岩石II型裂纹初裂及后继破坏机理研究

计算了多种四点剪切Ⅱ型裂纹试件的全场应力，并同时进行了实验研究。通过对这些试件的计算结果与实验结果的比较分析，较好地揭示了这些Ⅱ型裂纹试件初裂、后继破坏以及“剪切核”的形成机理，避免了目前仅用Ⅱ型裂纹奇异应力场给分析带来的误差及局限。     

基于能量耗散与释放原理的岩石强度与整体破坏准则

讨论了岩石变形破坏过程中能量耗散、能量释放与岩石强度和整体破坏的内在联系。指出岩石变形破坏是能量耗散与能量释放的综合结果。能量耗散使岩石产生损伤,并导致岩性劣化和强度丧失;能量释放则是引发岩石整体突然破坏的内在原因。定义了单元耗散能、可释放应变能、强度丧失和整体破坏的概念。给出了基于能量耗散的强度丧失准则和基于可释放应变能的整体破坏准则,分析了各种应力状态下岩石单元整体破坏的临界应力。并应用上述准则讨论了隧洞围岩发生整体破坏的临界条件。     

III型裂纹断裂韧性测试及数值分析

设计测试岩石III型断裂韧性的试件及装置，测得比较稳定的花岗岩及大理石的III型断裂韧度。同时，也实测铸铁和低碳钢的III型断裂韧性，并对两类材料测试结果进行比较。通过断裂力学及有限元技术对试件III型裂纹应力场进行分析，得出裂纹尖端应力场第一主应力与剪应力的比值 随裂纹深度d 的变化关系。从而揭示随裂纹深度d的增加，III型裂纹破裂面将由螺旋面向直剪面变化的原因。     

节理岩体强度的分形统计分析

岩体中存在大量节理、裂隙，导致岩体力学性能弱化。基于岩体节理断裂扩展和剪切滑移2种失稳破坏机制，运用分形和统计断裂力学方法探讨了2种破坏方式下节理岩体的统计强度。结果表明，岩体强度与岩体中节理分布的分形维数密切相关，分形维数增大导致岩体强度非线性降低。     

岩石可释放应变能及耗散能的实验研究

地下岩石结构的变形破坏是能量耗散与能量释放的综合结果.岩石结构内部储藏的可释放应变能和己耗散能的计算,涉及到在当时工况下岩石的卸荷弹性模量和泊松比,并与加载速度与载荷水平有关.该文在不同加载速度及不同载荷水平下,对岩石试件进行了单压加卸载实验,得到了卸荷弹性模量与泊松比、可释放应变能与耗散能的变化规律;进行了SHPB动...     

静动态加载下岩石结构破坏时的能量分析

设计了岩石孔洞结构试件，对其分别进行静态加载和动态冲击实验，对试件的破坏模式进行理论上的预估计，观察了破坏现象的差异.分别实测了结构的输入能与储存的可释放应变能，利用表面能的概念分析并计算了破坏过程中的耗散能；通过能量守恒原理对破碎后岩石颗粒的飞溅速度进行了初步估计，理论估计值与实验中通过高速摄像机所捕捉到的速度值基本吻合.     

基于球壳模型的地壳应力与深度关系研究

随着矿产资源的开发逐步进入地壳深部,对深部地应力场的变化趋势的探究愈发重要。近些年的研究更新了许多地应力数据,有必要基于最新数据对现有估算方法做出改进。本文根据弹性力学基本理论和球壳模型,研究随深度变化的万有引力体积力和内压的作用,得到宏观的应力分布理论公式;引用广泛分布的实测数据,对理论公式中的地壳物理参数进行拟合,得出垂直地应力和平均水平地应力随深度变化的拟合公式。结果表明:在地球的宏观尺度上,地壳应力随深度的分布不再是线性关系,但在当前人类活动范围内,地应力均值随深度基本呈线性变化,与金尼克假说在γ=22 kN/m3、λ=0.9时的结果最为接近;随着深度增加,平均侧应力系数逐渐趋近于1,比Brown和Hoek提出的包络线更接近实测数据;地壳内部的高压会引起水平拉应力,但自重引起的压应力更高,使得整个地壳内的垂直地应力和水平地应力都为压应力。研究结果可为地壳应力分布趋势的预测特别是深部区域的预测提供参考。     

类岩材料多裂纹体断裂破坏试验及有限元分析

在伺服控制双轴加载系统下对预制的不同角度多裂纹水泥试件进行了单轴和双轴加重试验,其中的双轴加载采用两种不同的侧压。另外借助有限元计算得出了试件的全场应力,进而计算出试件中裂纹尖端的应力强度因子。试验和计算结果都表明,不同的裂纹角度对试件的断裂破坏强度有明显的影响,并对其原因进行了研究,所得结论可为地下工程中存在多裂纹的情况提供和工程应用依据。     

岩桥贯通机理的断裂力学分析

多裂纹间的岩桥贯通破坏是导致岩体失稳的重要原因之一。在裂纹分布已知的条件下,预知裂纹相互贯通的模式、机理及相应的外载条件,是预测和制止这类岩体失稳的前提。利用断裂力学中的裂纹尖端应力和应变场的极值分布情况,可以从根本上解决这一问题。当岩桥周围2条裂纹尖端拉应力、拉应变及剪应力极值方向能基本对应起来时,必然会导致2条裂纹的贯通,从而导致岩桥的贯通失稳。因此,这2个极值的性质决定了贯通破坏的性质。     

复合型多裂纹体初始断裂破坏分析

将最大周向应变断裂判据用于多裂纹体的压剪复合初始断裂破坏分析,结合有限元数值计算,发现此理论预测的初始开裂角及初始开裂载荷与试验值及有限元计算值吻合较好。同时对多裂纹体与单裂纹体断裂破坏区的区别作了一定的分析。