基于单轴剪切破坏的岩石M–C准则参数反演分析

基于岩石单轴压缩试验中出现的不同剪切破坏形式,应用极限分析法推导出岩石单轴抗压强度与黏聚力及内摩擦角的关系式。结合矿区岩石单轴、三轴试验结果,验证以岩石M–C准则参数计算单轴抗压强度关系式的正确性,据此关系式获得的结果与试验结果差值在6%~10%之间。采用实例进行岩石黏聚力和内摩擦角的反演分析,以岩石实际单轴剪切破坏形式和试验结果为依据,两两结合联立计算得到岩石的黏聚力和内摩擦角。实例表明:基于单轴剪切破坏形式和单轴抗压强度值计算岩石黏聚力和内摩擦角的方法准确,具有实用价值,该关系式也揭示了岩石试样破坏类型与岩石力学参数间的内在关系。     

再生混凝土单轴力学性能指标统一计算方法

对大量再生混凝土单轴力学性能试验资料进行整理分析,基于统计分析方法,在借鉴普通混凝土力学模型的基础上,对不同取代率下再生混凝土的各种力学性能指标进行统一分析,提出了适用于不同取代率下再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压峰值应变和轴心受拉峰值应变的统一计算公式,建立了再生混凝土单轴受压、受拉的应力 应变全曲线表达式,并将公式计算结果与试验结果进行对比。结果表明:计算结果与试验结果吻合较好;提出的再生混凝土单轴力学性能指标统一计算公式精度较高。     

点荷载强度试验在长输管道工程勘察中的应用推广

点荷载强度试验作为一种常规的岩石试验方法,具有易于操作、携带方便、费用较低等优点,被广泛应用于工程实际中。而长输管道工程由于规模大、沿线工程地质条件复杂,合理地对沿线岩石进行土石工程分类,成为长输管道工程勘察的一个关键环节。在长期工程经验积累的基础上,本文通过对大量的岩石点荷载强度试验与岩石单轴极限抗压强度试验结果进行对比研究,并对统计数据进行一元线性回归分析,推导出多种岩石的点荷载强度与单轴极限抗压强度之间关系的经验公式,进而进行土石工程分类,可为类似工程提供参考。     

冻土不同拉伸试验强度差异性研究

冻土拉伸强度是冻土工程设计的重要指标,在试验中发现冻土单轴拉伸强度和四点弯曲拉伸强度值不一致。为此采用细观数值方法,假设细观材料参数符合Weibull分布,采用损伤模型,宏观材料性能符合线弹性假设,分别模拟了单轴拉伸试验和四点弯曲拉伸试验。引入非局部化理论,解释了其强度差异来源于材料均质度,并且定量地给出了材料特征长度和均质度之间的关系。为冻土拉伸强度测量和冻土设计提供理论基础。     

红层岩石微观特性与抗压强度关系试验研究

岩石的微观特性对其宏观力学性质具有重要影响,目前关于红层岩石微观结构与抗压强度的定量关系尚缺乏系统的研究。本文对四川屏山县红层岩石取样进行了单轴压缩试验,利用偏光显微镜和扫描电镜对其微观特性进行了观察。通过对红层砂岩、粉砂岩、泥岩的单轴抗压强度和微观特性的试验分析与对比,得出了红层岩石单轴抗压强度与矿物成分、矿物含量、胶结物类型等微观特性之间的一些函数关系。试验结果表明:石英和粘土矿物的含量对红层岩石的单轴抗压强度影响最大。石英含量与红层岩石单轴抗压强度呈现正相关,粘土矿物含量与红层岩石单轴抗压强度呈负相关。当矿物含量基本相同时,岩石内颗粒分布均匀的岩石单轴抗压强度明显高于颗粒分布不均匀的岩石。     

试验探究岩石抗剪强度参数与单轴抗压强度的关系

岩石单轴抗压强度一方面可为勘测设计阶段的工程地质评价和各类工程地基基础设计提供参数和资料,另一方面可为施工阶段的实体工程选用符合质量要求的石料提供依据,因此研究岩石的单轴抗压强度具有重要的工程意义。通过平推法岩石直剪试验,获得内聚力c和内摩擦角Φ,通过分析内聚力c和内摩擦角Φ随单轴抗压强度的变化特点,得出抗剪强度参数与单轴抗压强度的关系,为实际工程提供参考和辅助,具有重要指导意义。     

红砂岩三轴压缩变形与强度特征的试验研究

利用RMT–150B型岩石力学试验系统对红砂岩进行单轴、常规三轴压缩和巴西劈裂试验,分析红砂岩的变形、强度与破坏特征,以拟合偏差的绝对值之和最小为目标确定5种强度准则中待定参数,比较拟合偏差及单轴抗压强度、抗拉强度和破裂角的预测值与试验值的差异。结果表明:直线型的Mohr-Coulomb强度准则的拟合偏差较大,高估了低围压和高围压时的岩石强度;Hoek-Brown准则、广义Hoek-Brown准则、Rocker准则和指数强度准则对单轴抗压强度的预测值与试验值(68.0 MPa)基本一致,但对抗拉强度均给出偏高的估计;广义Hoek-Brown强度准则预测的抗拉强度接近于试验值,整体拟合效果较好;红砂岩的破裂角为52.5°~66.6°,与围压呈负相关。Mohr-Coulomb强度准则预测破裂角为65°,与实际破裂角相差较大,其余4种强度准则预测的破裂角与围压均呈负相关,与实际破坏角的差距有所减小。     

回弹硬度对单轴抗压强度的估算

单轴抗压强度是岩体最基本的工程参数,在岩土工程中被广泛使用,但获取岩石单轴抗压强度需进行取样制样和试验的大量工作。间接获取岩石单轴强度的方式被广泛讨论和尝试,而通过施密特回弹试验无损条件下获取岩石的回弹值,快速有效的间接方式获取岩石单轴抗压强度的方法被广泛使用。分别对2种不同强度的水泥试件和杏仁玄武岩进行回弹值测定,获取并统计其对应单轴抗压强度值,拟合总结其回弹值与单轴抗压强度之间的关系。     

基于单轴受压的岩石三轴应变指标确定方法研究

 在单轴受压的基础上可以采用Mohr准则或Hoek-Brown准则确定三轴受压下岩石的强度指标,但应变指标的确定一直没有较好的求解办法。根据岩石在弹性极限点(损伤门槛值)处微裂纹密度变化梯度为一常量的特点,运用岩石损伤演化的宏细观损伤复合模型,通过岩石应力–应变曲线上临界损伤值及门槛损伤值的相关性,由单轴受压下在弹性极限强度点处的损伤门槛微裂纹密度值和微裂纹密度变化梯度,得到不同围压下在弹性极限强度点处的临界损伤值,应用Mohr-Coulomb准则或Hoek准则得到不同围压下的岩石峰值强度,进而得到相应的应变指标;推导由岩石单轴受压指标确定三轴受压指标的计算公式,通过计算实例和试验验证公式的合理性。     

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。     

混杂PVA-ECC配合比优化设计及力学性能试验研究

为了降低工程用水泥基复合材料(ECC,Engineered Cementitious Composites)制造成本,使ECC能够在实际工程中大规模应用,将中国产PVA纤维和日本产PVA纤维以一定的比例混合,配制混杂PVA-ECC。基于ECC的材料设计理论,兼顾抗压强度和受拉能力,对掺有硅粉的混杂PVA-ECC中的纤维体积含量进行了优化设计。通过四点弯曲试验和轴心抗压试验,研究了混杂PVA-ECC在不同龄期下的弯曲性能和抗压性能。试验结果表明,混杂PVA-ECC试件均表现出明显的应变硬化和多缝开裂的特征,此外,其抗压强度后期增长明显。基于UM法,提出一种改进的反分析方法,可利用四点弯曲试验结果推导ECC的极限拉伸应变,并与试验结果进行了比较,结果表明,通过建议的反分析方法得到的预测值与试验值吻合较好。     

煤层顶底板岩石点荷载强度与拉压强度对比试验研究

 利用自主研制的点荷载仪,通过室内对煤矿顶底板常见岩性岩石进行点荷载试验、单轴抗压试验、抗拉试验对比分析,研究由点荷载强度快速准确确定单轴抗压强度及抗拉强度的方法。试验结果表明：点载荷强度较低的粗砂岩极易受到加载速率和加载方向影响,其预测值与实际值的误差相对较大;而对于点荷载强度较大的岩石,3种强度的线性相关性较高。点荷载试验的应用,为煤矿顶底板岩石强度确定及岩体分类提供了重要依据。     

基于不同岩石抗拉强度值确定最大水平主应力的对比分析

水压致裂原地应力测量系统的柔性对最大水平主应力的结果会产生很大的影响,提高最大水平主应力的测量精度对各种地下等工程设计都具有重要意义。通过进行直接拉伸试验、“垫条加载”和“角锥荷载”形式的圆盘劈裂实验、弯曲拉伸实验获得岩石抗拉强度,结合实测破坏压力、孔隙压力数据及相关理论计算出最大水平主应力,并与利用经典水压致裂公式计算得到的最大水平主应力进行数据对比分析。结果表明:通过“角锥荷载”圆盘劈裂实验、直接拉伸试验、“垫条加载”圆盘劈裂实验、三点弯曲实验所获得的最大水平主应力均大于经典水压致裂公式计算得到的最大水平主应力,且偏差依次增大,由此也说明测试系统的柔性会导致利用经典公式计算的最大水平主应力偏小。4种实验中,通过“角锥荷载”圆盘劈裂实验所获得的数据较其他3种方法更接近经典公式计算得到的最大水平主应力,且偏差较小,可以作为估算最大水平主应力的一种替代方法。在未来的工作研究中,可以为避开系统柔性对实测最大水平主应力的影响、提高测量精度提供方法参考。     

钢纤维混凝土的弯拉强度模型

利用已有试验数据,得到钢纤维混凝土弯拉强度与抗拉强度的相互关系,再参考单向短纤维复合材料强度模型,得到钢纤维混凝土弯拉强度的理论公式,经验证,理论结果与试验数据吻合较好.     

岩梁弯曲流变特性的试验研究

岩石较少有直接拉伸破坏,在巷道和采场顶板中,弯曲变形是重要的变形模式。采用一次加载和分级加载两种加载方式对岩梁的弯曲流变破坏进行了试验研究,对岩梁的弯曲流变特性进行了分析,重点分析了流变条件下岩梁弯曲中性面位置的变化规律。结果表明:岩梁的顶底两侧均存在流变,虽然其大致规律相似,但存在明显的差异。岩梁底面为高应力区的拉伸流变,顶面为低应力区的压密阶段的流变。岩梁的弯曲中性面位置在流变过程中随时间而变化,并最终趋于稳定,但在不同的加载方式中性面的稳定位置差别较大。对弯曲流变与单轴压缩流变进行的比较表明,岩石单轴压缩流变的横向极限拉应变和弯曲拉伸流变的极限拉应变基本一致。     

盐岩拉伸破坏力学特性的试验研究

利用MTS815 Flex Text GT岩石力学试验系统,并利用PCI-Ⅱ声发射测试系统及SMZ1000体视显微镜和CCD实时摄像系统,采用间接拉伸与直接拉伸两种试验方法,对层状盐岩拉伸破坏力学特性进行了综合试验研究。研究获得了两种测试方式的破坏全过程曲线,揭示了间接拉伸、直接拉伸强度相互关系,及其与单轴抗压强度的相互关系。研究表明,直接拉伸试验测得的层状盐岩抗拉强度低于间接拉伸试验,直接拉伸试验得到的结果更加真实反映盐岩的抗拉强度特性,建议尽可能采用直接拉伸试验方法测试盐岩抗拉强度;研究得到了两种拉伸破坏方式的声发射空间分布特征,揭示了与之对应的受力状态和导致破坏的损伤演化规律;不同拉伸破坏方式的岩石断面形貌研究表明,间接拉伸以穿晶断裂为主,直接拉伸以沿晶断裂为主,这种断裂破坏方式的差异是导致不同拉伸测试方式强度差异的原因。     

不同赋存深度岩石的动态断裂韧性与拉伸强度研究

按照国际岩石力学学会试验规范以及工程岩体试验方法标准(GB/T50266-99),对不同赋存深度的玄武岩试件分别进行动态断裂韧性测试和单轴拉伸强度测试,得到动态断裂韧性与拉伸强度之间可能存在一定的关系;并从岩石破坏的力学机制角度,分析动态断裂韧性与拉伸强度之间存在联系的根本原因:两者均是由于岩石内部微裂纹受到拉应力作用而引起微裂纹的扩展、互相贯通,从而导致岩石的破坏。根据动态断裂韧性与拉伸强度之间可能存在的关系,可以由拉伸强度的测试结果推测试件的动态断裂韧性值,将大大简化动态断裂韧性测试的繁琐性。