岩石类材料滑动裂纹模型

滑动裂纹模型被广泛应用于岩石类材料压剪断裂分析及损伤分析。针对较为典型的6种翼裂纹应力强度因子计算模型,综合考虑主裂面方位、翼裂方位、侧压及翼裂当量长度的影响,对各计算模型进行了系统的对比分析;针对翼裂纹沿主压应力方向的情形,进行有限元分析,并和理论模型计算结果进行比较。最后综合得到一些有益的结论和建议,可为选用滑动裂纹计算模型进行岩石类材料压剪断裂和损伤分析提供参考。     

岩石类材料中压剪裂纹的相互作用分析

将一种多裂纹相互作用的分析方法推广到类岩石材料的压剪裂纹相互作用分析中，并作为特例讨论了两共线压剪裂纹及两偏置平行压剪裂纹。结果表明：两压剪裂纹桥联区几何特征对其相互作用有决定性影响，该方法为进一步研究压剪裂纹的扩展和聚合提供了基础。     

冲击载荷作用下双裂纹材料断裂实验研究

采用透射式焦散线实验系统,进行了预置双裂纹有机玻璃试件在冲击载荷作用下的断裂实验,并与单裂纹材料进行比较,结果表明,应力强度因子与冲击能量、试件形状、裂纹的分布位置以及几何尺寸有关;应力强度因子在裂纹扩展前后呈现波动变化特征;Ⅰ型载荷为主要加载方式;与单裂纹试件相比,应力强度因子值有不同程度的降低。     

基于边界元法各向异性岩石的裂纹传播路径分析

 利用边界元法来探讨各向异性大理岩的裂纹传播特性,如应力强度因子与裂纹倾角及材料各向异性的关系、裂纹初始开裂角度与裂纹传播路径的预测及仿真分析。将边界元法结合最大围压断裂准则来预测各向异性材料的裂纹初始开裂角度及模拟各向异性材料的裂纹传播路径,并将数值分析结果与前人的初始开裂角度及试验所观察的传播路径得到的结果进行比较,研究结果表明,数值分析结果与试验结果均较为吻合。因此,所提出的裂纹传播方式可准确地分析各向同性及各向异性材料的裂纹传播特性。     

渗透水压作用下类岩石材料张开型裂纹启裂特性研究

 在探讨渗透水压和远场应力共同作用下张开型裂纹的启裂规律及裂纹尖端应力强度因子的演化规律的基础上,建立压剪应力场和渗流场共同作用下含预置裂纹类岩石材料的损伤断裂力学模型和裂纹尖端应力强度因子演化方程,提出运用裂纹尖端应力强度因子作为判断压剪岩石裂纹的启裂准则。研究结果表明：张开型裂纹尖端应力强度因子受围压、渗透水压力、裂纹尖端曲率半径以及裂纹倾角等因素的影响;裂纹启裂角随预制裂纹角度的变化不大,其值约为70.5°;裂纹启裂强度与渗透水压力、裂纹长度、裂纹尖端曲率半径成反比,与围压的大小成正比,此外还与裂纹倾角有关。算例验证表明,运用不同的断裂判断准则均可得出岩石裂纹初裂强度随渗透水压力的增大而呈减小的趋势。且进一步的试验也验证了启裂强度与渗透水压成反比而与围压成正比;当裂隙角度为30°时裂纹启裂强度最大,60°次之,45°最小。提高渗透水压可显著降低张开型裂纹的启裂强度,这一结果可为深部高应力岩体诱导破裂提供新的思路。     

脆性材料中倾斜裂纹扩展的数值模拟与复合应力效应研究

该研究应用一个材料失效分析模拟软件MFPA^2D，以硼玻璃作为典型的脆性材料，通过对单向拉伸下含不同倾斜角度裂纹玻璃失效情况的数值模拟，重点研究含不同裂纹角的倾斜直通裂纹玻璃试样存单向拉伸下的复合应力效应。研究表明，在这种情况下裂纹尖端存在的三种类型应力：KⅠ，KⅡ及平行应力对裂纹扩展有不同的作用。对于脆性材料的平面应力问题，KⅠ是裂纹扩展的主要因素，KⅡ起辅助作用，平行应力对裂纹扩展有抑制作用。这与传统概念所认为的对于玻璃和陶瓷类脆性材料，断裂完会由Ⅰ型应力强度决定有所不同，对于认识脆性材料的失效机理和断裂预防具有积极意义。     

渗透水压下岩体多裂纹相互作用的计算

根据断裂力学理论,建立渗透水压下多裂隙岩体的力学模型,运用叠加原理,推导远场应力和裂隙水压力共同作用下的多裂纹尖端应力强度因子的计算公式,并在此基础上探讨了近置多裂纹间的相互影响.计算结果表明,如果裂纹之间间距较小,裂纹的相互作用对裂纹尖端处的应力场影响较大,根据裂纹的相对几何位置和裂纹倾角变化,进行不同叠加后的应力场...     

岩石裂纹小范围屈服时声发射总数与应力强度因子关系的研究

根据裂纹尖端微裂纹密度理论，假定声发射总数与裂纹尖端的显微裂纹总长度成正比，推导了出了岩石裂纹稳定扩展时声发射总数与应力强度因子之间的关系式。将并一些试验结果与理论推导进行了比较，结果表明；理论推导与试验结果大体一致。     

岩石裂纹扩展诱发的强度弱化模型研究

岩石应力应变本构关系对于判断岩石强度、变形力学特性有着重要的意义,细观裂纹对岩石力学特性又有着重要的影响。基于细观裂纹扩展模型,将裂纹角度影响引入模型,并结合宏细观损伤定义联系,建立了一个考虑裂纹角度影响的轴向应力应变本构模型,并解释了围压与轴向应变本构关系,分析了裂纹贯通与岩石失效极限应变之间的联系,然后将该本构模型,与常规压缩试验与循环加卸载试验对比分析得到的试验规律相结合,提出了一个岩石内部裂纹扩展、变形损伤作用下岩石压缩强度弱化模型。并通过将不同围压下的裂纹启裂应力试验值和理论公式相结合,预测了模型中难以试验直接获取的关键参数μ,a,β,φ。其中初始裂纹尺寸a与裂纹角度φ,是由真实岩石中随机分布裂纹尺寸、角度平均化思维获取。随着裂纹扩展或应变增加,岩石压缩强度开始保持不变,当岩石达到一定损伤后不断降低。该强度弱化模型的应用,为地下工程围岩稳定性评价提供了一个重要的理论支持。     

利用岩石断裂强度来估算地下岩体水平应力的范围

 地下岩体的垂直应力一般可用其上部覆盖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。基于岩石断裂韧度是一个常数,利用共线裂纹模型建立裂隙岩体的稳定条件,并应用该稳定条件来估算水平应力的范围。估算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。利用该裂隙岩体稳定条件能很好地解释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这一现象。     

长短桩桩基础积分方程解法及其参数分析

根据Muki和Sternberg的计算方法,推导出求解长短桩相互作用系数所需要的第二类Fredholm积分方程,利用叠加原理对长短桩桩基础进行计算分析。通过与常规弹性理论方法计算结果的比较发现,加筋效应对群桩的沉降以及群桩中各桩的荷载分担有明显的影响,最后对长短桩桩基础进行参数分析。分析表明,该方法可以用来分析大规模的群桩基础,具有较好的工程应用前景。     

基于多级破坏方法确定岩石卸荷强度参数 的试验研究

 根据卸荷路径确定岩石卸荷强度参数时,为避免岩样本身离散性过大对强度的影响,采用了卸荷多级破坏试验方法。将卸荷应力路径与多级破坏方法有机结合,用单个岩样获取多个强度值,然后通过回归确定岩石卸荷强度参数。基于MTS 815.02岩石三轴试验机,研究荷载控制方式下多级破坏试验中峰值判断、破坏状态变形控制等几个问题,并提出相应的解决方案。最后成功开展了大理岩卸荷多级破坏试验,取得了与常规卸荷破坏试验较一致的结果。研究成果表明,卸荷应力路径中引入多级破坏的方法,既考虑了应力路径对强度的影响,又有效避免岩样离散性过大对强度的影响,是一种实用、有效的确定岩石卸荷强度参数方法。     

有限覆盖无单元法在多裂纹岩体

考虑基于有限覆盖的流形方法和以Galerkin插值技术为基础的无单元方法的各自优点，将所提出的有限覆盖无单元法推广应用于多裂纹岩体断裂特性等非连续问题的数值计算与分析。在简要阐述有限覆盖无单元方法基本原理的基础上，首先对含有单条裂纹的岩体进行了计算与分析，通过与其他方法的比较验证了所建议方法的有效性和合理性，进而对含有多条裂纹的复杂岩体的断裂特性及其裂纹的扩展过程进行了数值模拟与预测。     

层状裂隙岩体蠕变柔量估计的合理方法

基于Taylor模型方法和粘弹性断裂力学理论，推导了层状裂隙岩体的单轴、剪切以及体积蠕变柔量，并合理考虑了裂隙相互作用效应的影响，分析了层状裂隙岩体单轴蠕变和剪切蠕变的各向异性。计算分析指出，裂隙岩体的单轴蠕变柔量随裂隙密度参数的增加而增大，随裂隙倾角的增加而减小。考虑裂隙相互作用效应时，层状裂隙岩体的蠕变柔量明显大于不考虑裂隙相互作用的情况。该方法为通过室内岩石流变实验了解实际工程中裂隙岩体的蠕变特性提供了一种可能。     

圆环壳初参数积分方程的应用——S型波纹管问题

本文用初参数积分方程方法求解了S型波纹管问题,给出了两个算例,并与一般解的结果进行了比较,证明本文解法简便适用,具有良好的精度.     

线性积分模型和微分模型的普遍流变方程

给出了适合线性粘弹塑性流变模型的积分形式流变方程,并给出了普遍流变积分模型的流变方程。当该积分形式流变方程的蠕变核为负指数函数形式时,给出了相应的微分形式(K-C-M-B)的流变方程。     

岩石剪切破坏裂纹演化特征量化分析

 为深入研究岩石破坏过程表面裂纹演化规律,探讨表面裂纹与内部破裂之间的内在联系,对砂岩剪切过程中表面裂纹演化特征进行量化,分析砂岩剪切破坏表面裂纹演化模式,建立表面裂纹量化参数与应力状态和声发射特征之间的关系,并探讨含水状态对岩石剪切破坏表面裂纹量化参数的影响。研究结果表明：砂岩在剪切过程中伴随着表面雁行裂纹的形成与贯通,雁行裂纹宏观形态出现于破坏前的极短时间内,随后岩石发生剪切贯通;最大AE事件率总是出现在剪应力急剧下降来临之前极短时间内,且出现在表面裂纹非稳定快速扩展之前;饱水系数影响了表面裂纹出现的时间和相对于峰值剪应力的位置,随着饱水系数的增加,砂岩表面裂纹出现时间变早,最大瞬时贯通速度呈依次递减规律,贯通时间变长,表面裂纹快速扩展滞后时间呈明显增加趋势。     

预制裂纹岩石压剪试验的数值模拟分析

采用岩石破裂过程分析软件RFPA^2D对预制裂隙大理岩试样的压剪试验进行数值模拟。数值分析表明，次生裂纹基本沿裂纹尖端萌生和扩展，所形成翼裂一股逐步趋向与荷载方向一致，这和试验结果是相吻合的。尽管某些数值分析结果和试验结果并不完全符合，但数值分析的模型和参数基本上有效地模拟了真实岩体介质的不均质性等力学特性。同时，采用该软件分析了加工小孔对裂尖应力状况的影响，加工小孔的存在对试验结果有一定影响，但并没有实质性影响。其影响主要在两方面：一是使翼裂起裂角变大，扩展路径变曲折；二是使材料更易于在裂尖引发二次(剪切)裂纹。最后，对锯齿形裂纹模型进行了初步的数值模拟。