岩石的强度准则及中间主应力的影响

Drucker-Prager准则和Murrell准则中包含中间主应力,但并没有得到真正三轴试验结果的检验,也难以表示应力状态对岩样强度的影响.D-P准则与Coulomb准则外接时,其三轴伸长的强度可以达到无限;与Coulomb准则内接和相切时,反映最小主应力的作用偏小而中间主应力作用偏大.Murrell准则表明岩石在2个方向承载单轴压缩强度的压应力时,在第三个方向还可承载单轴拉伸强度以上的拉应力;其反映的最小主应力作用也特别低.     

岩石的强度准则及中间主应力的影响

Drucker Prager准则和Murrell准则中包含中间主应力 ,但并没有得到真正三轴试验结果的检验 ,也难以表示应力状态对岩样强度的影响 .D P准则与Coulomb准则外接时 ,其三轴伸长的强度可以达到无限 ;与Coulomb准则内接和相切时 ,反映最小主应力的作用偏小而中间主应力作用偏大 .Murrell准则表明岩石在 2个方向承载单轴压缩强度的压应力时 ,在第三个方向还可承载单轴拉伸强度以上的拉应力 ;其反映的最小主应力作用也特别低     

一种岩石在三轴压缩条件下的非线性经验强度准则

岩石的破坏准则是岩土工程可靠性设计和稳定性分析的关键因素.为了准确地评价不同围压条件下岩石的三轴抗压强度,本文提出了一种基于莫尔-库仑准则的非线性经验强度准则.通过分析11种岩石材料三轴试验强度,探讨了所提出准则的可行性和有效性.为进一步验证,选取了6个典型强度准则,并对各准则的预测结果和试验结果进行对比分析.对比结果...     

小麦力学参数的三轴压缩试验研究

小麦力学参数是仓储结构设计的基础数据,采用三轴仪对小麦进行了三轴压缩试验,获得了小麦试样的应力-应变关系曲线,利用莫尔-库伦准则确定了其强度参数,并计算得到其弹性模量.试验表明:小麦在固结不排水阶段的应力-应变曲线大致分为线弹性、应力强化、剪切面滑动和破坏等4个阶段;随着围压的增大,小麦试样弹性模量增大,在围压为50~200 k Pa时,弹性模量为0.715~2.422 MPa,并拟合出了小麦弹性模量和围压的关系曲线.试验结果可以为仓储结构设计中小麦力学参数的选取及小麦的颗粒流(PFC)数值分析提供依据.     

大理岩破坏起裂应力及断裂能特征试验研究

根据大理岩常规三轴试验数据,探讨不同围压下大理岩破坏的起裂应力和起裂断裂能变化规律.大理岩起裂应力位于峰值应力的53％～76％之间,随围压升高向峰值强度逐渐逼近.起裂断裂能与围压、峰值强度呈正线性关系.起裂应力对应的声发射能量计数率出现突跳,起裂点之后声发射能量计数率和累计释放能量增加速度明显变快,理论计算求得的起裂点和声发射监测数据吻合较好.大理岩常规三轴破坏符合Mogi-Coulomb强度准则.     

等应力比加载下颗粒材料的宏细观定量关系探讨

为了建立颗粒材料的组构张量与应力张量的定量关系,采用离散单元法,开展了一系列等应力比双轴压缩试验.模拟结果表明,随着应力的增加,颗粒间的接触法向朝着大主应力的方向集中,试样的各向异性程度逐渐提高.当应力足够大时,由接触法向定义的组构张量将不再发生演化,对应的第二偏不变量与应力比大致呈二次函数关系.进一步,将组构张量与应力张量按照某种形式相乘,得到的组合张量是与应力比无关的常量,这表明组构张量与应力张量的关系可以用一个隐式方程来描述.从而在特定条件,即圆形颗粒材料在等应力比加载下颗粒排列达到稳定时,确定了宏细观物理量之间的定量关系,为建立多尺度的本构模型提供一种潜在思路.     

不同围压下茅口灰岩渐进性破坏的试验研究

利用MTS815电液伺服控制刚性试验机进行不同围压下茅口灰岩三轴压缩试验,通过计算绘得相应裂隙体积应变图,分析得出裂纹起始应力、裂纹破坏应力。结果表明:随着围压的增大,应力门槛值均呈非线性增长态势,当围压超过17 MPa时,裂纹起始应力、裂纹破坏应力分别增加48.5%和20.1%,茅口灰岩延性开始增强;裂纹破坏应力为峰值强度的64%~75%,三轴压缩下茅口灰岩裂隙不稳定发展阶段较长;环向应变值随围压增大而增大,当轴力超过裂纹破坏应力进入裂隙不稳定发展阶段,环向应变增大2.7~3.2倍,用环向-轴向应力应变曲线图能较好的反映岩石应力门槛值。     

三轴加卸载下花岗岩脆性破坏及应力跌落规律

基于2种卸荷应力路径和常规三轴压缩试验,研究了加卸载条件下花岗岩的变形破坏及应力脆性跌落特征。卸荷条件下岩石变形主要是向卸荷（主）方向回弹或拉伸变形为主,而非或次卸荷方向的塑性变形很小,峰后应力应变曲线呈现明显的脆性特征。而加载条件下岩石以轴向压缩变形为主,且压缩塑性变形随围压增大而增大;卸荷条件下破坏岩石各种级别的张拉裂缝较多,张裂面一般垂直于卸荷主方向,高初始围压时双向卸荷甚至在次卸荷方向也可产生环形张拉裂缝。破坏围压较高时破裂面剪性特征相对明显,但剪性裂面一般追踪张性破裂面发展而成,并在剪切面两侧发育较多微张裂缝。而相对较高围压下常规三轴压缩岩石一般为剪切破坏,张性裂缝很少;常规三轴压缩岩石的应力脆性跌落系数随围压的增大而增大,而在卸荷条件下却随初始围压的增大而减小。相同初始围压时,卸荷条件下比加载时的应力脆性跌落系数小得多,方案Ⅱ在初始围压达到30 MPa时甚至出现负值,应力脆性跌落系数R依次为：RⅢ〉RⅠ〉RⅡ。     

电磁应力张量及其应用

从库仑力和安培力的基本公式出发,引用电应力张量和磁应力张量的概念,导出计算电场力和磁场力和简单数学表示式。     

Matsuoka-Nakai破坏准则的拓展应用

Matsuoka-Nakai破坏准则有两个缺点：一是没有考虑岩土类材料的内聚力对材料的强度贡献,二是它与子午面的交线是直线,基于此,提出了一个拓展的Matsuoka-Nakai破坏准则.该准则在保持Matsuoka-Nakai破坏准则优点的基础上,考虑了岩土类材料的内聚力对其破坏强度的影响,且在子午面上呈现为外凸的曲线形状,因而能更合理地模拟岩土类材料的强度特性.红砂岩的真三轴试验资料检测了该拓展的Matsuoka-Nakai破坏准则的有效性.最后借助该拓展的破坏准则,通过寻求试验强度与预测强度之间的误差函数最小值的方法,提出了一个评估试验中难以测准的岩土类材料抗拉强度的计算方法.     

二长岩节理抗剪强度三轴试验研究

摘要：为确定岩石节理的剪切强度,在MTS815型程控伺服岩石刚性试验机上对含不规则、无充填岩石节理试件进行三轴试验。试验过程利用伺服控制系统连续获得同一试件在不同围压条件下对应的最大轴压,并根据弹性力学理论求得不同围压下节理面的正应力和剪应力。除对每一试件的试验结果按线性Mohr-Coulomb准则拟合获得摩擦角和内聚力外,利用Matlab软件的曲线拟合工具对所有试件的正应力和剪应力分别进行了线性Mohr-Coulomb准则拟合、幂函数拟合和非线性Barton公式拟合,对比它们的拟合效果可知：(1)线性Mohr-Coulomb准则拟合明显比幂函数拟合和Barton公式拟合要差,尤其是在低正应力条件下线性Mohr-Coulomb准则拟合将高估岩石节理的剪切强度。(2)幂函数拟合和Barton公式拟合的曲线几乎重合,且总体反映了岩石节理剪切强度的非线性特征。(3)在较高正应力下,线性Mohr-Coulomb准则、幂函数和非线性Barton公式对应的剪切强度均偏高。同时,为了估计拟合公式基本参数的合理性,根据试验成果对Barton公式基本参数进行了比较可靠的区间估计。估计结果表明：用Matlab软件的曲线拟合工具直接根据试件三轴试验结果进行Barton公式拟合的基本参数在某一置信水平(如99.73%)的上、下边界获得的区间估计明显脱离实际物理意义,是错误的;而通过幂函数进行对数转换后确定出参数的上、下边界,获得幂函数相应的上、下限曲线后,再用Barton公式拟合幂函数的上、下限曲线所得的基本参数的区间估计则是合理的。     

地铁隧道基底饱水风化软岩动力特性试验研究

为探究在列车长期循环荷载作用下地铁隧道基底风化软岩的累积塑性应变变化规律,以南昌地铁基底泥质粉砂岩为研究对象,开展不同风化程度饱水泥质粉砂岩在动应力比、静偏应力比、围压和频率等工况的室内动三轴试验,研究在不同影响因素下饱水风化泥质粉砂岩的动力变形特性规律。结果表明：在不同影响因素下,全、中风化泥质粉砂岩累积应变分别在加载1 000、100次开始趋于稳定;全风化泥质粉砂岩的临界动应力比在0.3~0.4之间;与不同动应力比和静偏应力比情况相比,改变围压和频率对两种风化泥质粉砂岩累积应变影响不大;通过分析试验结果数据,提出考虑加载次数、动应力比等因素的累积塑性应变数学模型。     

合肥膨胀土动弹性模量与阻尼比试验研究

以合肥膨胀土为研究对象,利用GDS真动三轴仪对土体进行循环动荷载试验,研究不同围压、固结应力比对土体动弹性模量及阻尼比的影响规律.试验结果表明,合肥膨胀土的骨干曲线可以由双曲线描述;在相同条件下,动弹性模量随着围压、固结应力比的增大而增大,随着动应变的增大先急剧减小后趋于平缓;动弹性模量的倒数与动应变呈良好的线性关系,最大动弹性模量随着围压的增大呈线性增大,给出考虑围压影响的最大动弹性模量回归方程;阻尼比随着围压、固结应力比的增大而减小,采用 Darendeli 模型及依据阻尼比与应变的经验关系,得到动模量比衰减模型及阻尼比模型;不同围压、固结应力比下阻尼比与动模量比的关系归一化后可以由修正Hardin-Drnevich公式描述.     

高地应力下砂岩力学参数和波速变化规律试验研究

基于波动方程,提出一种砂岩的纵波波速与静水围压关系的数学模型。在岩石常规三轴试验的基础上得到不同静水围压下砂岩的静弹性模量、静泊松比和纵波波速,并分别拟合得到静弹性模量-静水围压和静泊松比-静水围压关系的拟合曲线和拟合公式。试验结果表明,砂岩的静弹性模量和静泊松比随静水围压的增大而增加,且静弹性模量增加速率缓慢减少。基于波动方程求解得到纵波波速-静水围压关系的数学模型,利用数学模型计算得到的纵波波速可知,砂岩的纵波波速随静水围压的增大而增大,且增加速率逐渐变缓。计算得到的纵波波速与试验测得的纵波波速进行对比验证,误差范围为7.0%~8.3%,故基于波动方程求解的砂岩纵波波速-静水围压关系的数学模型可靠性和准确性较高,对高地应力下岩石的物理力学参数和波速变化规律的分析判定具有指导意义。     

砂质泥岩风化土的动力特性试验研究

以某工程场地下伏砂质泥岩风化土为研究对象,结合工程实际情况,通过循环振动三轴试验,对风化土在选定的4组固结围压状态下表现出来的动力特性进行了研究,得出了固结围压的变化对其产生的影响.在研究的固结围压范围内:固结围压对动应力-应变骨干曲线及动弹模量曲线的影响较大,骨干曲线与动弹模量曲线均随固结围压的增大而提高;最大动弹模量与固结围压间具有良好地幂函数关系,并且幂指数随着固结围压的增大呈现增长;固结围压的增大阻尼比随着减小,且减小的幅度先增大后减小;动剪模量比曲线在不同的固结围压状态下表现出了良好地归一化特性.     

Damage constitutive model for strain-softening rock based on normal distribution and its parameter determination

Firstly, using the damage model for rock based on Lemaitre hypothesis about strain equivalence, a new technique for measuring strength of rock micro-cells by adopting the Mohr-Coulomb criterion was developed, and a statistical damage evolution equation was established based on the property that strength of micro-cells is consistent with normal distribution function, through discussing the characteristics of random distributions for strength of micro-cells, then a statistical damage constitutive model that can simulate the full process of rock strain softening under specific confining pressure was set up. Secondly, a new method to determine the model parameters which can be applied to the situations under different confining pressures was proposed, by deeply studying the relations between the model parameters and characteristic parameters of the full stress-strain curve under different confining pressures. Therefore, a unified statistical damage constitutive model for rock softening which can reflect the effect of different confining pressures was set up. This model makes the physical property of model parameters explicit, contains only conventional mechanical parameters, and leads its application more convenient. Finally, the rationality of this model and its parameters-determining method were identified via comparative analyses between theoretical and experimental curves.     

三轴卸荷条件下煤体力学特性和能量耗散演化

孤岛工作面煤体和巷道受周边开采扰动影响,煤体受循环荷载作用存在卸荷力学行为而表现出动态破坏特性.为探讨不同路径下煤体力学特性,利用TAW-2000三轴电液伺服刚性试验机分别进行常规三轴(T)、三轴循环荷载(TC)以及相应卸围压试验(TU、TCU),分析不同围压下煤体卸围压强度、变形、声发射事件以及能量耗散演化特征,开展...     

水影响下油页岩三轴压缩力学特性试验研究

为研究油页岩的力学特性,试验采用吉林桦甸油页岩试样,利用YE-200A液压式压力试验机和自制三轴压力室,进行油页岩三轴压缩实验。通过不同围压、不同水化时间的三轴压缩实验,揭示油页岩全应力-应变、峰值强度、弹性模量、泊松比随不同围压和水化时间的变化规律,以及油页岩的破坏形式。结果表明,水化对油页岩的力学特性影响很大,使其峰值强度和弹性模量降低,同时,还表现出明显的延性效应;另外,围压和水化作用的对比分析表明,在围压影响下水化对油页岩强度影响比自然状态下小,油页岩因原岩裂隙发育不同水化后呈现不同的破坏形式。