数字国像相关法及其在土体变形测量中的应用

数字图像相关法是一种高精度的二维面内位移与应变的测试方法。本文对数字图像相关技术的发展进行了回顾的同时,还介绍了近几年数字图像相关技术在土体变形测量中的应用研究情况。     

变形与渗流相互影响的岩石力学问题

在煤炭开采过程中,有不少岩石变形与岩石内渗流流动相互影响、相互作用的岩石力学问题。如矿井中瓦斯突出和底鼓突水,就是在开采过程中煤(岩)变形引起煤(岩)渗透性能的改变,使煤(岩)体内流体在连通的空隙(包括孔隙、裂隙和孔洞等)中流     

数字化近景摄影测量在模型试验变形测量中的应用

讨论模型试验中目前主要采用的各种位移量测技术的优缺点，阐述了数码像机数字化近景摄影测量的基本原理和方法，对该方法进行了误差分析，并首次将该技术应用到模型试验变形测量中。该方法具有非接触、设备简单、对环境要求低、能直接提供内方位元素、无软片压平误差、自动化程度高、精度高等优点。研究结果表明，该方法所测位移场规律性好，与试验过程中各种现象符合很好，与对应点百分表测值相差在30％以内。     

数字散斑相关方法在岩石破坏测量中的发展与应用

岩石材料的破坏涉及许多岩石工程的安全，直接导致地震等灾害的发生，因而一直是岩石力学界的重要研究课题。但是，这一研究目前尚缺少一种理想的实验观测方法。本文结合岩石破坏过程的特点和数字散斑相关方法(DSCM)的基本原理，发展了一种专门适用于岩石破坏过程测量的DSCM系统，并用此系统对岩石破坏中的一些重要问题进行实验研究，得到了一些有价值的结果。     

循环载荷作用下岩石材料变形场演化试验研究

 将岩石在动载荷作用下破坏过程的应力场直观地表现出来,从变形场演化的角度研究岩石试件的破坏规律是岩石力学变形观测领域一个有重要意义的课题。采用岩石材料破坏过程变形场监测(Geo-DSCM)系统,观测循环载荷作用下岩石材料破坏过程中的变形场演化。岩石试件采用大理岩加工而成,对岩石试件加载的循环载荷为正弦波,其下、上限载荷分别为10,130 kN,频率为0.04 Hz。通过对多个岩石试件的变形破坏过程的观测,从变形场演化的角度总结岩石材料在循环载荷下的破坏规律。试验结果表明：循环载荷作用下岩石的变形经历3个阶段,即均匀阶段、局部化阶段和破坏阶段。岩石在破坏过程中其变形场演化表现出一个规律,即在破坏前夕发生严重的变形局部化现象,形成变形局部化带;变形局部化带中的变形进一步集中,形成宏观裂纹,导致试件破坏。从而可用一种描述变形场局部化特征的统计量(如变形场的方差)来表征变形场演化过程,岩石破坏前发生变形局部化,此统计量会发生突跳。因此,此统计量可用以指示岩石结构的破坏,如果设计现场观测系统,应用此方法有望实现灾害监测与预报。     

岩石变形记忆效应:应用、试验与理论

基于岩石变形记忆效应DMEDRA法,为准确便捷测量初始地应力提供了全新的思路,国际上及中国台湾的一系列实践应用证明了其巨大的潜力。但是,岩石变形记忆效应的研究和工程应用在中国(除中国台湾外)刚起步,同时,试验及理论的系统性研究整体上落后于工程应用,成为制约DMEDRA法成熟和普及的瓶颈问题。因此,开展岩石变形记忆效应的应用、试验、理论的研究进展综述具有重要意义。首先给出岩石DMEDRA法的基本概念,然后给出在国际上的应用实践现状;从7个方面的内容对试验研究进展进行系统性评述:(1)岩石变形记忆DRA曲线特征;(2)岩石变形记忆效应的失忆性;(3)人工记忆与地应力记忆;(4)初始加载保持时间;(5)初始加载重复次数;(6)记忆存在应力区域;(7)三维应力记忆特征;详细探讨各方面成果及不足;探讨了岩石变形记忆效应形成机理的两种认识及相应的理论模型,深入剖析现有研究结论与进展揭示存在的挑战,最终给出研究方向与建议。为推动国内开始开展岩石变形记忆效应的研究与应用提供基础。     

变形测量在港口服务区中的应用

通过埋设沉降标、组织观测工作,对某港区进行了建筑物变形观测,并对累计沉降量、倾斜度和不均匀沉降进行了分析,得出的结论指导了港口配套服务工程的建筑物施工,为建筑物的使用提供了可靠保障。     

多功能岩石三轴流变仪及其在岩石力学中的应用

本文简要描述多功能岩石三轴流变仪的设计和加工.它可以研究围压、空隙压力、载荷时间和温度对岩石性状的效应、各种流体的软化效应及岩石的渗透性。在这种类型仪器的基础上,我们将进一步设计、加工三轴仪的系列产品,为国内外不同试验研究目的提供不同规格的三轴设备. 本文报导了在不同围压、空隙水压力、加载时间及温度下完整岩样的一些典型试验结果.作者将水压力变化特性与岩石蠕变、扩容及强度的性状相关联,并对岩样的体积变化机制做了扼要的分析,还介绍了水对岩石力学性质的软化作用.     

考虑基体变形和微凸体变形相互作用的岩石节理闭合变形理论模型

地下岩体工程建设和运营过程中,需要考虑节理岩体的水力学性质,这与节理的闭合变形密切相关。对法向应力作用下节理微凸体的变形特征进行详细分析,逐个计算接触微凸体的法向变形和接触应力;采用接触理论计算微凸体基圆半径之外的基体变形,并以此调整微凸体的法向位置,进而提出新的闭合变形理论模型。新模型可反映节理的基体变形和微凸体变形相互作用的影响,也能体现形貌分量和接触类型对闭合变形的影响。与已有的理论模型比较,新模型的计算值更为接近试验值。采用叠加原理,新模型计算得到的初始法向刚度最小;但随法向应力的增加,法向刚度增加速率逐步加快。     

岩石变形破坏过程中的能量耗散分析

岩石作为一种复杂的非均质地质材料，其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。岩石在变形破坏过程中始终不断地与外界交换着物质和能量，是一个能量耗散的损伤演化过程。采用损伤演化方程可以从宏观上描述损伤变量以及与其相伴的广义热力学力——损伤能量释放率的变化规律。进一步通过细观损伤力学的研究，可以揭示岩石变形破坏过程中能量耗散的内在机制。围绕这一基于能量耗散的岩石力学研究思路及其相关进展，最终将建立基于损伤演化及能量耗散的宏．细．微观多层次耦合的岩石力学体系，这有助于更准确地解决岩石工程领域中更多的力学分析问题。     

光测方法在岩石力学实验观测中的应用述评

综述了常用光测方法在岩石力学实验观测中的应用,总结了这些光测方法相对于岩石力学中常用的其他方法的特点。最后在分析岩石力学实验观测新趋势的基础上,指出发展一种以数字散斑相关方法(DSCM)为基础的岩石力学观测系统,将可以满足岩石力学观测中的新的需要。     

岩石变形破坏的数字散斑相关方法研究

 采用白光数字散斑相关方法作为实验的观察手段,对单轴压缩条件下岩石变形破坏进行实验研究。根据实验中数据采集方式的不同要求,将实验分成2组进行：一组是通过CCD相机记录岩石加载全程的试件表面散斑图像,进行岩石加载全程的变形演化实验研究,根据计算结果对岩石加载全程的变形演化和变形集中区域的位移演化进行研究;另一组是通过高速相机记录岩石破坏瞬态过程的试件表面散斑图像,进行岩石破坏瞬态过程的变形演化实验研究,采用不同时刻的散斑图像作为参考帧,分别进行塑性硬化到峰值阶段变形场演化特征、峰值到破坏阶段变形场演化特征的分析。同时,实验研究中还得到试件加载过程中局部化带内变形量值、带内变形最大值与最小值之比,带内最大值与带外平均值之比,以及试件表面裂纹扩展的平均速度等定量参数。     

人工神经网络与遗传算法在岩石力学中的应用

岩石力学与岩石工程问题包含极其丰富的内容，实际工程问题又不断地提出各种新的要求，致使很多问题利用传统的方法难于解决。借鉴其他相关学科的先进思想与技术来解决岩石力学研究中的难点问题，已经成为当前岩石力学研究领域的一个热门课题。计算智能中有关模型与方法的利用有助于我们更深入地研究与解决岩石力学中的某些问题。参考近年来人工神经网络与遗传算法在岩石力学应用中的某些问题，对有关课题的研究状况与进展做了介绍，对计算智能在岩石力学与岩石工程中的应用研究做了展望。     

饱和破碎岩石压实变形特性的试验研究

破碎岩石的变形性质是影响采空区覆岩垮落与地表沉陷的重要因素。利用一种专门的破碎岩石压实试验装置,在MTS815.02岩石力学试验系统上完成了饱和破碎岩石压实过程中的变形特性测定,得到了煤、页岩和砂岩3种岩样压实过程中的应力–应变关系,分析了粒径和强度对破碎岩石应力–应变特性的影响。研究结果表明:破碎岩石在压实过程中应力与应变之间近似呈指数关系;在相同的应力状态下,岩块强度越高试样应变越小;大粒径试样在加载初期应变增长率小于小粒径试样的应变增长率,随着应力的增加,大粒径试样的应变增长率大于小粒径岩样的应变增长率;饱和破碎岩石在相同的应力状态下的应变明显比在自然含水状态下大。     

岩石单轴压缩变形场演化的声发射特征研究

 对单轴压缩条件下一种红砂岩试件变形场演化过程中声发射特征进行研究。以数字散斑相关方法进行试件加载全过程的变形场演化观测,利用声发射系统采集试件加载全过程的声发射信号,对岩石变形演化过程中的变形局部化演化、变形局部化带拉伸以及变形局部化带错动对应的声发射特征进行研究,研究结果表明：(1) 由加载曲线与声发射振铃计数、声发射能量演化对应关系可知,应力突降时声发射振铃计数和声发射能量出现激增,但振铃计数激增和声发射能量激增,应力不一定突降;(2) 加载应力与声发射振铃累计计数在演化趋势上具有较好的对应关系,但声发射振铃累计计数增幅与对应的应力降低量值无关;(3) 声发射峰前“平静期”并不代表岩石变形场演化处于平静阶段,此阶段变形局部化带的宽度、长度以及变形量值在不断增加;(4) 变形局部化带的宽度、长度以及变形量值的演化对声发射振铃计数及声发射能量影响很小,变形局部化带的拉伸速率及变形局部化带的滑动速率变化对声发射振铃计数和声发射能量影响较大,其中变形局部化带滑动影响最大。     

岩石节理经历不同变形历史的剪切试验研究

基于不规则的人工岩石节理经历不同剪切变形历史的剪切试验，分析了岩石节理剪切变．形特性及与变形历史的依存关系。结果表明，岩石节理峰值和残余剪切应力随垂直应力的增加呈线性增长趋势，而剪胀特性已变得不明显。两类节理面在经历不同垂直应力下的剪切变形历史后，剪切应力均不再出现尖峰；而不同剪切变形历史主要影响节理的剪切强度，对剪胀特性影响较小。     

含弱夹层组合岩石变形破坏演化特征实验研究

针对含弱夹层组合岩石试件,利用CCD相机作为观测手段,采用数字散斑相关方法,得到变形场分析结果,研究含弱夹层组合岩石变形破坏演化特征,并对层间作用效应进行理论分析.结果 表明:(1)中间弱强度岩石最先出现水平拉应变局部化带,随着荷载增加,局部化带向岩层接触面发展,并通过层间作用对上下层岩石施加拉应力,使上下层岩石最先出...     

土体变形测量的图像相关技术研究进展

数字图像相关法是对全场位移和应变进行分析的一种新的实验力学方法。本文在扼要介绍数字图像相关技术的基础上,从实验装置、算法、亚像素等几个方面对数字相关技术的发展进行了回顾,同时也介绍了近几年数字相关技术在岩土工程中的应用研究情况。最后对数字图像相关技术在岩土工程中的应用前景作了展望。     

循环加、卸载条件下岩石类材料变形特性的实验研究

从不同位移速率、不同载荷水平和不同岩石孔隙性(如坚硬致密的细粒砂岩和软弱多孔的混凝土加气砖等)3个角度对岩石类材料在循环加、卸载条件下所形成的封闭塑性滞回环的演化规律进行探讨。通过对其实验结果的分析发现:(1)岩石类材料在循环加、卸载条件下的卸载曲线与加载曲线不重合,确实将形成一封闭的塑性滞回环;(2)循环加、卸载条件下,加载曲线段的位移变化量在第1次循环期间变化较大,但从第2次循环开始,其位移变化量的变化并不明显,而卸载曲线段的位移变化量在整个循环加、卸载过程中的变化似乎都不明显;(3)一般而言,位移速率越大纵向载荷–纵向位移曲线的斜率就越大,载荷水平越高第1次循环中载荷卸载至零时所残余的位移量也越大;(4)从第2次循环开始,在每次循环加、卸载完成之后,加载曲线段的起点与卸载曲线段的终点几乎是重合的,即从第2次循环实验开始几乎不再产生新的残余位移量;(5)针对具有不同孔隙性的岩石,在不同位移速率和不同载荷水平时其循环加、卸载条件下的变形响应程度将有所不同。     

非连续变形分析（DDA）法及在岩石力学中的应用

指出非连续变形分析（DDA）方法是近年来发展起来的一种分析不连续介质力学的岩土工程数值模拟方法,根据相关文献,叙述了DDA法的基本理论和求解方法,介绍了DDA法研究现状、在岩石力学及相关领域的研究和发展现状,并对今后的发展方向提出了一些看法。