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.     

不同围压下松软煤体力学特性与能量演化规律

为揭示滇东矿区松软煤体在加载破坏过程中的力学特性和能量演化规律，基于MTS815.03岩石力学实验系统对原煤试样进行不同围压条件下的三轴压缩实验。结果表明：煤样的峰值应力、弹性模量与围压存在指数函数关系；峰值应变、泊松比随围压呈线性增加；围压效应使煤样的破坏从延塑性向脆性转变，破坏模式由局部剪切形态向整体劈裂形态发展；围压对煤样变形破坏过程中能量演化影响显著。随着围压的增大，极限弹性能与峰值总能量均呈近似线性增加，积聚的极限弹性能对煤样的破坏起重要作用，宏观表现为高围压条件下煤样破坏较低围压剧烈。     

深部砂岩加卸载过程的能量演化分析

为了研究砂岩不同应力路径下的力学特征和能量演化规律,开展砂岩的三轴加载试验与同时卸轴压和围压的三轴卸荷试验.分析了在受荷破坏过程中围压以及应力路径对砂岩的力学特性以及能量演化规律的影响.结果表明:不同的应力路径下,围压增大可以提高试件的力学特性;不同应力路径下,围压的增高会提高峰值强度对应的总能量、弹性能以及耗散能;不...     

脆塑性岩石应力脆性跌落系数的试验研究

岩石的应力一应变全过程曲线以峰值应力为界,通常分为破坏前区和破坏后区两部分.由于岩石破坏后区的力学特性对诸多岩石工程,如,地下巷道、矿柱和岩爆等具有重要的工程意义,因此,此方面的研究受到理论界和工程界的重视.岩石的破坏后区一般处于非稳定状态,其力学响应用经典的应变软化模型来模拟计算难以收敛,而可以考虑采用脆塑性模型.使用RMT-150B型岩石力学试验系统,在轴向应变率保持为常数的条件下,对雅安大理岩、贵溪红砂岩和大悟花岗岩进行了常规三轴压缩破坏试验,得到不同围压下岩石的应力一应变全过程曲线.利用试验得到的应力一应变全过程曲线,得到了各种岩石的应力脆性跌落系数与围压的关系表达式,为采用非理想脆塑性模型对大理岩介质及其中的构筑物进行数值分析提供了依据.     

红砂岩应力脆性跌落系数的试验研究

岩石的应力—应变全过程曲线以峰值应力为界,通常分为破坏前区和破坏后区两部分。由于岩石破坏后区的力学特性对诸多岩石工程,如地下巷道、矿柱和岩爆等具有重要的工程意义,因此,此方面的研究已受到理论界和工程界的重视。岩石的破坏后区一般处于非稳定状态,当软化速率较大时,其力学响应用经典的应变软化模型来模拟计算难以收敛,而可以考虑采用脆塑性模型。使用RMT-150B型岩石力学试验系统,在轴向应变率保持为常数的条件下,对贵溪红砂岩进行了常规三轴压缩破坏试验,得到了不同围压下岩石的应力—应变全过程曲线。利用试验得到的应力—应变全过程曲线,得到了红砂岩的应力脆性跌落系数与围压的关系表达式,为采用非理想脆塑性模型对红砂岩介质及其中的构筑物进行数值分析提供了依据。     

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.     

准静态循环加卸载下钢纤维混凝土力学特性分析

为探究饱水处理、围压改变对准静态荷载作用下钢纤维混凝土材料强度以及能量演化特征的影响规律，采用MTS816岩石力学试验系统开展同应变率、同围压、饱水和未饱水；同应变率、不同围压、未饱水等条件三轴循环加卸载等相关试验。由试验结果可知：钢纤维混凝土材料经过饱水处理，峰值应力对应的峰值应变稍大，且表现出明显的体积压缩现象，但材料强度降低；在三轴循环加卸载作用下材料应力-应变曲线出现滞回环效应；滞回环最大面积通常出现在材料的峰值应力附近，随着围压增加，面积最大的滞回环对应的应力点随之推迟出现；随着围压提高，材料峰值应力后的应力-应变曲线变得平缓，表现出更明显的塑性变形特征，且材料的峰值应力提高明显。     

三轴压缩条件下胶结充填体能量耗散特征分析

开展不同灰砂配比、质量分数的充填体三轴压缩试验,研究了不同围压加载阶段充填体的能量耗散与围压、应变以及应力的内在关系.结果表明,在低围压时,充填体的极限抗压强度低;随着围压的增加,充填体的峰值强度随之增大,峰前能耗占总能耗的比重越来越大,说明充填体屈服阶段吸收的能量占总能量的比重提高,围压的增大能够提高充填体的破坏能耗量;充填体的峰前能耗量、峰后能耗量、单位体积变形能以及总能耗与围压呈二次函数曲线关系.当围压一定时,充填体在弹性变形阶段的能量变化与轴向应力、偏应力均呈线性关系,与轴向应变呈指数函数曲线关系;随着轴向载荷增加,能量随轴向应力、偏应力变化的增长速率加大.     

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。     

高围压卸荷条件下大理岩变形破坏及能量特征研究

能量的耗散与释放是岩石变形破坏的本质。基于MTS815 Flex Test GT岩石力学试验平台,通过室内三轴卸荷试验和数学物理分析方法,揭示了大理岩在高围压三轴卸荷条件下的应力应变关系及能量变化特征。结果表明,初始围压的增大将显著提升岩样峰值强度时的可释放应变能以及最终总能量;随着围压的增大,岩样所吸收的能量变化的快慢程度随着偏应力变化而有所减缓;峰值强度时岩样可释放应变能占总能量的比例随着围压的增大而急剧增大,而残余强度时所吸收的总能量几乎全部转化为耗散能;大理岩能量指标存在明显的围压效应,即峰值总能量和残余总能量随着围压增大而显著提高,且具有良好的线性关系。     

道路再生骨料混凝土三轴强度及损伤分析

为探究道路再生骨料对混凝土的多轴受压强度及损伤演变性能的影响,考虑两种类型粗骨料及6种围压值,设计完成了12组混凝土的常规三轴试验研究.通过试验,观察并对比了试件在单向轴压与三向轴压下破坏形态,获取了各围压荷载下试件的峰值应力、峰值应变,分析了三轴荷载作用下再生混凝土强度影响因素,并揭示了再生混凝土的损伤演变规律.研究结果表明:在围压荷载作用下,试件破坏形态发生了较大改变,骨料类型对试件破坏形态影响不大;围压值=0 MPa时,试件发生劈裂破坏;围压值0 MPa时,发生具有一定延性的剪切斜压破坏;侧向围压荷载越大,再生混凝土的强度越大,变形能力越好;侧向围压荷载可有效约束再生混凝土损伤的发展,并延迟了初始损伤出现的时间.     

基于LS-DYNA的砂岩动静组合SHPB数值模拟

为了研究动静组合SHPB加载下砂岩变形破坏、能量演化特性，运用LS-DYNA软件建立相关数值模型，在满足一维应力和应力应变均匀化假定的前提下，以轴压和围压为变量进行模拟分析.模拟结果表明：轴压比小于0.4时，砂岩动态抗压强度表现出线性率效应，轴压和围压使得砂岩发生压剪破坏和层间错动破坏，对砂岩能耗规律影响较大，但单一能量的变化趋势几乎不受影响；一维动静组合模拟中，轴压为20 MPa时，随着加载应变率的增加，能量利用率先增加后减小，轴压为40 MPa时，能量利用率持续下降；三维动静组合模拟中，围压对于能量利用率的影响规律较为复杂，但总体上呈下降趋势.     

侧限压缩条件下充填体与岩柱相互作用机理

利用伺服实验机对不同配比充填体-岩柱进行侧限压缩实验,研究不同工况下岩柱的峰值强度、残余强度、峰值应变、破坏形式,以及充填体-岩柱的受压特性.结果表明:充填体-岩柱的承压过程主要分为岩柱试件承载阶段、岩柱试件的破坏阶段、充填体和岩柱共同承载直到破坏阶段、充填体和岩柱散体承压阶段.随着充填体强度的增大,岩柱的峰值强度、残余强度以及破坏时的轴向应变逐渐增大,同时岩柱的破坏形式逐渐由单轴压缩时的拉伸破坏向剪切破坏转化,而无充填体包裹的岩柱则主要发生单斜面剪切破坏.相比充填体-岩柱应力-应变曲线峰后的下降斜率,单岩柱破坏时表现出了更强的突变性.     

风城油砂三轴力学特性及其本构模型研究

油砂是一种具有自锁结构的致密沉积砂,其力学特性较疏松砂岩更为复杂。针对新疆克拉玛依风城油砂矿的地下储层岩芯,开展了室温三轴固结排水压缩试验,详细探讨了油砂在不同围压下的三轴力学特性。结果表明,典型的油砂应力–应变关系呈驼峰曲线,存在应变软化与剪胀现象;试验边界条件与围压对油砂力学特性具有重大影响,并决定了其破坏模式及峰后软化行为;油砂变形模量、泊松比在对数坐标下与围压存在线性关系,低围压时抗剪强度近似服从莫尔–库伦准则。借鉴南水非线性模型及成都科大模型,分别讨论了风城油砂的应力应变本构关系,在此基础上修正得到新的推广双曲线模型,指出修正的成都科大模型较南水模型能更好地描述油砂的应变软化特性,也能适当地考虑剪胀效应,对深入研究中国本土油砂的力学特性及石油工程应用具有重要意义。     

岩石-充填体组合模型力学特性及微裂纹演化特征颗粒流模拟

为深入分析中心圆柱体直径D对组合体力学特性及微裂纹时空演化规律的影响,借助PFC颗粒流软件,分别构建D为10,20,30,40 mm的岩石包裹充填体(BER)及充填体包裹岩石(REB)组合模型,然后开展单轴压缩实验。结果表明:1)两种组合模型峰值应力、峰值应变、弹性模量均介于完整充填体和完整岩石之间;随D增加,BER模型峰值应力以线性方式降低、峰值应变以多项式函数方式降低、弹性模量以线性方式降低,而REB模型正好相反;2)BER模型起裂应力及损伤应力随D增加呈线性趋势降低、REB模型起裂应力及损伤应力随D增加呈线性增加趋势;两种模型起裂应力及损伤应力与峰值应力比值均介于完整充填体与完整岩石之间;3)不同模型其内部微裂纹时空演化规律基本一致,充填体内部先出现微裂纹,然后微裂纹数量迅速增加,之后逐渐扩展至岩石内部,最后逐渐贯通形成宏观裂纹,组合模型失稳破坏.     

花岗岩卸荷破坏全过程声发射特征试验

利用MTS815混凝土与岩石力学试验系统和PCI-2三维定位实时监测系统对花岗岩卸荷破坏进行了声发射试验,得到了其卸荷破坏全过程变形特性和声发射特征,探讨了应力与应变、声发射数与应力、声发射率与应力、声发射数与时间以及声发射率与时间之间的关系.研究表明,岩石在卸荷方式下的破坏大多表现为脆性破坏,而且围压越大,脆性破坏特征越明显;对于1-1试件,破坏前在应力大于310MPa左右或在时间大于300s左右的范围内声发射数、声发射率开始出现激增现象,表明进入该阶段岩石内部破裂开始加速发育、扩展,最终导致岩石的破坏.研究成果对具有同类岩体的工程具有重要的参考价值.     

不同围压下茅口灰岩渐进性破坏的试验研究

利用MTS815电液伺服控制刚性试验机进行不同围压下茅口灰岩三轴压缩试验,通过计算绘得相应裂隙体积应变图,分析得出裂纹起始应力、裂纹破坏应力。结果表明:随着围压的增大,应力门槛值均呈非线性增长态势,当围压超过17 MPa时,裂纹起始应力、裂纹破坏应力分别增加48.5%和20.1%,茅口灰岩延性开始增强;裂纹破坏应力为峰值强度的64%~75%,三轴压缩下茅口灰岩裂隙不稳定发展阶段较长;环向应变值随围压增大而增大,当轴力超过裂纹破坏应力进入裂隙不稳定发展阶段,环向应变增大2.7~3.2倍,用环向-轴向应力应变曲线图能较好的反映岩石应力门槛值。     

北山花岗岩短长期常规三轴力学特性试验研究

为研究北山花岗岩的物理力学特性，开展了常规三轴、蠕变和松弛试验，研究过程与结论如下：（1）开展北山花岗岩在不同围压条件下的常规三轴压缩试验，对比分析试样的变形和破坏形式等力学特征，得出北山花岗岩岩石破坏时的不可恢复变形较小，且随着围压增大未出现脆-延性转变现象的结论；（2）开展北山花岗岩单级蠕变试验及不同围压条件下的多级蠕变试验，分析不同偏应力的形变和单级蠕变的蠕变速率，得出北山花岗岩的蠕变形式为非稳定蠕变，其应变曲线出现了典型的蠕变三阶段特征的结论；（3）开展北山花岗岩单级应力松弛试验及循环松弛试验，分析偏应力的变化规律，得出北山花岗岩在应力松弛过程的初始松弛阶段，其偏应力下降速率很快，在较短时间内即能够达到稳定状态的结论。     

水影响下油页岩三轴压缩力学特性试验研究

为研究油页岩的力学特性,试验采用吉林桦甸油页岩试样,利用YE-200A液压式压力试验机和自制三轴压力室,进行油页岩三轴压缩实验。通过不同围压、不同水化时间的三轴压缩实验,揭示油页岩全应力-应变、峰值强度、弹性模量、泊松比随不同围压和水化时间的变化规律,以及油页岩的破坏形式。结果表明,水化对油页岩的力学特性影响很大,使其峰值强度和弹性模量降低,同时,还表现出明显的延性效应;另外,围压和水化作用的对比分析表明,在围压影响下水化对油页岩强度影响比自然状态下小,油页岩因原岩裂隙发育不同水化后呈现不同的破坏形式。     

三轴卸荷条件下煤体力学特性和能量耗散演化

孤岛工作面煤体和巷道受周边开采扰动影响,煤体受循环荷载作用存在卸荷力学行为而表现出动态破坏特性。为探讨不同路径下煤体力学特性,利用TAW-2000三轴电液伺服刚性试验机分别进行常规三轴(T)、三轴循环荷载(TC)以及相应卸围压试验(TU、TCU),分析不同围压下煤体卸围压强度、变形、声发射事件以及能量耗散演化特征,开展扰动区域煤体卸荷特性研究。结果表明：三轴循环荷载卸围压(TCU)下拟合回归强度低于常规三轴卸围压(TU)下拟合回归强度,高于三轴循环荷载(TC)下拟合回归强度;卸围压(TU、TCU)应力路径下声发射峰值滞后应力峰值,AE振铃计数在煤样破坏点突增,高于常规三轴(T、TC)数值;循环过程(TC、TCU)中应力水平达到峰值强度的70%时,Kaiser效应逐渐消失,Felicity效应出现;循环加卸载(TC)试验中,相对应力水平达到60%,煤样损伤加剧,弹性应变能占比逐渐减小;围压越大,煤样破坏时冲击能指数越小,三轴循环荷载(TC)冲击能指数<常规三轴(T)冲击能指数<三轴循环荷载卸围压(TCU)冲击能指数<常规三轴卸围压(TU)冲击能指数;围压对煤样有横向束缚...