基于岩石损伤破坏和声发射理论的岩爆发生机理

岩石等脆性材料在加载过程中，随着载荷的增加，材料内部的微裂纹产生、扩展并伴随着声发射现象的发生。声发射是研究脆性材料损伤演化的良好工具，它能连续、实时地监测脆性物体内部微裂纹的产生与扩展，这是其他任何方法都不具有的优势。采用岩石声发射测试技术，对不同孔隙率的岩石的岩爆机理进行了系统的试验研究；利用统计规律和连续损伤力学理论建立了声发射与损伤变量之间线性关系式；用不同孔隙率的大理岩进行了双轴压缩试验。试验模拟了双向受力状态下的岩爆，研究了其破坏过程中的声发射特征，并从岩石损伤的角度分析了岩爆的发生机制。研究表明，采用岩石声发射测试技术追踪岩爆的产生和发展过程，是进行岩爆机理研究的一种科学、有效的方法。     

岩石块度的分形演化模型及其应用

提出一整套岩体块度预测方法.根据岩石分形损伤断裂切割岩块的块度形成机理，利用能量守恒关系，建立了损伤-能量-碎块尺寸理论关系式.为方便应用，将该式简化为块度-损伤演化关系式.提出了适合工程应用的损伤模型建立方法，并将其应用于岩石块度预测.根据块度分布的自相似性，将岩石块度-损伤演变关系式推广应用于岩体块度分布预测.对于节理岩体，计算裂隙损伤变量，利用块度-损伤关系式计算当前岩体块度.作为实例，计算了金川橄榄岩体块度分布.     

盐卤腐蚀环境中胶结充填体的强度演化与细观损伤机理

为研究滨海矿区井下人工充填矿柱的盐卤腐蚀机理，并为充填材料耐腐蚀性能的提升提供技术参考，对不同腐蚀时间条件下的材料力学性能和细微观结构进行了研究。通过单轴压缩试验，分析了腐蚀时间对强度性能的影响规律，并利用计算机层析扫描(CT)和显微图像探究了试件在盐卤腐蚀作用下的细观损伤演化规律和微观机理。结果表明：随着腐蚀时间从0增至360 d,胶结充填体的抗压强度和弹性模量逐渐下降，变化速率先慢后快；胶结充填材料内部的细观裂隙随着腐蚀时间的增加逐渐扩张，由CT扫描图像计算的面裂隙率呈指数型增长，表明充填体结构损伤程度不断提高；适当增加充填料浆的质量分数有利于力学性能的增强，但效果在长期腐蚀作用下逐渐减弱；胶结充填体的抗压强度与面裂隙率呈负线性相关关系，说明采用CT扫描对预测充填体在腐蚀过程中的强度折减规律是合理可行的；在盐卤环境的长期作用下，腐蚀性离子的侵入和电化学作用使得水化产物的微观形态发生演变，孔隙逐渐扩张，结构的黏结程度下降，最终导致胶结充填材料力学性能发生弱化。     

基于VC++数字图像处理技术的岩石CT图像分析

岩石CT研究是岩石力学的热点课题,岩石CT图像可以直观反映出岩石断面的全部信息,为进一步研究岩石断裂的机理,提取岩石CT中裂纹、孔洞等信息特征显得至关重要。应用VC++开发岩石CT图像处理程序,并应用VC++数字图像处理技术提取岩石CT图像中的重要信息特征,为进一步研究岩石细观损伤演化过程提供了信息依据。     

基于压电陶瓷和DIC的软硬互层岩石内外损伤试验及模型研究北大核心

为探究软硬互层岩石在破坏后的损伤演化规律,利用相似模型理论制作3组类岩石试块(软岩、互层岩石、硬岩),在对类岩石试块进行单轴压缩的同时辅以压电陶瓷试验和数字图像相关技术(digital image correlation,以下简称DIC)来实时检测岩石的内外损伤,分析其破坏状态和损伤演化规律。试验结果表明:软硬互层岩石的强度、变形特性介于类软岩、类硬岩之间,在达到峰值点前其力学规律类似于软岩有一定的膨胀变形,而在破坏后其力学特性为接近硬岩的脆性破坏;将压电陶瓷时域信号和DIC应变图像与岩石从加载至破坏的过程相结合,发现各类岩石呈现初始平缓、中期加速、末期减缓的“S”形损伤演化规律;压电陶瓷时域信号的衰减幅度与岩石损伤中前期过程正相关,而DIC图像应变变化特征与岩石损伤中后期过程关联密切;软硬互层岩石损伤中前期过程主要是软岩部分的变形及硬岩部分少量的裂纹发育导致的损伤累积变化,而后期则主要是硬岩部分微裂纹相互连接贯通导致的损伤累积,最终表现为软岩部分的粉碎、硬岩部分呈现明显的贯通裂纹。结合压电陶瓷与DIC技术的损伤监测特点,基于尖点突变理论量化岩石损伤曲线中的突变区间和突变交点,以突变交点为岩石内外损伤的分段点,提出内外损伤结合的岩石本构模型。     

各向同性岩石不同损伤变量关系的探讨

将ｌｅｍａｔｉｒｅ应变等价假设应用于岩石材料的纯剪切情况，推导了相应的损伤变量Ｄ和应变能释放率Ｙ的表达式；以损伤就变能释放率为基础，探讨了各向同性岩石在不同受力状态下损伤变量间的关系。     

岩石破裂过程的统计损伤

根据岩石微元的破裂服从一定概率分布的特点，引进能合理描述微元强度的参量，建立损伤演化方程，结合损伤变量的变化，损伤模型能够阐述岩石损伤的机理。     

单轴压缩岩石相似材料损伤特性及时空演化规律

为了研究岩石相似材料的损伤特性和损伤时空演化规律,利用自主研发的YYW-Ⅱ应变控制式无侧限压缩仪及PCIE-8型声发射(AE)监测系统,监测了岩石相似材料试样在单轴压缩过程中的应力应变变化和AE事件活动,建立了基于AE事件累计数的单轴压缩岩石相似材料损伤模型,进一步分析了岩石相似材料在单轴压缩过程中的损伤发展阶段,研究了单轴压缩下岩石相似材料的损伤时空演化过程。结果表明：岩石相似材料试样在单轴压缩过程中,AE事件活动大致经历了初始压密少量段、弹性变形稳定增长段、塑性变形和破坏剧烈增长段3个阶段;损伤过程可分为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段和损伤加速发展阶段;损伤时空演化过程较好地反映了损伤特性,以1号试样为例：损伤由试样底部开始发展集中,而后中部和上部出现损伤并向底部和顶部稳定发展,随后中部和上部损伤迅速增多并与底部损伤区连通,最终试样发生破坏。研究成果可为相似材料模型损伤演化规律的研究提供一定的参考。     

基于数字图像处理技术的岩石峰后CT图像分析

为了分析峰后岩石损伤特征及细观损伤的演化过程,利用MATLAB语言进行编程,将峰后砂岩CT图像处理为256级灰度图像,通过对灰度图像进行拉普拉斯锐化、图像伪彩色增强处理提高图像的视觉效果,为研究峰后岩石破裂过程以及提取CT图像中裂纹等信息提供依据。     

岩石材料初始缺陷的分维数与损伤演化的关系

根据分形理论中分维的概念，建立了基于岩石材料中微元强度分布函数满足Ｗｅｉｂｕｌｌ分布假设的岩石材料初始缺陷的分维数与损伤演化的关系，分析了分维数Ｄｆ的物理含义，并根据实例探讨了基于这一关系的岩石材料的本构关系。     

冻融循环条件下岩石损伤扩展研究初探

借助于岩石材料冻融循环CT扫描实验，对岩石材料在冻融循环条件下损伤扩展特性进行研究，着重探讨了冻融循环次数对岩石材料损伤扩展的影响。     

Analysis of the mechanic characteristics of the damage propagation of rock under triaxial stress condition

Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｒｏｃｋｄａｍａｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｖｅｒｙａｃｔｉｖｅａｎｄｈａｓｌｅｄｔｏｒｅｍａｒｋａｂｌｅａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｓｉｎｃｅｄａｍａｇｅｔｈｅｏｒｙｉｓａｐ ｐｌｉｅｄｔｏｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｒｏｍｔｈｅｅｉｇｈｔｉｅｓ.Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｕｄｉｅｓａｒｅｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｒｏｃｋｉｎｉｔｉａｌｄａｍａｇｅ .Ｈｏｗ ｅｖｅｒ,ｗｅｈａｖｅｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｄａｍａｇｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｒｏｃｋ ,ｅｓｐｅｃｉａｌｌ…     

Uniaxial compression CT and acoustic emission test on the coal crack propagation destruction process

Acoustic emission test and CT scanning are important techniques in the study of coal crack propagation. A uniaxial compression test was performed on coal samples by integrating CT and acoustic emission. The test comparison analyzes the acoustic emission load and CT images for an effective observation on the entire process, from crack propagation to the samples’ destruction. The box dimension of the coal samples’ acoustic emission series and the CT images were obtained through calculations by using the authors’ own program. The results show that the fractal dimension of both the acoustic emission energy and CT image increase rapidly, indicating coal and rock mass has entered a dangerous condition. Hence, measures should be taken to unload the pressure of the coal and rock mass. The test results provide intuitive observation data for the coal meso-damage model. The test contributes to in-depth studies of coal or rock crack propagation mechanisms and provides a theoretical basis for rock burst mechanism.     

CT IDENTIFICATION OF THE MECHANIC CHARACTERISTICS OF DAMAGE PROPAGATION OF ROCK

The computerized tomography technique is applied to study the damage propagation of rock for the first time in this paper. CT values and their distribution regularity of damage propagation of rock are analyzed in detail. The relation between CT values and stresses (strains) of the damage propagation of rock is then discussed. This provides the foundation for establishing the constitutive relation of damage propagation of rock.     

STUDY ON THE DAMAGE CONSTITUTIVE RELATION OF ROCK UNDER UNIAXIAL STRESS CONDITION

The damage propagation constitutive relation of rock under unlaxlal stress condition is studied by CT scanning in this paper. Damage variables of rock are calculated using CT scanning method and Lemaitre‘s equivalent strain hypothesis respectively, the damage propagation constitutive relation of rock is discussed.     

褐煤失水形变特性研究初探

为研究褐煤失水对露天矿煤岩组合边坡稳定性的影响,本文开展了褐煤失水试验,获得了岩样失水率、变形、孔隙率及裂纹演化规律,分析了岩样端面龟裂及分形渐变特征,探究了失水褐煤渐进损伤特性,基于毛细作用原理剖析了岩样裂纹扩展演化规律及作用机理。结果表明:褐煤恒温条件下,试件失水率呈“先陡后缓”的增长趋势,且最终接近或超过10 %;岩样逐渐产生轴向及环向变形,最终应变分别增至0.012 3和0.020 3,对应体积应变增至0.052 8,且应变增长与失水率渐变趋势相似;岩样失水体积远大于岩石收缩体积,孔隙率对应呈“先陡后缓”的增长趋势;岩样侧面横向裂纹渐进发育,且萌生位置渐变为“上端→下端→中部”,同时轴向裂纹萌生扩展,岩样端面龟裂特征显著,且裂纹分布分形维数基本呈线性增长趋势,揭示端面存在由均质向非均质转变过程;损伤变量随失水率呈非线性增长,最终增至0.066 5,且增长全程可分为线性增长阶段、减速增长阶段、加速增长阶段;受毛细作用控制,孔隙失水过程基质吸力增大是造成岩样轴向及横向收缩变形、竖向裂纹萌生扩展的主因。     

破碎磷矿体力学特性及等效损伤规律研究

针对宜昌地区磷矿体破碎、节理裂隙发育等特点,进行多围压三轴压缩试验,建立三轴压缩等效耦合损伤变量模型,研究不同围压作用下破碎岩体压缩变形特性和损伤规律,揭示破碎岩体节理裂隙、围压大小、损伤特性、力学强度的相互影响关系。研究表明:围压的增加,可有效提高破碎岩体力学强度,并减小岩体损伤变量的谷值。在高围压作用下,破碎岩体应力应变曲线峰值处近似"折线状",峰值处呈脆性破坏,破坏后峰值强度迅速衰减;低围压作用下,峰值处岩石试样呈现弹塑性破坏,峰值强度衰减缓慢。     

基于CT图像的土石混合体破裂-损伤的三维识别与分析

土石混合体是一种特殊的非连续非均匀地质材料,传统的岩土力学试验方法与分析理论难以直接用于分析其变形破坏行为。发展了一种基于CT扫描和图像处理技术的内部破裂与损伤的三维识别方法,利用自行开发的裂纹识别提取程序提取和分析了单轴压缩下不同含石率土石混合体变形破坏时的内部细观结构变化特征,建立了土石混合体破裂-损伤的三维重构模型,定量地分析了单轴压缩条件下土石混合体的内部损伤演化规律以及含石量的影响和作用。研究表明:该方法可以直观定量地表征土石混合体变形破坏的内部损伤特征与演化规律。石块对土石混合体损伤发展的影响与含石量密切相关,存在一个临界含石率。     

三轴压缩岩石损伤扩展细观机理及其本构模型

利用已研制成功的CT（Computerized Tomography）机专用三轴加载实验设备，完成了三轴压缩荷载作用下岩石损伤演化CT实时细观实验。确定了应力损伤阈值，对CT实验结果进行了定量分析。从工程应用出发，给出了峰前分段岩石损伤演化方程及本构关系。理论分析结果与实验结果较吻合。