拉剪应力状态下裂隙岩体动态损伤演化

岩体开挖是一个不断卸荷、变形损伤、质量劣化的动态力学过程。卸荷状态下,拉剪复合断裂是岩体断裂中最危险的一种情况。现应用断裂力学和损伤力学,对裂隙卸荷损伤岩体的力学性质进行研究。总结拉剪应力状态下裂隙岩体损伤力学模型,分析得出：拉剪应力状态下裂隙裂化、损伤积累,损伤演化表现为＂动态损伤＂;而后以某水电站边坡的开挖卸荷为例,验证了岩体裂隙损伤贯通直至破坏的过程。     

裂隙岩体的渗流场与损伤场耦合分析模型及其工程应用

利用流体扩散能量叠加原理，建立了裂隙岩体介质的渗透张量数学表达式。综合运用断裂力学和损伤理论，探讨了复杂应力状态下多裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的启裂准则，建立了裂隙岩体在压剪，拉剪应力状态下损伤演化方程，给出了裂隙岩体损伤场与渗流场耦合方程。在此基础上，用已编成的有限元计算程序对三峡永久船闸高边坡稳定性进行了分析。     

卸荷岩体损伤断裂力学分析及其参数研究

研究了岩体在拉剪应力作用下裂缝尖端的亚损伤区大小，以及亚损伤缝的长度，通过损伤分析，给出了损伤岩体的变形模量，以及损伤扩展的变形模量，并且将岩体的连通率与变形模量联系起来，这是对岩体力学损伤分析的有效补充。     

加锚节理岩体断裂损伤模型及其应用

基于等效应变能原理，在分析压剪、拉剪应力状态下加锚节理面的受力与变形特点的基础上，运用断裂损伤力学的方法建立了加锚断续节理岩体的本构模型及其损伤演化方程，并将该成果应用到黄河小浪底水利枢纽工程地下厂房洞室群施工稳定性分析中.结果表明，该模型能较好地反映加锚节理岩体力学特性及开挖卸荷过程中围岩渐近破坏的规律。     

渗流损伤耦合模型在三峡工程中的初步应用

利用流体扩散能量叠加原理，建立了裂隙岩体人质的渗透张量数学表达式，综合运用新裂力学和损伤理论，探讨了复杂状态下多裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的启裂准则，建立了裂隙岩性在压剪，拉剪应力状态下损伤经方程，给出了裂隙岩体损伤场与渗流场耦合方程，在此基础上，编制了平面有限元计算程序以对三峡就久船闸高边坡稳定性进行分析。     

裂隙岩体的渗流-损伤耦合分析模型及其工程应用

本文对裂隙岩体中的渗流提出一种渗流-损伤耦合分析模型,这个模型将岩体中的裂隙模拟为具有一定张开度的扁平圆盘裂纹,由现场裂隙统计分析和计算机Monte Carlo法产生随机裂隙网络系统,计算裂隙的空间连通率,对其力学行为,运用损伤断裂力学模型予以描述。本文阐述了渗流对裂隙岩体的力学作用和岩体的应力状态对裂隙渗透特性的影响,根据不同应力状态下,裂隙的损伤断裂扩展过程建立起渗透张量的演化方程。最后提出了有限元分析程序并将其应用于工程实践。     

填充对节理岩体力学特性及能量演化的影响研究

能量耗散引起节理岩体裂纹启裂、扩展、贯通及最终的破坏。为探寻充填对节理岩体力学及能量特性的影响,基于岩石能量耗散理论及单轴压缩试验结果,研究了充填对节理岩体强度特征、变形特征、破坏模式及能量演化的影响机制。此外,分析了节理岩体的能量演化机制及峰值点各能量指标( 总能量、弹性应变能及耗散能) 的充填效应。研究结果表明: 节理使得岩样的力学参数明显劣化,而充填使得节理岩样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均有所增大; 完整岩样损伤演化划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段,而节理岩样和充填节理岩样则分为六阶段,即增加了突变损伤阶段; 完整岩样、充填节理岩样及节理岩样峰值点的平均弹性应变能依次在减小,但减小幅度明显降低。研究成果可为岩体工程类环境灾害的预警与防控提供科学依据。     

填充对节理岩体力学特性及能量演化的影响研究

能量耗散引起节理岩体裂纹启裂、扩展、贯通及最终的破坏。为探寻充填对节理岩体力学及能量特性的影响,基于岩石能量耗散理论及单轴压缩试验结果,研究了充填对节理岩体强度特征、变形特征、破坏模式及能量演化的影响机制。此外,分析了节理岩体的能量演化机制及峰值点各能量指标(总能量、弹性应变能及耗散能)的充填效应。研究结果表明:节理使得岩样的力学参数明显劣化,而充填使得节理岩样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均有所增大;完整岩样损伤演化划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段,而节理岩样和充填节理岩样则分为六阶段,即增加了突变损伤阶段;完整岩样、充填节理岩样及节理岩样峰值点的平均弹性应变能依次在减小,但减小幅度明显降低。研究成果可为岩体工程类环境灾害的预警与防控提供科学依据。     

典型震裂山体发育特征及形成机制分析 ——以四川省茂县叠溪镇松坪沟为例

为了揭示强震作用下斜坡的震裂损伤特征及其演化规律,对四川省茂县叠溪镇松坪沟流域的3个典型震裂山体开展了地质条件及震裂纹调查.结果表明:①震裂斜坡震裂纹的扩展主要与结构面特征有关,震裂纹往往沿着节理触发和扩展.②震裂纹的组合特征控制了震裂山体的失稳模式.③ 强震过程中,在冲压-拉张荷载下主要形成拉张裂纹、冲压裂纹及压致拉...     

单轴压缩下不同裂隙张开度岩石破坏数值模拟

为了研究不同张开度裂隙岩体单轴压缩过程中的力学特性,以裂隙试样室内试验结果标定岩体细观参数,采用改进刚体弹簧元法对不同张开度裂隙试样压缩破坏过程进行数值模拟。结果表明:试件峰值强度随着裂隙张开度的增大表现出先增大后减小,最后维持稳定的规律;根据微裂纹起裂位置,将不同张开度裂隙岩体破坏模式总结为3类,并得出最终失稳破坏本质上都是由张拉所致的结论;随轴向应变增加,试件内部微裂纹的发育速度逐渐提高,但剪切裂纹数量远小于张拉裂纹;最后通过位移场演化规律从细观层面揭示了微裂纹开裂的力学机理。     

不同加载速率下端部节理岩桥变形破坏及裂隙扩展试验研究

边坡岩体内部岩桥对边坡稳定性起控制作用,而边坡岩桥破坏由于受开挖速度的影响会产生加载速率效应,探究边坡内部岩桥在加载速率影响下的变形破坏特征和裂隙扩展机制具有重要意义.通过对类岩石材料试样端部预制裂隙以形成中部岩桥,结合数字图像相关技术,分析了不同加载速率下不同岩桥长度试样破坏特征和裂隙起裂、扩展、贯通规律,并利用断裂...     

基于颗粒流的花岗岩微观破坏机制研究

为研究岩石在单轴压缩条件下的微观破坏机制,利用岩石力学试验机进行花岗岩岩样的室内试验,采用颗粒流分析程序编程建立可靠的数值模型,通过分析试件压缩破坏过程的裂纹演化规律、裂纹数特征和能量耗散规律,讨论其微观破坏机制。结果表明,花岗岩岩样内部拉裂纹分布与宏观破坏面较为吻合,在裂隙发展中起着关键作用;峰值强度前,剪裂纹较拉裂纹发育显著,峰值强度后,拉裂纹数剧烈增加,造成岩样承载力的降低;岩样最终失效形式为沿对角形成宏观剪切面破坏,并有少量张拉襞裂破坏。     

基于分形维的混凝土裂纹扩展及损伤演化过程研究

混凝土材料破坏过程中裂纹的演化具有随机无规律的特点,而外界条件的复杂性和混凝土自身的非线性使得裂纹的动态演化规律研究十分困难。为定量研究混凝土受力过程中裂纹及损伤的演变过程,本文在假定混凝土是由骨料、砂浆及两者之间的界面组成的三相复合材料基础上,建立了细观混凝土力学模型,提出一种基于裂纹分形维的损伤变量计算方法,对多组混凝土试件的单轴拉伸力学行为进行损伤数值研究,利用分形维对混凝土开裂全过程中的裂纹分布进行表征。研究表明:细观模拟的裂纹形态与试验结果相符;裂纹分形维能够更好地反映混凝土材料损伤的变化过程,可以定量描述材料损伤演化的特性;发现了混凝土从"均匀"损伤至局部破坏的临界点;细观模拟得到的应力-应变曲线、裂纹分形维曲线、损伤演化曲线受网格尺寸的影响很小;随着混凝土试件骨料级配数的增加,骨料颗粒和界面减少,整体耗能降低,应力峰值和裂纹分形维均减小。此外,本文建议应力峰值点后的裂纹分形维曲线的突变点为混凝土材料从"均匀"损伤进入局部破坏的临界点,是损伤和断裂的分界点,相应的损伤值约为0.8,该值可作为混凝土出现宏观裂纹的损伤阈值。本文研究加深了人们对混凝土破坏机理的认识。     

考虑裂纹闭合效应的岩石损伤力学模型及耗散能量分析

针对现有岩石损伤力学模型的局限性,考虑裂纹闭合效应,并引入统计损伤理论,同时提出分布参数确定的方法,建立新型岩石损伤力学模型。该模型更加符合岩石的变形破坏规律,还可以反映岩石的残余强度和延性特征,应用范围更广;与试验结果及前人成果对比,表明模型更为合理可行。不同围压下岩样的损伤变量演化曲线都遵循S型曲线,并可以依据S型曲线对岩石的变形破坏阶段进行划分。裂纹闭合系数(h)对损伤耗能率有较大影响,随着h的减小,损伤耗能率增大,当h达到一定值,岩石破坏阶段对应的损伤耗能率陡增。因此,岩石的变形破坏不仅与其应力状态有关,还与岩石的损伤演化积累以及裂纹闭合效应有关。     

含三维内裂纹透明类岩石材料破坏红外热像试验研究

由于目前针对含三维内裂纹的岩石破坏红外热像特征的研究较少,本文基于预埋浇注法制作含内裂纹类岩石试件,开展了单轴压缩块体试验和巴西圆盘劈拉试验,得到含内裂纹的岩石破坏过程,监测内裂纹扩展及试件破坏过程中的红外热像特征,得到以下结论:(1)含三维内裂纹的块体试件在单轴压缩下,在预制内裂纹面上发生剪切破坏;(2)块体试件在单轴压缩作用下红外热像特征明显,在破坏时,在预制内裂纹面处急剧升温;(3)含三维内裂纹巴西圆盘试件在预制内裂纹尖端发生翼型裂纹扩展,边缘带有针刺状Ⅲ型裂纹参与特征,最终翼型裂纹与上下表面贯穿;(4)巴西圆盘试验的红外热像特征与块体单轴压缩不同,在断裂面处未发生明显变化。研究结果为研究三维内裂纹的扩展规律及内裂纹扩展破裂的红外热像规律可提供一定的试验参考。     

岩质边坡卸荷裂隙加固锚杆的增韧止裂机制与效果分析

本文研究了岩质边坡卸荷裂隙加固锚杆的加固机制与效果。文中以加锚裂纹面的变形协调条件推求锚杆的等效桥联应力与止裂韧度增值；运用损伤加筋体的自一致理论建立加锚卸荷裂隙带的本构关系，并从加锚裂纹的断裂扩展过程建立演化方程。文中还提出了桥联锚杆的杆体屈服与拉断，杆体与孔壁围岩胶结面的粘滑与脱胶拔出等失效与破坏的强度准则，最后，将其应用于某水电站右岸泄水道边坡开挖与加固的稳定性分析中。     

岩体裂缝扩展的渗流-应力耦合分析模型

应用无单元法,对渗流场和与应力场耦合作用下的岩体裂缝扩展进行追踪。裂缝扩展计算采用断裂力学最大周向正应力理论。应力场和渗流场的耦合作用通过以渗透压力和渗透系数为交互因子的迭代计算考虑,其中裂缝区还考虑了裂缝中水对缝壁的拖曳力。裂缝扩展计算每一步所产生的新结构都要进行渗流-应力耦合分析,直至裂缝稳定为止。算例结果表明,所建数值模型能较真实地反映水流对裂缝扩展的影响,并能较好地模拟渗流-应力耦合作用下的裂缝扩展过程。     

单裂隙卸荷岩体力学特性分析

现存的工程岩体,大多处于卸荷力学状态。岩体伴随地质构造运动产生了特征不同的结构面。结构面是岩体结构中力学强度最薄弱的部位,导致了岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。通过试验,探讨了贯通裂隙影响岩体稳定的相对不利倾角以及单贯通裂隙岩体卸荷过程的力学特征,得出裂隙位置的变化促成岩体变形的递变;特殊位置的裂隙促使岩体的各向导性更加明显的结论,为相关工程问题提供理论参考。     

层状岩体损伤破坏特征数值模拟

为更深入了解层状岩体的力学特性,首先基于细观损伤力学理论,运用体积平均化的方法,推导了微裂纹对岩体弹性柔度矩阵的贡献;然后基于不可逆热力学框架,导出了损伤矢量的损伤破坏方程;最后建立了层状岩体的损伤破坏本构模型,并通过数值计算模拟了层状岩体的损伤破坏特征,与室内试验结果吻合较好。巴西圆盘劈裂数值试验研究表明:岩体试样的破裂面均从加载点起裂;层理倾角0°、90°时,破裂面为通过加载中心和试样中心的近似平面,层理倾角为其他角度时,破裂面为偏离了加载中心的曲面。与室内试验结果对比可知,本文二次开发的本构模型能够较好地预测层状岩体渐进破坏的各向异性。