不同倾角裂隙砂岩单轴压缩颗粒流模拟分析

为探索不同倾角裂隙岩体在单轴压缩作用下的破坏形式,利用二维颗粒流程序(PFC2D)对不同倾角裂隙岩体试样进行单轴压缩数值模拟,研究了不同倾角裂隙岩体的强度变化规律、破坏形式以及裂纹扩展路径。结果表明:不同倾角预制裂隙岩体的破坏模式略有不同;不同倾角预制裂隙岩体破坏过程基本一致,都会经历弹性变形阶段、裂纹稳定扩展阶段、岩体失稳阶段3个阶段;不同倾角裂隙的存在使得岩体的抗压强度有不同程度的降低;在单轴压缩破坏中,裂隙的顶点应力集中现象比较严重,沿裂隙岩体对角线方向产生的裂纹最多。该数值模拟分析为进一步探索地下工程中裂隙岩体失稳破坏规律提供了参考。     

CFRP约束多裂隙岩体轴压性能研究

为了研究碳纤维复合材料(CFRP)对多裂隙岩体的加固性能,通过3D打印技术得到试件实体模型,采用浇注法制备含有20条裂隙的类岩石试件,并用CFRP布对其表面进行约束加固,结合数字图像相关技术观测、记录试件在单轴压缩过程中的应变演化特征。试验结果表明,在相同的加载速率下,CFRP约束能显著提高多裂隙岩体试件的承载能力,但随着CFRP布层数的增加,其峰值强度增大幅度呈下降趋势;CFRP约束提升了多裂隙岩体试件抵抗破坏的能力,且明显改善了试件在峰后阶段的脆性破坏特征;CFRP约束使更多的预制裂隙参与试件的破坏过程,具有良好的全局加固效果。     

裂隙位置对类岩体短柱单轴压缩破坏形态影响

以类岩石材料制作含不同位置和不同角度既有裂隙的棱柱体试件模拟岩体短柱,进行单轴压缩试验,利用GDEM软件进行相应数值模拟,分析裂隙位置对岩柱单轴压缩破坏形态及强度特征影响。研究结果表明：裂隙扩展受到边界的影响,导致中心含既有裂隙和边端含既有裂隙的岩柱在裂纹扩展及破坏模式上均有明显不同;当边端含有既有裂隙时,张拉翼裂纹首先出现在既有裂隙靠近边界一侧的尖端,距离试件边界较近的裂隙尖端的起裂强度小于距离试件中心较近一侧;而试件中心含有既有裂隙时,张拉翼裂纹在既有裂隙两侧尖端同时出现,且两侧尖端的起裂强度较接近。边端含有既有裂隙试件的起裂强度及峰值强度低于中心含有既有裂隙试件。     

岩石三维内置裂隙的尺寸效应研究

采用切割、粘结技术,利用红砂岩制作了含三维内置裂隙的圆柱体试件,通过试验和裂隙扩展后的CT图像扫描分析,结合裂隙扩展的数值模拟,研究了在单轴压缩条件下裂隙尺寸的变化对岩石裂隙扩展、破坏规律和应力分布的影响。结果表明,含裂隙试件的峰值强度和峰值应变的折减程度随裂隙直径和张开度的增大而增大;随裂隙直径的增大,反翼裂纹逐渐退出裂隙扩展过程,裂隙扩展方式以翼裂纹为主;翼裂纹与反翼裂纹的扩展随裂隙张开度的增大而越剧烈,试件到达峰值强度时会出现局部破碎区;试件边界对裂隙周围应力分布有一定影响,随裂隙直径的增大,拉应力从应力集中区至试件边界的递减程度减小,应力集中影响范围逐渐超出试件边界;随裂隙张开度的增大,拉应力从应力集中区至试件边界的递减程度不变,应力集中影响范围增大,但未超出试件边界。     

渗透水压下孔洞裂隙砂岩断裂破坏试验研究

为研究渗透水压作用下裂隙岩石断裂破坏的力学机理,制作了含不同裂隙倾角的中心孔洞裂隙砂岩试件,研制了渗透水压加压装置,并结合声发射系统进行有渗透水压作用和无渗透水压作用的单轴压缩试验.研究结果表明:声发射特性揭示了试件加载过程中微裂隙压密、起裂、扩展和贯通破坏的4个阶段;渗透水压对试件的力学特性影响显著,试件的峰值强度明显低于无渗透水压作用的试件,降低程度最大超过20%,同时对应的峰值应变显著增加;渗透水压作用下的试件典型破坏特征随裂隙倾角的变化规律表现为:较小裂隙倾角[0°,30°)的试件破坏模式主要以拉伸破坏为主;裂隙倾角[30°,60°)的试件发生剪刀破坏;较大裂隙倾角[60°,75°]的试件更容易发生拉剪混合破坏.     

基于DIC技术的充填体固结时间对花岗岩裂纹扩展的影响研究

为了研究地下工程中裂隙岩体的变形、破坏规律对岩体稳定性控制的影响,基于数字图像相关方法,对单轴压缩下未充填裂隙岩石、充填裂隙岩石的应变场演化过程进行监测,结合滑动裂纹模型理论,从宏观和细观角度系统地分析了裂隙岩石在破坏过程中的裂纹萌生、扩展和贯通规律。结果表明:未充填裂隙岩石应变场内最大应变值主要集中于两预制裂隙尖端连接处,沿预制裂隙某一侧贯通破坏,而充填裂隙岩石应变场内最大应变值主要集中于两预制裂隙连接处与次翼裂纹扩展处,沿预制裂隙两侧贯通破坏;未充填裂隙岩石的岩桥边界区域以剪切破坏为主,充填裂隙岩石的岩桥区域以张拉破坏为主,无论裂隙岩石充填与否,应变场内都主要分为拉应力与压应力区域;在弹性阶段内,应变场中已形成了沿翼裂纹、次翼裂纹扩展路径的局部化应变带;在内侧翼裂纹和次翼裂纹的搭接处,破坏程度最严重。随着充填体固结时间的延长,在预制裂隙尖端处,伴有剪切起裂的次生共面裂纹扩展,所形成的断面粗糙度高于其他断面。     

交叉节理类岩石裂隙扩展规律研究

交叉节理是岩体工程中普遍存在的一种不连续体,其裂隙扩展对岩体工程的安全具有重要的影响,研究交叉节理类岩石裂隙扩展规律,可为岩体工程安全施工和稳定性分析提供参考依据。文章基于相似理论,以砂岩为原型,通过多组配比试验选配抗压强度为1∶1的类岩石试件,并分别对单、双X型节理试件进行单轴压缩试验,研究单向加载条件下交叉节理的裂隙扩展规律,采用非连续变形分析方法(DDARF)对裂隙扩展过程进行数值模拟,并与室内试验进行对比。结果表明:单X型节理岩体裂隙扩展会以某一条节理为起裂节理,并沿起裂节理迅速扩展,释放能量达到新的平衡;对于双X型节理岩体,某组X型节理会起主控作用,直到试件破坏。DDARF可以较好地模拟裂隙的扩展路径,与室内试验相辅相成,共同揭示交叉节理的裂隙扩展规律。     

含充填物的大理岩裂隙扩展过程及破坏特性

为了进一步了解非直裂隙的破坏机理,以天然粗粒大理岩及含不同充填物的大理岩为研究对象,采用全自动化雕刻设备进行裂隙试件制作,然后分别对"/"型裂隙试件和"S"型裂隙试件进行单轴压缩试验.试验结果表明:1)在压缩试验中,"/"型和"S"型裂隙试件均发生剪切破坏,其破坏迹线基本一致;2)在同样外荷载作用下,含充填岩体破坏损伤度明显小于无充填岩体,充填物不仅影响前期强度还影响峰后残余强度的提高,其充填试件峰后应变增幅达到18.75%;3)不同的充填物对岩体抵抗开裂的能力不同,水泥浆的黏结力和强度比石膏好,故水泥浆具有良好的加固效果.试验探讨了非直裂隙("S"型)及充填材料对裂隙岩体破坏的影响,总结了充填材料作用下裂隙的扩展模式,为实际工程裂隙化岩体提供实验依据和参考.     

单轴压缩下三裂隙黄砂岩力学特性及裂纹扩展试验研究

为了研究单轴压缩下含裂隙黄砂岩的损伤劣化机理,利用伺服压力机对预制断续三裂隙黄砂岩进行单轴压缩试验,并结合高清摄像机录像对试样破坏全过程进行监控,进而分析了不同中心裂隙倾角α对三裂隙黄砂岩力学特性、裂纹扩展规律及破坏模式的影响。结果表明,随着中心裂隙倾角α的增加:(1)三裂隙黄砂岩单轴抗压强度先增大后减小,与完整砂岩试样相比,三裂隙黄砂岩试样峰值强度降低明显;(2)初始裂纹由岩桥区域附近萌生,α=15°、30°时垂直于中心裂隙B,α=45°时发展为连通裂隙AB、BC尖端并与中心裂隙B成一定角度,次生裂纹沿轴向扩展,主裂纹沿试样上下端面及边缘扩展;(3)裂隙砂岩试样的破坏模式由张拉破坏变为劈裂破坏,最后变为剪切破坏。     

基于高速摄影的单预制裂纹大理岩加卸载试验

为了研究裂纹缺陷对岩石材料强度、变形特性以及断口走向的影响,以大理岩中预制45°单裂纹试件的单轴、双轴加载以及卸载试验为基础,通过高速摄影设备记录试件破坏主要过程及破裂面的走向,分析加、卸载下裂隙岩体的裂纹起裂、扩展及破坏模式.结果表明:3种加载条件下与裂纹面夹角为-100°~-130°区域容易产生主要裂纹,在理论上与剪应力极值方向-115°基本吻合;新产生的裂纹多数为裂纹带形式,这是由于加卸载过程中裂纹尖端的最大环向拉应力和剪应力极值的大小及角度渐变造成.卸载试验最终的破坏形态比单轴和双轴加载更为复杂,破坏形式由卸载初剪切破坏发展为拉剪破坏,破坏程度和速度均高于加载.     

航空透明件应力集中的声弹检测

在应力与超声传播方向垂直情况下，建立了单向应力状态时双探头测量声速的表面波实用公式，研制了用于航空透明件表面检测的表面波超声换能器，运用表面波传播速度与表面应力之间的依赖关系，对有中心圆孔的ＹＢ－３航空透明件典型试件进行了局部应力集中状态的声弹检测实验，同时借助应变计测量方法做了对比实验。实验结果表明，构件表面局部应力声弹检测方法可靠、有效。     

横向变形独立发展现象分析

文中对粗砂岩和细砂岩两种岩石单轴受压蠕变试验中，横向变形独立发展现象进行了定性描述与定量分析，并以岩样内部裂隙发生发展为出发点，对该现象机理进行了分折，认为在一定水平的应力下，岩样内部裂隙随时间不断发展，是横向变形独立发展的原因。     

Caustic study on blast-induced wing crack behaviors in dynamic–static superimposed stress field

This paper studies blast-induced wing crack behavior in a dynamic–static superimposed stress field using high-speed photography in combination with the optical method of caustics. With a static–dynamic loading setup, four PMMA plate specimens with pre-existing cracks under different static loading and the same dynamic loading were tested to observe the mechanical characteristics and the kinematic characteristics of blast-induced wing cracks during the propagation process, including crack length, crack velocity and dynamic stress intensity factor (SIF) at the crack tip. The results show that the behavior of the blast-induced wing crack is affected by the explosion stress wave and initial static stress, and the initial static stress with the direction being perpendicular to the wing crack propagation direction hinders crack propagation. Furthermore, the boundary constraint condition of the specimen plays an important role on the behavior of the crack propagation in the experiment.     

Dynamic fracture behavior of rock under impact load using the caustics method

We studied the dynamic fracture mechanical behavior of rock under different impact rates. The fracture experiment was a three-point bending beam subjected to different impact loads monitored using the reflected caustics method. The mechanical parameters for fracture of the three-point bending beam specimen under impact load are analyzed. The mechanism of crack propagation is discussed. Experimental results show that the dynamic stress intensity factor increases before crack initiation. When the dynamic stress intensity factor reaches its maximum value the crack starts to develop. After crack initiation the dynamic stress intensity factor decreases rapidly and oscillates. As the impact rate increases the cracks initiate earlier, the maximum value of crack growth velocity becomes smaller and the values of dynamic stress intensity factor also vary less during crack propagation. The results provide a theoretical basis for the study of rock dynamic fracture.     

As-extruded AZ31B magnesium alloy fatigue crack propagation behavior

The fatigue crack propagation rate of as-extruded AZ31B magnesium alloy was studied. Compact tension [C(T)] of the notch direction parallel (T-L), vertical (L-T), and inclined at 45o to the extrusion direction was investigated. The experimental results indicate that the crack propagation direction is parallel to the extrusion direction for T-L and L-T specimens, whereas the specimen inclined at 45o has an angular deflection of 9° to 11° toward the extrusion direction. The T-L specimen has the fastest fatigue crack propagation rate, and the L-T specimen has the slowest rate, the fatigue crack propagation rate of the specimen inclined at 45o is between the two directions. The crack tip propagates by both transgranular and intergranular fractures. Fatigue fractures consist of cleavage plane or quasi-cleavage and are brittle fractures. The fatigue striation occurs for specimens inclined at 45o and its size is 3-15 μm.     

法向压缩载荷对II型裂纹扩展的影响规律研究

压剪共同作用下裂纹是地下岩体中广泛存在的,为了研究法向压缩载荷对剪切型即II型裂纹扩展的影响规律,利用砂岩制作了单边裂纹试件,通过岩石剪切实验系统对不同法向压缩载荷作用下的裂纹进行了剪切实验研究,结果表明法向压缩载荷对裂纹的起裂及扩展起到抑制作用,随着裂纹法线压缩载荷的增大,裂纹起裂角逐渐减小;同时,得出法向压缩载荷与II型裂纹极限应力强度因子之间的关系,随着法向压缩载荷增大,岩石II型裂纹极限应力强度因子也随之增大。运用ABAQUS模拟软件,对不同压缩载荷作用下压剪裂纹的扩展进行模拟研究,得出了裂纹尖端II型应力强度因子随压缩载荷的变化规律。     

Experimental and numerical studies on progressive debonding of grouted rock bolts

Understanding the mechanism of progressive debonding of bolts is of great significance for underground safety. In this paper, both laboratory experiment and numerical simulation of the pull-out tests were performed. The experimental pull-out test specimens were prepared using cement mortar material, and a relationship between the pull-out strength of the bolt and the uniaxial compressive strength (UCS) of cement mortar material specimen was established. The locations of crack developed in the pull-out process were identified using the acoustic emission (AE) technique. The pull-out test was reproduced using 2D Particle Flow Code (PFC^2D) with calibrated parameters. The experimental results show that the axial displacement of the cement mortar material at the peak load during the test was approximately 5 mm for cement-based grout of all strength. In contrast, the peak load of the bolt increased with the UCS of the confining medium. Under peak load, cracks propagated to less than one half of the anchorage length, indicating a lag between crack propagation and axial bolt load transmission. The simulation results show that the dilatation between the bolt and the rock induced cracks and extended the force field along the anchorage direction; and, it was identified as the major contributing factor for the pull-out failure of rock bolt.     

多维应力状态下裂纹扩展规律研究

通过对具有预裂纹的圆柱形带缺口试件的高温低周疲劳试验，并借助于带有非硬化区的双曲面模型程序，进行了轴对称问题的循环应力、应变计算。研究表明三维应力状态下，裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ可用当量Ｊ积分范围ΔＪｅｑ及当量应变能密度ΔＷｅｑ进行表征。     

混凝土四相复合模型的三维细观破坏模拟

考虑到混凝土内部细微裂隙的存在对混凝土强度和变形的重要影响,提出将混凝土视为砂浆、骨料、界面和随机缺陷组成的四相复合材料模型。混凝土细观单元服从应变空间内增量形式的弹塑性损伤本构,采用破坏单元网格消去法模拟混凝土裂纹扩展,数值模拟了三维混凝土单轴压缩和不同均质度试样的单轴拉伸弹塑性损伤破坏过程。结果表明：文中建立的混凝土四相复合材料模型中增加随机缺陷的模拟,一定程度上符合混凝土成形实际情况;随机缺陷的体积百分比是决定弱化混凝土宏观强度程度的主要因素;均质度低的单轴拉伸试样裂纹咬合明显,均质度高的试样断裂更清晰,数值模拟结果与试验结果较吻合。     

沥青砼表面裂纹对反射裂纹扩展影响试验研究

在沥青混凝土路面局部较小范围内,往往同时含有表面裂纹和反射裂纹,本文从室内试验的角度研究了表面裂纹对反射裂纹扩展的影响.在试件表面和底面预制裂纹来模拟路面沥青混凝土实际情况,通过弯曲试验演示裂纹扩展情况.试验结果表明,表面裂纹对反射裂纹的起裂角、扩展路径、砼弯拉强度都有影响:起裂角度大小与间距有关,一般随间距增大,先增大后减小;起裂方向与表面裂纹的方位一致;如果将扩展路径分为初始阶段、调整阶段、最终阶段,表面裂纹对初始阶段影响最大,裂纹斜向起裂,随后逐步调整为竖向,使扩展路径呈明显的曲线状;试件弯拉强度随间距的增大,先减小后增大.