花岗岩高温高压损伤破裂细观机制模拟研究EI北大核心CSCD

为了探究花岗岩高温高压损伤破裂细观机制,使用颗粒流程序(PFC)中的晶粒模型(GBM)单元开展高温作用后花岗岩常规三轴压缩模拟,分析应力-应变曲线、强度特征及破裂模式随围压及温度演化,研究其破裂过程,研究结果表明:GBM模型可以反映晶粒间的嵌锁效应,较好地模拟花岗岩劈裂、三轴压缩过程以及真实的花岗岩拉压比和强度随围压非线性特征,一定程度上克服了圆形颗粒嵌锁力不足的问题。不同围压下试样峰值强度随温度升高总体呈现先基本不变后迅速下降的趋势,450℃为阈值温度。莫尔–库仑准则回归得到的内摩擦角及黏聚力随温度总体呈先增高后降低趋势,且花岗岩强度参数的变化与其受力结构密切相关。当石英发生α-β相变后(573℃),花岗岩内产生大量穿晶裂纹及晶粒边界裂纹。单轴压缩下,试样的破裂特征受到热裂纹控制,峰后呈延性破坏;而高围压下,剪切带穿过晶粒,导致试样峰后产生脆性破坏。     

Mechanical behavior and failure analysis of brittle sandstone specimens containing combined flaws under uniaxial compression

Based on the axial stress-axial strain curves, the effect of fissure angle on the strength and deformation behavior of sandstone specimens containing combined flaws is analyzed. The mechanical parameters of sandstone specimens containing Combined flaws are all lower than that of intact specimen, but the reduction extent is distinctly related to the fissure angle. The results of sandstone specimens containing combined flaws are obtained by the acoustic emission, which can be used to monitor the crack initiation and propagation. The ultimate failure mode and crack coalescence behavior are evaluated for brittle sandstone specimens containing combined flaws. Nine different crack types are identified on the basis of their geometry and crack coalescence mechanism （tensile crack, hole collapse, far-field crack and surface spalling） for combined flaws. The photographic monitoring was also adopted for uniaxial compression test in order to confirm the sequence of crack coalescence in brittle sandstone specimens containing combined flaws, which recorded the real-time crack coalescence process during entire deformation. According to the monitored results, the effect of crack coalescence process on the strength and deformation behavior is investigated based on a detailed analysis for brittle sandstone specimens containing combined flaws by using digital photogrammetry.     

岩石动静态参数间关系的研究

岩石由矿物颗粒组成,内部存在弱面、裂隙等结构,并非线弹性材料,动静态参数之间并没有确定的力学关系.含有大量裂隙的砂岩、煤等软弱岩石,动态模量大于平均模量;大理岩的动态模量大于变形模量,但与平均模量的关系较为复杂;火成岩及其变质岩,动态模量可以小于变形模量.动态泊松比对波速极端敏感,与静态参数没有明确的关系.现场取回岩块已经卸载、脱水,岩样加工也会对材料产生损伤,内部出现张开裂隙,超声波速度降低.如某大理岩矿岩墙端头所测纵波速度的平均值就大于室内岩样纵波速度的最大值,因而以岩体与岩样纵波速度的比值评价岩体完整性将偏于不安全.     

大理岩三轴压缩变形破坏与能量特征研究

利用伺服试验机对大理岩进行了常规三轴压缩试验,基于试验结果,研究了岩样三轴压缩变形破坏及其能量特征。结果表明,低围压时岩样内部材料并未均匀化,岩石表现为应变软化特性;而高围压时岩样内部材料强度由低到高逐渐屈服,变形趋于均匀,岩石出现塑性流动特性。岩石峰值应变与围压成正线性关系;岩石残余强度对围压的敏感性显著高于峰值强度。岩石破坏应变能随着围压的增大而增大,且两者成正线性关系;岩石全部断裂能随着围压的增加亦成正线性增加。     

改进的广义Bingham岩石蠕变模型

基于岩石全自动流变伺服仪上得到的绿片岩三轴流变试验数据，分析蠕变曲线的特征，构造出能够表现岩石衰减蠕变和加速蠕变阶段特征的非线性函数，引入到广义Bingham的蠕变本构方程中，得到一个新的非线性蠕变模型，该模型的材料参数较少。通过绿片岩流变数据对新的非线性蠕变模型的参数进行辩识，得到了蠕变模型的材料参数。对蠕变模型计算结果和试验结果的比较表明，该模型能够很好的描述蠕变曲线中的初始衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段，证明了该模型的正确性和合理性。     

深部软岩巷道围岩稳定控制技术研究及应用

在对某深部矿井典型极软岩巷道矿压显现规律及特点长期现场观测结果分析和室内岩石成分及力学参数测试的基础上,分析并揭示了该矿井典型巷道围岩变形失稳机理。结合现场松动圈测试结果,针对该深部矿井典型极软岩巷道提出了初期采用主动柔性支护对破碎围岩力学性能“固”、中期预留变形量对高应力“卸”、后期采用全断面高强度和高刚度支护对其流变变形强“抗”的刚柔耦合动态加固技术。通过在该矿区集中胶带巷进行工业性试验,验证了该加固技术对深部极软岩巷道大变形具有很好的控制作用。     

具有统计损伤的岩石弹塑性本构模型研究

利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法建立了岩石的弹塑性损伤统计本构模型，在该模型中采用了总体应变与各组成相间应变关系与总体应力与各组成相间应力关系不一样的假设，并用最优化方法确定该模型参数。建立的模型能够反映岩石破坏前应力．应变关系和轴向应变．横向应变关系，与试验结果比较表明该模型是合理的。     

饱和状态下硬岩三轴流变变形与破裂机制研究

利用岩石全自动流变伺服仪对饱和状态下坚硬大理岩和绿片岩进行了三轴压缩流变试验,基于得到的硬岩三轴流变试验结果,研究了硬岩在不同围压作用下的轴向应变以及侧向应变随时间的变化规律,从而为岩石工程流变数值分析时参数的辨识提供了可靠的试验依据。然后研究了硬岩轴向变形与侧向变形之间的关系,探讨了围压与粒径对岩石轴向以及侧向变形特性的影响规律,分析了岩石三轴流变过程中的塑性变形特性,讨论了流变应力水平对岩石侧向-轴向变形特性的影响规律。最后对不同围压作用下岩石流变破裂断口微细观特征进行了分析。     

岩石非线性黏弹塑性流变模型(河海模型)及其应用

通过将作者提出的非线性黏塑性体与五元件线性黏弹性模犁串联，建立一个新的岩石非线性黏弹塑性流变模犁（河海模型），该流变模型可以充分反映岩石的加速流变特性。推导了岩石在恒应力与恒应变情况下的流变方程，从理论上对岩石非线性蠕变和松弛特性进行分析，同时利用在岩石流变倒服仪上扶得的蠕变全程试验曲线，对提出的非线性黏弹塑性流变模型进行充分验证，试验曲线与非线性流变模型的比较，显示了所建流变模型的正确性与合理性。基于提出的岩石非线性黏弹塑性流变模犁，推导该非线性流变模型在三维条件下的中心差分格式，采用FLAC^3D所提供的二次开发程序接口，研制岩石非线性流变数值程序，同时通过一个单轴压缩算例，进一步验证提出的非线性流变模型的正确性与合理性。采用研制的非线性流变数值程序，对锦屏一级水电站坝基岩石工程进行三维流变数值模拟，分析结果为锦屏一级水电站坝基岩石工程的长期稳定与安全性提供了合理建议与评价。     

对“大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验 研究”的讨论

1 引言 笔者于2008年3月份学习了尤明庆教授等[1]在<岩石力学与工程学报>2007年第26卷第12期上发表的 "大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验研究"一文(以下简称"原文"),对其中的一些试验现象及解释存有困惑,不揣浅陋,特提出来向各位同行请教.