不同围压下岩石峰后及残余变形特性试验研究

为使矿山能安全高效地开采,对深部矿山三向应力状态的岩石进行研究。试验采用RTS-500三轴流变仪,对较深部岩石进行常规三轴压缩试验,得到了应力-应变曲线。试验发现:随着围压的增大,峰值强度和残余强度都呈逐渐增大的趋势;峰值强度与残余强度的差值也逐渐降低;随着围压的增大,岩石峰值强度对应的岩石应变出现增大的现象;随着围压增大,岩石的弹性模量出现增大的现象。结论对于实际施工的工程稳定以及岩体的支护设计都具有指导和借鉴意义。     

含陡倾角软弱结构面的花岗岩力学特性及声发射特征

利用MTS 815.03岩石试验机对试件进行三轴压缩试验,采用DISP声发射测试系统进行声发射数据收集,并对含陡倾角软弱结构面的岩体试件和岩石试件进行试验对比.两种试件随围压的增加强度逐渐增加,破坏由脆性向延性转变;岩体试件总是沿结构面滑移破坏,岩石试件为剪切破坏.随着围压的增加,两种试件的弹性模量、变形模量、峰值应变和峰值强度增加;岩体试件弹性模量、变形模量值和峰值强度低于岩石试件,而峰值应变高于岩石试件.岩体试件内摩擦角小于岩石试件,而黏聚力大于岩石试件.随围压的增加,两种试件在峰值应力阶段声发射事件远高于其他阶段,而岩体试件声发射事件集聚量远远高于岩石试件.研究结果表明软弱结构面的存在降低了岩体的力学性质,因此在高放废物地质处置库选址时结构面发育特征是需要考虑的关键因素.      

不同应力路径下岩石细观力学性能离散元研究

岩体工程中的应力状态对围岩的稳定性具有重要影响。为研究地下巷道中岩体应力状态对围岩稳定性的影响规律,基于离散元理论,对地下巷道开挖过程的应力状态进行分析,开展了围压卸载—轴压增加、围压卸载—轴压不变和围压卸载—轴压减少3种不同卸载路径下的三轴压缩数值模拟试验,并与常规三轴压缩试验进行对比,分析了不同应力路径下的岩石宏观强度特征及细观损伤过程差异性。结果表明：强度准则和应力张量状态不受卸载路径的影响,但不同应力路径下岩体的损伤过程不同,围压卸载—轴压不变应力路径下的微观裂纹发育最密集,而围压卸载—轴压增加应力路径下的裂纹丛集速度最快。研究结果可为地下巷道开挖过程中的围岩应力卸载破坏分析提供参考。     

红砂岩中矿物颗粒的塑性应变分析

为定量研究砂岩中矿物颗粒在载荷作用下的塑性应变和应力,揭示岩石内部赤铁矿颗粒的变形行为,基于弹塑性力学理论和张量分析,采用X射线CT对砂岩三维结构进行扫描（空间分辨率为4.6 μm）,分析岩石内部矿物颗粒的运移规律,并提出了岩石矿物颗粒变形梯度张量计算的方法研究其塑性应变。首先对砂岩矿物颗粒位移进行提取,并采用Non Local Means滤波算法对砂岩三维数字图像去噪;然后基于砂岩三维结构,对不同矿物组分进行分割,通过构造主轴应变的变形张量,计算砂岩矿物颗粒的变形梯度和应力、应变分量。结果表明：该滤波算法对砂岩CT图像和射束硬化现象具有显著改善效果。此外,基于X射线CT的砂岩原位测试结果显示,砂岩内部存在较复杂的变形行为和应力响应,且在断裂带和非断裂区域变形行为有着显著差异;岩石内部颗粒在Z轴方向受到压应力,而在XY平面受到拉伸应力的作用,同时矿物颗粒内部存在较大的塑性应变,且试样内部颗粒的应变和应力要远远大于试样宏观应变和应力。该方法对于揭示岩体内部结构和应力、应变状态演化过程具有重要作用。     

基于RTS-500岩石流变仪三轴强度和变形特性

采用英国GDS公司生产的RTS-500型岩石三轴流变仪试验机,进行不同围岩条件下的三轴压缩实验,并对试验结果进行分析. 确定三轴围压下的峰值应力以及其应变的变化规律,以及根据Mohr-Coulomb强度理论确定岩石的c、φ值的变化规律,研究绿泥石英片岩的强度和变形特性.结果表明:在低围压时,岩样内部非均匀化,岩石表现为脆性特性;在高围压时,岩样内部由低到高逐渐屈服,内部趋于均匀化,此时岩石出现由脆性向塑形特性转变的趋势.岩石的峰值应变与围压呈显著的线性关系,岩石残余强度对围压的敏感性明显高于峰值强度. RTS-500型岩石三轴流变仪系统实验精度较高,实验数据可靠.      

单轴多级加载下岩石声发射特性试验研究

对大理岩和花岗岩开展室内单轴多级加载试验,得到应力—应变,声发射参数、应力与时间关系。研究结果表明:在加载初期,两者没有明显的声发射现象,表明试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合;在稳压阶段,大理岩声发射活动水平较低,岩石中有少量新生裂纹的产生或扩展;花岗岩声发射活动显著,岩石在载荷稳定时裂隙继续发展;临近破坏时,大理岩声发射活动水平较低,花岗岩声发射活动集聚增加。室内单轴多级加载试验在一定程度上反映工程岩体分级开挖时应力调整前后声发射的变化趋势。对高应力、多扰动的深部岩体,建议现场声发射监测岩体稳定性,岩爆等地质灾害时,应掌握合适的监测时机,对多中段同时开采的矿山深部岩体应加强顶底板、围岩、矿柱的声发射监测,为现场岩体稳定性监测与预报的判据提供了借鉴和思路。     

不同受力维度下红砂岩失稳评判指标研究

为了研究不同受力维度下岩石峰值应力、峰值应变与失稳的关系,分别对红砂岩进行一维、二维、三维受力条件下的单轴抗压试验、变角板剪切试验和直接剪切试验以及三轴压缩试验。试验结果显示：单轴压缩试验中,峰值应力和峰值应变变异系数分别为6.61%和9.36%;变角板剪切试验中,峰值应力和峰值应变平均变异系数分别为5.69%和19.81%;直接剪切试验中,峰值应力和峰值应变平均变异系数分别为4.32%和14.74%;三轴压缩试验中,峰值应力和峰值应变平均变异系数分别为6.03%和7.44%。上述研究表明：当红砂岩处于一维和三维受力状态时,峰值应力和峰值应变均可以作为评判红砂岩是否失稳的指标,但峰值应力比峰值应变作为评判指标的可靠性更高;当红砂岩处于二维受力状态时,只有峰值应力能作为评判红砂岩是否失稳的指标。上述研究规律不仅对评判室内试验中岩石是否失稳具有重要意义,而且对评判岩土工程中岩石是否处于安全状态提供理论依据。     

不同张开度裂隙类岩体循环加卸载下滞回环特征与损伤变形分析

为探究张开度和不同应力等级循环加卸载复合影响下裂隙岩体的损伤特性和裂纹演化规律,利用水泥砂浆制备不同张开度单裂隙类岩石材料,基于RMT-150B岩石力学试验机对类岩石材料开展了3种等级的应力循环加载试验,分析了裂隙类岩石材料的应力—应变曲线特征、滞回环面积变化规律、动弹性模量变化规律及损伤特性.试验结果表明:类岩石材料...     

不同荷载作用下岩石的声发射特征

由于岩石破裂过程的尺度无关性质,通过对岩石样品破坏过程中声发射特征的研究可增进对采矿工程岩体失稳过程的认识。基于室内声发射试验及国内外学者在岩石声发射方面的大量科研成果,讨论了各种受力状态对岩石声发射活动性的影响,即单轴加卸载和三轴加卸载等多种荷载条件下的声发射特征,重点分析了岩石破坏前"声发射平静期现象"出现的条件。通过与岩体破裂过程中声发射监测结果中"沉寂区"的对比分析得出,在利用声发射技术监测地下工程岩体结构的稳定性时,必须深入分析岩体的声发射特征和应力状态变化过程,才能准确识别岩体破坏前兆现象,有效地作出对地质灾害的预报。     

用三轴试验求算岩体强度的探讨

探讨了确定岩石结构面剪切强度参数的新方法—用三轴试验确定岩石结构面强度曲线 ,通过理论分析及试验研究 ,表明这种方法是可行的。然后用三轴试验确定的岩石强度曲线及结构面强度曲线来求算岩体强度参数。     

基于应力三轴度的TA18钛合金损伤失效研究

对TA18钛合金材料设计不同缺口尺寸的拉伸试样,进行不同应力状态下的室温拉伸试验及断口形貌观察,通过试验和数值计算结合的方法研究TA18钛合金的韧性断裂特性,分析了应力状态对微观断裂机制的影响规律.利用Bridgman正向计算法修正颈缩失稳后的应力数据,建立了TA18钛合金的Johnson-Cook(J-C)本构模型,计算了拉伸试样的平均应力三轴度和断裂应变,回归确定了TA18钛合金损伤失效模型.结果 表明:不同应力状态下的TA18钛合金断裂应变各不相同,断裂应变随着应力三轴度的增大而减小,断口韧窝尺寸与应力三轴度呈正相关关系,所建立的损伤失效模型能够描述该材料的断裂特性.     

循环加卸载下闪长玢岩蠕变特性及损伤本构模型

分级加载压缩蠕变试验未能充分考虑稳定蠕变中的黏塑性应变，故采用三轴循环加卸载压缩蠕变试验来实现岩石的黏弹、塑性应变分离，从而使岩石黏弹、塑性应变在岩石蠕变的各个阶段得以充分考虑。以某水电站闪长玢岩为例，探讨该类岩石蠕变特性。在破坏前，岩石的瞬时弹性应变以及瞬时塑性应变随着偏应力逐级增大呈线性增长；随着偏应力的增加，黏弹性应变和黏塑性应变呈非线性增长。引入一个分数阶Abel黏壶与Kelvin模型串联形成新型黏弹性模型；用分数阶Abel黏壶代替传统的黏塑性模型中的线性牛顿体并基于损伤建立黏塑性损伤模型。然后将新型黏弹性模型和黏塑性损伤模型与瞬时弹性模型和瞬时塑性模型串联组成一个新的岩石蠕变损伤模型。最后将该模型与岩石蠕变曲线进行拟合，从而证明该模型的适用性。      

卸荷岩体细观损伤演化的核磁共振测试

为研究卸荷岩体内部孔隙结构的细观损伤演化特征,以大理岩为岩样,分别进行初始围压为10、20和30 MPa,不同卸荷围压量的常规三轴卸荷试验和核磁共振测试实验,获得卸荷岩体的应力-应变曲线、横向弛豫时间T₂分布、孔隙度及核磁共振成像图像.随着卸荷围压比的增大,岩石由弹性变形转化为塑性变形,岩样内小孔隙的孔径增大,大孔隙的数量增多且孔径增大;卸荷围压比低于90%,岩体损伤主要由孔隙数量的增多引起,卸荷围压比高于90%,损伤由孔隙数量和孔径均急剧增大引起;岩样的孔隙度随着卸荷围压比的增大而增大,且增速越来越快;核磁共振图像直观地反映卸荷岩体内部孔隙数量、孔径及结构变化情况.      

帕鲁特金矿岩石抗压性能研究

帕鲁特金矿即将进入深部开采阶段,开展深部岩石力学性能研究十分必要。采用RQD值调查法和抗压性能试验对其岩体性能开展研究。结果表明：岩体RQD值普遍小于50%,岩体质量相对较差。矿体的单轴抗压强度、峰值应变和弹性模量均高于上、下盘围岩,其中,矿体单轴抗压强度达到上、下盘围岩单轴抗压强度的2倍,岩石的破坏模式以脆性破坏为主,在工程实际中应当注重对上、下盘围岩的支护工作。     

岩石材料脆性剪切破坏模式下的强度分析

使用声发射法与三轴试验相结合的方法对岩石试样微裂隙产生和发展进行监测,以获取岩石脆性剪切混合破坏模式的特点.采用断裂力学与岩石力学理论相结合的方式进行理论分析和试验数据处理,得到了试样三阶段特征强度随应力状态变化的规律,并提出了一种适用于岩石脆性、剪切混合型破坏强度分析方法,据此建立了Mohr-Coulomb、Griffith和Hoek-Brown等强度准则与脆、剪混合强度模型的关系.采用此模型对水厂边坡混合花岗岩的全应力-应变试验数据进行脆剪混合强度分析,理论值与试验值具有良好的一致性.      

图古日格金矿地应力测量与分析

为解决图古日格金矿由于矿脉分布复杂、地质构造多样导致的采场矿压剧烈、矿脉方向杂乱等问题,使用空心包体式三轴应变计,采用钻孔应力解除法对图古日格金矿6个测点进行了系统地地应力现场实测。测量结果表明：井下为典型的构造应力场类型,最大水平主应力方向为近NE,与地质构造挤压运动的结果吻合,属于中等应力值区域,矿脉方向与最大主应力方向近垂直。地应力分布特征为该矿生产设计与矿压控制工作提供参考,为找矿方向提供初步判断。     

基于Kaiser效应红透山铜矿原岩应力测量

红透山铜矿是国内采深最大的金属矿山之一,其深部地压显现形式具有典型性。为了解深部岩体的应力状态及分布特征,应用Kaiser效应的方法进行了原岩应力的测量。岩石试样取自-467～-827水平11个位置,进行单轴压缩声发射实验。结果表明:在深度为720～1 080 m的范围内垂向应力值随埋深变大而持续增加,在量值均高于上覆岩体的自重,与埋深近似于呈线性关系;在-767中段以下应力较高,达42 MPa以上,表明深部存在着较高的应力环境。     

横观各向同性岩体中深埋圆形巷道的位移解析解

自然界中具有层状构造的沉积岩约占陆地面积的2/3,而中国占到77.3%,许多变质岩也具有显著的层状构造特征,所以在采矿工程中遇到大量的层状岩体稳定性问题。对于层状岩体,在力学上可将其处理成横观各向同性体。根据横观各向同性弹性力学的平衡方程、物理方程和几何方程,推导了横观各向同性岩体在极坐标系下的相容方程,得到了二向不等压应力条件下横观各向同性岩体中深埋圆形巷道的位移解析解。虽然在推导中假设巷道横断面平行于各向同性面,但位移解析解表明,围岩径向位移不仅与各向同性面上的弹性模量和泊松比有关,而且与垂直各向同性面方向的弹性模量和泊松比有关。     

Zr—4合金管真应力—真应变关系曲线初步探讨

对Zr-4合金管材的室温真应力-真应变曲线进行了测试,并给出了该曲线的数学关系式;对给出的真应力-真应变曲线中由于缩颈造成的三轴应力进行了修正。     

高静应力和频繁动力扰动共同作用下矽卡岩动力学特性

为进一步揭示深部岩体受到开挖爆破等动力作用时的破坏机理,利用基于SHPB装置的动静组合加载试验系统,首次对中高应变率下矽卡岩在高静应力和频繁动力扰动共同作用时的变形特性、能量规律、破坏模式等进行了研究.随着冲击次数的增加,岩石的弹性模量先增大后减小,而每次冲击时的最大应变整体表现出先减小后增大的趋势,最后一次冲击时弹性模量骤降,最大应变突增,岩石试样发生破坏.单位体积岩石能耗为负值,说明在冲击动载的作用下岩石试样表现出释放能量的特性,这是由于高静应力作用产生的弹性应变能受动力冲击作用诱导而释放;随着冲击次数的增加,单位体积岩石释放的能量先增大后减小.结构致密、强度较高的矽卡岩试样随冲击次数的增加表现出劈裂破坏模式.