不同含量玻璃纤维尾砂充填体损伤规律与围岩匹配关系

为提高三门峡罗山金矿采空区充填后的稳定性,对玻璃纤维质量含量分别为0%,0.5%和0.7%的尾砂胶结充填体损伤规律进行研究。通过单轴压缩试验得到不同含量玻璃纤维尾砂胶结充填体应力–应变曲线,并根据建立的损伤本构方程,分析充填体的能量耗散规律,得出其与围岩的匹配关系。研究结果表明：(1)在一定范围内,玻璃纤维的掺入提高了充填体的强度,降低了初始弹性模量。(2)掺入玻璃纤维能够降低充填体达到峰值应力时的损伤值,但随着其含量的增加,充填体损伤值达到极值的过程越缓慢。(3)得到了不同含量玻璃纤维充填体的峰值比能计算模型,进而得出充填体的峰值比能随着玻璃纤维含量的增加而增大。(4)以该矿山充填开采为背景,得到采空区埋深与充填体强度的匹配设计模型,可为矿山节约充填成本提供科学依据。     

金川二矿区1号矿体大面积充填体—岩体稳定性有限元分析

本文应用粘弹塑性有限元方法,分析了镍基地金川二矿区1号矿体下向胶结充填中大面积充填体-岩体的整体稳定性,其主要计算结果和相应的现场观测数据基本相符合,从而比较符合实际地论证了:在金川二矿区1号矿体内,沿其矿体走向应当不留间隔矿柱而宜用大面积连续胶结充填。此项成果已在金川二矿区工程实践中应用并取得了明显的经济效益和社会效益,为金川二矿区二期工程,为国内、外类似矿山及需要“采富保贫”厚大矿体的采矿合理设计提供了可靠依据。     

基于损伤能量耗散的岩体块度分布预测

提出一整套岩体块度分布预测方法。首先，根据岩石分形断裂切割岩块的块度形成机制，利用能量守恒关系，建立损伤–能量–碎块尺寸理论关系式。为方便应用，将该式简化。然后，根据块度分布的自相似性，将岩石块度分布特性应用于岩体块度分布预测。提出适合工程应用的损伤模型建立方法，并针对岩体块度分布的特点，定义岩体裂隙损伤参数。作为实例，计算金川节理岩体的块度分布。该研究对于自然崩落法采矿岩体块度分布预测具有重要意义。     

偶应力对含充填层状岩体边界层效应的影响

 传统的连续介质理论本构关系没有考虑材料微结构的影响。岩石材料的微结构尺度一般在毫米量级以上,并且在高应变梯度情况下,层状岩体的弯曲变形非常显著。采用偶应力理论和有限单元法,对含充填层状岩体结构面边界层效应进行研究,并对经典理论和偶应力理论的结果进行对比。结果表明：考虑偶应力后,尺度效应明显。层状岩体结构面边界层内应力、应变的绝对值均有所减小;层状岩体结构面边界层内剪应变出现一个过渡区域,剪应变突变有所改善,但剪应力却不再连续。特征长度影响过渡区域大小,第二剪切模量、泊松比、弹性模量不改变过渡区域大小。     

开采扰动岩体力学性质变异试验研究与探测分析

 根据弹性模量变化定义岩体损伤变量,结合室内岩石单轴全应力–应变循环加、卸载试验,探究岩石损伤过程中电阻率的变化,获得岩石单轴压缩各个阶段电阻率的变化规律,分析发现电阻率与弹性模量以及抗压强度之间的变化关系符合对数数学模型,可实现用电阻率变化表征岩体损伤变量。同时,利用刚性试验机进行大理岩三轴压缩试验,研究不同损伤状态下抗剪强度的变化规律,试验结果显示,不同损伤状态下弹性模量与抗剪强度变化关系符合对数数学模型,且整体变化规律差异不大。根据上述研究结果,最终建立损伤过程中电阻率、弹性模量、抗压强度及抗剪强度之间的经验公式,实现用电阻率变化表征扰动岩体的力学性质变异。最后,利用抚顺东露天矿边坡现场高密度电法探测结果,得出边坡地层开采扰动前后视电阻率变化,代入经验公式估算出扰动边坡岩体的力学参数,为进一步分析井工开采扰动边坡的稳定性提供岩石力学参数选取依据。     

胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制研究

为探究胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制,将龄期3,7,14,21 d的充填体施加4种不同程度的静载损伤,养护28 d后开展单轴压缩试验、超声波测试、电镜微观结构扫描,从宏–细–微三个尺度探讨充填体早期损伤对后期力学性能影响机制。结果表明：损伤对龄期3和7 d充填体后期抗压强度影响较小,在一定压损条件下充填体后期抗压强度上升,对龄期14和21 d充填体后期抗压强度均产生弱化作用,对各个龄期充填体后期弹性变形能力起到强化作用;基于波速变化建立损伤程度与充填体力学特性之间的定量关系,发现损伤龄期3和7 d充填体存在损伤阈值和修复阈值;随着损伤程度的增大,充填体内部结构由数量较多的细小裂隙逐渐扩大为单一裂隙,裂隙断面处的连接物质主要为水化产物C-S-H网状凝胶;龄期3和7 d充填体内部存在大量未完全水化的水泥颗粒,养护后期产生的凝胶产物足以填充大部分损伤裂隙,故损伤对其后期抗压强度影响较小,而龄期14和21 d充填体未完全水化的水泥颗粒减少,后期产生的凝胶产物不足以填充损伤裂隙,内部结构颗粒之间联系较差,故损伤对其后期抗压强度弱化作用显著。研究结果可为矿山充填体工作提供指导意义。     

岩体完整性指数与弹性模量之间的关系研究

 岩体弹性模量值与其完整性指数之间有密切关系,通过其完整性的研究可以间接推断弹性模量值。引入钻孔摄像及相关分析方法获取岩体完整性指数,采用损伤力学原理分析该参数与岩体弹性模量的关系。结果表明,在岩块弹性模量近似不变的情况下,两者之间应具有正线性相关关系,现场试验结果验证了该结论的正确性。另外,对岩体完整性指数和岩石质量指标与岩体弹性模量之间的相关性进行对比结果表明,岩体完整性指数与弹性模量的相关性更好。     

加载岩体力学与卸荷岩体力学

加载岩体力学与卸荷岩体力学哈秋舟令（中国长江三峡工程开发总公司，重庆建筑大学）作者简介哈秋舟令，男，中国长江三峡工程开发总公司技委会副主任、原总工程师，重庆建筑大学博士生导师，中国岩石力学与工程学会副理事长。１目前岩石力学研究的主要内容是，研究岩石的...     

裂隙岩体渗流场与损伤场的耦合分析

通过引入渗透压力附加柔度张量的概念以及考虑渗透张量的演化行为，详细研究了裂隙岩体渗流与损伤变形的相互作用机理。在此基础上建立了基于两场耦合的裂隙岩体渗流损伤模型。工程算例结果表叫，当存在地下流体流动时，渗流对岩体变形破坏以及损伤变形对岩体渗流场的影响是不可忽略的。     

节理岩体采动沉陷实验及损伤力学分析

利用相似材料模拟实验，研究了考虑节理倾角单因素的岩体采动沉陷规律，总结出覆岩破坏模式和地表移动特征，并将节理看作被始损伤，利用损伤力学定性地研究了岩体移动量与节理倾角的关系。     

岩石变形破坏过程中的能量耗散分析

岩石作为一种复杂的非均质地质材料，其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。岩石在变形破坏过程中始终不断地与外界交换着物质和能量，是一个能量耗散的损伤演化过程。采用损伤演化方程可以从宏观上描述损伤变量以及与其相伴的广义热力学力——损伤能量释放率的变化规律。进一步通过细观损伤力学的研究，可以揭示岩石变形破坏过程中能量耗散的内在机制。围绕这一基于能量耗散的岩石力学研究思路及其相关进展，最终将建立基于损伤演化及能量耗散的宏．细．微观多层次耦合的岩石力学体系，这有助于更准确地解决岩石工程领域中更多的力学分析问题。     

冲击载荷作用下岩石损伤的能量耗散

利用一级轻气炮进行平面撞击实验，测量砂岩试件组成的靶板中的应力-时间历程曲线；基于RaIlkinc-Hugoniot守恒方程，计算得到不同冲击荷载下岩石试件中的损伤能量耗散密度，为建立新的岩石动态损伤模型创造了条件。     

岩石直接拉伸破坏中的能量耗散及损伤特征

采用新近发展起来的拉伸式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ冲击装置（ＳＨＴＢ），成功地实现了对岩石试样的动态直接拉伸加载。利用圆柱形拉伸强度试样和切口圆柱拉伸断裂试样，并结合静态拉伸实验设备ＭＴＳ材料试验机，进行了岩石的动态拉伸强度、动态拉伸断裂、静态拉伸强度、静态拉伸断裂共４种情况下的拉伸破坏实验，并将这４种实验条件下的拉伸破坏试样沿其纵剖面剖开，利用光学显微镜观察岩石在其纵剖面上的破坏特征。观察表明，岩石拉伸破坏所消耗的能量与岩石破坏时所形成的内部损伤有着十分密切的联系。     

砂岩拉伸过程中的能量耗散与损伤演化分析

岩石作为一种非均质的复杂地质材料,其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。借助先进的试验测试系统,可以对岩石进行直接拉伸试验,从而在现有大量压缩试验的基础上进一步完善对岩石基本力学行为的研究。通过砂岩的循环拉伸试验研究发现,拉伸过程中外载所做的总功除了引起岩石弹性变形能的增大外,还有一部分被耗散掉从而导致岩石发生不可逆的损伤。在对能量耗散进行分析的基础上,可以建立岩石的损伤演化方程,并通过试验测定相应的参数指标。试验研究和理论分析表明,基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以较好地描述岩石的损伤演化过程。     

基于能量耗散定义损伤变量的方法

基于对材料变形中的本构能及耗散能的认识，依据循环加载计算耗散能，从能量耗散角度定义材料的损伤变量，并给出了损伤变量的理论计算公式及损伤阈值的确定方法，研究了相关试验结果的损伤扩展规律。     

三维节理岩体分形维数与RQD相关性研究

 应用三维随机不连续面网络模拟技术对岩体结构统计均质区内的不连续面进行计算机模拟,再现岩体结构,并应用分形理论计算三维节理岩体的分形维数。平行于三维节理岩体网络模型的x,y,z轴布置测线,计算不同阈值下三维岩体的岩石质量指标(RQD)。对获取的分形维数与RQD分析表明,三维岩体RQD随分形维数增大而减小,二者具有良好的线性关系。最后,推导三维节理岩体的分形维数与若干个阈值下RQD的关系式,并根据不同阈值下RQD与分形维数关系曲线的斜率确定合理阈值。     

能量耗散弹性损伤本构方程及其在围岩稳定分析中的应用

在内变量不可逆热力学的理论框架下，应用能量耗散的基本原理，求解弹性损伤的等效应变和损伤演化方程，建立损伤屈服准则。应用考虑能量耗散的本构方程，求解大型地下洞室围岩稳定问题，从分析结果能够给出洞室围岩损伤演化区的范围和损伤值的大小，进而判断洞室围岩何处发生损伤和断裂。认为损伤值等于1．0时，材料发生完全断裂，此时材料的破坏分析应借助宏观断裂力学的手段来进行。因此，该法为工程分析提供了细观上的理论依据，同时也为宏观分析提供了手段。     

温–压耦合及动力扰动下岩石破碎的能量耗散

 采用自行研制的温–压耦合及动力扰动试验系统,在4个温度等级(20 ℃,100 ℃,200 ℃,300 ℃)且每个温度等级的试样分别施加0,20,60,80 MPa的轴向静压力,对砂岩试样进行冲击试验。基于常规的霍普金森杆压缩试验中的能量耗散原理,计算出不同温度作用下动静组合加载岩石试样的能量耗散规律。结果表明：当动载荷保持不变,岩样在温度为20 ℃,200 ℃和300 ℃且预压力为20 MPa时,能量吸收率最大;而岩石试样作用温度为100 ℃时,当冲击载荷不变,不加轴压(轴压为0 MPa)时的能量吸收率最大。研究结果有助于研究高温、高应力作用下岩石破碎机制,为研究高温作用下岩体工程起到一定的参考作用。