冲击荷载下含孔洞砂岩的力学特性

通过在分离式霍普金森压杆装置上对含孔洞砂岩试件进行冲击试验,探究孔洞尺寸对砂岩动态力学性能的影响。基于试验结果,首先分析孔洞对砂岩岩样的强度和变形特性的影响规律;其次进行能量分析,揭示反射能量比、透射能量比和能量耗散比受孔径大小的影响;最后利用高速相机记录试件裂纹萌生、扩展、贯通直至破坏的全过程,探讨含不同孔径砂岩的裂纹扩展特征。试验结果表明,含孔洞砂岩岩样的力学参数(峰值应力、峰值应变)均显著低于完整岩样,降低幅度与孔洞直径密切相关,随着孔洞直径的增加,含孔洞砂岩的峰值强度与峰值应变均呈小幅减小趋势;在相同入射能量的条件下,随着孔径的增大,反射能量比增大,透射能量比减小,能量耗散率线性增大;随着孔径的增大,承受冲击加载后的试件其内部形成的贯通裂纹增多,试件的破碎块数也增多,且碎块尺寸减小。     

单轴压缩条件下不同粒径类岩石材料次声信号特性研究

为研究粒径对类岩石材料次声信号特征的影响,针对4种粒径组成的模拟试样进行了单轴压缩试验,并结合次声探测技术,采集试验过程中的次声信号,并对比分析不同粒径试样次声信号幅值及累计振铃计数特征,研究结果表明:(1)次声信号幅值的变化与累计振铃计数的变化具有同步性;(2)不同粒径试样在弹性变形阶段后期次声信号幅值均有不同程度的增大,同时累计振铃计数明显上升;(3)粒径越小,幅值变化越杂乱,粒径越大,幅值变化越有序;粒径越小,累计振铃计数曲线斜率变化幅度越小,粒径越大,累计振铃计数曲线阶梯感较为明显,即曲线斜率变化幅度越大。     

单轴压缩条件下类岩石不同加载速率的力学特性

通过对类岩石进行不同加载速率下的单轴压缩试验,探究加载速率变化对类岩石应力-应变曲线的影响.研究结果表明：在一定范围内,随着加载速率的增加,类岩石的峰值应力呈递增趋势;在恒速率试验中,不同速率所对应的应力-应变曲线不相同;在变速率试验中,当速率突然增大时,应力-应变曲线会有明显的向上突变;不同速率也会影响类岩石的裂纹发展.     

岩石强度对于组合试样力学行为及声发射特性的影响

为研究岩石强度对煤、岩体整体失稳的影响,测试并研究了不同组合煤岩试样单轴压缩过程的破裂形式、应力应变特性、试样强度、声发射特性等规律,分析了岩石强度对于组合试样力学行为的影响。结果表明:组合试样应力-应变曲线位于煤体和岩石之间,更加靠近煤体;随着岩石强度的升高,组合试样从屈服到达峰值的速度越来越快;煤体相同条件下,岩石的强度较低时,组合试样裂纹会向岩石内扩展,同时岩石发生拉伸破坏,岩石强度较大时,破裂主要发生在煤体内;组合煤岩试样屈服点和峰值的应力比值相差不大,屈服点和峰值的应变比值随岩石强度的升高不断升高,两者比值和岩石强度呈线性关系;组合试样峰值应力处声发射信号能量值和脉冲值随岩石强度的增加呈线性升高。     

循环荷载下岩石临界强度的测定

通过对花岗岩、白砂岩和大理岩进行单轴压缩、疲劳特性试验,提出了一种测定循环荷载下岩石临界强度和疲劳强度的新方法。该方法以全应力-应变曲线试验为基础,进行不同高、低应力水平的疲劳试特性验。试验结果表明,岩石的临界强度不仅受岩石固有性质影响,而且受控于应力水平,特别是应力振幅。变幅应力与常幅应力相比,其临界强度降低21.6%~28.8%。试验求得的方程和参数对岩石基础工程的设计和运行安全评估具有实际应用价值。     

含孔洞混凝土单轴压缩实验的声电信号特征

建立了含孔洞混凝土单轴压缩实验系统,通过分析含孔洞混凝土受载破裂过程的声电信号特征来揭示其破裂机理。实验发现含孔洞混凝土的破裂模式受骨料粒径和孔洞大小的影响,骨料越粗,声电信号发生突变的次数越多,孔洞越大,声电信号的峰值出现越早。材料声发射和电磁辐射水平与所受应力之间存在正相关耦合关系,但声发射与电磁辐射的变化并不完全同步。综合利用声发射和电磁辐射探测技术可以评价煤岩体的稳定性和预测预防岩爆的发生。     

高围压条件下含瓦斯水合物煤体强度准则研究

为了探讨Mohr-Coulomb(M-C)准则、Hoek-Brown(H-B)准则以及广义Hoek-Brown(GH-B)准则3种强度准则对高围压条件下含瓦斯水合物煤体的适用性;基于不同饱和度（50%、80%）和不同围压（12、16、20 MPa）条件下,进行常规三轴加载试验,对试验获得的应力-应变曲线进行分析,并利用3种强度准则对最大主应力和围压进行拟合;同时引用均方根偏差RMSE、相关系数等评价指标,探讨不同的强度准则对于含瓦斯水合物煤体的适用性。研究表明：在高围压条件下,应力-应变曲线呈应变硬化型,围压和饱和度越高,峰值强度越高,围压对峰值强度的影响较为显著;M-C准则和GH-B准则对于试验数据拟合的相关系数较高,拟合效果较好,RMSE值较低,预测值与试验值的线性拟合直线与1∶1梯度线非常接近,说明2种准则对含瓦斯水合物煤体的适用性较好;H-B准则的相关系数低于M-C准则和GH-B准则,RMSE值较大,对含瓦斯水合物煤体的适用性略低于M-C准则和GH-B准则。     

岩石变形和破裂的损伤模型

利用损伤力学的基本观点,以岩石中缺陷呈泊松分布,分析了岩石应力—应变全过程曲线的形成所得到的方程式,可以较好地描述全过程曲线,所需参数也容易实际测出。     

循环加卸载下饱和类岩石材料能量演化和损伤特性分析

为了研究循环荷载作用下饱水岩石的能量演化和损伤特性,利用水泥砂浆材料开展分等级循环加卸载试验和等荷载幅值循环加卸载试验,对比分析饱和类岩石材料在不同循环加卸载方式下的弹塑性应变、弹性模量、能量密度、损伤变量随循环次数的变化规律。结果表明:两种循环加卸载作用下,饱和类岩石材料的初始循环残余塑性应变均较大,分别占总残余塑性应变的61%和76%;分等级循环加卸载作用下,弹性模量随循环等级的升高先增大后逐渐减小,输入能密度和弹性能密度随循环等级的增加不断增大,耗散能密度先减小后逐渐增大,耗能比曲线呈现出"勺"形演化特征;等荷载幅值循环荷载作用下,弹性模量随循环次数先增大后缓慢降低,3种能量密度在损伤稳定发展阶段基本保持定值,材料破坏阶段耗能比迅速增大;基于耗散能定义的损伤变量,分等级循环荷载作用下,随循环等级的增加损伤变量变化曲线呈"上凹"形上升;等荷载幅值循环荷载作用下,损伤变量随循环次数的增加呈线性增长,且累积总应变能是分等级循环加卸载的34.5倍,损伤破坏程度更大。     

论坚硬岩石强度特性的确定

本文评述了岩石和岩石样品的强度概念和两者的差别，指出岩石强度指标与样品强度指标几乎没有关系。作者认为，如果不对岩石的尺寸加以说明，则强度概念不适用于岩石或其它任何弹-脆性固体。岩石样品的强度指标是样品的尺寸函数，而岩石的极限允许应力是岩石的常量。根据现阶段岩石物理学的发展，建议修改俄罗斯国家标准（гOCT））确定宕石强度的方法。     

双向加压下岩石能量规律的实验研究

在保持侧向压力基本稳定的条件下,对岩石试件进行了竖向反复加卸载直至破坏的双向压缩实验,得到了不同侧压及不同竖向压力下卸载的等效卸载弹性模量;对岩石试件还进行了双向同步加卸载直至破坏实验,得到了不同加载速度及不同双向压力下卸载的等效卸载弹性模量;两种实验都得到了破坏时的总吸收能、总耗散能和总可释放应变能。同时完成了方板中心圆孔岩石试件在不同加载速度下的双向压缩红外热成像实验。实验结果表明,加载速度越高,则试件表面平均温度越低;反之,亦然。     

不同含水状态下岩石力学特性和应力应变关系研究

进行不同含水率的狄野凝灰岩三轴试验，分析岩石在三向荷载作用下的应力-应变曲线的变化形态和峰值应力、应变和弹性模量，获得结论如下：(1)峰值应力、应变及弹性模量随相对含水率增加呈线性降低；(2)应力-应变曲线在加载初期因裂隙闭合呈上凹形态，随后近似线性增长，之后偏离线性呈上凸形态，峰值应力之前可用三次多项式较好地拟合；峰值应力之后，无论干燥状态下试件的应力快速降低，曲线呈上凹形态，还是含水状态下应力缓慢降低，呈现塑性流动，均可用分式函数较好地拟合；(3)根据提供的分段拟合函数，结合相对含水率与峰值应力、应变线性关系，可近似获得不同含水状态下岩石的应力-应变曲线。     

非贯通节理类岩石试件单轴压缩特性初探

针对嵌入式非贯通节理对岩体力学特性的影响规律,采用数字建模和3D打印技术建立了正弦型节理实体模型,制备了完整类岩石试件、含单节理类岩石试件及含双节理类岩石试件,单节理角度分别为30°、45°、60°,双节理角度分别为30°、45°,30°、60°,45°、60°。对各类试件进行了单轴压缩试验,结果表明：含节理类岩石试件的单轴抗压强度低于完整类岩石试件,且随着试件内部节理数量的增加,试件单轴抗压强度的降低幅度增大;单节理类岩石试件的破坏形式均为沿节理所在平面发生剪切破坏,试件的单轴抗压强度随节理角度的增大而增大,这主要是节理面切割度和节理面法向应力共同作用的结果;双节理类岩石试件破坏时内部裂隙发育、贯通程度较高,破坏后的试件非常破碎,基本不具残余强度。     

单轴压缩条件下岩石声发射特性的实验研究

采用SDAES型数字声发射仪和岩石参数动态测试系统,对云南大红山铜矿2组岩石进行了单轴压缩条件下的声发射实验,研究岩石在单轴加载过程中声发射活动随时间和应力、变形等内在规律,比较2组岩石声发射规律的异同,在此基础上分析了岩石的破坏机理。实验结果表明：2组岩石声发射活动规律大体相同。除加载初期外,岩石声发射活动与试样体积变形间有较好的关联性,岩样中裂纹形成和原有裂纹扩展是造成岩石声发射活动与试样体积变形的主要原因。岩石破坏过程中岩石的声发射率和能率不完全一致,声发射能率的变化规律较声发射率表现得更加敏感,更适合用来预测岩石的破坏。     

膨胀充填材料工程力学特性的试验研究及应用

充填材料的工程力学性质对煤矿绿色开采有重要影响,是解决煤矿安全高效生产以及煤矿可持续发展的主要途径.本文以水泥、砂或粉煤灰为材料,双氧水为发泡剂制作的膨胀充填材料泡沫混凝土为研究对象,试验研究了密度为1000 kg/m3、1200 kg/m3、1400 kg/m3含砂泡沫混凝土和含粉煤灰泡沫混凝土动静载力学特性.试验结...     

含预制裂纹的脆性岩石单轴压缩下渐进性破坏过程的试验研究

对含预制裂纹的花岗岩进行单轴压缩试验研究预制裂纹倾角α对脆性岩石渐进性破坏过程的影响。首先对破坏过程的轴向应力-横向应变曲线进行总结和讨论,然后分析预制裂纹与加载方向夹角α对岩石的应力门槛值：裂纹起始应力σci、裂纹扩展应力σcd、峰值强度σf,由应变片记录的应力-应变曲线和试样的表面裂纹扩展情况的影响机制。结果表明,含有预制裂纹的岩石试样进行加载试验过程中,预制裂纹倾角α的变化成了决定脆性岩石破裂方式的主要因素。故在对含节理、裂隙的脆性岩石的工程应用上,通过对岩体的轴向应力-横向应变曲线进行分析,可以对地下开挖工程起到指导设计开挖方式及支护形式的作用。     

岩石的非均质性对其材料强度尺寸效应的影响

采用非均质数值试验的方法,研究了非均质参数m对岩石材料强度尺寸效应的影响,提出尺寸效应影响参数η,其值越大尺寸效应越明显.研究表明：随着非均质参数m的增加,尺寸效应影响参数η的值先增加后减小,当m→＋∞时η→0.在m=2附近时η达到最大值,此时的强度尺寸效应最明显.η在1.65≤m≤3范围内变化最为剧烈,所以当非均质参数m在此范围内时,岩石材料的强度尺寸效应在明显和不明显之间变化幅度最大.