基于能量释放率的不同赋存深度砂岩脆性指数研究

为建立表征不同赋存深度砂岩脆性指数,以布尔台矿不同赋存深度砂岩试样为研究对象,开展单轴压缩试验,针对不同赋存深度试样应力–应变曲线特征,从应力–应变正负相关性出发,构建不同赋存深度试样应力–应变曲线能量演化模型。基于能量释放率,建立满足不同赋存深度试样脆性指数,并进行理论验证。结果表明:不同赋存深度试样对应4种曲线形态,Ⅰ与Ⅳ类曲线位于最浅和最深赋存深度,分别为101.6~203.2和509.8~589.3 m,Ⅱ类曲线分布于各个深度,Ⅲ类曲线分布主要集中于406.4~589.3 m。不同赋存深度下不同曲线形态对应4种能量演化方式,总应变能整体呈"S"型曲线增长,弹性能演化曲线与应力–应变曲线相似,Ⅱ与Ⅲ类曲线的耗散能随应变增加呈台阶式增长,Ⅳ类曲线耗散能随应变增加呈"L"型增长,其中表面能和释放弹性能两者与塑性能随应变增加交替产生。脆性指数整体上随赋存深度的增加而增大,且与赋存深度呈二次函数关系,对应平均值分别为0.77,1.01,0.93,3.66,9.94,11.55,Ⅳ类曲线的最大能量释放率与脆性指数远大于其他3种曲线形态,平均值分别为555.27,30.98。同时,不同赋存深度砂岩脆性分区有较大差异,赋存深度为101.6,317.3 m时,砂岩层为弱脆性;赋存深度为203.24 m时,砂岩层为中脆性;赋存深度为406.42,589.35 m时,砂岩层为强脆性。     

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正~~     

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下期《岩石力学与工程学报》主要发表下列内容的文章:(1)深部岩体力学研究与探索;(2)恒阻大变形锚杆冲击拉伸实验及其有限元分析;(3)我国煤矿冲击地压的研究现状:机制、预警与控制;(4)岩石波速与损伤演化规律研究;(5)锦屏二级深埋隧洞构造型岩爆诱发机制与案例解析;(6)高拱坝谷幅变形机制及非饱和裂隙岩体有效应力原理研究;     

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下期《岩石力学与工程学报》将主要发表下列内容的文章:(1)大型洞室群智能动态设计方法及其实践;(2)锦屏I级水电站坝基岩体块度指数量化取值分析;(3)不同性质煤的微观特性及渗透特性对比试验研究;     

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下期《岩石力学与工程学报》将主要发表下列内容的文章:(1)基于激发极化法的隧道含水地质构造超前探测研究;(2)大型洞室边墙松弛劈裂区的实验室和现场研究及反馈分析;(3)低温及冻融环境下岩体热、水、力特性研究进展与思考;(4)深部岩体分区破裂化现象数值模拟;     

高地应力下地下工程稳定性分析与优化的局部能量释放率新指标研究

针对地下工程稳定性分析与优化的常规指标在高地应力条件下的局限性及传统的能量释放率岩爆指标把岩体看成不发生脆性破坏线弹性体的不足，提出局部能量释放率新指标。该指标的实现是通过在数值计算中追踪每个单元弹性能量密度变化的全过程，记录单元发生脆性破坏前后的弹性能密度差值，得到单位体积岩体突然释放的弹性能量。该指标可更好地定量预测高地应力下地下工程开挖过程中岩爆发生的强度、破坏位置与范围，由该指标求出的围岩释放能又可作为地下工程开挖方案的优化指标。对太平驿水电站引水隧洞工程不同开挖步长下能量释放率指标的算例进行分析。分析结果表明，该指标具有一定的科学合理性。最后将该指标应用于黄河拉西瓦水电站大型地下厂房的开挖方案优化，用于指导该工程的科学设计与施工。     

基于岩石峰前起裂及峰后特征的脆性评价方法

现有研究表明岩石脆性与其内部微裂纹起裂、扩展有密切联系,但考虑岩石起裂特征的脆性评价指数并不多见,在对脆性理论以及起裂特征分析的基础上,提出了一种基于岩石峰前起裂及峰后特征的脆性评价方法.首先,结合George和Tarasov&Potvin等对脆性的描述和定义,从理论上分析了基于岩石峰前起裂及峰后特征脆性评价方法的可行...     

基于弹性能演化全过程的岩石脆性评价方法

脆性破坏是岩石的一项重要力学特性,建立准确的脆性评价方法对岩石工程具有重要意义。岩石峰前存储的弹性能演化特点直接决定了峰后的脆性破坏特征。因此,综合考虑峰前弹性能的积聚特性和峰后弹性能的释放特性,建立一种基于弹性能演化全过程的岩石脆性评价指标。利用该脆性评价指标开展不同岩性单轴压缩、不同围岩以及水压试验的脆性特征评价。试验结果表明:建立的脆性评价指标能全面反映岩石脆性特征。在单轴试验条件下,该指标能准确地评价各类岩石的脆性差异性;常规三轴压缩条件下,大理岩和石英砂岩的峰前弹性能的积聚率和峰后弹性能耗散率随着围压的增加而不断降低;水压条件下,石英砂岩的脆性指数随着水压的增加而不断提高,随着围压的增加,水压对脆性指标的影响逐渐减弱。试验结果验证了该指标的合理性,研究结果丰富了岩石脆性评价方法。     

基于热–力–损伤本构参数的硬岩脆性评价方法

采用不同方法评价岩石脆性的研究较多,但从本构参数的角度构建脆性指数定量评价岩石脆性的研究鲜有报道。为此,通过理论研究、算例分析和对比验证,探讨利用损伤统计本构参数m和δ构建脆性指数B_m的可行性。结果显示：基于Weibull分布函数建立的岩石热–力–损伤本构模型能较好地表达脆性、塑性、应变软化等多种本构行为,为从本构角度评价岩石脆性奠定了理论基础。选取能有效反映岩石应力–应变曲线总体形状特征的参数m和反映峰后特征的参数δ,建立了脆性指数B_m (B_m=mδ)。不同围压、加载方式和岩性条件下,脆性指数B_m计算结果和试验结果规律一致,有效验证脆性指数B_m的合理性。通过与现有代表性脆性指数对比分析发现,脆性指数B_m能有效体现岩石脆性随围压增加而减小、卸荷应力路径下岩石脆性增强的特征,且对不同硬岩脆性评价均具有较好的适用性。提出的方法为从本构参数的角度评价岩石脆性提供新思路,对丰富岩石脆性分析与评价具有一定裨益。     

岩体失稳前兆阶段准静态形变平衡方程和加载参数——能量输入率

由能量守恒原理导得的岩体失稳前兆阶段准静态形变平衡方程中包括Ι体的弹性能释放率、II体的能量耗散率和环境对系统的能量输入率(或广义地称为“环境与岩体系统能量交换率”),包涵了岩体系统准静态形变过程的完整信息量。阐述了用能量输入率J呈递减或递增趋势,来判别系统稳定性与用Dirichlet势函数2阶导数正负法则判别系统稳定性的结果完全一致;J>0是环境对系统输入能量;J<0是系统对环境输出能量;J=0是岩体系统动力失稳的临界条件,可用于确定岩体系统失稳起始点和终止点;这些可为准确计算地震、岩爆时释放的地震能等问题提供科学依据。首次从仿照弹性稳定理论得到的系统总势能全量函数形式,正确导得岩体系统准静态形变的平衡方程。