三轴压缩岩石损伤扩展细观机理及其本构模型

利用已研制成功的CT（Computerized Tomography）机专用三轴加载实验设备，完成了三轴压缩荷载作用下岩石损伤演化CT实时细观实验。确定了应力损伤阈值，对CT实验结果进行了定量分析。从工程应用出发，给出了峰前分段岩石损伤演化方程及本构关系。理论分析结果与实验结果较吻合。     

岩石损伤检测技术及进展

对岩石损伤检测方法进行综述分析，在此基础上，介绍了一种新的检测方法－ＣＴ识别技术。给出了作在岩石损伤ＣＴ检测方面取得的较新的研究成果和规律。     

基于CT图像处理技术的岩石损伤特性研究

以岩石材料的CT图像为研究对象,充分利用CT扫描图像资料中的信息,提出了一种CT图像分析方法.首先利用数字图像增强技术实现了CT图像的伪彩色增强,并根据数字图像灰度直方图技术分析岩石损伤演化规律,不仅从视觉上可直观地观察到岩石的损伤演变情况,而且可准确、定量地分析损伤演变过程;然后根据数字图像分割技术提取岩石中的空隙、裂隙和岩体颗粒,获得CT图像的真实细观结构,准确地描述了岩石材料内部介质的空间分布;结合损伤理论定义了以损伤面积作为损伤因子的损伤变量,损伤变量与偏应力间的曲线关系符合岩石损伤演化特性.     

多孔介质的细观损伤本构模型

对于多孔介质损伤本构关系进行深入的研究。介绍了多孔介质损伤本构关系与细观结构连接的原则和方法，提出了一个多孔介质非线性弹性损作构模型。其次，在Gurson理论已有工作的基础上，推出一个规则多孔体服从Drucker-Prager屈服准则的近似屈服面方程，进行得到了相关联的弹塑本构模型。最后，以裂纹密度为细观损伤变量，修正裂纹密度细观损作屈服面中偏平面上J2的影响，推出了地基土弹塑性细观损伤本构模型。     

岩石损伤与CT检测技术

在总结前人对岩石损伤检测技术存在问题的基础上，提出了用ＣＴ技术进行岩石损伤检测的新方法，给出了岩石损伤ＣＴ检测的成果和规律。     

复合岩石的内时损伤本构关系

本文运用内时理论与损伤力学研究了复合岩石的内时损伤本构关系,并用实验进行了验证,结果与理论吻合很好。     

岩石弹塑性损伤耦合本构模型

在不可逆热力学框架内，推导了岩石材料弹性生损伤耦合的本构模型，该模型的参数均可由通常应力－应变关系曲线确定。     

基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究

利用连续损伤理论和统计强度理论，提出了模拟岩石破裂全过程的损伤本构关系，并在此基础上建立了完整的损伤统计本构模型，且在所建立的损伤统计本构模型的四个基本方程中，引入岩石应力应变全过程曲线特征参量，并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件，解决了传统方法求解本构方程中参数的难点，同时提高了精度．通过与砂岩试件三轴压缩试验实测结果对比，证明模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系．图2，参7．     

损伤力学用于岩石强度的分析

鉴于用常规实验方法得出的岩石强度及应力应变关系的离散性较大，本文应用损伤力学理论，建立了岩石的弹性损伤本构关系，这有助于揭示岩石强度的真实特性，也有助于研究围压和损伤程度对岩石强度的影响规律。     

Analysis of the mechanic characteristics of the damage propagation of rock under triaxial stress condition

Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｒｏｃｋｄａｍａｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｖｅｒｙａｃｔｉｖｅａｎｄｈａｓｌｅｄｔｏｒｅｍａｒｋａｂｌｅａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｓｉｎｃｅｄａｍａｇｅｔｈｅｏｒｙｉｓａｐ ｐｌｉｅｄｔｏｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｒｏｍｔｈｅｅｉｇｈｔｉｅｓ.Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｕｄｉｅｓａｒｅｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｒｏｃｋｉｎｉｔｉａｌｄａｍａｇｅ .Ｈｏｗ ｅｖｅｒ,ｗｅｈａｖｅｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｄａｍａｇｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｒｏｃｋ ,ｅｓｐｅｃｉａｌｌ…     

冲击荷载作用下的煤岩动力学特性及本构模型

为了研究煤岩的动态破坏特征和动力学损伤特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)和应力加载系统,对煤岩试样进行了冲击试验和单轴压缩试验;根据应力-应变试验曲线的特征,在过应力模型上,应用连续损伤理论与统计强度理论,建立了适合煤岩动力学特性的过应力损伤模型。结果表明:动载作用下,当应变率较小时,煤岩破碎方式与静载作用时间具一定的相似性;随着应变率的增大,动载破坏强度显著增大,动态模量先增大后保持不变,塑性变形先增大后减小,应力-应变曲线具有明显的塑性流动特性。采用建立的煤岩过应力损伤模型本构方程对试验曲线进行拟合,通过两者的对比,验证了模型的正确性。     

不同温度循环作用后大理岩细观损伤特征的定量研究

通过单轴压缩试验和细观损伤特征量化试验,对经历20、100、300、450、600 ℃五种温度循环后的四川锦屏大理岩试样的宏观力学性质及相应的细观损伤特征进行了研究。试验结果表明:① 经历不同温度循环的大理岩单轴压缩破坏试样的细观尺度微裂纹主要由沿晶裂纹、穿晶裂纹及晶内裂纹组成,且裂纹相应的基本几何信息服从广义极限统计分布特征;② 由于试样中的沿晶裂纹和穿晶裂纹的100 ℃温度阈值特征,致使宏观尺度的大理岩试样在温度100 ℃前后表现出不同力学性质;③ 沿晶裂纹是在经历温度循环后大理岩试样单轴压缩破坏中起主导作用的微裂纹,穿晶裂纹有一定贡献,而晶内裂纹并未发挥显著作用。     

粉砂岩三轴压缩条件下细观损伤特征的定量研究

首先利用RMT-150B岩石伺服试验系统,以不同围压(2,4,6,8,10 MPa)分别对大坦沙工程粉砂岩试样进行三轴压缩试验。然后,利用扫描电镜(SEM)拍摄得到的大量细观损伤图片,运用数字图像技术获取微裂纹的细观几何信息,从方位角、长度、宽度、面积和数量对不同围压条件相应的粉砂岩细观尺度微损伤特征进行统计分析。研究结果表明：三轴压缩条件下粉砂岩微裂纹的方位角、长度和宽度基本服从广义极限分布;微裂纹的方位角主要集中在与σ1作用方向成35°附近;随着围压的增长,仅有小部分微裂纹在长度尺寸上出现较大幅度的增长,而绝大部分微裂纹在宽度尺寸上基本不发育;经历三轴压缩试验的粉砂岩试样的能量耗散方式,主要以数量和长度两个方式进行。     

煤岩冲击变形破坏特性及其本构模型

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统对不同冲击速度下煤岩试样应变率变化规律、动态力学特性及其变形破坏特征进行了测试,探讨了煤岩动态力学本构模型。实验结果表明,煤岩试样的加载应变率与冲击速度整体上呈正相关关系,且不同冲击速度下煤岩试样的力学响应特征均具有分段性,可根据响应特征的差异将煤(岩)试样在低-中-高冲击速度下的变形依次划分为压密变形、塑性变形、塑性软化(硬化)变形3种类型;煤岩试样的破坏特征均具有明显的应变率相关性,在低冲击速度下,试样均呈脆性破坏形式,随着冲击速度的增加,试样的延性破坏特征逐渐显现。在分析煤岩试样应力-应变本构关系及动态破坏特征的基础上建立了包含低-中-高应变率响应的粘弹性损伤本构模型,应用结果表明,与实测曲线相比模型拟合曲线拟合精度高,验证了所建模型的有效性与合理性。     

基于CT图像的土石混合体破裂-损伤的三维识别与分析

土石混合体是一种特殊的非连续非均匀地质材料,传统的岩土力学试验方法与分析理论难以直接用于分析其变形破坏行为。发展了一种基于CT扫描和图像处理技术的内部破裂与损伤的三维识别方法,利用自行开发的裂纹识别提取程序提取和分析了单轴压缩下不同含石率土石混合体变形破坏时的内部细观结构变化特征,建立了土石混合体破裂-损伤的三维重构模型,定量地分析了单轴压缩条件下土石混合体的内部损伤演化规律以及含石量的影响和作用。研究表明:该方法可以直观定量地表征土石混合体变形破坏的内部损伤特征与演化规律。石块对土石混合体损伤发展的影响与含石量密切相关,存在一个临界含石率。     

基于Hoek-Brown本构模型的巷道围岩塑性分析

Hoek-Brown准则在岩体破坏分析中综合考虑了岩体结构、岩体强度、采动等多方面的影响,在一定程度上弥补了Mohr-Coulomb准则在岩体破坏分析时的不足,但是由于FLAC3D计算程序中没有明确给出Hoek-Brown计算模型,故无法直接调用Hoek-Brown计算模型,因此只能利用Hoek-Brown准则和Mohr-Coulomb准则转换公式,将Hoek-Brown准则应用到FLAC3D中.结合某巷道具体实例,求出理论解,然后对Hoek-Brown准则和Mohr-Coulomb准则分别进行数值模拟,通过分析结果可以得出Hoek-Brown准则与实际工程应用比较接近,这为FLAC3D在实际工程中的应用提供一个参考.     

A constitutive model and FEM analysis of jointed rock masses

In the present study, a constitutive model of jointed rock masses is presented which reflects the size, density, orientation and connectivity of joints as well as their mechanical properties. Following the continuum approach, the incremental stress-strain relation of the jointed rock mass is formulated by taking the volume average of stress and strain inside a representative volume element where the evaluation of the relative displacement across the joints is required. Employing an elasto-plastic constitutive model of the joint behavior, the relative displacement across the joint can be obtained once the stress acting on the joint is known. The fundamental difficulty in the constitutive modeling of jointed rock masses is due to the fact that the stress acting on a joint is different from the average stress since a joint does not cut through the rock mass but terminates within the rock mass, possibly connecting with other joints. The lower the stiffness of the surrounding matrix is, due to the existence of other joints or the connection of joints, the higher the stress acting on the joint will be. In the present study, the stress concentration tensor, which gives a relation between average stress and the stress acting on the joint, is introduced and a simple method to evaluate it is developed. The interaction effect between joints and the effect of joint connection are properly considered in the model. Some simple examples are solved by the proposed constitutive model. The results are in agreement with experimental data showing the characteristic features of the behavior of jointed rock masses. The proposed constitutive model for jointed rock masses is implemental into a finite element analysis program with a 3-D isoparametric element to analyze actual engineering problems. As an example, the program is used to analyze a plate-loading test problem and the results of the 3-D finite element analysis of the problem are compared with the test data. For highly jointed rock masses, the continuum model offers a powerful analytical method.