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。     

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。     

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。     

单轴压缩下充填正交裂隙花岗岩强度及裂纹扩展演化

为研究充填材料类型对裂隙岩石力学特性及裂纹扩展演化的影响特征,对含充填正交裂隙花岗岩板状试样进行单轴压缩试验.结果表明:与单裂隙试样相比,含充填正交裂隙试样峰值强度和弹性模量明显劣化,劣化幅度分别为17.45%~39.19%和9.64%~27.42%.随充填材料强度的增加,充填试样峰值强度和弹性模量均逐渐增大.充填类型对试样次生裂纹的起裂形式影响显著,充填材料强度较低时,试样首先在充填物与次裂隙的交界面发生"脱黏"现象,然后由次裂隙外侧尖端开始起裂,而充填材料强度较高时可抑制次裂隙尖端裂纹萌生,试样初始破坏表现为主裂隙尖端的拉裂纹扩展.充填材料强度越大,充填试样的起裂应力越接近峰值强度,起裂应力水平越高.获得了充填试样轴向应力-应变曲线与次生裂纹扩展的实时关系,表明每一次较大的应力跌落均对应一条次生裂纹的萌生和扩展.     

裂隙网络扩展机制试验研究

在外部荷载作用下,岩体内部裂隙的形状是影响其强度和稳定性的重要因素之一.为了探究裂隙对岩石力学特性及破坏特征的影响,利用3D打印技术,制备间隙性离散裂隙网络模型,结合数字图像相关技术对裂隙网络类岩石模型试件在单轴压缩条件下的破坏特征进行研究.研究表明:因裂隙的存在,类岩石试件的弹性模量和峰值应力均随之发生显著降低;裂隙...     

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。     

河口村水库坝肩灰岩力学特性试验研究

从河口村水库坝肩取样制备完整的和含裂隙的灰岩试样,利用TAW-2000岩石三轴仪对制备的岩样进行不同围压下的岩石三轴压缩试验,得到了完整和裂隙灰岩在不同围压下的应力-应变曲线及其变形、强度和破裂特性规律。试验中,裂隙面与最大主应力夹角为0°~80°,围压为5~15 MPa。试验结果表明:完整灰岩的峰值强度和变形模量随围压的增大而增大,并且呈线性关系;裂隙灰岩在三轴压缩下有两种破坏形态,分别为穿裂隙面破坏和沿裂隙面滑移破坏;裂隙灰岩的强度和变形特性及破坏特征受裂隙面倾角θ的影响很大,当θ60°时,沿裂隙面滑移破坏,当θ≤60°时,穿裂隙面破坏;其中穿裂隙面破坏的灰岩与完整灰岩均为岩体材料的破坏,并且与完整灰岩的破坏形态和强度变形特征相似。     

锚固裂隙岩体破坏过程中应变场演化规律及破坏前兆的数值模拟研究

为探究锚固裂隙岩体的锚固作用,采用ABAQUS对裂隙岩体单轴加载破坏过程进行模拟,分析裂隙岩体的应变场演化规律,并讨论裂隙岩体破坏的前兆特征.模拟结果表明:裂隙岩体破裂前水平应变场演化过程可划分为理论弹性变形、裂隙萌发扩展、试件破坏3个阶段;未锚固和锚固裂隙岩体水平应变场标准差曲线表现出不同的分异阶段;与未锚固试件相比,锚固试件的峰值应力上涨了7.55％,且锚固岩体裂缝起裂预警大约发生在峰值应力的80％处.基于水平应变场演化规律进行前兆分析,将应变场分异速率的突变点作为破坏失稳前兆点.锚杆的锚固作用增强了裂隙岩体的强度和抗变形能力,提高了裂隙岩体的稳定性,模拟结果对裂隙岩体的监测和加固具有重要的参考意义.     

卸围压条件下花岗岩强度特性及三维裂隙演化规律

为研究卸围压条件下花岗岩强度特性和三维裂隙演化规律,对花岗岩开展了常规三轴压缩、卸围压-加轴压和分级卸围压-加轴压循环加卸载3种不同应力路径力学试验,获得对应的轴、径向应力-应变曲线;采用CT扫描三维重构技术获得岩石卸围压过程中和破坏后内部裂隙分布三维图像.结果表明:相对于常规三轴压缩试验,试件在卸荷条件下脆性破坏特征更加显著,分级卸围压-加轴压循环加卸载会增大花岗岩的峰后延性,降低破坏轴压和破坏剧烈程度;两种卸围压方案都会使花岗岩的承载能力降低30%左右;卸荷作用下花岗岩宏观破裂为拉剪组合状,拉剪过渡不明显,表观裂隙是内部裂隙向外扩展的结果;花岗岩在卸荷作用下峰前产生的裂隙量较少,大量裂隙在峰后产生,破裂具有突发性和瞬时性,围压较低时宏观裂隙首先在试件边缘产生,围压较高时宏观裂隙首先在试件中部产生.     

基于离散裂隙网络的表征单元体研究

裂隙岩体表征单元体(REV)研究是岩体力学的一个基本问题,是研究岩体尺寸效应的主要方法.阐述了研究裂隙岩体REV的基本思路,基于离散裂隙网络模拟技术的数值分析方法是进行裂隙岩体REV研究的重要手段.建立不同尺寸的岩体模型,分析了裂隙数量、强度、方位等随岩体尺寸的变化特性,从而得出考虑裂隙分布的几何特性上的REV.结合锦屏二级水电站大理岩岩体裂隙的统计规律,采用4组随机裂隙并建立三维离散裂隙网络,最终确定所分析岩体的REV为10m×20m×10m.     

Mechanical properties of frozen rock mass with two diagonal intersected fractures

Based on previous research results, this paper investigated the influence of fracture morphology on mechanical properties and failure modes of rock mass with two diagonal intersected fractures. This study carried out a series of triaxial compression tests on rock-like specimens with two crossed fractures under negative temperature, concluded the following conclusions. The strength and failure modes of rock mass are significantly influenced by the dips of two crossed fractures. The strength of rock mass with two fractures cannot simply be estimated using the method that was developed for the rock mass with a single fracture. When the intersecting angle is less than 30°, the failure plane initiates at the tip of ‘‘artificial ruptures" and extends to the upper and lower ends of the specimen. In case of a higher dip and intersecting angle ranging from 30° to 60°, the failure plane propagates along one of these two fractures. The mechanical parameters of rock mass are not only related to the trace length, but also depend on the trace length ratio. One could roughly calculate the strength parameters using the approximation proposed in this paper. For the rock mass with a trace length ratio 0.3(short trace length/long trace length), the failure mode is dependent on the fracture with a longer trace length. When the trace length becomes significant and the trace length ratio approximates to 1, the failure plane propagates along two fractures, where an X-shaped failure pattern is presented. For the rock mass with moderate fractures and a trace length ratio of approximately 1, the failure mode is independent on fractures, which is similar to the damage pattern of intact rock. The strength and elastic modulus of rock mass decrease with the increase of spacing between fractures, while Poisson's ratio is independent on the spacing. The failure mode can be determined by the area of triangle created by two fractures. Damage occurs at the smaller triangle area first,and propagates with the two sides of the larger triangle.     

Fracture evolution characteristics of sandstone containing double fissures and a single circular hole under uniaxial compression

The uniaxial compression experiments on the sandstone samples containing double fissures and a single circular hole were carried out by using electro-hydraulic servo universal testing machine to investigate the effect of rock bridge angle β and fissure angle α on mechanical properties and evolution characteristics of cracks.The results show that the peak strength,peak strain and elastic modulus of defected specimens decrease comparing with those for intact sample,and show a decreased trend firstly and then increase with β changing from 0° to 90°.The peak strength and elastic modulus achieve the minimum value as the rock bridge angle is 60°,while the peak strain reaches the minimum value with the rock bridge angle of 45°.The crack initiation of tested rock samples occurs firstly in stress concentration areas at tips of prefabricated fissures under uniaxial compression,and then propagates constantly and coalescences with the prefabricated hole.Some secondary cracks initiate and propagate as well until buckling failure happens.The rock bridge angle has a great influence on crack initiation,coalescence,final failure mode,crack initiation stress and transfixion stress.The peak strength varies significantly,while the elastic modulus and peak strain change slightly,and the failure modes are also different due to the influence of fissure angle.     

大红山铜矿粗骨料充填料浆的高浓度判定

高浓度充填是目前主要的充填方式,粗骨料高浓度充填料浆性质复杂、影响因素多,而且某些参数的变化又不易控制,所以粗骨料充填料浆的高浓度判定仍是一大难题.本文结合目前国内外的研究现状给出了粗骨料高浓度充填料浆判定式.采用大红山铜矿废石与分级尾砂为材料进行验证,首先通过级配分析,选用最优配合比(废石∶分级尾砂为7∶3)配置料浆,进行抗离析性、泌水性观察以及坍落度试验,同时计算出高浓度充填料浆判定式对应值,最终选出符合要求的实验组,确定判定式的上下限.实验结果表明本文提出的粗骨料高浓度充填料浆判定式合理,且准确度很高,具有实际应用价值.     

真三轴压缩下大理岩强度、变形与损伤特征数值

为研究真三轴条件下岩石的力学行为,采用离散元颗粒流程序,探析不同应力路径下大理岩试样的变形破坏过程、微裂纹演化机制及其中间主应力效应。结果表明：平行黏结模型能较准确地反映大理岩真三轴压缩下力学特性和破坏模式;中间主应力对峰值强度、弹性模量、破坏角和破坏模式演变的影响较为显著;八面体理论可较好地拟合出大理岩真三轴压缩中的破坏应力,所得的破坏强度包络线具有明显线性特征;结合应力-应变曲线形状,该大理岩在压缩过程中裂纹扩展可划分为4个阶段,即线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段;随着中间主应力增大,应力-应变曲线峰后段的脆性破坏特征变强,试样从拉伸破坏向拉剪混合破坏转变,且中间主应变符号由拉转向压,岩石损伤演化与中间主应力间呈现出“对勾”型趋势。     

灌浆节理压剪峰值抗剪强度数值试验研究

对灌浆锯齿形单节理在压剪情况下的变形特性及峰值抗剪强度进行了数值试验研究.首先对数值模拟中涉及的模型网格、材料力学特性及接触面模拟问题进行了分析;在此基础上,对数值试验的精度和正确性进行了检验;最后,对灌浆锯齿形单节理在圧剪情况下的变形破坏进行了数值试验,重点针对灌浆充填度、起伏角和法向压应力等因素对于灌浆节理峰值抗剪强度的影响进行了分析,提出考虑各因素综合影响的抗剪强度经验公式,成果对进一步研究实际灌浆节理的抗剪强度具有理论指导意义,对实际工程也具有参考价值.     

非均质断层破碎带注浆扩散机理

断层破碎带是诱发塌方、突泥等地质灾害的重要构造因素。但是,针对断层治理的注浆理论与技术研究进展缓慢。结合断层岩体特征分析与注浆试验,开展断层破碎带注浆扩散过程与规律研究。首先,依托永莲隧道F2断层突水突泥灾害注浆治理工程,提取并分析断层岩体性质,划分岩体类型,建立注浆概念模型,将岩体划分为松散型、软弱型及密实型等三种介质。基于牛顿流体及土体一维压缩理论,分别建立三种介质注浆控制方程,分析介质结构特征与孔隙度、压缩性等物理性质,对注浆扩散过程的影响规律。结合注浆试验,研究了不同介质条件下,注浆过程中注浆压力、介质应力变化规律,基于浆脉分布情况,分析浆液由注入点向介质的扩散过程。理论分析与试验结果表明：非均质断层破碎带注浆扩散过程,可分为优势充填与劈裂扩散两个阶段,注浆压力变化曲线由缓慢上升至陡降的突跳点即两阶段分隔点;优势充填阶段主要发生在松散型与软弱型介质中,注浆压力上升慢,浆液出现集中扩散;劈裂扩散阶段主要发生在密实型介质中,注浆压力上升快,扩散范围与介质结构面数量正相关,与压缩模量、注浆速率负相关。针对松散型与软弱型介质形成的不良地质区,为达到优势扩散与治理效果,提出了定域注浆控制技术,并在永莲隧道突水突泥灾害治理工程中应用,取得了良好的注浆治理效果。     

单轴压缩下横观各向同性岩石破裂过程 声发射特性的离散元模拟

采用离散单元法研究了横观各向同性岩石在不同层面倾角条件下的单轴压缩破坏过程及声发射特性。结果表明:由于层面倾角的变化,导致横观各向同性岩石破裂过程具有不同的声发射特性。声发射特性与应力存在一定的耦合关系,且声发射空间响应集中在2种岩石的交界面上。互层岩体由于层间力学属性不同,极有可能在交界面处引起应力集中,使得在交界面附近裂纹最先萌生,裂纹进一步向交界面两侧岩体中扩展,从而引起宏观裂纹的出现,最终引起岩体的破坏。随着层面倾角的增大,岩石的单轴抗压强度和弹性模量呈先减小后增大,层面倾角90°时的强度甚至超过了0°时的强度。     

脆性材料斜裂纹扩展的数值试验与破坏模式分析

目的分析含斜裂纹脆性材料的破坏过程，研究不同裂纹对脆性材料力学性质的影响，确定斜裂纹的破坏模式．方法利用岩石破裂过程数值分析系统rpfa^2D对含一条斜裂纹岩石和三条斜裂纹岩石的破坏过程进行数值试验。应用断裂力学的方法对破坏模式进行理论分析．结果得到了单轴压缩条件下，含一条斜裂纹和三条斜裂纹岩石的整个破坏过程，确定了斜裂纹的破坏模式．结论数值试验的结果表明，单轴压缩条件下三条斜裂纹的扩展，一开始发生在内部裂尖，内部裂尖扩展到临近的预置裂纹之后，外部的裂纹开始扩展；含单裂纹岩石的强度约为三裂纹强度的1．2倍．但三裂纹的残余强度比单裂纹高．数值试验和应力强度因子法得到同样的结论：单轴压缩条件下含一条、三条斜裂纹岩石的初始扩展为压剪破坏，当两裂纹尖端开始扩展之后。形成的翼型裂纹破坏模式为拉剪破坏．笔者提供了一种研究复合型裂纹扩展和断裂破坏模式的新方法．     

压力水-岩耦合作用下砂岩断口微观破坏机理

为了研究流固耦合作用下岩石的损伤劣化机理,以砂岩岩样为研究对象,采用流固耦合力学实验系统开展轴压水压耦合作用下单轴压缩、三轴压缩及三轴蠕变实验,借助扫描电子显微镜对岩样破裂断口的微观结构特征进行分析。结果表明:单轴饱水岩样破裂断口表面比干燥岩样出现更多的裂纹核,且断口形貌以沿晶断裂为主,穿晶断裂为辅;随着水压增大,三轴压缩岩样破裂断口表面裂纹核逐渐变少,剪切平行裂纹逐渐增多,岩样的宏观破坏形式从以张拉破坏为主逐渐向以剪切破坏为主转变;与三轴压缩岩样断口相比,三轴蠕变岩样破裂断口表面平整度和光滑度较差,晶体间联结更加紧密,剪切裂纹密度和深度增加。     

Numerical investigation on the sensitivity of jointed rock mass strength to various factors

The mechanical properties of jointed rock masses, such as strength, deformation and the failure mechanism, can be understood only by studying the sensitivity of jointed rock mass strength (both the peak and residual strengths) to the factors that affect it. An orthogonal design of uniaxial compression tests was simulated on eighteen groups of jointed rock specimens having different geometric and mechanical properties using RFPA2D (Rock Failure Process Analysis) code. The results show that the peak strength is controlled by the geometric parameters of the joints, but that the residual strength is controlled by the mechanical properties of the joint interfaces. The failure mode of jointed rock specimens is mainly shear failure. Joint quantity, or density, is the most important index that affects jointed rock mass strength and engineering quality.