不同堆置状态粗粒土剪切强度试验研究

为研究不同堆置条件下排土场粗粒土的力学响应规律, 开展了终排土体固结排水三轴压缩试验和在排土体快剪试验。研究结果表明, 土体固结排水三轴压缩应力-应变曲线呈现先弹性后屈服再弱硬化的规律, 体积-应变曲线有拐点, 低围压时先剪缩后剪胀, 高围压时以剪缩为主。在排土体快剪试验具有峰值强度, 100~400 kPa时, 峰值强度出现在剪切位移20%~30%之间, 且剪应力-位移曲线呈弱化趋势; 600~1 200 kPa时, 峰值强度出现在剪切位移30%~40%, 随剪切位移增加, 土体抗剪强度基本保持恒定或略有增大。不同堆置状态排土体抗剪强度参数取值各不相同。     

考虑剪切效应的金属本构关系模型及其在大型筒节轧制成形中的应用

筒节轧制变形区存在搓轧区,为研究该区域中压剪复合作用对筒节轧制成形的影响,建立了考虑剪切效应的变形抗力数学模型,并分析了剪切效应对筒节轧制力的影响。首先设计了SCS压剪试件和普通圆柱试件,并进行了高温压缩实验,建立了考虑剪切效应的变形抗力数学模型; 然后建立了筒节轧制有限元模型,得到了筒节的有限元轧制力,并与轧制力的理论计算结果、工厂实测结果进行了对比。结果表明,SCS压剪试件能够达到更大的应变程度和更小的应力,考虑剪切效应得到的筒节轧制力更接近工厂实测轧制力,相对误差在8%以内,证明应用考虑剪切效应的变形抗力数学模型能够提高筒节轧制力的计算精度。     

Statistical Modeling of Rock Failure under Biaxial Compression. Part I: Shear Crack Interaction

The shapes and dimensions are determined for the regions of tensile stress concentration under the interaction of two shear cracks in the biaxial compression field. The statistical model for shear microcrack accumulation and main rupture formation is developed. The influence exerted by microcrack orientation and ratio of principal stresses on the direction of main rupture propagation is studied.     

相交双裂隙岩石损伤断裂特征

为了探求相交双裂隙岩石损伤断裂特征,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统对不同角度的单裂隙、中点相交的等长双裂隙岩石在单轴压缩、单轴拉伸作用下的破坏过程进行数值模拟.结果表明:双裂隙试件除共轭裂隙之外,在压缩条件下首先在高角度裂隙两端产生扩展裂隙,拉伸作用下试件的断裂方向由低角度裂隙决定;当试件中的裂隙角为60°和75...     

岩石剪切带单轴压缩应变软化影响因素研究

岩石属于准脆性材料,在单轴压缩的条件下的应力先是随着应变的增加而增加,当应力达到最大值时,应力开始下降,试件呈现应变软化行为。为研究岩石试件单轴压缩时应力-应变软化段的影响因素,基于位移法得到岩石试件单轴压缩时应力-应变曲线软化段的斜率的解析式,并利用FLAC2D软件针对不同剪切带与主应力的方向的夹角α和不同高宽比的岩石试件进行单轴加载数值模拟结果分析并对解析式进行结果验证。     

Effect of confining pressure on deformation and failure of rock at higher strain rate

Influence of confining pressure from 0 to 28 MPa, which acts on the two lateral edges of rock specimen in plane strain compression, on the shear failure processes and patterns as well as on the macroscopically mechanical responses were numerically modeled by use of FLAC. A material imperfection with lower strength in comparison with the intact rock, which is close to the lower-left corner of the specimen, was prescribed. In elastic stage, the adopted constitutive relation of rock was linear elastic; in strain-softening stage, a composite Mohr-Coulomb criterion with tension cut-off and a post-peak linear constitutive relation were adopted. The numerical results show that with an increase of confining pressure the peak strength of axial stress-axial strain curve and the corresponding axial strain linearly increase; the residual strength and the stress drop from the peak strength to the residual strength increase; the failure modes of rock transform form the multiple shear bands close to the loading end of the specimen （confining pressure=0-0.1 MPa）, to the conjugate shear bands （0.5-2.0 MPa）, and then to the single shear band （4-28 MPa）. Once the tip of the band reaches the loading end of the specimen, the direction of the band changes so that the reflection of the band occurs. At higher confining pressure, the new-formed shear band does not intersect the imperfection, bringing extreme difficulties in prediction of the failure of rock structure, such as rock burst. The present results enhance the understanding of the shear failure processes and patterns of rock specimen in higher confining pressure and higher loading strain rate.     

页岩起裂应力和裂纹损伤应力的试验及理论

为研究页岩在破坏过程中的起裂机制,对具有不同层理倾角的页岩岩样进行了不同围压下的常规三轴压缩实验,基于裂纹体积应变拐点和岩样体积应变拐点分别确定了页岩的起裂应力和裂纹损伤应力。试验结果表明,在相同围压下,层理倾角对页岩岩样的起裂应力大小影响很小,但对裂纹损伤应力的影响较大,这最终导致了页岩破坏模式和破坏强度对层理倾角的依赖性;当层理倾角相同时,随着围压增大,页岩起裂应力与峰值应力的比值变化逐渐增大,而裂纹损伤应力与峰值应力的比值变化很小,说明在层理倾角相同的条件下围压对页岩中裂纹的起裂有显著的影响,而对裂纹的非稳定扩展影响较小;基于断裂力学的压剪裂纹模型解释了页岩的起裂机制,并利用试验数据验证了该模型的合理性;利用该模型预测页岩中含有裂纹的平均长度约为0.985 mm,与现有文献中的结果较吻合;同时该模型的计算结果表明当页岩中的压剪裂纹长度超过3 mm时,裂纹长度对页岩起裂应力的影响不显著。     

粉质粘土变形特性的渗流固结和直剪试验研究

为满足工程建设的需要,对某市高新区表土层进行了渗流固结和直剪试验研究.试验测定了土体的基本物理性质指标并命名为粉质粘土;在一维固结渗流试验中测定得出土体的压缩系数为0.38 MPa～、压缩指数为0.28,确定土体为中性压缩性土;得到了土体在各级压力下的变形曲线和竖向应变;在直剪试验中测定了土体在不同竖向压应力下的抗剪强...     

Determination of the ultimate tensile strength of rocks by the unaixial compression test data

Based on the hypothesized material-independent relationship of the normal and shear stresses on the plane of shear, the authors have plotted an envelope of Mohr’s circles, that represents a rock strength condition in the compression stress domain. The relation of the maximal principal stresses extends to the tension domain as a hyperbola, and its parameters can be obtained only in the non-uniform triaxial compression tests. The hyperbolic equation derived provides, in particular, the ultimate tensile strength of rocks. __________ Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 3, pp. 40–45, May–June, 2009.     

局部变形量测的平面应变仪及其对粘性土的试验研究

对上海两层主要粘性土层的原状土样在研制的平面应变仪上进行固结不排水平面应变压缩试验 ,量测土样的局部变形 ,研究局部化应变的发展规律 ,为研究土体剪切带的形成提供有益的试验资料。     

上海褐黄色粉质粘土各向异性的试验研究

根据对上海褐黄色粉质粘土进行的一系列直剪和固结试验结果 ,分析了其强度参数、压缩系数和不同取土面的相互关系 ,得出土的固有结构对其性状有很大影响的结论。     

高突出倾向性煤的力学性质试验及研究

为了研究高突出倾向性煤的性质,通过YAW-3000全自动压力试验机和YAD-2000型微机控制电液伺服岩石压力试验机分别对高突出倾向性煤样进行了巴西劈裂试验、单轴抗压试验和角模压剪试验,得到了高突出倾向性煤的有关力学性质和参数。     

Analyses of axial,lateral and circumferential deformations of rock specimen in triaxial compression

The axial, lateral and circumferential strains were analyzed for a rock specimen subjected to shear failure in the form of a shear band bisecting the specimen in triaxial compression. Plastic deformation of the specimen stemmed from shear strain localization initiated at the peak shear stress. Beyond the onset of strain localization, the axial, lateral and circumferential strains were decomposed into two parts, respectively. One is the elastic strain described by general Hooke’s law. The other is attributable to the plastic shear slips along shear band with a certain thickness dependent on the internal length of rock. The post-peak circumferential strain-axial strain curve of longer specimen is steeper than that of shorter specimen, as is consistent with the previous experiments. In elastic stage, the circumferential strain-axial strain curve exhibits nonlinear characteristic, as is in agreement with the previous experiment since confining pressure is loaded progressively until a certain value is reached. When the confining pressure is loaded completely, the circumferential strain-axial strain curve is linear in elastic and strain-softening stages. The predicted circumferential strain-axial strain curve in elastic and strain-softening stages agrees with the previous experiment. Supported by National Natural Science Foundation of China(50309004)     

法向应力对岩石剪切裂纹演化与贯通机理的影响

利用自主研发的煤岩剪切细观试验装置,以砂岩为研究对象,开展了不同法向应力条件下的岩石剪切细观开裂演化与贯通机理试验研究,分析了砂岩剪切细观开裂演化过程及细观贯通机理,探讨了法向应力对细观开裂和细观裂纹形态特征的影响。研究结果表明:随着法向应力的增加,峰后残余强度呈增加趋势,试件表面起裂裂纹的长度在减小,施加法向应力后裂纹开裂时间均发生在峰前阶段;中部裂纹形成和贯通过程中出现的岩桥,在摩擦滑移的过程中发生不断的偏转,导致脱落,形成局部剥离;端部贯通裂纹形成后,由于法向应力的限制及端部应力集中,出现端部次级裂纹,并与原有的贯通裂纹连通,形成分叉,引起端部局部剥离;法向应力的作用,使得贯通裂纹周边颗粒间产生许多微裂纹,加剧了剪切裂纹左右侧壁的损伤范围;随着法向应力的增大,砂岩剪切过程中出现的宏观间断裂纹的数目呈逐渐增加规律,间断裂纹的长度呈减小趋势,次级裂纹数目和裂纹发育带范围均呈增加趋势。     

基于颗粒离散元法的锚固节理剪切行为宏细观研究

为了研究锚固节理岩体的破坏特点及锚固机理,基于颗粒离散元法利用修正的锚杆双线性本构模型对有锚和无锚节理面在不同边界条件下进行了宏观研究,并对锚固节理试件内部颗粒之间接触力和颗粒旋转弧度等的演化过程进行了细观研究。研究结果表明:1压剪作用下锚固节理块体中处于拉伸状态的锚杆对节理面施加了一个附加的法向应力,从而提高了节理面的黏聚力;随着法向应力的增加,锚杆对节理面峰值剪切强度的贡献越来越小,在宏观上揭示了加锚节理岩体的锚固机理。2压剪荷载和边界位移约束共同作用下,锚固节理试件内部颗粒间接触力和颗粒自身位置不断演化并重新分布,在锚杆周围以及节理面凸起处产生较高的接触压力并在锚杆与节理面交叉处发生较大的颗粒旋转弧度,进而导致压致拉裂纹的产生以及颗粒旋转导致的剪切裂纹的萌生,从细观层面揭示了锚固节理岩体的破坏特点。     

基于颗粒流的砂岩三轴破裂演化宏-细观机理

以重庆地区砂岩的三轴压缩试验应力-应变曲线为基准,完成了二维颗粒流PFC2d数值砂岩试样的细观参数标定。针对0.5~20 MPa围压下数值砂岩在双轴试验中的宏观力学响应,从试样内部位移、3种类型裂纹(总裂纹、拉裂纹和剪裂纹)的数目演化和角度分布等细观层面进行了解释。研究结果表明：PFC2d数值试样能代表物理砂岩的主要宏观力学特性;试验过程中,试样内3种裂纹数目均呈“S”型累积,其突变点与宏观应力-应变曲线的弹、塑和破坏特征点对应;随着围压增大,由试验过程中剪裂纹始终占主导逐渐变为拉裂纹始终占主导,拉裂纹的占比逐渐增大;对于整个试样和破裂带,破裂带内拉裂纹的占比始终高于整个试样;总裂纹和剪裂纹角度分布的主方向明显,与加载方向相同;拉裂纹的角度分布较为均匀,在加载方向、破裂面及共轭破裂面方向的集中度相对明显。     

高应力下花岗岩抗剪强度参数特征试验研究

为促进深部矿产资源的安全高效开采,基于取自程潮铁矿西区-395m水平的主要围岩花岗岩的试件,通过伺服试验系统开展高应力下的常规三轴压缩强度试验,研究花岗岩的破坏、强度和参数特征。研究结果表明:1)随着围压的增加,花岗岩的破坏形式由剪切破坏逐渐向剪切劈裂复合型破坏转变,破坏形态由单一破坏断面逐渐转变为多破坏断面,破坏断裂角逐渐减小。2)花岗岩的三轴强度和抗剪强度与围压的关系在低围压下基本均呈线性,在高围压下则均呈上凸的非线性。3)花岗岩抗剪强度参数具有明显的围压效应特征,具体表现为凝聚力和内摩擦角随着围压的增加分别呈逐渐增大和减小的趋势。结合Hoek-Brown准则对瞬态抗剪强度参数的确定进行了初探,结果表明参数推导值的变化趋势符合参数试验规律,但推导值与试验值存在一定的差异,说明Hoek-Brown准则在表征高应力下岩石三轴强度的非线性上仍存在局限,有待进一步研究。     

节理峰前剪切刚度软化模型及其影响因素分析

节理峰前剪切应力-位移曲线是研究节理剪切行为的重要内容。然而目前对于节理峰前剪切行为大多以线性描述,不能较好的描述非线性的特点。对于非线性的描述也仅仅是唯象描述剪切应力-位移曲线,未能反映影响模型的参数物理意义及影响因素。以峰前节理刚度软化行为为出发点,采用归一化的思想将节理剪切刚度与位移无量纲化,用双曲线函数表示出剪切刚度与位移之间的关系。提出了考虑刚度软化的峰前剪切本构关系,通过与试验结果对比验证了本构关系的合理性。影响该模型最重要的两个因素是初始剪切刚度与峰值剪切位移。以Greenwood和Williamson模型为基础在细观上探讨了初始剪切刚度的影响因素;抓住法向应力与节理粗糙度主要因素,探讨了影响峰值剪切位移的影响因素。对模型参数的研究有助于进一步阐明节理峰前剪切机理。     

粗粒含量对排土场堆石体剪切变形和强度的影响研究

为探讨粗粒含量对堆石体剪切特性的影响, 采用室内中型直剪仪, 对不同组构试样开展了剪切试验。研究表明, 粗粒料剪切过程中没有明显的峰值强度, 且应力应变关系表征为应变硬化型。相同正应力条件下, 试样剪切应变达到1/100时的剪切模量随粗粒含量增加而增大, 试样在破坏时的剪切模量随着粗粒含量增加呈先增大后减小的趋势, 且粗粒含量为70%时试样剪切破坏模量达到最大值。粗粒料内摩擦角与粗粒含量之间存在指数关系, 相关系数为0.912 6, 摩擦角随粗粒含量增加而增大; 粘聚力与粗粒含量间的规律性尚不明显。     

岩石蠕变及剪切特征分析

在室内实验的基础上,探讨了岩石的剪切性能与位移速率的关系.分析了节理面上岩石凸起部分剪切过程中的"似蠕变"现象.