岩桥贯通机理的断裂力学分析

多裂纹间的岩桥贯通破坏是导致岩体失稳的重要原因之一。在裂纹分布已知的条件下,预知裂纹相互贯通的模式、机理及相应的外载条件,是预测和制止这类岩体失稳的前提。利用断裂力学中的裂纹尖端应力和应变场的极值分布情况,可以从根本上解决这一问题。当岩桥周围2条裂纹尖端拉应力、拉应变及剪应力极值方向能基本对应起来时,必然会导致2条裂纹的贯通,从而导致岩桥的贯通失稳。因此,这2个极值的性质决定了贯通破坏的性质。     

岩体非贯通结构面的岩桥贯通准则研究

传统的块体理论分析方法未考虑到非贯通结构面在施工扰动作用下可能出现连通的问题,导致搜索出的关键块体不够精准和全面。如何判断非贯通结构面是否应该连通成为了块体理论研究的一个重要课题。采用数值模拟方法计算岩体试样的贯通强度与峰值强度,并引入贯通系数变量描述贯通强度与峰值强度的比值变化。将贯通强度作为判断岩桥贯通与否的衡量指标,定量分析贯通强度与岩桥倾角、结构面摩擦系数、围压、连通率和结构面倾角之间的函数关系,即含两条非贯通结构面岩体的岩桥贯通准则。该准则可以准确判断含两条非贯通结构面岩体的岩桥是否应该连通。基于岩桥贯通准则的块体理论能够准确搜索出因岩体内部结构面扩展贯通而滑移的关键块体,使得搜索出的关键块体更加全面,更好的分析工程的稳定性。     

小偏压桩脆性破坏机理研究

考虑试验机刚度的影响,建立了钢筋混凝土柱以脆性形式破坏的判别式,阐明了受压柱的脆性破坏对加载系统所产生的效应,这一效应可能会对近年来多次发生过的建筑物突然倒塌现象的内在机制作出正确描述。     

小偏压柱脆性破坏机理研究

考虑试验机刚度的影响,建立了钢筋混凝土柱以脆性形式破坏的判别式,阐明了受压柱的脆性破坏对加载系统所产生的效应。这一效应可能会对近年来多次发生过的建筑物突然倒塌现象的内在机制作出正确描述。     

基于3D-ILC三点弯脆性固体内裂纹扩展规律及破坏特征研究

岩石内裂纹扩展问题是岩土工程学科的重要问题之一。基于3D-ILC技术,选用理想脆性材料,在对试样表面无影响的前提下,生成任意参数的真实内裂纹,进行含内裂纹试样三点弯试验,并与完整试样进行对比。开展试样破坏过程、特征荷载、破坏形态、断口特征、动态分叉、应力云纹分析,通过数值模拟得到裂纹尖端K分布规律及扩展路径,与试验对比。结果表明:(1)内裂纹的存在极大的降低试样的起裂与破坏荷载;(2)应力双折射技术可与3D-ILC联合应用进行内裂纹应力信息监测,内裂纹尖端呈现"花瓣"状应力云纹;(3)三点弯下空白试样发生动态断裂,断口呈现雾化、羽毛区特征,由动态裂纹分叉引起。含裂纹试样,从内裂纹下尖端到上尖端逐渐起裂,呈现水滴状,为纯I型破坏,断口呈现交汇Wallner线特征;(4)基于M积分的裂纹尖端K分布与试验起裂规律一致;基于MTS的内裂纹扩展路径模拟与试验一致。3D-ILC相对于目前透明类岩石研究中主流方法,在脆性度、裂纹真实性、应力场可视化、断口特征等方面具备一定进步性,试验与数值模拟成果将为岩石等脆性材料的三维断裂、内裂纹扩展等问题的研究,提供试验和理论参考。     

花岗岩脆性破坏特征与机制试验研究

为了研究花岗岩脆性破坏特征和机制,进行不同围压下的三轴压缩试验,并对花岗岩破裂面断口进行电镜扫描测试,分析不同围压下花岗岩断口的微观形貌特征,最后讨论花岗岩脆性破坏机制。试验结果表明:在研究的围压范围内,花岗岩表现为典型的脆性破坏,随围压升高未出现脆–延转换特征;围压作用下除倾斜剪切破坏面外,还有"Y"型破坏形态;峰值前有无塑性变形产生以及发生塑性变形的范围和程度是决定花岗岩发生脆性破坏的主要原因,而岩石矿物成分和微观结构的差异性是其内在机制;峰值后应力降的大小和速度是花岗岩脆性破坏程度的外在表现,宏观裂纹的贯通速度决定峰值后应力降大小,岩体内积聚的能量大小是造成裂纹贯通速率快慢差异的内在因素,宏观断裂面是否完全贯通是应力降大小的决定因素。     

断续节理岩体劈裂破坏的贯通机理研究

利用裂纹孤立原理结合裂纹线场理论，研究了压应力作用下断续节理线尖端的精确弹性区应力场和脆断区应力场，然后将精确弹性区应力场和脆断区应力场相匹配，进而确定脆断区长度和荷载之间的关系。利用脆断区长度和荷载之间的关系，从理论上分析了断续节理产生劈裂破坏的贯通机理，并且确定了断续节理岩体发生劈裂破坏的强度。通过和实验结果对比分析，论证了理论模型的正确性和可行性。     

非贯通节理的岩桥弱化力学模型研究

通过非贯通人工节理的直剪试验,对剪切过程中非贯通节理岩桥力学性质弱化的力学机制进行阐述,即在剪切荷载作用下岩桥内部微元发生张拉破坏导致岩桥力学性质弱化,并分析岩桥力学性质弱化区域的发展规律。在此基础上,假定岩桥微元强度服从Weibull分布,以岩桥微元的最小主应力作为岩桥微元强度随机分布变量,建立岩桥力学性质弱化模型,提出岩桥力学性质弱化度参数δ。再根据直剪试验结果,通过类比得到以剪切位移为变量的岩桥弱化力学模型,最后利用该力学模型分析非贯通节理岩桥的弱化度随参数m,u0的变化规律。分析结果表明,该模型能较好地反映剪切过程中岩桥的弱化破坏过程。     

岩石Ⅱ型裂纹初裂及后继破坏机理研究

计算了多种四点剪切Ⅱ型裂纹试件的全场应力，并同时进行了实验研究。通过对这些试件的计算结果与实验结果的比较分析，较好地揭示了这些Ⅱ型裂纹试件初裂、后继破坏以及“剪切核”的形成机理，避免了目前仅用Ⅱ型裂纹奇异应力场给分析带来的误差及局限。     

岩石II型裂纹初裂及后继破坏机理研究

计算了多种四点剪切Ⅱ型裂纹试件的全场应力，并同时进行了实验研究。通过对这些试件的计算结果与实验结果的比较分析，较好地揭示了这些Ⅱ型裂纹试件初裂、后继破坏以及“剪切核”的形成机理，避免了目前仅用Ⅱ型裂纹奇异应力场给分析带来的误差及局限。     

含裂纹与孔洞缺陷介质的脆性破坏行为

在经典的断裂力学理论中,有关裂纹扩展的研究只涉及裂纹尖端引起应力集中所导致的裂纹扩展问题,不仅不能用于研究非均质介质中的裂纹扩展,也难以考虑多裂纹扩展中的相互作用过程。然而,对于岩石、混凝土等非均匀脆性介质而言,缺陷并不仅仅是以尖锐裂隙的形式出现,它也可能是孔洞或其它弱介质缺陷。裂纹的不规则扩展和缺陷之间的相互作用是非均匀脆性材料破坏的主要形式。因此,开展含裂纹和孔洞缺陷介质破坏行为的研究,是当今固体力学,特别是岩石力学研究的重要课题之一,具有重要的学术和工程意义。 本文首先基于缺陷的纵横比,给出了裂纹与孔洞缺陷的基本概念和相应的定义,并对其按几何形状、赋存条件等进行了分类;同时结合本研究的实验材料,解释了裂纹与孔洞缺陷对弹性性质和闭合压力的影响,探讨了裂纹与孔洞缺陷的尺度效应。 在此基础上,通过物理试验和数值试验,对含不同分布、不同角度、不同尺度的裂纹和孔洞缺陷试样的破坏行为进行了较为系统的研究。通过自行设计研制的试验系统,对160多个香港花岗岩和类砂岩脆性介质试样进行了单轴和双轴加载试验。观察记录了试样中的裂纹扩展、贯通全过程以及整个加载过程中载荷-位移曲线。同时,运用RFPA2D软件系统对本研究中物理试验所不能观察到的应力场和声发射     

单裂隙花岗岩破坏强度及裂纹扩展特征研究

为了研究裂隙花岗岩强度特征及破坏过程,对裂隙花岗岩进行单轴压缩下的声发射测试,基于应力–应变数据、声发射多参量特征、摄像记录综合分析裂纹扩展特征及其相互变化关系。研究结果表明:裂隙倾角?对起裂应力和破坏强度影响较大,弹性模量和起裂应力随?单调增大;裂隙花岗岩应力–应变曲线在峰前呈阶梯状上升,尤其当?较小时,发生多次应力突降,应力降对应模量的快速弱化、AE事件率和能量率的剧烈凸起;AE事件率表现出明显的三阶段特征,随着?的增大,三阶段特征逐渐弱化,岩石的脆性破坏程度增大,应力降和AE凸起数量逐渐减小,AE事件率和能量率最大值对应的应力逐渐增大;相比AE事件,能量率最大值的发生更靠近峰值强度,且变化更剧烈;AE震源时空演化很好地描绘了裂纹的三维扩展区域和分布规律,稳定增长期震源数量和幅值均较小,高速增长期大幅值震源数量快速增加,尤其是在临近破坏前。     

石油工程中岩石裂纹扩展与破坏机理研究

石油工程中岩石特点是埋藏深、受高温、高压的作用。它是一种非均质不连续体的脆性材料 ,其破坏过程是在水力或机械作用下 ,岩石内部裂纹的产生、扩展、合并和贯通的过程。本文对石油工程作业中的岩石裂纹扩展与破坏机理进行了较详细的理论分析 ,并通过实验研究对岩石裂纹的产生、扩展和贯通的全过程进行了探讨。得出了射流水楔作用是岩石裂纹产生、扩展、贯通以及破坏的重要方式 ,为石油工程作业的设计与施工提供了理论依据。     

石油工程中岩石裂纹扩展与破坏机理研究

石油工程中岩石特点是理藏深，受高温，高压的作用，它是一种非均质不连续体的脆性材料，其破坏过程是水力或机械作用下，岩石内部裂纹的产生，扩展，合并和贯通的过程，本文对工程作业中的岩石裂纹扩展与破坏机理进行了较详细的理论分析，并通过实验研究对岩石裂纹的产生，扩展和贯通的全过程进行了探讨，得出了射流水楔作用是岩石裂纹产生，扩展，贯通以及破坏的重要方式，为石油工程作业的设计与施工提供了理论依据。     

冻融循环作用下中部锁固岩桥破坏试验研究

为探究高寒地区中部锁固型边坡的变形破坏机制,对3种不同岩桥角度岩样开展冻胀力监测试验及不同冻融循环次数下的单轴压缩试验。通过试验研究揭示冻融循环过程中岩样裂隙冻胀力的演化过程分为6个阶段:前期衍生阶段、陡升阶段、跌落阶段、平稳阶段、融化阶段和消散阶段。得出不同岩桥角度和不同冻融次数对岩样强度变形特征、损伤特征及破坏模式的影响规律:随着冻融次数增加,岩样峰值应力损失率呈幂函数增长,峰值应变呈二次多项式增长,相对弹性模量呈指数函数减小。损伤变量随着冻融次数增加呈幂函数增长,15°倾角岩样损伤变量最大,30°岩样损伤变量最小。岩桥角度越大,冻融次数越多,岩样越易发生岩桥贯通破坏。试验结果对于揭示寒区中部锁固型边坡冻融损伤机制具有重要意义,对寒区岩土工程建设具有参考价值。     

深层脆性页岩力学性能及破坏规律实验研究

对川南埋深3 762.3～3 849 m页岩进行实验研究,通过岩体矿物组分测试、微观结构CT扫描分析、以及设计0°、30°、60°和90°等4种层理角度深层页岩的三轴压缩试验,总结深层脆性页岩破坏规律,进而深入认识脆性页岩力学性质及其变形特征,为川东南地区后续的页岩层段高效钻进提供理论支撑。研究结果表明:该层段页岩含有大量石英和白云石,脆性矿物含量高,蒙脱石等膨胀性黏土组分含量极低;深层页岩十分致密,力学强度高,层理弱面和基质体分布及层理间的胶结作用使得岩体力学各向异性特征明显;单剪切滑移破坏和共轭剪切拉伸破坏为该地区深层页岩的主要破裂形式。三轴压缩时,0°和90°试样易发生沿着层理的张拉劈裂和穿越基质剪切破坏,30°和60°岩样易沿着层理发生剪切滑移破坏。     

渗透压作用下压剪岩石裂纹流变断裂贯通机制及破坏准则探讨

探讨了渗透压作用下黏弹性压剪岩石裂纹的起裂规律及分支裂纹尖端应力强度因子的演变规律,得出:一定轴向压应力下,渗透压、远场侧向应力和裂纹面摩擦系数是影响分支裂纹尖端应力强度因子KI演变的主要因素,渗透压的存在加剧了分支裂纹的扩展,随着裂纹渗透压的增大,分支裂纹扩展由稳定扩展变成不稳定扩展;建立了渗透压作用下压剪岩石裂纹体的轴向贯穿、岩桥剪切贯通两种不同类型的断裂破坏力学模型,引入虚拟应力强度因子KI(LC),提出以分支裂纹临界长度时裂尖虚拟应力强度因子KI(LC)作为黏弹性压剪岩石裂纹的流变断裂破坏准则,通过算例证实了该准则的可行性,得出:在既定裂纹分布、一定轴向应力和裂纹面摩擦系数的条件下,低渗透压、侧向拉应力共同作用下的压剪岩石裂纹趋向于轴向贯穿破坏,而高渗透压作用下会导致分支裂纹尖端岩桥剪切破坏,渗透压、侧向压应力共同作用下压剪岩石裂纹可能会发生具时间效应的流变断裂贯通破坏。为研究水岩相互作用下裂隙岩体的失稳破坏提供了一种新的思路。     

水泥基材料冻融破坏机理及特征

比较分析了净浆、砂浆和混凝土这三种水泥基材料冻融破坏后的断面特征,进一步论证了冻融破坏的机理。     

建筑钢结构的脆性破坏及防止

介绍了在日本等国家,地震引起建筑钢结构脆性破坏的主要因素,以及在设计、施工和钢材等方面所采取的防止措施。这些措施将有助于今后防止建筑钢结构的脆性破坏．