Research of dynamic mechanical performance of cement rock

Daqing Oilfield is a continental oil-deposit of heter-ogeneous sandstone layer and many sheets of oil. In themiddle and late period of development, oil sheet thatcan’t be exploited before should be done with advancedtechnology to ensure consecutive high …     

水泥石动态断裂韧性的实验研究

随着大庆油田内部挖潜,开发薄油层,对固井质量提出了更高的要求,水泥石是“先天”带有大量微裂纹和缺陷的脆性材料。为了减轻射流侵彻对水泥环的破坏,改善界面的密封胶结性能,必须对现有的水泥石进行改性研究。根据超混复合材料的原理,我们在水泥石的配比中增加几种填料,通过填料影响改变水泥石的动态断裂韧性。将水泥石制成短棒试件,用分段式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆对几种改性配方的水泥石的动态断裂韧性进行实验测定,给出     

岩石材料动态断裂韧性的实验研究

为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性。对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性。处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的;花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大。     

脉冲载荷影响岩石动态断裂韧性的有限元分析

依据岩石材料的力学性质以及中心裂纹圆盘试件在脆性材料断裂韧度测试方面的优越性,提出了在霍布金森压杆上使用中心裂纹圃盘试件来测试岩石动态断裂韧度的试验方法。利用有限元分析软件,通过对该试验系统的纯Ⅰ型加载情况下的三维动力学有限元计算,系统的分析了加载脉冲上升沿对岩石类材料动态断裂韧度测试的影响。通过比较中心裂纹圆盘试件动态应力强度因子的近场解和远场解,依据有限元分析结果确定动载荷脉冲上升沿时间对岩石动态应力强度因子的影响,从而选择合理的时间值。     

玻璃纤维提高水泥浆液强度及对锚杆承载性能的影响

对于锚固工程,往水泥浆液中掺入少量的玻璃纤维（掺入量为水泥质量的0．07％～0．15％）,可明显提高水泥浆结石体抗压强度,提高与锚孔孔壁的粘结抗剪强度,提高结石体的抗冲击韧性和抗裂能力,一般能比普通水泥浆液提高20％以上;同时,改善锚杆受力环境和锚固段粘结应力的分布形态,增强锚固体的极限承载力,有效加强对锚杆的保护和减少预应力的损失。     

Microscopic characteristics of different fracture modes of brittle rock

Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｒｅ ｖｅａｌｓｔｈａｔｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｏｎｒｏｃｋｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎ ｉｃｓｈａｓｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｅｄｏｎＭｏｄｅⅠｆｒａｃｔｕｒｅ (ｏｐｅｎ ｉｎｇｍｏｄｅ) ,ｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒ,ｏｎＭｏｄｅⅠｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇ[1 2 ] .Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｐｒｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇｃｒａｃｋｓｉｎｒｏｃｋｍａｔｅｒｉａｌｓｏｒｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｉｅｓｉｎｒｏｃｋｍａｓｓｅｓａｒｅｓｅ…     

冻融循环作用下危岩体稳定性劣化机制及敏感参数分析

寒区危岩体常因温度起伏而受到冻融循环作用,使其力学性能劣化;而危岩体失稳破坏的实质是主控结构面的起裂和扩展问题,建立考虑断裂韧度劣化的危岩体稳定性分析方法能为寒区危岩体工程的长期稳定性评价提供理论依据.首先,根据断裂力学及冰冻结分离压力理论,考虑冻融循环作用对岩石Ⅰ型断裂韧度的劣化和结构面冻胀力,构建冻融循环作用下危岩...     

弯曲加卸载下杂质盐岩断裂力学行为特征研究

为研究弯曲荷载下杂质盐岩断裂力学行为及损伤演化规律,利用四川大学MTS815岩石力学测试设备及三维声发射监测系统,展开了纯盐岩、含杂卤石盐岩及杂质盐岩三点弯曲加卸载试验。试验结果表明：(1)杂卤石及泥质胶结提升了盐岩的韧性,纯盐岩的断裂韧度均值KIC=6.36MPa.mm^-0.5,杂卤石盐岩的断裂韧度较纯盐岩高43.08%,杂质盐岩的断裂韧度为纯盐岩的3.18倍;(2)杂质导致盐岩脆性提高,纯盐岩声发射事件覆盖区域大于杂卤石盐岩及杂质盐岩;三点弯曲加卸载下岩石内部声发射事件由切槽尖端逐渐向荷载点扩散,直至岩石完全断裂;(3)盐岩损伤程度随循环次数增长逐渐提高,但增长速度逐渐降低,损伤变量与切槽张开度符合指数函数关系,损伤变量-张开度曲线拐点对于研究岩石失稳倾向性具有一定的预测效果;(4)声发射参数rc值能够反映盐岩弯曲加卸载破坏全过程中主裂纹与微裂纹的发展趋势,峰后残余阶段纯盐岩及杂卤石盐岩rc曲线持续上升,微裂隙稳定发展;杂质盐岩表现出更强的脆性,其在峰后残余阶段rc曲线表现出与纯盐岩及杂卤石盐岩相反的变化趋势。     

Experimental and theoretical study of static-dynamic mixed mode brittle fracture of rock

Ｖａｒｉｏｕｓｍｏｄｅ－Ⅰｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｌｉｎｅａｒｅｌａｓｔｉｃｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｃｏｎｓｔａｎｔｓ．Ｔｏａｎａｌｙｓｅ...     

Effect of specimen thickness on Mode II fracture toughness of rock

Anti-symmetric four-point bending specimens with different thickness, without and with guiding grooves, were used to conduct Mode II fracture test and study the effect of specimen thickness on Mode II fracture toughness of rock. Numerical calculations show that the occurrence of Mode II fracture in the specimens without guiding grooves (when the inner and outer loading points are moved close to the notch plane) and with guiding grooves is attributed to a favorable stress condition created for Mode II fracture, i.e. tensile stress at the notch tip is depressed to be lower than the tensile strength or to be compressive stress, and the ratio of shear stress to tensile stress at notch tip is very high. The measured value of Mode II fracture toughness K _{II C} decreases with the increase of the specimen thickness or the net thickness of specimen. This is because a thick specimen promotes a plane strain state and thus results in a relatively small fracture toughness. Foundation item: The National Natural Science Foundation of China (No: 49672164) Biography of the first author: RAO Qiu-hua, doctor of engineering, born in 1965, majoring in rock fracture mechanics.     

岩石动态断裂韧度温度相关性的实验研究

利用CCCD—SHPB（CentralCrackedCircularDisk—SplitHopkinsonPressureBar）试验系统对花岗岩试件实施同一加载速率、不同温度下的纯I加载试验,进而研究环境温度对岩石类材料动态断裂性能的影响。实验过程中控制加载脉冲,使得测试试件的加载速率基本一致,测得不同温度下试件两端平均栽荷P随时间的变化关系,将最大P-max心裂纹圆盘应力强度因子墨公式,获得不同温度下中心裂纹巴西圆盘岩石试件的动态断裂韧度蜀。。测试结果表明,温度处于10—100℃时,花岗岩动态断裂韧度K-Id温度的升高逐步下降,近似呈线性关系。     

Influence of confining stress on fracture characteristics and cutting efficiency of TBM cutters conducted on soft and hard rock

Combined with numerical simulation, the influence of confining stress on cutting process, fracture conditions and cutting efficiencies of soft and hard rock has been conducted on the triaxial testing machine(TRW-3000) designed and manufactured in Central South University(China). Results are obtained by performing analysis on the fracture scopes of cement and granite plates,the characteristics of cutting force in cutting processes and the cutting efficiency. Firstly, the increase of latitude fracture scope and the decrease of longitude fracture scope are both more notable in the tests conducted on cement plates subjected to the increasing confining stresses; secondly, the increase tendency of peak penetration forces obtained from tests conducted on granite plates is more obvious, however, the increase tendencies of average penetration forces achieved from cement and granite plates are close to each other; thirdly, the cutting efficiency could be improved by increasing the spacing between cutters when the confining stress which acts on soft and hard rock increases in a certain degree, and the cutting efficiency of soft rock is more sensitive to the varying confining stresses.     

地壳上部岩体中水平应力的估算方法

地壳上部岩体的垂直应力一般可用其上覆岩体的平均比重乘以其深度来估算,但是水平应力却很难估算。岩体的断裂韧度是一个常数,如果裂隙岩体是稳定的,水平应力必须在一定的范围内,如果水平应力超过了这一范围,岩体内的裂隙可能会发生扩展、破坏,并可能导致地震的发生,因此从裂隙岩体稳定的条件出发,可以估算出水平应力的范围。利用一共线双裂纹模型建立了裂纹稳定的应力条件,并对该应力条件的有效性进行了实验验证,实验结果表明该应力条件是有效的;然后利用该应力条件来估算水平应力的范围,其结果符合现场的测试结果,表明这一估算方法是有效的,可行的。并利用该理论能很好地解释为什么水平应力与垂直应力之比在浅部地壳中分布在较宽的范围内,但在深部区域内却分布在一个狭小的范围内。     

神经网络在研究岩石断裂韧度尺寸效应的应用

介绍了人工神经网络在预测人字形切槽巴西圆盘试样(CCNBD)断裂韧度时的应用，通过分析表明，神经网络得到的断裂韧度预测值比CCNBD尺度律公式得到的值更加接近实验值，神经网络直接基于实验数据进行训练，不需要作任何假设，对于构形比较复杂，试样制备时难以满足完全几何相似的CCNBD试样，研究其尺寸效应是比较有利的。     

纤维素纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性

研究了纤维素纤维UF500增强混凝土的抗弯韧性,同时进行了合成纤维、钢纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性试验,测定了纤维混凝土梁的荷载一挠度全曲线.基于美国ASTM方法,分析了纤维素纤维、合成纤维、钢纤维及其混杂纤维增强混凝土的弯曲韧性.研究表明,纤维素纤维可提高混凝土抗弯韧性和变形能力,韧性指数I_5、J_(10)分别比素混凝土提高了3.0和5.8倍;在纤维体积率相同情况下,纤维素纤维混凝土抗弯韧性高于聚丙烯纤维混凝土;纤维素纤维和钢纤维混杂使用显著改善了混凝土的韧性和变形性能,使混凝土由脆性破坏变为延性破坏.     

地下洞室连续围岩岩爆定量预测模型

根据能量平衡理论,推导了岩爆能量公式,定量分析了地下洞室连续围岩岩爆区位置、面积及碎块弹射速度的影响因素。研究结果表明,围岩水平应力与竖向应力比值小于1,岩爆区面积和碎块平均弹射速度随侧压力系数增大而减小,否则反之。岩爆区面积随岩体峰值荷载前后模量比率系数、岩石颗粒直径、裂隙密度和岩石断裂韧度增大而减小,随泊松比增大而增大。碎块平均弹射速度随颗粒直径、泊松比和岩体峰值荷载前后模量比率系数的增大而减小,随岩石断裂韧度的增大而增大,随裂纹密度的增加先增加后减小最终趋于稳定值。     

Microstructure and mechanical properties of CaCO<Subscript>3</Subscript> whisker-reinforced cement

Composite Portland cement (PC) played an important role in various kinds of construction engineering owing to low hydration heat, low-cost, and application of solid industrial waste, but its brittleness and low strength limited its use in stress-bearing locations. The aim of this study is to improve the toughness and fracture resistance by incorporating CaCO₃ whisker in cement matrix. Effect of different content of calcium carbonate whiskers on the mechanical properties of PC was investigated. The results showed that the flexural strength, impact strength and split tensile strength were increased by 39.7%, 39.25% and 36.34% at maximum, respectively. Microstructure and elements of the whiskers in hardened cement were observed and analyzed by SEM/EDS. The mechanisms of the reinforcement of CaCO₃ whisker on cement were also discussed, and the conclusion was that the improvement could be correlated to energy-dissipating processes owing to crack bridging, crack deflection, and whisker pull-out at the crack tips.     

含充填物的大理岩裂隙扩展过程及破坏特性

为了进一步了解非直裂隙的破坏机理,以天然粗粒大理岩及含不同充填物的大理岩为研究对象,采用全自动化雕刻设备进行裂隙试件制作,然后分别对"/"型裂隙试件和"S"型裂隙试件进行单轴压缩试验.试验结果表明:1)在压缩试验中,"/"型和"S"型裂隙试件均发生剪切破坏,其破坏迹线基本一致;2)在同样外荷载作用下,含充填岩体破坏损伤度明显小于无充填岩体,充填物不仅影响前期强度还影响峰后残余强度的提高,其充填试件峰后应变增幅达到18.75%;3)不同的充填物对岩体抵抗开裂的能力不同,水泥浆的黏结力和强度比石膏好,故水泥浆具有良好的加固效果.试验探讨了非直裂隙("S"型)及充填材料对裂隙岩体破坏的影响,总结了充填材料作用下裂隙的扩展模式,为实际工程裂隙化岩体提供实验依据和参考.     

弹性地基上重力坝坝踵界面裂缝断裂可靠度分析

本文用特解边界元法及蒙特卡罗边界法计算了弹性地基上重力坝坝踵界面裂缝的断裂可靠度,找出了断裂韧度的均值是影响坝踵界面裂缝可靠度的主要因素,同时指出:区分裂缝的类型对断裂可靠度计算来说是十分重要的。文中还定量分析了地基刚度对裂缝断裂可靠度的影响。计算结果表明:地基刚度对裂缝断裂可靠度的影响甚大,不可忽视。计算还表明:扬压力对断裂可靠性来说仍是一种极为不利的因素。     

三点弯曲下PVA-尾矿砂水泥基复合材料断裂特性

针对混凝土的早期开裂问题,设计了PVA-尾矿砂水泥基复合材料三点弯曲梁试验,研究了尾矿砂掺量、缝高比、纤维掺量以及使用条件对断裂韧度和断裂能的影响规律.通过试验得出P-δ曲线和P-COM D曲线,并计算断裂韧度和断裂能.结果表明:断裂韧度与缝高比成反比,且随着纤维掺量的增加而增加,但尾矿砂对断裂韧度的影响却很小;断裂能随纤维掺量的增加而增加,随尾矿砂掺量的增加而降低;正常使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值比腐蚀使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值均增大约10%.