河口村水库坝肩灰岩力学特性试验研究

从河口村水库坝肩取样制备完整的和含裂隙的灰岩试样,利用TAW-2000岩石三轴仪对制备的岩样进行不同围压下的岩石三轴压缩试验,得到了完整和裂隙灰岩在不同围压下的应力-应变曲线及其变形、强度和破裂特性规律。试验中,裂隙面与最大主应力夹角为0°~80°,围压为5~15 MPa。试验结果表明:完整灰岩的峰值强度和变形模量随围压的增大而增大,并且呈线性关系;裂隙灰岩在三轴压缩下有两种破坏形态,分别为穿裂隙面破坏和沿裂隙面滑移破坏;裂隙灰岩的强度和变形特性及破坏特征受裂隙面倾角θ的影响很大,当θ60°时,沿裂隙面滑移破坏,当θ≤60°时,穿裂隙面破坏;其中穿裂隙面破坏的灰岩与完整灰岩均为岩体材料的破坏,并且与完整灰岩的破坏形态和强度变形特征相似。     

单轴压缩下预制裂纹岩石的数值模拟

为了研究单轴压缩作用下预制裂纹对岩石的力学性能、声发射和能量演化的影响,通过室内试验数据反演PFC2D模型的力学参数,然后在数值模拟的基础上分析不同倾角和长度的预制裂纹对岩石力学特性的影响。结果表明：预制裂纹倾角越大,岩石的峰值应力和峰值应变越大,而弹性模量和变形模量也会随着倾角的增大而增大;预制裂纹长度增加时,峰值应力、峰值应变、弹性模量和变形模量不断减小。在预制裂纹倾角为0°,15°,30°,45°时,微裂纹计数波动较大,在60°,75°,90°时计数较为稳定。预制裂纹倾角为0°,15°,30°,45°,60°时,裂纹以翼型裂纹扩展为主,在75°和90°时,并没有出现翼型裂纹,而是在岩体上出现大量的微破裂,在轴向应力的作用下,这些微破裂逐渐贯通,造成剪切破坏。预制裂纹倾角在0°,15°,30°,45°时岩石内部损伤的出现早于60°,75°,90°的,并且弹性储能极限随着预制裂纹倾角的增大而增大。     

复合岩层变形及强度特性卸围压试验研究

探索了复合岩层类岩石试样的制作方法,对不同倾角复合岩层试样进行了常规三轴加载和卸围压试验.基于卸围压试验结果,研究了卸载速率对复合岩层试样的极限承载强度和实时围压的影响规律,分析了层理面倾角与复合岩层试样强度变形参数之间的关系,揭示了复合岩层试样在加轴压卸围压过程中的变形破坏机理,讨论了不同卸载速率下复合岩层试样的破坏模式.得出初始围压为15MPa且在同一卸载速率下,θ=0°～90°试样的极限承载强度随层理面倾角的增加出现先降低后升高,最小值均发生在θ=60°试样.θ=0°试样在卸载速率逐渐增加时,破坏模式从与弱面交叉的剪切破坏逐渐转变成与弱面交叉的拉伸破坏;θ=15°～30°试样均为与弱面交叉的拉伸破坏;θ=45°～75°试样均为沿节理面滑移破坏;θ=90°试样均为与弱面交叉的剪切破坏.     

含水率与倾角对复合岩体软弱夹层力学性质影响

为了研究软弱夹层倾角和含水率对含软弱夹层复合岩体的力学性质和破坏特征的影响,通过室内制样,制作了含5种不同倾角和3种不同含水率软弱夹层的复合岩体,并进行室内单轴试验。研究表明：随着倾角的增大,软弱夹层的峰值强度和变形模量减小,峰值点应变增大;实验中,无论软弱夹层倾角为多少时,软弱夹层两侧最先破坏,当软弱夹层倾角θ=15°、20°和25°时,软弱夹层不仅发育有两侧破坏,还发育始于左侧顶面止于右侧底面的贯通斜裂纹,并且也通过理论部分研究推测出对应的破坏模式;当软弱夹层倾角不变,随着软弱夹层含水率的增大,软弱夹层的峰值强度和变形模量先增大再减小,峰值强度点应变先减小后增大,含水率ω=8%试样的承载能力最强,此时软弱夹层的峰值强度和变形模量最大。     

压力水-岩耦合作用下砂岩断口微观破坏机理

为了研究流固耦合作用下岩石的损伤劣化机理,以砂岩岩样为研究对象,采用流固耦合力学实验系统开展轴压水压耦合作用下单轴压缩、三轴压缩及三轴蠕变实验,借助扫描电子显微镜对岩样破裂断口的微观结构特征进行分析。结果表明:单轴饱水岩样破裂断口表面比干燥岩样出现更多的裂纹核,且断口形貌以沿晶断裂为主,穿晶断裂为辅;随着水压增大,三轴压缩岩样破裂断口表面裂纹核逐渐变少,剪切平行裂纹逐渐增多,岩样的宏观破坏形式从以张拉破坏为主逐渐向以剪切破坏为主转变;与三轴压缩岩样断口相比,三轴蠕变岩样破裂断口表面平整度和光滑度较差,晶体间联结更加紧密,剪切裂纹密度和深度增加。     

含软弱面膨胀土三轴试验结果的校正问题

针对现行规程对三轴试验数据的处理方法适用于普通试样,而未考虑试样中部含有软弱面的情况,通过3组含30°、45°、60°不同倾角软弱面的膨胀土三轴试验,得到软弱面上、下盘沿轴向错动位移与试样轴向变形的关系,进而对三轴试验结果进行校正。研究表明：软弱面上、下盘沿轴向错动位移与试样轴向变形的比值不随围压而改变,但随软弱面倾角的增大而增大;校正后,（σ1-σ3）f的增加随软弱面倾角的增大而增大,c、φ值也有不同程度的增加,且c值的增加幅度比φ值大。     

泥质细砂岩材料破坏与强度衰减研究

为了认识真实的岩石材料破坏和强度衰减规律,通过多组常规的单轴压缩试验和不同围压下的三轴压缩试验对泥质细砂岩的材料破坏过程和抗压强度进行了实测．把前面试验破裂形成的不规则岩块浇注在混凝土制成的“剪切壳”中,运用XJ-1型携带式剪切仪进行了自行设计的压剪试验,获得了岩块在压剪过程中的剪切力一压应力关系曲线,以此来测得破裂岩块的自身材料强度．通过对比先前压缩试验得到的极限莫尔包络线,研究了破坏前完整岩样与破坏后损伤岩块间的强度变化．讨论了不同试验方法,损伤程度,尺寸效应,材料异性对岩石强度衰减的影响．结果表明,岩石在破坏过程中环向应变与体积应变在峰后近乎以直线形式增长,岩块抗剪强度表现出尺寸效应,岩样伴随着破裂演变材料强度发生衰减．     

(研究生论坛）温度作用后大理岩破裂及强度特性试验研究

温度是影响岩石力学特性的重要因素之一。开展了常温和温度(200℃、800℃)作用后锦屏大理岩的单轴、常规三轴试验,分析了温度作用对大理岩破裂特征及强度的影响规律。研究表明温度作用对大理岩的破裂形式和强度都有较大的影响。单轴压缩条件下,常温下的大理岩试件发生剪切和张拉复合破坏,而200℃和800℃温度作用后的大理岩表现出明显的张拉劈裂破坏特征。常规三轴压缩情况下,常温下的大理岩主要为剪切破坏;200℃温度作用后的试件有剪切、剪切和张拉复合破坏两种不同形式;而800℃温度作用后的试件,则有单剪破坏、剪切和张拉复合破坏、鼓胀破坏三种形式。相对于常温情况,200℃温度作用后大理岩内聚力略有增加,内摩擦角基本没有变化;800℃温度作用后,试件的内聚力大幅度降低,内摩擦略微增加。由于温度作用,岩石破坏形式比较复杂,强度离散性较大。用Mogi-Coulomb强度准则对温度作用后的大理岩强度进行回归分析优于Mohr-Coulomb准则。     

层状片麻岩红外辐射特征研究

为探究不同层理倾角片麻岩的破裂失稳与红外辐射温度场演化特征,捕捉岩石失稳的前兆信息,对5种层理倾角片麻岩开展单轴压缩试验,结果表明:随着层理倾角增加,峰值强度先降后升,60°时片麻岩的层理结构效应最明显;相同倾角下,随着应力增加,温度场由均匀分布向高温条带集中分布转变,相同应力下,倾角越大的试件可越早观测到高温条带集中分布;同一倾角不同应力时,分形维数、熵值、方差曲线均能有效表达红外辐射温度场的阶段性演化过程,随着岩石释放能量增加,分形维数出现降低,温度场起伏越大,熵值越低,方差越大,分异程度越显著;利用方差求导获得温度场分异速率,超出阈值界线定义为预警信号,倾角为30°,90°的试件,时间预警早于应力预警,倾角为0°,45°,60°的试件,应力预警稍早于时间预警。     

非连通预制节理试件力学特性试验研究

为了研究节理几何特征的变化对岩石力学特性的影响,设计了具有不同节理连通率和不同节理倾角的试件,通过常规三轴压缩试验,分析了围压、节理倾角和节理连通率对试件强度以及变形和破坏特征的影响。岩样破坏形态分为穿越节理面的压剪破坏、沿节理面剪切滑动和节理端点处拉裂的混合破坏、完全沿节理面的剪切破坏。结果表明:围压、节理几何参数对试样的力学特性产生了不同程度的影响。通过节理参数的敏感性分析可以得出,节理倾角对试件强度的影响较节理连通率更为显著,节理连通率与破坏形态之间联系更为密切,围压对于试件承载力和变形参数值波动的影响较为明显。研究成果对认识非贯通节理岩体的力学特性有一定的参考作用。     

直接剪切下页岩的各向异性破坏特征和强度预测模型

了解页岩剪切破坏特性对页岩气储层改造和井壁稳定性控制具有重要意义。然而,由于页岩本身的各向异性属性,页岩的剪切破坏行为复杂。本文对6种不同层理倾角（0°、30°、60°、90°、120°和150°）的立方体页岩进行了系统的直接剪切破坏测试,详细分析了在层理弱面影响下页岩的剪切应力–剪切位移、抗剪强度、剪切模量和破坏模式的各向异性特征。结果表明：页岩的剪切破坏表现为典型的非线性渐进破坏特征;页岩平均抗剪强度和剪切模量随层理倾角的增加均呈现“M”型变化趋势;在90°～180°的层理倾角区间,平均抗剪强度的极值差明显大于0°～90°区间,而剪切模量近似关于90°呈对称变化;当层理倾角从0°变化到180°时,页岩剪切各向异性行为呈现非对称演化规律。在层理倾角和直接剪切荷载作用下,页岩的破坏模式有3类：层理倾角为0°时,沿层理面剪切滑移破坏;层理倾角为30°、60°和90°时,表现为穿透层理和基质的剪切滑移破坏;其他倾角下呈现穿透层理和基质的剪切滑移与沿层理的拉伸劈裂相结合的复合破坏。基于试验结果和组构张量,构建了一个可考虑页岩本征各向异性和剪应力诱导各向异性影响的直接剪切破坏准则,其理论预测值...     

深埋大理岩卸荷力学特性的试验研究

为探讨深埋大理岩在不同应力路径下力学性质的差异,揭示卸荷应力路径对岩石力学性质的影响,对取自锦屏二级深埋引水隧洞的浅灰色大理岩进行了常规三轴和两种应力路径的卸荷三轴试验研究,得到了卸荷应力状态下,大理岩破坏时的纵横应变小于常规三轴压缩应力状态得到的结果,且其变形具有由延性变形有向脆性变形转化的特征。不同应力路径下大理岩的变形模量和泊松比与围压均有良好的线性关系,但卸荷应力状态下的变形模量较常规三轴压缩应力状态下的小,泊松比则相反。卸荷状态下大理岩的破坏面更为粗糙,其内聚力较三轴压缩状态下的内聚力下降了36.4%,而内摩擦角增加了35.4%;在45MPa正应力范围内,卸荷应力状态下的抗剪强度低于常规三轴压缩状态下的抗剪强度,卸荷应力状态下更易导致岩石发生破坏。     

层状岩体双轴压缩变形试验的数值分析研究

以绿片岩和大理岩组成的层状岩体为研究对象,采用FLAC3D对互层状岩体进行了双轴压缩变形试验的数值分析,在数值分析中考虑荷载方向与层理之间的几何关系、大理岩夹层的体积含量和侧压比的影响.研究结果表明,双轴压缩条件下,轴向荷载方向平行于层理、侧向荷载方向垂直于层理时的破坏强度最大,轴向荷载方向垂直于层理、侧向荷载方向平行于层理时的破坏强度次之,轴向和侧向荷载方向均平与层理时的的破坏强度最小;当轴向荷载方向斜交于层理、侧向荷载方向平行于层理时,随着夹层倾角由0°增加至90°时,层状岩体的破坏强度呈先增大后减小的规律;随着侧压比由0增加到1.0时,层状岩体的双轴压缩破坏强度呈先增大后减小的规律.     

高围压卸荷条件下大理岩变形破坏及能量特征研究

能量的耗散与释放是岩石变形破坏的本质。基于MTS815 Flex Test GT岩石力学试验平台,通过室内三轴卸荷试验和数学物理分析方法,揭示了大理岩在高围压三轴卸荷条件下的应力应变关系及能量变化特征。结果表明,初始围压的增大将显著提升岩样峰值强度时的可释放应变能以及最终总能量;随着围压的增大,岩样所吸收的能量变化的快慢程度随着偏应力变化而有所减缓;峰值强度时岩样可释放应变能占总能量的比例随着围压的增大而急剧增大,而残余强度时所吸收的总能量几乎全部转化为耗散能;大理岩能量指标存在明显的围压效应,即峰值总能量和残余总能量随着围压增大而显著提高,且具有良好的线性关系。     

不同围压下灰岩力学特性及破坏力学模型研究

为了研究围压对灰岩力学特性及破坏力学模型的影响,采用MTS815对完整灰岩岩样进行三轴压缩试验。基于岩样宏观破坏形式,建立张拉剪切破坏模型,构建峰值强度与围压关系表达式;讨论张拉剪切模型与纯剪切模型对岩石剪切强度参数值（粘聚力与内摩擦角）的影响。研究结果表明：岩样弹性模量、抗压强度及残余强度均随围压升高而增大,且残余强度与围压呈非线性相关;当岩样最终破坏时,环向应变与轴向应变比值随围压升高呈负指数降低;一定围压范围内,岩石抗压强度受剪切强度参数和抗拉强度影响;张拉剪切模型确定岩石剪切强度参数值随破裂角增大而增大,与纯剪切模型相比,数值均较小。因此,低围压时,考虑岩石破坏模型具有一定的实际意义。     

岩石材料局部化渐进剪切破坏特性及模型分析

为研究岩石材料局部化渐进剪切破坏过程和机制,利用RMT-150C岩石力学多功能试验机,对典型岩样进行三轴压缩试验,分析了岩石全应力应变过程,重点探讨应力软化、残余应力稳定2个峰后阶段,研究了岩石的破坏形式及机理.结果表明,应力在峰后阶段呈现渐进式跌落,并逐渐趋于稳定而达到残余强度.同时,基于局部化剪切带的形成过程,依据岩石应变软化机制,构建能模拟岩石渐进剪切破坏的力学模型.最后,对所建立的模型进行试验验证,模型计算与试验结果吻合较好,证明了该模型的合理性.     

各向异性层状砂岩应变岩爆试验研究

利用在真三轴应力状态下可实现单面突然卸载的深部应变岩爆模拟试验系统,研究了4种层理倾角(0°,30°,60°和90°)的各向异性层状砂岩的应变岩爆破坏特征.通过采集试验过程中的力、高速摄像和声发射信号,以应力曲线和声发射累计能量曲线为基础确定分析关键点.详细描述了不同层理倾角砂岩岩爆后的整体破坏特征和岩爆碎屑特征,分析了4种层理倾角砂岩岩爆试验过程中关键点的声发射累积能量特征.研究发现:层理倾角显著影响岩爆破坏模式,层理倾角较小时更易发生岩爆,岩爆烈度较低,但试样整体破坏更严重.     

层理板岩巴西劈裂破坏模式的方向效应研究

以贵州铜仁市某矿山层理板岩为研究对象,对其微观结构进行观测分析,然后选取7组不同θ角(加载方向与层理法向夹角)试样进行巴西劈裂试验。结果表明:在微观结构上,赤铁矿等刚性颗粒呈基底式胶结于黏土矿物中,层理面为软弱面;板岩的破坏模式存在显著方向效应,抗拉强度随夹角增大而减小;破坏模式总体上可分为4类,θ为0°时是基质拉伸型破坏,基质被逐层劈裂致使试样破坏,抗拉强度最大;θ为15°和30°时为基质拉剪型破坏,主要由于破坏面处的剪应力大于板岩基质的剪切强度致使试样破坏;θ为45°、60°、75°时为层理拉剪型破坏,层理面处的剪应力大于剪切强度时发生破坏;θ为90°时为层理拉伸型破坏,此时完全由于层面受张拉而破坏。     

真三轴压缩下大理岩强度、变形与损伤特征数值

为研究真三轴条件下岩石的力学行为,采用离散元颗粒流程序,探析不同应力路径下大理岩试样的变形破坏过程、微裂纹演化机制及其中间主应力效应。结果表明：平行黏结模型能较准确地反映大理岩真三轴压缩下力学特性和破坏模式;中间主应力对峰值强度、弹性模量、破坏角和破坏模式演变的影响较为显著;八面体理论可较好地拟合出大理岩真三轴压缩中的破坏应力,所得的破坏强度包络线具有明显线性特征;结合应力-应变曲线形状,该大理岩在压缩过程中裂纹扩展可划分为4个阶段,即线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段;随着中间主应力增大,应力-应变曲线峰后段的脆性破坏特征变强,试样从拉伸破坏向拉剪混合破坏转变,且中间主应变符号由拉转向压,岩石损伤演化与中间主应力间呈现出“对勾”型趋势。     

煤样剪切变形及裂纹演化特征离散元模拟研究

通过对煤样常规三轴试验的拟合,得到一组能够反映煤样宏观力学性质的PFC细观参数,并在此基础上制备含不同倾角预制裂隙的剪切试样,利用模拟的方法研究裂隙倾角对煤样宏观剪切力学性质的影响.通过对模拟结果分析,得到如下结论:由于拉应力最大值和拉应力的分布区域随裂隙倾角不断改变,导致裂纹萌生应力在倾角为0°~30°时呈现不断增大的趋势,在30°~75°之间呈现减小的趋势,在75°~90°之间呈现增大趋势.根据裂纹数目随应力应变曲线的变化特点,将试样的破坏过程分为3个阶段,并根据翼裂纹再次扩展到次生裂纹萌生扩展阶段对应的剪切应变大小将不同裂隙倾角试样大体分为脆性破坏试样和延性破坏试样.在对试样破坏过程分类的基础上分析了试样的最终破裂模式和次生裂纹萌生对应的剪切应变,结果表明试样破裂过程的决定因素为试样的破裂模式,并且破裂模式影响次生裂纹萌生对应的剪切应变.通过对模拟试验结果的分析,提出不同工况的支护建议.