的依赖关系与实验结果基本定性吻合,说明理论模型的合理性.模型计算结果和实验结果有一定差距的原因,认为是模型没有考虑变形破坏的黏性效应所致,将在今后的研究中考虑黏性效应.     

透明类岩石材料内置裂隙试验研究

为了探究岩体内部裂隙的扩展破坏过程,本文研制出一种新型透明类岩石材料,在内部预制裂隙进行单轴压缩试验。试验详细观察了预制裂隙试件完全破坏总过程,分析总结了裂纹扩展的每个阶段所呈现出来的特点和规律,研究了不同长度裂隙对试件基本物理力学参数的影响,得出了裂隙长度越大,试件的单轴抗压强度和弹性模量都越低的结论。     

清水压裂多场耦合下裂缝扩展规律数值模拟分析

利用室内实验测试研究层段页岩储层的物性参数、岩石力学参数和天然裂缝分布特征参数,建立了清水压裂过程中缺陷性岩体应力场—损伤场—渗流场耦合本构模型和破坏准则。通过Comsol软件进行有限元数值模拟,分析地层分别在拉伸和压剪应力下裂缝的扩展规律,天然裂缝系统开启时,页岩储层水力压裂可以形成人工裂缝网络。当水力裂缝扩展至天然裂缝时,裂缝的宽度有明显的增加,且水力裂缝方向发生改变,沿天然裂缝两翼的其中一翼扩展,另外的一翼并没有扩展。天然裂缝间存在着明显的互相干扰。多裂缝产生的过程是从多个小裂缝向少数大裂缝发展的过程,最终的裂缝条数取决于裂缝之间的连接性;地应力、天然裂缝、射孔井段、射孔方式、地层倾角、施工排量与液体黏度等,是影响多裂缝形成的主要因素。     

应变速率对注浆体力学特性影响规律

为研究微震荷载作用下注浆加固体力学特性,以裂隙倾角30°、宽度4 mm的红砂岩裂隙注浆体为研究对象,借助岩石三轴伺服压力机进行变应变速率(10^-5 ~5×10^-3 s^-1)单轴压缩试验;然后从能量耗散、裂纹扩展及破坏形态等3个方面,分析变应变速率对注浆体力学特性的影响规律及机理. 研究表明:随着应变速率的增加,注浆体的峰值强度、弹性模量均随之而增大;且峰值强度与应变速率呈指数函数关系变化;注浆体受应变速率影响的响应分为敏感应变速率阶段和滞缓应变速率阶段,主要差异在于峰值强度变化率和弹性模量变化率;随着应变速率的增大,注浆体的总能量在增大;压密阶段是影响不同应变速率下注浆体力学特性的主要阶段;敏感应变速率阶段和滞缓应变率阶段中的压密阶段主要区别在于积散比大小,积散比进一步决定产生裂纹的多少和分布区域与规律;耗散能密度对注浆体破坏脱落面积以及粒径分布影响较大,耗散能密度越大,碎块越以大块为主(粒径大的比率逐渐增加),滞缓应变率阶段耗散能密度较敏感应变率阶段大,其破碎块体较敏感应变率阶段大. 研究在裂隙注浆加固体的变应变速率影响下力学特性,从能理原理、分形理论角度得到了其影响机理.     

冻融循环作用下危岩体稳定性劣化机制及敏感参数分析

寒区危岩体常因温度起伏而受到冻融循环作用,使其力学性能劣化;而危岩体失稳破坏的实质是主控结构面的起裂和扩展问题,建立考虑断裂韧度劣化的危岩体稳定性分析方法能为寒区危岩体工程的长期稳定性评价提供理论依据.首先,根据断裂力学及冰冻结分离压力理论,考虑冻融循环作用对岩石Ⅰ型断裂韧度的劣化和结构面冻胀力,构建冻融循环作用下危岩...     

集料-水泥石界面对混凝土损伤断裂性能的影响

通过不同的界面处理工艺改变混凝土中集料-水泥石粘结强度,研究集料-水泥石界面对混凝土单轴受压应力-应变全曲线、四点弯曲断裂能和裂缝扩展模式的影响规律.研究表明:集料-水泥石界面对混凝土的强度和韧性具有一定的影响,强化集料-水泥石界面可以提高混凝土的抗压强度,但却降低其韧性;弱化粗集料-水泥石界面,会明显降低混凝土的强度和变形能力;而弱化细集料-水泥石界面能提高混凝土的断裂能和延性指数,原因是细集料表面的初始缺陷将宏观分离裂缝诱导为均匀分布于砂浆基体中的弥散裂缝,增加了有效裂缝长度,同时也增大了断裂过程区,从而改善了混凝土的延性.     

丹江口水库岩石物理力学性能试验研究

通过丹江口水库库区代表岩样物理力学性能试验研究,得到岩样基本物理参数及其在干燥状态、自然状态和饱和状态下的单轴抗压强度、弹性系数和岩石软化系数。试验结果表明,岩石抗压强度随弹性模量的增加而增加,岩石弹性模量与孔隙率具有一定的关系,岩石吸水后强度弱化程度与孔隙率和岩石矿物成分密切相关,并且建立了岩石单轴抗压强度与弹性模量,孔隙率与弹性模量之间关系式。岩样的最终破坏形式可归纳为6种。研究成果可为丹江口水库诱发地震评价研究提供基础数据和参考。     

A composite material model for investigation of micro-fracture mechanism of brittle rock subjected to uniaxial compression

Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｒｏｃｋｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｆｒｏｍｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ,ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｔｏｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅｉｓｖｅｒｙｉｍ ｐｏｒｔａｎｔｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂｒｉｔｔｌｅｒｏｃｋｕｎｄｅｒｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ .Ｍａｎｙｒｅ ｓｅａｒｃｈｅｒｓｔａｃｋｌｅｄｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍａｔｔｈｅｍａｃｒｏｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅｌｅｖｅｌ.ＨｏｒｉｉａｎｄＮｅｍａｔ Ｎａｓｓｅｒ[1,2 ] ｉｎｖｅｓｔｉｇａ ｔ…     

岩石中声波衰减特性的理论与实验研究

本文从岩石试件在单轴压应力作用下的声波衰减现象出发,运用损耗介质的本构方程及粒子应力场理论,结合对含有裂隙岩石的有效弹性刚度系数的能量分折,建立了岩石介质中声波衰减特性与单轴压应力间的理论函数关系,即对较均质、致密的岩石,声波衰减系数比可近似地表示成应力的二次多项式关系。同时,声波衰减系数还与岩石的孔隙率、裂隙谱、弹性模量和泊松比等有关。最后,由实验数据证明本文所建立的声波在岩石中的衰减特性理论是合理的。     

Experiment research on mechanical behavior of the aluminum laminate in the low-high temperature

Aluminum laminate is one kind of the rigidizable composite materials and plays an important role in construction of the inflatable space structure(ISS),which has potential application in space in the future.But the study of the predecessors mainly focuses on the research of the mechanical behavior in the room temperature,for this reason,mechanical properties of the aluminum laminate in low-high temperature have been studied in this paper.The failure mechanism of the aluminum laminate is also analyzed in the microscopic view by JCXA-T33 electron probe.The results show uhat the temperature has significant influence on the strength and Young's modulus of the aluminum laminate.With the increase of temperature,both the strength and Young's modulus of the aluminum laminate decrease.A model between Young's modulus of the aluminum laminate and temperatures is obtained by using Arrhenius equation.The predicted values by the model agree well with the experiment values.