深埋大理岩三轴压缩渐近破坏裂纹扩展特征研究

为深入研究深埋大理岩渐进变形破坏过程中裂纹扩展特征,基于常规三轴室内试验完成数值模拟参数标定,利用PFC_3D^{颗粒流模型对深埋大理岩开展}25MPa、50MPa、80MPa三种不同围压下的裂纹扩展数值模拟试验,根据大理岩加载过程中微裂纹演化状态参数,定义三种特征应力,并据此展开深埋大理岩渐进破坏过中的宏、细观破坏特征及其对应裂纹扩展特征的规律研究。结果表明：(1)。室内试验与数值模拟的应力应变曲线相吻合,峰值应力相差较小,破坏形式与室内试验一致,故数值模拟参数标定合理。低围压下应力应变曲线出现的应力降最为明显,高围压下出现的应力降最小。(2)依据总裂纹、张拉裂纹和剪切裂纹扩展数量演化曲线斜率变化规律,将深埋大理岩渐进破坏过程划分为弹性压缩阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹加速扩展阶段和峰后残余阶段四个阶段,根据裂纹数量定义三个特征应力点。(3)随着围压的增加,深埋大理岩达到起裂应力σ_ci时裂纹从两端开始萌发,加载至损伤应力σ_cd点时向中间扩展,达到峰值应力σ_c点时在宏观破坏面附近扩展、增生,加载至峰值点后70%峰值应力点时最终形成以剪切破坏为主的贯通宏观破坏面。(4)随着围压的增加,裂纹出现的范围更广,贯通性减弱,峰值应力σ_c点处产生的裂纹对宏观破坏产生的影响更为剧烈,峰后残余阶段张拉裂纹发育更明显。     

冻融焦煤力学行为特征及微观结构响应规律试验研究（英文）

为深入研究煤岩在冻融与载荷作用下的力学行为特征和细观结构响应规律,开展了冻融焦煤单轴压缩试验,试验全程采用声发射和DIC系统监测,采用扫描电镜及显微镜观测了不同冻融次数焦煤细观结构及断裂面形貌。结果表明,随着冻融次数增加,煤样质量持续增长,孔隙裂隙结构显著发育,单轴抗压强度及弹性模量逐渐降低。冻融次数增加,压缩煤样声发射活动逐渐增强,且压密阶段AE事件分布密度及强度显著增加;煤样压缩全程内部拉伸微裂纹占比较大(除冻融30次外);声发射b呈“V”型变化,揭示冻融焦煤裂纹扩展速度先增后减,加载过程中b值平稳降低特征逐渐显著,微裂纹尺度不断增大。冻融次数增加,压缩煤样耗散能占比逐渐增大,弹性能占比对应减少;冻融0～20次煤样多呈劈裂拉伸破坏,冻融30次后转为剪切破坏,煤样破坏时最大主应变由17.42%降至4.65%,断面形貌由粗糙逐渐趋于光滑。建立了冻融及单轴载荷作用下冻融焦煤单轴压缩损伤本构模型,所得理论曲线与试验结果吻合度较高。研究发现,自由水冻结造成孔隙裂隙空间扩展延伸、不断强化的水岩作用以及矿物颗粒间的相互作用是造成焦煤冻融损伤的主因。     

围岩-充填体组合承载宏细观损伤演化机理

充填体与围岩共同承载地应力,揭示其组合体宏细观损伤演化机理有助于完善充填体与围岩相互作用理论和优化充填体的配比和强度设计.开展不同灰砂比的围岩-充填体组合体单轴压缩试验和数值模拟,分析宏观下应力-应变曲线、力学参数及破坏模式,细观下裂纹扩展、能量变化及损伤演化规律.结果表明：灰砂比越高,组合体的峰值强度和弹性模量越大,峰值应变越小;组合体发生张拉剪切混合式破坏,低灰砂比时接触界面产生断裂破坏,高灰砂比时分层界面产生宏观裂隙;峰前阶段,接触界面和分层界面等薄弱部分先出现微裂纹,组合体以弹性应变能的转化为主,伴随小幅度能量损耗,损伤程度较低;峰后阶段,组合体耗散能急速增长并超过弹性应变能,内部损伤程度加速恶化.围岩内部裂纹数量大幅增加并迅速扩展贯通,率先出现宏观断裂面,充填体内部裂纹汇聚合并于分层界面,在高灰砂比时发挥良好的协同支护作用.     

基于破坏类型的本溪灰岩本构关系研究

根据单轴和三轴条件下本溪灰岩的压缩试验和峰后循环加载试验,总结本溪灰岩的强度、变形随围压的变化规律,研究不同围压下本溪灰岩的破坏过程和重复加载过程,分析不同应力条件下本溪灰岩破坏的方式.结果表明:本溪灰岩在应力刚过峰值且未完全进入残余强度阶段,其弹性模量与峰前相同,此阶段进行循环加载时,新的峰值应力低于卸载点应力;在残余强度阶段,残余强度不再随重复加载发生明显变化;采用比较峰值时的环向弹性应变值与环向应变值的方法来判别本溪灰岩的破坏类型是可行的;不同围压下,本溪灰岩的破坏方式有张性破坏和剪切破坏2种类型,这2种破坏方式下本构模型的控制参数是不同的.分别选取了环向应变和剪切应变作为控制参数建立了本构模型,该模型很好地描述了本溪灰岩峰后阶段的应力脆性跌落现象及应力与应变的关系.     

考虑附加强化效应的多轴稳态循环塑性本构模型

已有试验结果表明,非比例循环加载下应变主轴连续旋转,导致多滑移系开动,阻碍材料内部形成稳定的位错结构,使非比例加载下的应力-应变曲线高于比例加载下的应力-应变曲线,从而产生非比例附加强化现象.由此,从应力空间表述的塑性增量本构模型一般形式出发,建立一个能够反映非比例附加强化效应的稳态循环塑性本构模型.在Armstrong-Frederick模型背应力演化方程的基础上,新模型通过引入非比例度因子和附加强化系数,构建了一个新的背应力演化方程.然后,通过一致性条件建立塑性模量方程与背应力之间的关系.同时,利用最小法向应变范围,提出一种计算非比例度因子的新方法,并针对一般的多轴加载情形,明确最小法向应变范围的计算步骤.新模型从加载路径和材料本身两个方面来考虑非比例附加强化效应的影响,克服Armstrong-Frederick模型中材料常数确定方法繁琐,且通过单轴疲劳试验数据确定的材料常数不能很好地反映材料非比例附加强化现象的不足.应用新模型时,仅仅需要3个独立的常规力学参量和2个疲劳参数,便于工程应用.利用多种多轴加载路径下S460N钢和304不锈钢的试验结果对模型进行验证,预测结果与试验结果吻合良好.     

真三轴压缩下大理岩强度、变形与损伤特征数值

为研究真三轴条件下岩石的力学行为,采用离散元颗粒流程序,探析不同应力路径下大理岩试样的变形破坏过程、微裂纹演化机制及其中间主应力效应。结果表明：平行黏结模型能较准确地反映大理岩真三轴压缩下力学特性和破坏模式;中间主应力对峰值强度、弹性模量、破坏角和破坏模式演变的影响较为显著;八面体理论可较好地拟合出大理岩真三轴压缩中的破坏应力,所得的破坏强度包络线具有明显线性特征;结合应力-应变曲线形状,该大理岩在压缩过程中裂纹扩展可划分为4个阶段,即线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段;随着中间主应力增大,应力-应变曲线峰后段的脆性破坏特征变强,试样从拉伸破坏向拉剪混合破坏转变,且中间主应变符号由拉转向压,岩石损伤演化与中间主应力间呈现出“对勾”型趋势。     

磷块岩三轴压缩破坏特性与声发射规律的研究

采用应力加载系统和声发射测试系统,研究了三轴压缩试验中磷块岩裂纹破坏特性及声发射活动规律. 试验及分析研究表明:磷块岩三轴声发射加载全过程可分为裂隙压密阶段、弹性压缩阶段、裂纹初级扩展阶段、裂纹剧烈扩展阶段、宏观破坏阶段;磷块岩声发射事件在其强度最大阶段和宏观破坏阶段均有产生;磷块岩声发射事件数随着围压从2 MPa增加到4 MPa而减少.     

花岗岩单轴压缩力学特性试验及数值模拟

采用电液伺服试验机对花岗岩进行单轴压缩试验,利用RFPA模拟岩石破裂过程,详细分析了单轴压缩下花岗岩各特征应力大小、损伤过程、破坏模式及裂纹扩展规律。结果表明：花岗岩在单轴压缩下裂纹闭合应力、裂纹起始应力、损伤应力分别占峰值应力的41.1%、 58.7%、 88.3%;在损伤变量的基础上提出损伤变量临界值,以应变值为基础建立花岗岩损伤与裂隙演化之间的联系,定量分析了花岗岩裂隙演化4个阶段下损伤变量的变化;花岗岩单轴压缩下破坏模式与主裂隙方向有关,当主裂隙方向和轴向压应力方向平行时,花岗岩发生竖向劈裂破坏,当主裂隙方向与轴向压应力方向存在夹角时,花岗岩发生竖向劈裂与剪切组合破坏;根据RFPA 2D模拟得到花岗岩破裂结果,发现当加载应力达到峰值应力的46.9%时,花岗岩内部出现局部的微损伤,当加载应力达到峰值应力的63.3%时,花岗岩内部的微损伤累积引起局部的微裂纹,当加载应力达到峰值应力的88.3%时,花岗岩内部的微裂纹汇聚形成显裂纹,在显裂纹区域出现应力集中现象,使得显裂纹相互贯通,最终导致花岗岩的宏观破坏。     

基于颗粒流的矽卡岩静态加载速率效应研究

采用颗粒流离散元软件PFC2D,通过Fish语言编写程序,模拟了矽卡岩岩样3级不同加载速率下的室内单轴压缩试验,并分析了其静态加载速率效应。模拟结果表明:模拟得到的岩样破裂形态、应力-应变曲线、峰值强度变化等与试验结果较为吻合;加载速率增大,峰值强度及其对应的应变增大,且在10-2数量级内增幅明显,峰后变形能力减弱,弹性模量、泊松比基本不变;加载速率增大,临界扩容应力和扩容点对应应变增大,扩容曲线软化段都很平缓,体积膨胀急剧;岩样主要破坏形态为剪切破坏,且随着加载速率增加,由单一剪切破裂过渡到共轭剪切破裂,更易形成锥形破坏。研究结果可为相关岩体的室内试验及岩土工程的稳定性评价提供参考。     

破碎煤岩室内注浆加固效果分析

为研究碳纤维和VAE乳液改性超细水泥浆加固破碎煤岩的可行性，通过室内单轴压缩试验对比煤岩、水泥浆试块和注浆体的抗压强度进行分析。试验结果表明：结石体抗压强度较原煤提高40%,较水泥浆试块提高25%,注浆效果良好；通过对比注浆体单轴压缩破坏前后状态，可知注浆体薄弱面由破碎煤岩原有裂隙所控制，在抗压试验时，主要沿着岩-浆-岩交界面产生破坏。     

Correlation between the cyclic stress behavior and microstructure in 316LN based on the analysis of hysteresis loops

Total strain controlled cyclic test was performed on 316 LN under uniaxial loadings. Through the partitioning of hysteresis loops, the evolution of two components of cyclic flow stress, the internal and effective stresses, was reported. The former one determines the cyclic stress response. Based on the transmission electron microscopic（TEM） observation on specimens loaded with scheduled cycles, it is found that planar dislocation structures prevail during the entire cyclic process at low strain amplitude, while a remarkable dislocation rearrangement from planar structures to heterogeneous spatial distributions is companied by a cyclic softening behavior at high strain amplitude. The competition between the evolution of the intergranular and the intragranular components of the internal stress caused by the transition of slip mode induces the cyclic hardening and softening at high strain levels. The intergranular internal stress represents the most part of the internal stress at low strain level.     

Cyclic constitutive equations of rock with coupled damage induced by compaction and crackingOA

In this paper, the cyclic constitutive equations were proposed to describe the constitutive behavior of cyclic loading and unloading. Firstly, a coupled damage variable was derived, which contains two parts,i.e., the compaction-induced damage and the cracking-induced damage. The compaction-induced damage variable was derived from a nonlinear stress–strain relation of the initial compaction stage, and the cracking-induced damage variable was established based on the statistical damage theory.Seco...     

不同胶结程度MICP固化珊瑚砂的无侧限压缩离散元分析

利用离散元软件建立珊瑚砂微生物固化体无侧限压缩试验模型,通过在珊瑚砂颗粒表面及接触处生成微小碳酸钙颗粒来模拟M IC P胶结,考虑珊瑚砂珊瑚砂颗粒、珊瑚砂碳酸钙颗粒及碳酸钙碳酸钙颗粒的接触,分析不同胶结程度微生物珊瑚砂固化体的颗粒位移、微裂纹发展及微裂纹分布等细观特征,解释了其宏观变形和破坏机制.结果表明:在无侧限压缩...     

超高应变率下岩石的破坏机理

通过对大理石的轻气炮试验进行三维数值仿真重现,探索了岩石在超高应变率下的破坏机理.大理石试样中两个高速应力计的实测应力信号被用作数值模拟的匹配目标,结果表明,在高速冲击压缩载荷下,细观静水压破坏是大理石的主要破坏机制,而不是通常认为的细观剪切或拉伸破坏.此外,为再现不同冲击速度下大理石的物理实验观测数据,提出了新的考虑...     

Mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression

To study the mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression,we analyzed the stress strain curve characteristics,deformation and strength properties,and failure process and characteristics of sandstone samples under different stress states.The experimental results reveal that peak strength,residual strength,elasticity modulus and deformation modulus increase linearly with confining pressure,and failure models transform from fragile failure under low confining pressure to ductility failure under high confining pressure.Macroscopic failure forms of samples under uniaxial compression were split failure parallel to the axis of samples,while macroscopic failure forms under uniaxial compression were shear failure,the shear failure angle of which decreased linearly with confining pressure.There were significant volume dilatation properties in the loading process of sandstone under different confining pressures,and we analyzed the damage evolution properties of samples based on acoustic emission damage and volumetric dilatation damage,and established damage constitutive model,realizing the real-time quantitative evaluation of samples damage state in loading process.     

高温后灌浆料静动态单轴受压力学性能

灌浆料是套筒灌浆连接的关键组成部分。通过36个试件的单轴受压试验,设置静、动态加载应变率,研究高温后灌浆料的力学性能。结果表明：预烘干(105 ℃、120min)结合升温速率5 ℃/min的复合措施抑制了灌浆料(抗压强度85.7MPa)的爆裂;灌浆料试件的失效模式为竖向通缝式开裂;动态加载应变率(0.067s-1)下的高温后试件峰值应力普遍高于静态下的值,最高可达29.6%;高温后灌浆料应力-应变归一化曲线包括上升、下降两部分,二者均呈现非线性发展特征;通过试验数据的拟合分析,建立高温后灌浆料单轴受压归一化静动态本构模型,并将其应用于高温后套筒灌浆连接高应力反复拉压的有限元模拟分析,率先实现模拟对象的套筒外钢筋断裂,且模拟对象的荷载-位移曲线、峰值荷载等特征与实测结果吻合度较高,并得到400℃为高温作用后套筒灌浆连接失效模式转变的临界温度。     

高温后灌浆料静动态单轴受压力学性能

灌浆料是套筒灌浆连接的关键组成部分。通过36个试件的单轴受压试验,设置静、动态加载应变率,研究高温后灌浆料的力学性能。结果表明：预烘干(105 ℃、120min)结合升温速率5 ℃/min的复合措施抑制了灌浆料(抗压强度85.7MPa)的爆裂;灌浆料试件的失效模式为竖向通缝式开裂;动态加载应变率(0.067s-1)下的高温后试件峰值应力普遍高于静态下的值,最高可达29.6%;高温后灌浆料应力-应变归一化曲线包括上升、下降两部分,二者均呈现非线性发展特征;通过试验数据的拟合分析,建立高温后灌浆料单轴受压归一化静动态本构模型,并将其应用于高温后套筒灌浆连接高应力反复拉压的有限元模拟分析,率先实现模拟对象的套筒外钢筋断裂,且模拟对象的荷载-位移曲线、峰值荷载等特征与实测结果吻合度较高,并得到400℃为高温作用后套筒灌浆连接失效模式转变的临界温度。     

单轴压缩条件下花岗岩声发射事件空间分布的分维特征研究

基于声发射事件空间分布的柱覆盖分形模型,利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统和PCI-2声发射（AE）三维定位实时监测系统,对瀑布沟水电站地下厂房花岗岩单轴压缩损伤破坏过程中声发射事件空间分布的分形特征进行了研究。结果表明,声发射事件随应力增加逐渐活跃,加载初期声发射数量较少,应力接近峰值强度时,声发射事件累计数曲线呈指数上升。声发射事件的空间分布随应力增加是一个降维过程,其空间分维D在3~2内变化,峰值强度时,其值最小。弹性阶段后期,岩石内部微破裂开始向破坏面集聚,声发射空间分维D下降幅度明显增大。声发射空间分维恰当地表征了声发射事件空间分布的复杂程度。研究结论揭示了岩石声发射事件空间分布的分形特征,室内试验结果与文献对岩爆研究结果相吻合,可为现场监测应用提供理论指导。     

镇北长8_1储层微观孔喉结构及物性参数特征

采用铸体薄片、高压压汞、恒速压汞、稳定渗流、X衍射全岩分析、三轴压缩声发射等实验方法,对镇北地区长8_1致密砂岩储层储集空间、储层敏感性、岩石脆性等参数特征进行研究,结果表明,该地区储层储集空间以粒间孔和粒间溶孔为主,粒内溶孔(长石溶孔+岩屑溶孔)次之,部分地区存在晶间孔;储层发育偏粗态、偏细态、细态3种孔喉结构类型,其中以细态型孔隙结构为主;致密砂岩储层品质主要受喉道控制。长8_1致密砂岩储层具有应力敏感性较弱,脆性指数大,水平主应力差值小的特点,适合利用体积压裂技术进行开发。