岩石的强度和强度准则

尽管“岩石强度是一个意思不大的而且与试验条件密切相关的概念”［１］,但确定岩石的强度和强度准则仍然是实验室试验的主要内容,也是每个工程设计必须首先进行的工作。所有教科书均对此详细论述,相关研究从未间断。文［２］根据５５种岩石材料的试验结果建议采用幂函...     

岩石压剪断裂及其强度特性分析

籍助于断裂力学的理论和有限元数值计算方法，分析了压剪断裂过程中裂纹尖端应力场的演变规律；修正了应力强度因子的有关计算式，建立了表征初裂的新的断裂准则；反映了裂纹几何尺寸，分布规律，裂纹面物理力学性质，岩石材料断裂韧度，以及围压效应对岩石压剪断裂的影响。     

低温作用下岩石基本力学性质试验研究

以江西红砂岩和湖北页岩为代表，分别进行不同冻结温度（-20℃～20℃）和不同含水状态（饱和与干燥）下的岩石单轴压缩试验与三轴压缩试验。试验结果表明，温度在-20℃～20℃变化时，红砂岩和页岩单轴抗压强度与弹性模量都基本随温度降低而增大，但温度变化对红砂岩强度的影响大于其对页岩强度的影响，且岩石的含水状态对岩石的冻结强度影响显著。温度在-10℃～20℃变化时，2种岩石的c，φ值都随温度降低而增大，但温度对红砂岩的影响大于温度对页岩的影响。通过对大量的试验数据进行分析，得到一系列有意义的拟合曲线及其关系表达式，可为研究低温及冻融循环影响的岩石基本力学性质研究提供可靠的试验依据。     

岩石冲击倾向与其波速变化的相关性研究

为探求岩石受载过程中波速变化规律与其冲击倾向的关系,建立单轴压缩下不同冲击倾向岩石波速随变形的变化关系式,并通过实验室试验对其进行初步验证。研究结果表明：(1) 当岩石冲击倾向性较强时,随着应变量的增加,波速开始基本没有变化,当所加荷载达到约90%峰值应力后,波速发生急剧下降;当冲击倾向性较弱时,波速基本呈线性降低。(2) 定义波速衰减因子的概念,用来表征岩石冲击倾向性的强弱,并初步确定其判别准则。(3) 对3种不同冲击倾向性岩石进行单轴压缩及波速测试试验,试验结果与理论关系式吻合较好。     

岩石样品弹性波速频域测试方法及其与时域测试方法的比较

迄今为止，岩石样品弹性波速的超声波测试基本上是采用波动走时的测定方法。有时。由于样品和试验条件等方面的限制，准确测定波动的走时很困难。这时，研究样品波动频率特征与样品弹性波速的关系，利用样品波动的频域特征确定样品的弹性波速，将是对走时波速测定的一个非常有益的补充。研究探讨了样品弹性波速与波动频率特征之间的关系，详细介绍了波速测试的频率法，并且分别在时域和频域内对岩石样品进行了波速测试。2种方法测试结果的对比证明了岩石样品频率测定方法的可行性。     

三轴压缩下岩石强度与破坏面角度的双剪理论分析

应用双剪理论对岩石在三轴压缩载荷下的强度和破坏特性进行了理论分析，并将分析结果与已有实验作了对比。研究表明，在岩石的强度特性方面，双剪理论所得分析结果与实验结果较吻合。而在岩石的破坏面角度方面，分析与实验尚需作进一步研究。这可能是由于岩石的破坏特性较之强度特性对其微观结构构造和实验面的条件更敏感所致。然而，作为一种宏观强度理论，双剪理论除了能很好地表述岩石的复杂强度特性外，还具有数学表达简明、便于工程应用等特点，是分析岩石在复杂应力条件下力学特性的有效工具。     

开挖扰动区内岩石的压密特性和强度恢复性研究

 利用交替变换荷载速率试验研究压密后岩石试样的强度恢复和荷载速率依存性。首先,分别对田下凝灰岩、来待砂岩、河津凝灰岩和三城目安山岩4种岩石试样在空心圆筒内进行压缩破坏,然后持续轴向加载,压密破坏后的岩石试样。从空心圆筒中推出压密后的试样,进行单轴压缩下的交替变换荷载速率试验,即按一定应变或位移间隔,对同一试样交替施加高低2种不同的荷载速率,得到对应于2种荷载速率的应力–应变曲线。在整个交替变换荷载速率试验过程中,应力随荷载速率的切换而增减。从交替变换荷载速率试验得到的应力–应变曲线上的荷载速率切换点出发,利用3次样条曲线拟合得到2条对应于高低2种荷载速率的应力–应变曲线,并求解强度点处荷载速率依存性参数n。试验结果表明,田下凝灰岩、来待砂岩和河津凝灰岩的强度恢复现象明显,单轴抗压强度随着压密试验中轴向最大荷载的增加而增加,但没有观察到三城目安山岩的强度恢复现象。当压密试验中的最大轴向荷载较大时,压密后的试样的荷载速率依存性与完整试样的基本一致。当压密试验中的最大轴向荷载较小时,从极大和极小2个方面求解荷载速率依存性参数n,得出完整试样的n值介于压密试样的极大值 和极小值 之间,且差值不大。研究结果表明,在进行适当支护之后,随着时间的推移,开挖扰动区内的岩石存在强度恢复的可能性,且今后利用数值模拟考虑开挖扰动区内的岩石强度恢复特性和时间依存性时,在本构方程中可以采用与完整围岩区域一样的参数,从而简化数值模拟程序。     

双向受压岩石在扰动荷载作用下致裂特征研究

 采用频率为2 Hz,幅值分别为6,10,14,18和22 MPa的正弦疲劳荷载作为动力扰动,来研究受双向静荷载并达到极限屈服状态的岩石在动力扰动荷载作用下致裂破坏的力学特性。试验结果发现：双向静载屈服状态红砂岩试件在动态周期荷载作用下,疲劳寿命明显短于在弹性阶段进行的疲劳测验的寿命。试件的疲劳寿命离散性较大,即使在同一动载幅值下也表现出很大差异,但相同应力幅值下最终破坏点处的变形量却基本相同,并且随着动载的幅值的增大而减小。研究还显示：具有相对较长疲劳寿命的试件的轴向变形量与循环次数(或时间)的关系曲线呈现出明显的3个阶段特性,其变化趋势与岩石蠕变曲线基本相同。岩石的最终破坏是由3个阶段的疲劳损伤累积所致,各阶段变形量占总变形量的比例、破坏模式和块度分布均与受到的动载应力幅值有关。     

围压对岩石试样强度的影响及离散性

 岩石是非均质性材料,试样差异引起试验结果离散,强度准则的拟合曲线仅表示围压对岩石强度影响的平均特性。围压100 MPa 以内的试验结果表明,试样内部裂隙引起的强度差异随围压增大而减小,指数强度准则表示围压对强度影响的2个参数与试样无关,而依据围压下强度可以确定试样应有的单轴压缩强度,并以其分布描述岩石的总体强度特征,从而应用于工程设计。花岗岩中石英、长石、云母的力学性质差异显著,小尺度试样内矿物的含量不同,将引起高围压下强度的显著离散;而较大压缩变形引起的端部摩擦效应也会影响试样的强度。     

单轴压缩条件下含双圆孔类岩石试样力学特性的细观研究

圆孔作为一种典型的岩石缺陷,对岩石的力学特性具有重要影响。采用室内试验及PFC2D程序,构建含双圆孔类岩石试样并对其进行单轴压缩试验,研究其不同圆孔间距、倾角组合条件下的强度、裂纹模式及破裂孕育演化特征。研究表明:(1)当间距不变时,随倾角的增大,试样单轴抗压强度呈先减小后增大的趋势,且在倾角为45°~60°时达到最低单轴抗压强度;当倾角为90°恒定时,随间距的增大,试样单轴抗压强度呈先增大后减小的趋势,且在间距为40 mm左右时达到最大单轴抗压强度。(2)试样产生的裂纹类型可分为I型(张拉型)裂纹、II型(剪切型)裂纹、III型(混合型)裂纹等三类。当孔距较近时,随倾角的增大,圆孔间裂纹类型逐渐由III型裂纹转变为II型裂纹,两圆孔靠近加载端部一侧的孔壁逐渐产生I型裂纹,靠近试样两侧边界处的孔壁始终会产生II型裂纹。当倾角为90°恒定时,随间距的增大,两孔间相互作用减弱,但两圆孔靠近加载端部一侧及靠近试样两侧边界处的孔壁,始终分别产生I型裂纹和II型裂纹。(3)两孔间岩桥连线上的II型裂纹首先产生,其次在圆孔靠近加载端部一侧的孔壁产生I型裂纹,最后在圆孔靠近试样两侧边界处的孔壁产生II型裂纹。通常构成II型裂纹的声发射事件破裂强度,高于构成I型裂纹的声发射事件破裂强度。     

Influence of schistosity on the strength and wave velocity characteristics of a mica schist saprolite

Anisotropy in a mica schist saprolite is investigated by consideration of its unconfined compressive strength and wave velocity characteristics for different inclinations of the planes of schistosity. In each locality, the differences for each characteristic with respect to the inclinations of schistosity planes were significant. Microfabric studies aided the explanation for the differences obtained. The pertinence of this anisotropy in soil grouping as well as in site investigation and engineering construction is discussed.     

The influence of microwave irradiation on rocks for microwaveassisted underground excavation

Demand is growing for explosive-free rock breakage systems for civil and mining engineering, and space industry applications. This paper highlights the work being undertaken in the Geomechanics Laboratory of Mc Gill University to make a real application of microwave-assisted mechanical rock breakage to fullface tunneling machines and drilling. Comprehensive laboratory tests investigated the effect of microwave radiation on temperature profiles and strength reduction in hard rocks(norite, granite, and basalt)for a range of exposure times and microwave power levels. The heating rate on the surface of the rock specimens linearly decreased with distance between the sample and the microwave antenna, regardless of microwave power level and exposure time. Tensile and uniaxial compressive strengths were reduced with increasing exposure time and power level. Scanning electron micrographs(SEMs) highlighted fracture development in treated basalt. It was concluded that the microwave power level has a strong positive influence on the amount of heat damage induced to the rock surface. Numerical simulations of electric field intensity and wave propagation conducted with COMSOL Multiphysics~ software generated temperature profiles that were in close agreement with experimental results.     

Experimental investigation on the effects of microwave irradiation on kimberlite and granite rocks

This study is a part of an overall research project on the effects of microwave(MW)irradiation on rocks for assisted rock breaking systems as well as mineral processing at McGill University.For the first time,this paper highlights a comprehensive investigation on the effects of microwave irradiation on Canadian kimberlites.Potential contribution to the continuous rock excavation and rock weakening effect prior to implementation of mechanical techniques was explored.Two different kimberlite rocks,i.e.volcaniclastic kimberlite(VK)and hypabyssal kimberlite(HK),and granite samples were studied.Some important physical properties of the rock samples were measured including rock quality designation(RQD),specific gravity,porosity,and specific heat capacity.Rock samples were treated for various exposure times using a multi-mode MWunit at different power levels ranging from 2 kW to 15 kW.The effect of MW irradiation on rock samples was investigated.The results indicate that the mechanical properties including unconfined compressive strength(UCS)and Brazilian tensile strength(BTS)were significantly dropped as a result of MWirradiation.Finally,the effect on rock abrasivity using the Cerchar abrasivity index(CAI)has also been discussed.     

煤层抗拉强度的波速测定研究

对煤块波速及其抗拉强度进行了系统地测试和分析,煤岩波速和抗拉强度具有明显的各向异性,两者之间有很好的相关关系,并建立了波速-强度关系式。在井下对煤层波速进行了测试,根据波速测强公式和完整性推算强度公式,确定了煤体的抗拉强度,为煤矿井下防隔水煤柱合理留设提供了重要参数,也为煤层强度的确定提供了一种新的方法。     

Effects of pressure and saturating fluid on wave velocity and attenuation in anisotropic rocks

We obtain the energy velocities and quality factors of anisotropic reservoir rocks as a function of pore pressure, partial saturation and frequency. The model is based on Biot's poroelastic theory for anisotropic media. The directional dependence of attenuation is obtained by generalizing the eigenstiffnesses of the undrained medium to relaxation functions (six at most, depending on the material symmetry). The frequency dependence of attenuation is described with constant-Q kernels associated with each eigenstiffness, and viscodynamic functions to model the high-frequency behavior. We apply a uniform gas/fluid mixing law that satisfies Reuss's and Voigt's averages at low and high frequencies, respectively, thus, simulating the unrelaxed state due to non-uniform—patchy—saturation (segregated fluids). Pressure effects are accounted for by an effective stress law.     

剪切波速的变化对场地地震动参数的影响分析

选取太原盆地几个相同场地类别的工程场地地质勘探及土层剪切波速等资料,把剪切波速实测值按5%,10%,20%比例进行放大和缩小,并设立了多种计算模型,分析了剪切波速的变化对场地地表地震动参数的影响,得出了一些有价值的结论。     

微波作用下腊肪族高效减水剂的合成及其性能研究

在微波作用下,以甲醛、丙酮和无水亚硫酸钠为原料合成脂肪族高效减水剂(SAF),通过单因素试验,得出了最佳合成条件,合成的脂肪族减水剂在掺量0.75%时减水率达26.5%,同时还缩短了合成时间,其中缩合时间仅需25 min,整个合成过程不足2.5 h,充分显示了微波作用在合成中的优势.     

微波作用下脂肪族高效减水剂的合成及其性能研究

在微波作用下,以甲醛、丙酮和无水亚硫酸钠为原料合成脂肪族高效减水剂（SAF）,通过单因素试验,得出了最佳合成条件,合成的脂肪族减水剂在掺量0．75％时减水率达26．5％,同时还缩短了合成时间,其中缩合时间仅需25min,整个合成过程不足2．5h,充分显示了微波作用在合成中的优势。