岩石断裂过程区孕育规律与声发射特征实验研究

为研究岩石断裂过程区孕育规律及声发射特征,采用直裂缝圆盘砂岩试样在GCTS岩石测试系统上进行劈裂加载试验,借助数字图像相关方法(digital image correlation method,DICM)和声发射(acoustic emission,AE)仪进行实时监测,根据裂尖附近测线水平位移随载荷变化趋势和声发射定位点密集区域量化确定了试样断裂过程区长度;同时,考虑Williams级数展开式高阶项,基于修正的最大切向应力准则,确定了断裂过程区长度的理论值;最后探讨了试样的破坏形态。结果表明:DICM确定的试样断裂过程区长度均值为9.07mm,断裂过程区长度理论均值为5.19mm,其差异源于理论计算无法完全考虑岩石的微观特性及加载方式的影响;断裂过程区孕育程度达到最大时对应的载荷更接近塑性屈服点载荷,其载荷约为峰值载荷的92.19%~95.47%范围;声发射信号能够体现试样裂尖微裂纹随载荷孕育和发展过程,声发射定位点确定的试样断裂过程区长度与DICM有较好的一致性。有助于深入理解岩石断裂过程区的孕育规律。     

围压作用下花岗岩加载过程中波速变化规律试验研究

为获得深部岩石在遭受一定围压并持续受载状态下波速的变化规律,采用GCTS RTX–3000岩石力学试验机对花岗岩进行围压水平分别为40和80 MPa条件下的三轴压缩试验,得到相应的应力–应变曲线以及纵、横波速,结果表明:在围压增加过程中,花岗岩的纵、横波速随围压的增加而增大,呈二次函数关系;纵、横波速在三轴加载过程中均先急剧增加,然后趋于稳定,在开始萌生裂纹到发生破坏的阶段,波速先缓慢降低,之后急剧下降,其中,横波对围压及加载过程的应力状态更敏感;对花岗岩的整个加载过程进行损伤分析,动弹性模量在不同阶段呈现增加、稳定、下降的趋势,动泊松比能够反映岩石的膨胀扩容过程。该研究有助于理解高围压条件下岩石的损伤特征,对深部围岩控制及地震的预测等研究有重要的意义。     

不同尺寸含裂缝岩样动态破坏特征的实验研究

为研究不同尺寸含预制裂缝岩样遭受动态冲击过程中的变形和破坏特征,采用直径分别为50,100,150,200 mm的中心直裂缝巴西圆盘(CSTBD)试件,在压杆直径100 mm的SHPB系统上对试件进行相同速度下的径向动态冲击实验,结合应变片和数字图像相关监测系统(DIC)对圆盘2个平面的应变和位移的变化进行了监测,分析了加载过程中压杆上的波形、圆盘试件两端的应变、裂纹的起裂时间和圆盘表面的位移场等.研究表明:加载过程中试件两端的变形存在差异,预制裂缝前后裂尖起裂时间不一致,且这些差异随着圆盘直径的增大而增大;尺寸较小的试样更容易实现应力平衡,试件尺寸越大,应力平衡性越差.试件的破坏主要由拉应变引起,且预制裂缝的裂尖先于试件端部起裂,试件起裂之前的孕育时间、主裂纹的扩展时间与试件尺寸正相关.