岩石节理表面三维形貌特征的分形分析

 利用高精度三维表面形貌测试仪Talysurf CLI 2000对节理试件表面进行扫描,将表面粗糙形状进行数值化表达并实现节理面的三维可视化。在此基础上,运用分形几何理论对节理表面三维形貌特征进行分析,得出节理剖面线的分形维数与JRC之间的函数表达式。以单个节理面为研究对象,探究节理表面分形维数与剖面线分形维数以及JRC之间的关系,这对分形几何理论在节理表面形态研究中的深入应用有重要意义。     

单压下有序多裂隙脆性材料破坏机制及其简化模型

采用试件养护前期拔出预埋插片形成预制裂隙的方法制作多裂隙脆性材料试件,并在伺服控制单轴加载系统上对其进行加载试验。基于单压下脆性材料局部破损的应变软化机理建立裂隙体数值模型,对比试验与数值计算结果分析有序多裂隙脆性材料破坏机制及其影响因素。结果表明:除裂隙倾角及其几何排布外,裂隙在试件中的相对分布位置也影响裂隙体的破坏特征,且影响程度与裂隙面上有效剪切力大小有关,有效剪切力越大,则影响越显著。试验与数值计算结果显示:多裂隙试件中存在一组优势破坏面,与和裂隙走向相一致的试件斜对角线重合,裂隙分布在优势破坏面上或附近时,其尖端发育微裂纹的机率大于远离优势破坏面位置裂隙。结合有序多裂隙试件破坏特征及数值模型单元屈服状态,提出2种近置裂隙尖端裂纹发育简化模型,并结合本试验结果验证了简化模型的可行性。     

加载速率影响的含裂隙类岩石材料破断试验与数值模拟

为了探索加载速率对裂隙岩体强度规律及变形特征的影响,分析加载速率与裂隙倾角复合因素影响下裂隙岩体破断响应规律,室内制备含不同倾角裂隙类岩石试件,基于RMT–150B对其进行不同加载速率下的单轴压缩试验,结果表明:在静态加载条件下,裂隙体峰值强度对应应变值与加载速率呈负相关性;相同裂隙倾角下,裂隙体峰值强度呈现出随加载速率的增加而非线性增大的规律;相同加载速率下,裂隙体峰值强度受控于裂隙倾角,在裂隙倾角为15°时出现最小值;裂隙体弹性模量同时受裂隙倾角和加载速率的影响,并随裂隙倾角的增大而近似线性增大,随加载速率的增加而非线性增大,并趋近于一个常数。为弥补室内试验测试技术在反映裂隙体微观形态上的不足,运用PFC2D数值计算平台,基于平直节理接触单元构建裂隙体数值分析模型,设定与室内试验测试环境相同的边界条件,对比完整试件变形破坏特征数据,标定数值模型细观力学参数;数值模拟试验发现:裂隙体峰值强度与裂隙倾角及加载速率之间的关系与室内试验测试结果相吻合;同时获得数值模拟试验过程中的裂隙尖端应力响应规律,发现15°时裂隙尖端应力集中现象最显著。     

单压下多裂隙类岩材料的破坏特征及其影响因素(英文)

在伺服控制单轴加载试验机上,对采用养护前期拔出预埋金属插片方式制作的闭合多裂隙类岩试件进行压缩实验,研究裂隙倾角及裂隙分布密度对裂隙体破坏特征的影响机制。结果表明:裂隙倾角是影响裂隙体破坏模式的主要因素,受裂隙倾角的影响,裂隙尖端微裂纹呈现出不同的发育形态;而裂隙分布密度对裂隙体破坏模式的影响是通过影响裂隙贯通方式实现的。滑动裂纹模型表明:裂隙面上的有效剪力是裂隙面相对错动的驱动力,它是裂隙倾角与裂隙面摩擦因数的函数,这与实验所得结论相吻合。基于相同实验条件下类岩石材料的力学参数,建立了裂隙体的应变软化模型,并对实验结果的可靠性进行了验证。     

岩石在饱和状态下的抗剪强度参数变化研究

基于自然状态和饱和状态下不同种类岩石试件的室内压剪实验,对2种状态下岩石抗剪强度参数(c,Φ)的变化情况进行比较分析.引入抗剪弱化系数η(ηc,ηΦ)以定量地描述参数变化幅度,并将其定义为2种状态下参数差值与自然状态下参数值的比值.实验结果表明:饱和状态下不同种类岩石的抗剪强度参数较自然状态下会有明显但程度不同的降低;ηc的值分布在0.1～0.4之间,ηΦ的值分布在0.2以内,且自然状态下岩石抗剪强度参数越大,η越小,反之亦然,并通过回归分析得出ηc与c,ηΦ与Φ的之间的函数关系,这对岩体工程设计有重要的实际意义.     

改进的岩石非线性黏弹塑性蠕变模型及其硬化黏滞系数的修正

基于蠕变过程中的硬化-损伤机制，在对江西东乡铜矿砂质页岩单轴循环加卸载蠕变试验数据分析过程中，提出硬化-损伤效应的时效机制，并基于此对高应力条件下衰减蠕变阶段的黏滞系数(硬化黏滞系数)进行修正；结合定常蠕变阶段的损伤蠕变机制，提出高应力条件下岩石损伤效应的累积-扩散机理，并据此引入以累积损伤蠕变量为判定准则的加速蠕变触发模型(非线性蠕变体)描述岩石的不稳定蠕变特征。在此基础上，引入瞬时塑性元件，与虎克体和黏弹塑性体串联，建立了一个能够完整描述岩石蠕变全过程的非线性黏弹塑性蠕变模型。试验曲线与模型曲线较吻合，说明对高应力下硬化黏滞系数修正的必要性，改进非线性蠕变体的正确性与合理性。     

张开度影响的裂隙体破断机制探讨

预制裂隙闭合形态是影响裂隙体模型破坏模式及破断机制的重要因素。为了系统探索裂隙闭合形态对裂隙体试件破断机理的影响,基于插片法用水泥砂浆材料制备了具有4种不同张开度的裂隙体试件,在RMT-150B试验机上开展了单轴加载试验,发现:裂隙体张开度为0.1 mm时,不同倾角裂隙体峰值强度变化规律与滑动裂纹模型理论(μ=0)揭示规律相吻合;张开度为0.2,0.4,0.8mm时,不同倾角裂隙体峰值强度变化规律与滑动裂纹模型理论预测规律不一致。为探索压缩条件下张开裂隙模型的破断力学机制,基于弹性力学椭圆孔渐进应力场环境,结合应力叠加原理,分析了渐进应力场中法向压应力和横向压应力对孔口应力集中现象的贡献,给出了任意倾角椭圆型裂纹孔口环向集中应力的表达式,然后对试验过程中水平展布预制裂隙微裂纹发育特征与破断屈服过程的力学机理进行了分析和讨论;并基于线弹性断裂力学理论,讨论了渐进应力场中剪应力对尖端微裂纹发育的力学作用机理。     

下向进路人工假顶失稳机理研究

基于薄"板"和简支"梁"理论对下向进路人工假顶失稳机理进行了研究,综合考虑了进路布置方式、底筋作用、微裂隙发展等因素.分析了薄"板"模型适用于上下进路平行相错布置情况,易发生贯穿整个进路顶板的失稳冒落,甚至发生悬臂"梁"状态的折断;简支"梁"模型适用于上下进路斜交(或垂直)情况,人工假顶不会发生连环破坏,但采用吊筋对人工假顶稳定性影响不大,真正起作用的是底筋网.对下向进路胶结充填采矿法生产的矿山具有很好的指导作用.