颗粒煤岩破裂过程声发射与电荷感应试验

考虑颗粒间摩擦和黏结力作用,建立了基于颗粒物质力链失稳的煤岩体破裂判据。分析颗粒煤岩单轴压缩试验结果,得到了颗粒煤岩抗压强度、弹性模量随颗粒煤岩粒径增加而降低的变化规律,从细观尺度证明了煤岩单轴压缩张拉破坏的根源为剪切破坏。分级和循环2种加载试验研究结果表明：颗粒煤岩破裂过程中的声、电荷信号与力链中颗粒摩擦及粘结情况密切相关,声、电荷信号的产生机理存在本质上的差别。从破裂类型看,微裂隙的张拉破坏和颗粒摩擦错动均可导致声发射出现,而煤岩颗粒间的摩擦和微破裂面的相互错动是产生大量自由电荷、发生电荷感应现象的主要原因。可以利用声信号高-低-高的周期变化次数预测采动煤岩体经历的分级和循环加卸载次数;电荷信号首次突变-平稳-突变的出现时间是采动岩体应力阶段的划分标准。声、电荷信号幅值突变的剧烈程度是采动煤岩体失稳的重要前兆物理信息,可由此预测煤岩体稳定性,以便及时做出预警和相应的防护措施。     

考虑水致弱化及应变梯度的断层岩爆分析

研究了岩石含水量对断层．围岩系统稳定性及岩爆(冲击地压)对韧性断层变形的影响。含水量不仅影响岩石强度，也对应力．应变曲线应变软化阶段斜率有影响。基于梯度塑性理论和水致弱化函数，得到了剪切带内部的塑性剪切应变、总剪切应变及塑性剪切位移的分布规律。此外，还得到了不同含水量时剪力．塑性剪切位移的关系。研究结果表明：随着岩石含水量的增加，塑性剪应变降低，塑性剪切位移降低；含水量越大，则弹性阶段越短，耗散势能越小，外力功越小，断层岩爆释放的弹性能量也越小；岩石的含水量增加，则断层．围岩系统不容易发生失稳。     

岩样单轴拉伸损伤不均匀性分析——— 第二部分：损伤局部化

分析了本构参数对损伤局部化的影响规律。局部损伤变量及局部损伤变量率具有局部化特征。随着流动拉应力降低，局部损伤变量增加。随着降模量增加，局部损伤变量降低。增加弹性模量，局部损伤变量增加。增加降模量或降低弹性模量，局部损伤变量最大值-流动应力的关系趋于平直。降模量及弹性模量对局部损伤变量率的影响取决于流动应力的大小。增加内部长度参数，局部损伤变量梯度及局部损伤变量率梯度降低，内部长度参数不影响局部损伤变量(率)的最大值。降低降模量或增加弹性模量，局部损伤变量率最大值-流动应力的关系趋于平直。     

岩样失稳回跳与直剪试验机-岩样系统失稳回跳关系研究

研究了岩样及直剪试验机-岩样系统的弹性回跳不稳定性。将试验机简化为具有一定高度和剪切模量的钢块，利用梯度塑性理论得到了直剪试验机．岩样系统的剪应力．剪应变的理论关系。当不考虑钢块的高度时，这一关系便蜕化为岩样的剪应力-平均剪应变的理论关系。如果试验机-岩样系统回跳，那么岩样可能失稳回跳，也可能不失稳回跳；当钢块高度及剪切模量比值越大，试验机-岩样系统越容易发生失稳回跳。当这一比值较大时，纵然岩样不回跳，系统也会回跳：当这一比值较小时，只有当岩样回跳，系统才会回跳；当系统不回跳时，试样必不回跳。试样回跳，必然导致系统回跳：如果试样不回跳，则系统可能回跳，也可能不回跳。理论结果可解释若干常见的实验现象。     

基于局部位移场最小二乘拟合数字图像相关方法的剪切带应变测量

采用局部位移场最小二乘拟合数字图像相关方法测量了虚拟剪切带的应变,并将测量结果与中心差分方法的结果和理论解进行了对比,主要研究了计算窗口尺寸和子区尺寸的影响。研究发现:当子区尺寸较小且应变计算窗口尺寸较大时,局部位移场最小二乘拟合数字图像相关方法的测量结果接近于理论解;对于测量单轴压缩条件下低液限黏土试样破坏过程中的应变场,局部位移场最小二乘拟合方法的测量结果比中心差分方法测量结果更准确,有助于对剪切带应变的准确测量。     

水力喷砂割缝设备微型流量控制阀的特性计算

利用流体力学有关原理、导出阿基米德螺线槽流量特性方程,为水力喷砂割缝设备微型流量控制阀的设计、制造、实验、应用提供了初步理论依据。     

岩石试件尺寸效应的塑性剪切应变梯度模型

利用剪切应变梯度塑性理论 ,假设剪切带内部的岩石为剪切破坏 ,建立了单轴受压岩石试件尺寸效应的塑性剪切应变梯度模型 ,并模拟了剪切带倾角、参数k1和k2 对单轴受压岩石试件软化段应力 -应变关系的影响规律。局部化是尺寸效应的原因。     

缺陷数目对岩样声发射及应变能降低的影响

利用拉格朗日元法(FLAc)模拟了单轴平面应变压缩条件下缺陷数目对含初始随机材料缺陷岩石试样声发射及弹性应变能降低的影响.比密实岩石弱的缺陷在破坏之后经历理想塑性行为.密实岩石在破坏之后先是经历线性应变软化行为,然后是理想塑性行为.随着缺陷数目的增加,每10个时间步内弹性应变能降低量(弹性应变能降低率)的峰值有下降的趋势.峰后的应力一应变曲线越陡峭,弹性应变能降低率的峰值越高.弹性应变能降低率的峰值发生于应变软化阶段.随着缺陷数目的增加,弹性应变能降低总量有降低的趋势.密实岩石的破坏使弹性应变能降低总量快速增加,随着施加应变的增加,其增加速度变缓.含缺陷试样可以较好地模拟岩石类材料的真实破坏过程,均质试样(不包含任何缺陷)则不然.     

一种连续-非连续方法验证及矩形隧道围岩垮塌模拟

提出了一种适于模拟岩石材料变形、开裂、接触、摩擦及转动的连续-非连续方法。该方法借鉴了拉格朗日元法、变形体离散元法及虚拟裂缝模型的有关原理。首先,针对弹性滑块沿固定斜面下滑及三点弯梁开裂问题进行了模拟,以检验该方法的正确性。然后,针对矩形隧道围岩模型位移控制加载条件下的变形、开裂及垮塌过程进行了模拟。结果表明:位于隧道两帮、顶部和底部的最大主应力低值区(最大主应力值下降区)的形状呈半圆形;随着加载的进行,位于隧道顶、底部的任一个最大主应力低值区被分化成“双耳形”;随后,隧道顶、底部发生开裂,冒落及底鼓发生,隧道两帮也发生开裂;最终,松散的岩块几乎充满了半个隧道,隧道围岩整体垮塌。     

单轴压缩湿砂样局部及整体体积应变的数字图像相关方法观测

确定体积应变局部化区域对于涉及孔隙流体的地质灾害研究具有重要意义。体积应变局部化区域可能比最大剪切应变局部化区域更接近于孕灾地点。在单轴压缩位移控制加载条件下,测试了3个湿砂样（含水率为12.7%~17.1%）的应力-纵向应变曲线,在微裂纹出现之前及稍后,利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关（DIC）方法计算了砂样的局部体积应变的变化规律。研究发现,在加载过程中,局部体积应变由均匀分布（近似线性阶段）向不均匀分布（硬化阶段）转变,直至出现局部体积应变局部化现象。在剪切带切向上,和最大剪切应变的相对均匀分布相比,局部体积应变的分布具有多峰性,这应与周期性的微裂纹出现有关。在微裂纹出现稍前,剪切带的变形是以膨胀为主,剪切带已较为显著,带内的最大剪切应变和局部体积应变分别比带外多2倍和4倍,但在此前,剪切带的膨胀和收缩现象共存。计算了所有测点所围区域的整体体积应变随纵向应变的演变规律。基于DIC方法的整体体积应变计算方法的优越性在于：具有亚像素精度,考虑了应变二阶量的影响。