脆性材料斜裂纹扩展的数值试验与破坏模式分析

目的分析含斜裂纹脆性材料的破坏过程，研究不同裂纹对脆性材料力学性质的影响，确定斜裂纹的破坏模式．方法利用岩石破裂过程数值分析系统rpfa^2D对含一条斜裂纹岩石和三条斜裂纹岩石的破坏过程进行数值试验。应用断裂力学的方法对破坏模式进行理论分析．结果得到了单轴压缩条件下，含一条斜裂纹和三条斜裂纹岩石的整个破坏过程，确定了斜裂纹的破坏模式．结论数值试验的结果表明，单轴压缩条件下三条斜裂纹的扩展，一开始发生在内部裂尖，内部裂尖扩展到临近的预置裂纹之后，外部的裂纹开始扩展；含单裂纹岩石的强度约为三裂纹强度的1．2倍．但三裂纹的残余强度比单裂纹高．数值试验和应力强度因子法得到同样的结论：单轴压缩条件下含一条、三条斜裂纹岩石的初始扩展为压剪破坏，当两裂纹尖端开始扩展之后。形成的翼型裂纹破坏模式为拉剪破坏．笔者提供了一种研究复合型裂纹扩展和断裂破坏模式的新方法．     

动态载荷作用下岩石颗粒破裂过程的数值模拟

目的 为了研究岩石颗粒在动态载荷下的损伤破坏机理与动力破碎过程．方法 用RFPA（岩石破裂过程分析）探讨不同动态应力波作用对于岩石颗粒试样破坏模式的影响．结果 数值模拟结果表明，在不同的应力波峰值和不同的应力波作用时间作用下，试样表现出不同的破裂模式．结论 在应力波峰值较低时，裂纹的萌生从试样的中部或底部开始；当应力波赋值较大时，裂纹的萌生从加载点开始以裂纹带的形式向下延伸．在相同的应力波峰值作用时。波长较长时试样主要表现为径向破裂为主；而波长较短时试样则表现为两翼破坏．在动态应力波作用下，试样中萌生出更多的分叉裂纹，随着应力波波长的增加。分叉裂纹的数量也随之增加．这与静态载荷作用下形成只一条主裂纹的情形是不同的。     

岩石破裂过程微裂纹演化规律有限元统计分析

为了系统完整地研究岩石破裂过程的微裂纹演化特征，运用数值分析方法RFPA^2D，对在单轴压缩条件下岩石整个破裂过程进行了数值模拟，直观再现了岩石的微裂纹演化行为．借助RFPA加对每加载步产生的破裂集团大小及数目进行统计的功能，对岩石的微裂纹演化规律作了定量化分析．结果表明：岩石破裂失稳具有前兆性，在接近自组织临界点之前，就出现了大的破裂集团（微裂纹）；岩石宏观破裂失稳后，单元破裂百分比（损伤程度）略有所增加，而总破裂集团数（总微裂纹数）却有所减少．     

不同面积载荷作用下的岩石试件破裂数值模拟

目的研究岩石受拉破裂的方法,探讨岩石拉破坏数值模拟方法的应用.方法采用试验和可模拟拉张破裂的数值模拟相结合的方法,分别选取加载面积直径为5 mm、10 mm、15mm3、0 mm、40 mm5、0 mm进行实验和数值模拟.结果由传统的数值模拟方法得出加载面积越小,应力集中的部分几乎贯通于岩石试件的整个对称轴,越近似于点载荷的情况;随着加载面积的增大应力集中的区域横向扩大,纵向缩短;由考虑拉破坏的对径受压岩石破裂数值模拟方法得出随着载荷作用面积的扩大,裂纹在纵向逐渐变短,横向破裂带越来越宽,这与试验结果相吻合.结论在载荷作用面积较小时,近似于点载荷的作用,岩石破裂近似于巴西劈裂;随着载荷作用面积的增加,拉应力集中范围在纵向变短,横向变宽;裂纹开裂范围也在纵向变小,横向变大.利用裂张单元可以模拟岩石的拉破裂.     

热障涂层热破裂失效过程的数值分析研究

从热障涂层的非均匀性特点出发，运用基于细观力学原理的材料真实破坏过程分析RFPA数值模拟方法，对热障涂层的热破裂失效过程以及表面预置裂纹对形成界面裂纹的影响进行了数值模拟分析，从表面预置裂纹的长度和密度两个方面研究了陶瓷涂层与基体间界面裂纹的形成机理和分层剥离模式.模拟结果真实再现了热障涂层的热失效过程.     

裂纹扩展过程红外热像实验及数值模拟研究

采用花岗岩材料通过红外热像和数值实验的方法,对两预制裂纹导致的岩石中新裂纹孕育、繁衍、萌生、扩展和贯通机制,以及由此引起的试样宏观强度变化等进行分析.通过红外热像遥感观测方法以及数值模拟对7块预制双裂纹的试样进行了实验研究.结果表明,裂纹扩展过程中,脆性破裂的声发射前兆不明显,在主破裂发生之前有小规模声发射现象,但释放的能量不多,只有在主破裂发生时产生大量声发射,特别是岩爆类型的破坏.试样破裂过程中有红外异常现象,在破裂处会出现明显的高温区和高温条带,并指出斑状花岗岩在破裂前主要表现为高温前兆.     

节理分布对岩体破坏影响的数值模拟研究

为研究含断续节理岩体的宏观破坏过程和特征，采用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统，分析了断续节理岩体中裂纹的产生、扩展机理与过程．结果表明，当节理倾角从30°，45°到60°时，岩体强度从小到大增加，并且破坏前期的声发射现象增强、变形增大；随着节理密度的增大，裂纹的产生从互不影响到相互抑制，裂纹扩展长度减小；中间节理受压剪作用很快与相邻节理贯通导致节理岩体破坏．据此，明确界定断续节理产生贯通破坏的范围就是围岩破裂区．     

基于RFPA~(2D)的岩石裂纹扩展模式的研究

运用岩石破裂过程分析软件——RFPA2D,通过对岩石试样中预置一组裂纹,研究了裂纹几何分布(不同裂纹倾角、不同岩桥倾角)及围压条件对裂纹扩展模式的影响。数值模拟再现了非均匀岩石介质中多裂纹扩展的相互作用模式及其贯通机制。结果表明:1)预置裂纹的几何分布对裂纹贯通机制有显著影响。2)随着裂纹倾角的增大,试样的平均峰值强度明显增加,当裂纹倾角较大(75°左右)时,峰值强度接近无预置裂纹试样。3)随着围压的增大,剪破裂明显增多,剪裂纹对扩展模式起主导作用。在高围压条件下,试样的破裂形式与在低围压下显著不同,且与均质试样的破裂形式也有显著不同。     

含单个孔洞大理岩裂纹扩展细观试验和模拟

采用扫描电镜实时观测系统,对含单个孔洞大理岩进行了单轴压缩试验,实时观测了大理岩加载过程中裂纹的萌生、扩展、演化和贯通特征,获得了不同应力下大理岩裂纹扩展过程,试验结果表明:大理岩裂纹首先在孔洞周边的拉伸应力集中区域产生,随后沿加载方向或晶粒边界逐渐向试样端部或边界薄弱部位扩展.考虑岩石材料非均质性,采用岩石破裂过程分析系统,进一步对两种非均质岩样进行了数值模拟分析,模拟结果再现了两种晶粒大理岩试验过程中裂纹的扩展特征.试验和模拟得到的裂纹扩展规律吻合较好,非均质性(晶粒及其尺寸)对岩样中裂纹扩展特征具有较大的影响.     

混凝土破坏的断裂与损伤耦合分析

目的 应用断裂力学与损伤力学耦合分析方法分析混凝土破坏的问题．方法 以三点弯曲混凝土梁为例，应用断裂力学与损伤力学耦合分析方法从理论上确定初始损伤区与断裂区，然后用损伤力学的方法、数值模拟混凝土梁的破坏过程．结果 确定了三点弯曲混凝土梁的损伤区和断裂区尺寸，应用西多霍夫损伤模型和断裂力学的耦合分析方法数值模拟了混凝土三点弯曲梁的破坏过程，发现裂纹是带着损伤区向前扩展的．结论 笔者提出的方法是合理的便于工程应用的模拟混凝土裂纹扩展过程的方法。     

岩层走向对地下洞室围岩稳定的影响

层状岩体沿层面方向和垂直于层面方向的物理力学特性各异,表现出明显的各向异性,其破坏形式也与一般各向同性岩体不同.根据层状岩体的物理力学性质分析了其破坏特性及其迭代计算方法.采用三维非线性弹塑性有限元数值计算方法,从变形、破坏、应力和扰动综合分析了层状岩体中岩层走向对洞室围岩稳定的影响.通过对一工程实例中各种洞室厂房轴线的计算和比较,结合工程经验,得出层状岩体中地下洞室的合理轴线布置方式.分析结果与工程实际相吻合,为工程设计提供了比较可靠的理论依据.     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明，岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成，本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS，模拟二道垭隧道的开挖与支护过程，研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时，围岩的变形及锚杆的受力情况．计算结果表明：对于松软岩层来说，考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性．     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明，岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成，本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS，模拟二道垭隧道的开挖与支护过程，研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时，围岩的变形及锚杆的受力情况. 计算结果表明：对于松软岩层来说，考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性.     

Stability classification model of mine-lane surrounding rock based on distance discriminant analysis method

Based on the principle of Mahalanobis distance discriminant analysis （DDA） theory, a stability classification model for mine-lane surrounding rock was established, including six indexes of discriminant factors that reflect the engineering quality of surrounding rock： lane depth below surface, span of lane, ratio of directly top layer thickness to coal thickness, uniaxial comprehensive strength of surrounding rock, development degree coefficient of surrounding rock joint and range of broken surrounding rock zone. A DDA model was obtained through training 15 practical measuring samples. The re-substitution method was introduced to verify the stability of DDA model and the ratio of mis-discrimination is zero. The DDA model was used to discriminate 3 new samples and the results are identical with actual rock kind. Compared with the artificial neural network method and support vector mechanic method, the results show that this model has high prediction accuracy and can be used in practical engineering.     

深部巷道稳定的若干岩石力学问题

论述了深部岩石力学与工程问题研究的意义；评述了深部原岩应力分布对岩石性质与岩石工程的影响；指出了岩石强度失效与工程围岩破坏过程的实质；分析和评价了岩石破坏所形成的序列结构形式以及对其强度的影响．根据深部岩石工程施工以及变形破坏的特点，通过对工程开挖的卸压影响、岩石脆性与延性破坏的关系以及岩石变形、破坏的时间效应的分析，说明了深部岩石工程稳定有其不同的性质与特点．     

软弱破碎围岩隧道大变形施工力学行为及支护对策研究

围岩大变形是一种常见的、危害极大的施工地质灾害,为了减弱乃至消除此类灾害对工程的影响,首先,基于工程地质条件和地应力测试结果分析,揭示了典型地段软岩挤压大变形的成因;其次,采用有限差分程序研究了软岩段施工过程中围岩的受力和变形特征,分析了支护结构对围岩稳定性的影响,考虑支护有效抑制了围岩变形,将开挖造成围岩变形的影响范围由2倍洞径减至1倍洞径,较好地稳固了掌子面的挤压变形;最后,根据考虑支护的施工过程模拟结果分析,提出了该段软岩大变形控制措施及其变形过大造成侵限的具体处理对策,经开挖后监测数据验证,措施有效,确保了软弱破碎围岩隧道的顺利施工,对类似工程具有一定的借鉴意义。     

基于弹塑性有限元的深挖路堑碎裂岩质边坡稳定性分析

西部地区地形地质条件复杂,对于岩体破碎、裂隙发育的边坡,前期地勘和试验工作获取到的信息非常有限,难以确定岩体力学参数统计特征。本文结合边坡施工开挖逐步揭示的工程地质信息,建立切合工程地质特征的三维弹塑性有限元模型,模拟边坡开挖过程对工程岩体岩石力学参数进行反分析,对比开挖过程测斜监测获得的位移变形,获得了接近实际情况的最优计算参数,并利用获得的参数分析边坡的稳定性,预测开挖加固效果。结果表明,采用基于弹塑性有限元的边坡稳定性分析是有效可行的,可以计算得出岩体位移场,应力场的变化特征,揭示边坡开挖变形的内在机制。本研究为复杂地质条件下信息化施工设计提供了一种新方法。     

Experimental study on the mechanical and failure behaviors of deep rock subjected to true triaxial stress: A review

It has become an inevitable trend of human development to seek resources from the deep underground. However, rock encountered in deep underground engineering is usually in an anisotropic stress state (σ₁>σ>σ₃) due to the influences of geological structures and engineering disturbances. It is therefore essential to study the mechanical, seepage, and dynamic disaster behaviors of deep rock under true triaxial stress to ensure the safe operation of deep rock engineering and the efficient exploitation of deep resources. In recent years, experimental techniques and research on true triaxial rock mechanics have achieved fruitful results that have promoted the rapid development of deep rock mechanics; thus, it is necessary to systematically review and summarize these developments. This work first introduced several typical true triaxial testing apparatus and then reviewed the corresponding research progress on rock deformation, strength, failure mode, brittleness, and energy as well as the 3D volumetric fracturing (dynamic disaster) properties of deep rocks under true triaxial stress. Then, several commonly used true triaxial rock strength criteria and their applicability, the permeability characteristics and mathematical models of deep reservoir rocks, and the disaster-causing processes and mechanisms of disturbed volumetric fracturing (rockburst, compound dynamic disasters) in deep rock engineering were described. This work may provide an essential reference for addressing the true triaxial rock mechanics issues involved in deep rock engineering, especially regarding the stability of surrounding rock at depth, disaster prevention and control, and oil and gas exploitation.     

岩体工程分类方法及应用研究

工程岩体分类在工程建设中起着重要的作用。近年来,国内外专家通常采用定性和定量相结合的方法来评价岩体的工程性质,并根据其工程类型和使用目的对工程岩体进行分类。本文主要通过实例来介绍RMR和Q分类系统,并分析两类分类系统的相互关系。     

风化岩路基填料沉降观测试验研究

为了揭示风化岩填料路基的工程性质,结合室内击实实验与施工段现场沉降观测实验,深入分析了风化岩路基沉降随时间的变化规律,同时,对风化岩填料路基的边坡防护进行了概述.该研究成果可用于指导、评价山区高速公路风化岩路基填筑,这不仅是对保护环境、实施可持续发展战略的双重要求,而且具有较高的经济和社会效益.