卸荷损伤节理岩体加载条件下力学试验研究

岩体在卸荷作用下力学参数会发生劣化,导致承载力大幅减小。基于卸荷岩体力学理论,预制不同节理的砂岩岩样,在不同围压和卸荷量的条件下,对岩体的波速、应力应变特征、弹性模量、泊松比等参数进行试验测定。结果表明,节理岩体的波速与卸荷量关系呈阶段性变化。随着卸荷量的增加,波速衰减率明显增大;卸荷量越大,节理岩体的压密过程就越长;在卸荷量为0%和60%时,一定节理倾角的岩体,围压为5 MPa和10 MPa的弹性模量变化规律极为相似,并且弹性模量差值在10%以内,而围压为0 MPa和5 MPa的弹性模量相差在30%以上;在卸荷量和围压（都不为0）一定时,岩体的弹性模量与节理倾角呈类似正弦函数的变化规律;节理岩体的泊松比与卸荷量之间满足y=a+b(xc-1)关系。     

东庄水利工程枢纽区砂页岩岩体卸荷特征

岩体卸荷裂隙是影响边坡岩体稳定的重要因素。本文对陕西省东庄水利工程枢纽区的砂页岩地层岩体卸荷的特征、卸荷深度及卸荷带形成机制进行了初步的研究。     

卸荷岩体尺寸效应数值模拟研究

针对边坡及地下工程中确定卸荷岩体变形和强度参数是掌握卸荷岩体的尺寸效应的关键,采用大型有限元软件ADINA构建了不同卸荷岩体尺度的数值仿真模型进行计算分析,并研究了卸荷岩体的变形和强度参数,与试验结果比较,获得了卸荷岩体尺寸效应的相关规律.     

地下厂房洞室群开挖卸荷力学特性及岩体质量评价

针对地下厂房洞室群开挖导致围岩卸荷回弹、岩体质量发生劣化问题,以金沙江某地下厂房洞室群为工程背景,基于卸荷岩体力学理论,采用有限差分法研究了洞室群各期开挖对洞周围岩卸荷力学特性的影响,并根据岩体开挖卸荷后的力学参数,采用岩体分类指数法对洞室群开挖后的岩体质量进行评价。结果表明,随洞室群的施工开挖,洞周围岩卸荷区不断发生演化,其卸荷区深度、范围逐渐增大;洞室群开挖完成后,三大洞室间均有程度不同的卸荷贯通区出现;洞周围岩部分卸荷区岩体质量由开挖前的Ⅱ类变为Ⅲ类。     

Hoek-Brown准则高应力条件下断续节理岩体复合损伤本构模型及演化特征

针对岩石损伤本构模型中岩石微元强度采用M-C、D-P等强度准则作为判定依据存在的局限性,基于概率统计理论与连续损伤力学理论,采用应力不变式表示的H-B准则来描述岩石微元强度并假设岩石微元强度服从Weibull分布,认为岩石材料承载能力可以分为弹性和损伤两部分,基于Lemaitre应变等效性假设,推导出基于H-B准则的宏...     

基于卸荷及BP神经网络的地下洞室岩体力学参数反演

实时准确地获得地下洞室岩体的力学参数对地下工程的设计和施工具有重要影响。以某软岩区的水电站引水隧洞为例,基于卸荷岩体力学理论,以大型有限差分程序FLAC3D为计算软件,建立BP神经网络模型对开挖后围岩的力学参数进行反分析,并根据现场实测位移资料对反演所得参数进行工程校核,以保证参数取值的准确性。结果表明,该反演方法合理、有效;得到的参数能满足工程要求,可为隧洞围岩的长期稳定和位移变化预测提供理论依据。     

某区域岩石力学参数试验研究

通过对松辽盆地龙西地区代表性岩样进行力学性质试验研究.得到岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度、内聚力及内摩擦角等主要力学参数.试验结果显示,最初围压不断增大,岩石的强度极限也明显增大.但随着围压的增加,强度增量幅度变得越来越小,虽然岩石弹性模量有增大趋势,但不完全呈正比关系,而泊松比的变化规律却不明显.分析单轴与三轴抗压强度与弹性模量的线性关系,以及围压对岩石三轴抗压强度、弹性模量的影响,发现单轴和三轴抗压强度随弹性模量的增加而增大,且三轴抗压强度随弹性模量的变化比单轴的变化幅度大.试验可得出不同井的弹性模量、泊松比及抗压强度的比例关系,从而根据不同围压下三轴压缩强度试验,得出龙西地区几种代表性岩心的内聚力及内摩擦角.为后续的地应力测试实验提供初期数据,并为射孔完井得相关参数优化提供参考.     

层状岩体各向异性损伤力学特征的试验研究

为分析层状岩体各向异性损伤对材料力学参数劣化的影响,室内钻取8种层理倾角的岩样进行单轴压缩试验,基于岩石材料强度服从Weibull分布建立损伤变量的演化方程,分别得出损伤变量随累计应变、层理倾角及破坏模式的变化规律,并分析其各向异性的内在机理。研究结果表明,各向异性损伤主要反映不同倾角的岩石参数在加载过程中不同的劣化程度;损伤变量随累计应变增加逐渐增加,增速呈慢-快-慢趋势;不同倾角岩石的损伤变量的分布规律与岩体弹性模量、抗压强度对应关系较好,即缓倾角和陡倾角时,损伤较小;在发生沿层理面方向的滑移破坏时(倾角为53°左右),损伤变量最大且对层理倾角变化最敏感;损伤变量各向异性度随累计应变的增加呈增加趋势;损伤变量与破坏模式之间有良好的对应关系。研究成果可为工程实践提供理论指导。     

深埋节理岩体隧洞开挖与支护的3DEC模拟

针对埋深大、结构面复杂的隧洞稳定性及支护效果,应用离散元法对建立的节理岩体隧洞模型分别模拟隧洞开挖与支护后的隧洞围岩应力及位移变化。结果表明,隧洞开挖后围岩变形稍大,并需考虑地下水对隧洞围岩的影响,需对隧洞进行支护处理;支护后的隧洞围岩位移变形减小,围岩稳定性得到增强。     

断续节理岩体破坏模式对强度特性的影响

为定量分析断续节理岩体破坏模式与强度的关系,基于离散元软件PFC~(2D)标定了测试材料的强度包络线,并通过对不同节理倾角、排距和连通率的断续节理试样进行扩展数值模拟,研究了破坏模式对岩体强度特性的影响。计算结果表明,节理的倾角、排距、连通率均显著影响岩桥断裂机理,进而影响岩体强度和破坏模式;随着加载方向与节理夹角的减小、节理连通率或排距的增大,节理岩体的破坏模式逐渐由阶梯状张拉断裂转变为沿节理平面剪切断裂,张拉破坏的强度受排距的影响较大,而剪切破坏的强度受连通率影响较大;同时,破坏模式转变时的临界节理倾角α_(crit)与节理排距d、岩桥长度l_r密切相关,其关系可用经验表达式α_(crit)=α_(cont)-λl_r/d来表示。     

基于Hoek Brown准则的砂岩卸荷强度损伤试验研究

为研究卸荷效应对岩体强度变化的影响,以三峡地区砂岩为样本,通过三轴加载和卸荷试验,运用Hoek Brown岩体破坏准则,探讨砂岩在不同卸荷速率条件下的强度损伤规律,并提出采用卸荷强度损伤因子来表征卸荷造成的强度变化。结果表明,卸荷条件下砂岩强度损伤明显,且与围压密切相关;随着围压的增大,卸荷效应造成的强度损伤量增大,最终趋于稳定。最后,基于工程设计最不利原则,修正了Hoek Brown卸荷强度准则公式,为工程应用提供了建议和参考。     

双轴受压下混凝土动态力学特性试验研究

为了解双轴受压下混凝土动态力学特性,采用真三轴材料试验机,对边长为300 mm的立方体混凝土试件在应变速率为10-5、10-4、10-3s-1下进行双轴动态受压试验,研究了双轴受压下混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变等力学特性,并与单轴压缩试验进行了比较。结果表明,双轴应力状态下的力学参数与单轴应力状态时相比均有所提高,且双轴受压时混凝土的各项力学参数受侧压力和加载速率的共同影响,并呈现出不同的变化规律。     

单轴压缩下加载速率对石膏波速变化影响的试验研究

为研究单轴压缩下加载速率对石膏波速变化的影响,在4种不同加载速率下对石膏试样进行了单轴压缩试验,测试了加载过程中试样横向的纵波波速随应力的变化关系。结果表明,随着加载速率的增大,试样弹性模量和单轴抗压强度增大,峰值波速增大明显,与加载速率呈二次方关系;随加载速率增大,试样微裂纹更发育,材料更破碎,试样破坏类型向锥形破坏演变,使破坏点的波速明显随加载速率增大而减小;应力—波速曲线的斜率在峰值前随加载速率增大而减小,在峰值后则呈相反规律;随加载速率增加,在应力—波速曲线破坏点前,存在波速缓慢减小的过渡段与应力—应变曲线上由线弹性区向塑性区的转变段（损伤阈值出现段）相对应,其应力值占单轴抗压强度的60%~70%。     

多场耦合条件下岩体裂隙流动特性分析

在岩体渗流场-应力场耦合作用下,裂隙流被处理成粗糙壁面狭窄流道中的Poiseuille 流,岩面粗糙度及缝内充填物对流动的影响用裂缝的几何分形特征表述,建立了相应的耦合流动控制方程.以某工程裂隙为算例,使用基于有限元法的分离迭代格式计算了裂隙流在岩体渗流场、应力场耦合作用下的流动特性,得到了裂隙几何分形特征与裂隙流量、流动与岩体应力及裂隙宽度的数值关系.     

混凝土损伤参数的截面积效应试验研究

针对直接测量损伤目前难度较大的问题,提出采用加引气剂模拟损伤的方法,利用所加不同比例引气剂模拟不同程度的损伤,并对不同尺寸混凝土试件做了单轴压缩试脸,测定了相应的弹性模量,并计算出混凝土的初始损伤D0和损伤阈值Df,得到了损伤参数随试件截面积的变化规律,即损伤参数值随试件截面积的增大而增大,但增幅逐渐减小.     

某核电厂软岩地基动态力学参数特征试验研究

  [目的]  循环荷载会影响岩石的强度和力学性质,目前核电工程中等风化砂岩的动态参数研究相对较少。  [方法]  以某核电厂软岩地基中等风化砂岩相关物理参数统计得出物理参数与深度的规律,随后利用MTS三轴试验机进行频率为1 Hz的不同应力幅值循环加、卸荷载试验,得出中等风化砂岩的动力学参数的规律。  [结果]  研究表明:90个中等风化砂岩的取样深度与波速呈幂函数关系,随着深度的增加,砂岩的波速也随之增加,砂岩的密度基本在2.50 g/cm3左右。不同应力幅值循环加、卸荷载试验给出了中等风化砂岩试样在单轴下的滞回环形态、轴应变、阻尼比及动弹模的变化规律:增加循环次数,试样轴应变增加,塑性变形不断增大,滞回环的面积逐渐增加,内部裂隙不断扩展发育,循环所消耗的能量逐渐增大。滞回环的形态皆为尖叶状,在应力减少或者增加的转折点处滞回曲线呈尖状而非圆状,说明试样对应力的变化反应迅速,在应力转折时试样的塑性应变较小。随着动应变增加,试样动弹性模量逐渐减少,阻尼比逐渐增加。动弹性模量、阻尼比与动应变呈线性关系。拟合曲线相关系数R在0.92以上,具有良好相关性。  [结论]  试验研究成果对核电厂软岩地基的动态参数测定和评价具有很好的工程参考意义。     

含密实填充物的平行双裂隙岩体模型渗透特性试验研究

针对含填充物的双裂隙岩体,利用惰性气体渗透测试系统,在一次围压加卸载下对试样进行渗透率和孔隙度的精确测量,研究了裂隙中填充物及交界面渗透特性随裂隙间距变化的规律。结果表明,单裂隙与双裂隙试样渗透率随围压变化规律大致相同;在加载阶段,随着裂隙间距的减小,裂隙之间的相互作用增大,孔隙度随围压减小的更为显著,而单裂隙孔隙度随围压变化最不明显;随着裂隙间距的增大,各试样渗透率相应减小,而由于单裂隙试样比双裂隙试样缺少两个渗透交界面,因此其渗透率在低围压下远小于双裂隙试样。     

冻融循环作用下英安岩力学及损伤特性研究

为研究冻融循环作用下硬性岩的力学及损伤特性,以某拟建水电站坝区英安岩为例,开展了室内饱水状态下岩石的冻融循环、电镜扫描、单轴压缩、三轴压缩等试验,建立了冻融荷载耦合作用下较为真实的岩体损伤本构模型,分析了高寒山区冻融英安岩的力学性质及损伤特性。结果表明,冻融循环使岩样发生了裂隙扩展和颗粒析出;单轴压缩条件下,岩样破坏以单轴压缩产生的受荷损伤为主,有限的冻融循坏对英安岩(硬性岩)造成的损伤有限;三轴压缩条件下,随着循环次数的增加岩样损伤增加,随着围压增加岩样损伤有所减弱,且英安岩对围压的敏感性大于冻融循环。     

高温环境下蠕变疲劳交互作用损伤力学研究

应力控制下的疲劳、蠕变及其交互作用损伤实际上是循环蠕变、静蠕变引起的材料延性不断耗竭的过程，本文在延性耗竭理论和损伤力学有效应力概念的基础上．对疲劳蠕变交互作用损伤演化进行了研究，提出了一个新的疲劳蠕变交互作用损伤模型．采用非弹性应变能密度变化作为损伤参量定义损伤变量。通过耐热钢1.25Cr0.5Mo光滑试样高温环境下应力控制的梯形波加载试验．验证上述疲劳蠕变交互作用模型，最终得到了1.25Cr0.5Mo钢540℃下不同最大应力、不同应力幅组合条件下的损伤演化统一表达式，试验损伤点与该模型的损伤演化规律符合较好．表明该模型和损伤变量适合于疲劳蠕变交互作用下的损伤描述．     

库水位往复升降引起的软岩干湿循环损伤特性试验研究

鉴于水敏性较强的软岩岸坡在库水长期浸泡及水位往复升降引发的干湿循环作用下更易发生失稳现象,以云南省某水利工程为例,采用室内压缩、SEM试验及理论分析方法探讨了干湿循环效应下的软岩强度及损伤机制。结果表明,多次干湿循环后岩体微观结构完整性遭到严重破坏,结构疏松;岩体力学强度与循环次数呈凹二次函数下降关系;干湿循环造成了岩体内部损伤的逐步积累,衰减趋势显示初次循环时岩体劣化最为显著,且粘聚力相比于内摩擦角受到的影响更为严重;循环多次后岩体损伤变量值逐渐趋近极限,随着围压的逐步增大,岩样结构遭到破坏。