卸荷条件下的裂隙岩体力学特性研究

岩土工程界绝大多数领域涉及到的是岩土体的卸荷过程,研究裂隙岩体在卸荷条件下的力学特性具有非常重要的理论和现实意义。在线弹性断裂力学理论的基础上,建立了裂隙岩体概化模型,分析了裂隙岩体分别在最小主应力和最大主应力卸荷条件下的应力强度因子和变形特性。研究结果表明,裂隙岩体沿不同应力路径卸荷,其应力强度因子和表现出来的力学特性是不同的,裂隙岩体沿最小主应力卸荷只具有沿最大主应力卸荷条件的某一阶段特性。     

用于裂隙岩体应力测试的套筒致裂法

套筒致裂技术用于岩体和测试具有简便、可靠、高效的特点。为了使它也适用于裂隙岩体，本文提出了相应的计算理论和测试技术，并对新近研制成功的一种套筒应力计作了介绍。     

用于裂隙岩体应力测试的套筒致裂法

套筒致裂技术用于岩体应力测试具有简便、可靠、高效的优点．为了使它也适用于裂隙岩体，本文提出了相应的计算理论和测试技术，并对新近研制成功的一种套筒应力计作了介绍     

冲击载荷下裂隙岩体破碎能量耗散特征

为研究裂隙岩体在冲击载荷作用下的动态力学特性,探究岩石在冲击载荷作用下破碎的能量耗散特征,利用分离式霍普金森杆对完整红砂岩试件以及预制不同角度单裂隙红砂岩试件进行冲击试验.试验结果表明:含裂隙岩石动态抗压强度均小于完整岩石的强度,预制裂隙降低了岩石的动态力学性能;随裂隙角度的增大,裂隙岩石的动态抗压强度随之增大,反射能...     

拉伸载荷作用下裂纹扩展及应力强度因子计算

拉伸载荷是造成材料破坏的主要载荷形式。对于含初始裂纹的材料,在拉伸载荷作用下裂纹的扩展路径对材料的破坏形式起着非常关键的作用。断裂力学认为不同形式的裂纹在不同的外力作用下其扩展的路径是有很大差别的,本文根据断裂力学的基本原理,利用数值流形方法对拉伸载荷作用下方形岩石试件中的中心及单边水平裂纹、中心及单边斜裂纹的裂纹扩展路径进行了模拟,并对裂纹扩展过程中的应力强度因子进行了计算,发现这些裂纹扩展都是非稳定扩展。最后还利用该方法对这四种模型的裂纹尖端应力强度因子进行了计算,结果表明裂纹尖端应力强度因子最大计算误差仅为6.8%,且斜裂纹的误差要稍大于水平裂纹的误差。     

基于统计岩体力学的裂隙岩体抗压强度各向异性分析

为了分析裂隙岩体的各向异性,提出了能反映岩体各向异性的强度准则,并通过室内试验和HoekＧBrown准则验证此强度准则的有效性.然后采用 FLAC３D 软件对不同围压下结构面倾角不同的岩体进行单轴及常规三轴压缩试验.模拟结果表明:随结构面倾角的增大,裂隙岩体的单轴抗压强度值先减小后增大,最小值出现在结构面倾角介于４５°~６０°左右时;当结构面倾角小于结构面内摩擦角时,岩体强度等同于完整的岩块;有围压存在时,裂隙岩体的抗压强度与围压呈线性关系,裂隙岩体的抗压强度曲线波动幅度变小,岩体强度的各向异性随着围压增大而减弱,强度由结构控制转化为应力控制.     

裂隙岩体渗透性影响因素的研究

采用UDEC离散单元法中关于裂隙岩体开挖模拟及水力全耦合分析模型,分析裂隙岩体洞室开挖后,因围岩应力与水力耦合作用导致裂隙隙宽变化及渗流变化的过程。为了更直观地了解耦合作用对裂隙岩体渗透特性的影响,以隧洞开挖为例,用开挖后隧洞内总涌水量来表征岩体的渗透特性。利用数值试验的方法,研究了块体边界大小、初始应力比、裂隙隙宽和裂隙夹角对开挖后隧洞内涌水量变化的影响,进而可以看出它们对裂隙岩体渗透性的影响。并得出如下结论:随着块体尺寸和初始应力比的增大,隧洞内总涌水量减少;随初始隙宽的增大涌水量增加并当达到某一固定值时保持不变;隧洞涌水量在θ2/θ1=3.5,其中θ1=30°,即两组节理的夹角为75°处达到最大。     

基于ANSYS的应力强度因子计算

对应力强度因子在线弹性断裂力学以及ANSYS中的计算方法进行了分析,并通过一个实例说明了应力强度因子在ANSYS中的实现过程,并将数值计算结果和理论计算结果进行了比较分析。     

真三轴加卸载条件下巷道周边裂隙岩体变形破坏试验研究

岩体内含有大量的节理裂隙,在巷道开挖卸荷施工过程中,裂隙会暴露出来,并影响岩体工程结构的整体稳定性。为了更清晰地表现裂隙岩体的变形破坏特征,进行了真三轴卸载试验,采用依托于“微机控制电液伺服压力试验机”改进的真三轴试验机,以地下深埋巷道为原型,对含有不同倾角裂隙的混凝土试样进行加卸载试验,并使用有限元理论对单轴压缩试验进行模拟,研究了卸荷条件下试样的变形破坏特征及应力脆性跌落系数规律。结果表明：① 试验加载初期试件呈现出明显的压密现象,且试件裂隙倾角越大,压密现象越明显;② 随试件裂隙倾角增大,卸荷变形呈上升趋势,即扩容现象呈上升趋势;③ 裂隙倾角越小,越容易形成脱落性破坏;随裂隙倾角变大,破坏向远离卸荷面方向转移;并且,主要破坏形式为拉伸破坏,相对于单轴压缩试验,扩容造成的破坏特征更加明显;④ 随裂隙倾角增大,试件应力脆性跌落系数增大,间接显示出试件由脆性向延性转化的倾向,试件脆性破坏特征削弱。     

贯通裂隙控制岩体巷道稳定规律的数值模拟

采用ANSYS程序,按照正交设计方法编排了基于潞安矿区巷道围岩裂隙分布状况的多种计算模拟方案,研究了地下岩体中单组和双组贯通裂隙的空间产状、组合特征以及与巷道布置匹配等因素对巷道围岩稳定性的影响规律.研究表明1) 贯通裂隙间距(2～4 m)小于巷宽(4 m)时,巷道围岩稳定性受裂隙控制,反之主要受巷道围岩强度的影响;2) 单组裂隙间距小于3 m,倾角30°～70°巷道围岩收敛量较大,巷道稳定性较差;3) 双组裂隙控制岩体,巷道顶底板稳定性随裂隙倾角(0～70°)增大而提高;裂隙倾角70°时,巷道围岩稳定性相对来说较好;裂隙间距增加使巷道稳定性提高,裂隙间距大于巷宽时,巷道稳定性已趋于恒定,主要受围岩强度的控制;4) 双组裂隙切割围岩体巷道比单组裂隙更易失稳破坏;5) 巷道围岩内最易出现塑性区部位是巷道顶角、巷帮及巷道顶底板中央,双组裂隙围岩的塑性区远超过单组裂隙围岩;6) 裂隙倾角在45°～70°时,塑性屈服的弱面单元数量剧增,巷道围岩体易沿弱面滑动而导致破坏失稳.该项研究成果对受贯通裂隙控制岩体巷道的稳定性评估以及支护设计决策,有理论借鉴意义.     

深部裂隙岩体硅质自应力注浆加固机制与试验

针对深部裂隙岩体水泥基注浆加固后由于材料自收缩性造成浆岩界面松弛及充填不满问题,提出了裂隙岩体自应力注浆加固概念。通过外加剂促使浆液结石体在约束空间内体积膨胀,当膨胀剂掺量超过补偿水泥自收缩的临界掺量时,结石体体积膨胀除补偿水泥基材料自收缩外,在裂隙岩体的约束空间内能够对裂隙壁产生一定的膨胀应力,膨胀应力能够增大浆岩界面的挤压作用,改善岩体的约束受力状态。通过超细硅质浆液膨胀率测试、约束浆液结石体强度试验、约束浆液结石体微观结构分析等研究自应力浆液加固机理,通过裂隙岩体注浆加固试验验证自应力浆液的加固效果。结果表明:随着膨胀剂掺量逐渐增大,浆液纵向自由膨胀率和约束浆液结石体强度均呈先增大后减小的趋势,10%膨胀剂掺量浆液膨胀效果明显优于其它膨胀剂掺量。硅质自应力浆液结石体的脆性增强,弹性变形延长。10%膨胀剂掺量硅质自应力浆液结石体呈大颗粒状,颗粒相互搭接,形成网状结构,有利于结石体强度发挥,其密实性明显优于普通浆液结石体。25%膨胀剂掺量浆液结石体晶体大小不均,颗粒空隙较大,其密实性明显弱于10%膨胀剂掺量自应力浆液结石体。自应力注浆砂岩的峰值强度和弹性模量分别为普通注浆砂岩的1.1...     

侧向压力对裂隙岩体破坏形式及强度特征的影响

为系统地研究侧向压力对裂隙岩体的破坏形式及强度特征的影响,利用RMT-150C电液伺服机及侧向加压设备对含预制裂隙石膏试样进行了双轴压缩试验。试验结果表明:1随着侧向压力的增加,应力-应变曲线延性增强,表现出典型的塑性变形特征。2不同侧向压力条件下,裂隙试样破坏形式主要包括初始裂隙起裂破坏、侧向劈裂破坏和表面剥落破坏3种。3侧向压力与试样抗压强度及弹性模量等强度参数呈现非线性增加关系。进一步通过声发射监测发现,侧向压力也会明显地降低加载初期试样的声发射能量和计数。试验结果与相关文献和工程实践现象具有很好的一致性。     

三维应力作用下砂岩单裂隙渗流规律试验研究

使用劈裂方法在粗砂岩岩样上制造裂隙来模拟粗砂岩天然岩体的张性裂隙,在电液伺服岩石三轴试验机上开展单裂隙渗流应力耦合试验.在三维应力下,检测在不同嗣压、水压情况下,渗流量随时间的变化情况,对单裂隙岩体在三维应力作用下的渗流规律作了探究.     

岩石点载荷强度试验中强度指数计算方法的选择

点载荷强度试验中,点载荷强度指数计算方法的选取直接影响岩石单轴抗压强度值。通过工程岩体分级方法、ISRM方法和传统经验计算方法比选,确定其合理的计算方法。此外,为定量化岩石浸水后其强度降低程度,分别测试典型岩性浸水3d和7d后的点载荷强度指数,对采用点载荷确定岩石单轴抗压强度值有积极的指导意义和参考价值。     

裂隙数量和开度对低强度岩体力学特性及破坏模式的影响

采用MTS815电液伺服控制试验机对不同裂隙数量和不同裂隙开度条件下的低强度岩体试件进行常规单轴压缩试验,基于试验结果,详细分析了每种类型裂隙试件的应力-应变曲线、强度、变形参数及破坏模式。研究结果表明:① 裂隙数量可使试件应力-应变曲线的峰后破坏阶段由快速下跌转变为台阶式下跌,最后变为水平延伸式缓慢下跌,呈近似塑性流动变形破坏,相对而言裂隙开度对试件应力-应变曲线的影响则非常小;② 受结构效应的影响,试件峰值强度只在水平和倾斜裂隙条件下才随裂隙数量的增加呈明显减小趋势,而裂隙开度对试件峰值强度的影响较小,且存在最弱影响开度值;③ 裂隙数量对不同裂隙倾角条件下试件的变形特征均有较大影响,而裂隙开度只对倾斜裂隙试件的变形特征影响较为明显;④ 裂隙数量对倾斜和垂直裂隙试件破坏模式的影响要比水平裂隙试件的明显,但影响规律不明确。裂隙开度可以完全改变垂直裂隙试件的破坏模式,使其由纯拉伸破坏向单一剪切破坏转变,但对水平和倾斜裂隙试件的破坏模式基本没有什么影响。     

煤岩体裂隙网络注浆的计算机模拟

为了使浆液在煤岩体裂隙网络中的流动更加直观,首先引入应力强度因子探讨了压剪和拉剪2种状态下,裂隙尖端的断裂准则、裂隙扩展方向和扩展长度,并分析了浆液在单一裂隙内部的流动扩散规律。在此基础上,利用FORTRAN语言编制了浆液在非贯通裂隙网络内部的流动扩散程序。以某煤矿注浆工程为例,采用该程序模拟了不同注浆压力下浆液在裂隙网络中的扩散范围。模拟结果显示：浆液的扩散极具不均衡性,注浆压力越大,裂隙尖端越容易劈裂,裂隙扩展越长,一定注浆压力下,次生裂隙与其他裂隙沟通后浆液继续流动。当注浆压力为4.0 MPa时,由多孔介质理论计算,本程序模拟与现场探测结果对比分析可知,模拟结果与现场注浆实际符合良好。     

不同单一裂隙倾角对岩体破坏特征的影响

为了探求不同裂隙倾角对岩体破坏特征的影响,针对相似模拟试件进行室内试验。通过试验研究了单轴压缩含有裂隙试件的岩石断裂和节理滑动行为。经测试的岩石模型具有与水平倾角为0°、30°、45°、60°、90°的持久单一裂隙。结果表明,在单轴条件压缩下,完整试件的强度高于存在裂隙的试件;预制裂隙倾角影响着裂隙的发育程度,通过试验结果将裂纹发育程度从大到小排列依次为:60°、45°、0°、30°、90°;不同预制裂隙倾角试件的单轴抗压强度曲线近似成倒U型,并且预制裂隙的倾角在30°与45°之间存在着对试件强度影响最大的角度。     

基于应变软化模型的岩体单轴压缩裂隙扩展

分别采用FLAC~(3D)程序中的应变软化模型及空模型来描述岩石及裂隙的力学行为,同时采用超细单元划分法对计算模型进行剖分以模拟裂隙扩展。采用上述数值计算模型研究了单轴压缩荷载下裂隙长度、倾角和裂隙条数对裂隙扩展路径及岩体力学特性的影响。计算结果表明,试件单轴抗压峰值强度随裂隙长度增加而逐渐降低,当裂隙长度不同时,次生翼裂纹的出现位置及扩展路径也有较大差别。翼裂纹的萌生位置及扩展规律均随裂隙倾角而变化;试件峰值强度随裂隙倾角由0°增加到75°时,类抛物线规律变化,当裂隙倾角为30°时,试件峰值强度最低。裂隙条数对裂隙扩展路径及试件破坏模式有较大影响,且试件峰值强度随裂隙条数增加而逐渐减小。