弯曲加卸载下杂质盐岩断裂力学行为特征研究

为研究弯曲荷载下杂质盐岩断裂力学行为及损伤演化规律,利用四川大学MTS815岩石力学测试设备及三维声发射监测系统,展开了纯盐岩、含杂卤石盐岩及杂质盐岩三点弯曲加卸载试验。试验结果表明：(1)杂卤石及泥质胶结提升了盐岩的韧性,纯盐岩的断裂韧度均值KIC=6.36MPa.mm^-0.5,杂卤石盐岩的断裂韧度较纯盐岩高43.08%,杂质盐岩的断裂韧度为纯盐岩的3.18倍;(2)杂质导致盐岩脆性提高,纯盐岩声发射事件覆盖区域大于杂卤石盐岩及杂质盐岩;三点弯曲加卸载下岩石内部声发射事件由切槽尖端逐渐向荷载点扩散,直至岩石完全断裂;(3)盐岩损伤程度随循环次数增长逐渐提高,但增长速度逐渐降低,损伤变量与切槽张开度符合指数函数关系,损伤变量-张开度曲线拐点对于研究岩石失稳倾向性具有一定的预测效果;(4)声发射参数rc值能够反映盐岩弯曲加卸载破坏全过程中主裂纹与微裂纹的发展趋势,峰后残余阶段纯盐岩及杂卤石盐岩rc曲线持续上升,微裂隙稳定发展;杂质盐岩表现出更强的脆性,其在峰后残余阶段rc曲线表现出与纯盐岩及杂卤石盐岩相反的变化趋势。     

围压作用下盐岩损伤恢复研究

为了解在围压作用下盐岩损伤恢复特性和盐岩损伤与强度之间的联系,设计了盐岩在不同围压、不同稳压时间之后盐岩强度测试试验。试验结果表明：加载初期,盐岩弹性模量随着稳压时间的增大而逐渐增大,且随着稳压时间的增大,盐岩峰值应力对应的轴向应变和横向应变均会逐渐增大;盐岩损伤与强度之间存在负相关联系;随着稳围压时间的增加,盐岩强度逐渐增大,最后保持在趋于相对稳定的状态;在围压作用下盐岩损伤愈合可以分为损伤快速恢复阶段和损伤缓慢恢复阶段,且对于不同稳压大小,盐岩损伤恢复两个阶段有明显的时间节点;在一定范围内,盐岩损伤快速恢复阶段的时间长短随着稳压阶段围压的增大而逐渐减小;增加稳围压阶段的围压大小可以一点程度上缩短盐岩损伤快速恢复阶段时间,但是增大围压可能会对盐岩造成新的损伤。     

考虑加卸载时长的路基土动态回弹模量测试方法及试验研究

路基土动态回弹模量是沥青路面结构设计中的重要参数,准确获取路基土动态回弹模量一直是道路工程领域的重要研究课题之一。在调研路基土动态回弹模量测试方法相关成果的基础上,通过有限元数值计算、试探性试验,建立考虑行车荷载加卸载时长影响的路基土动态回弹模量测试方法;选取两种典型的路基土,开展考虑行车荷载加卸载时长的动态回弹模量试验。试验结果表明：两种土质动态回弹模量随围压增大而增大,随循环偏应力、加载时长的增大而减小;随着加载时长的增加,路基土动态回弹模量减小可达34.6%,加载时长的影响不容忽视;不同加载时长下,路基土动态回弹模量随围压、循环偏应力的影响规律基本一致。     

周期性荷载作用下盐岩储气库长期变形特性研究

为了研究周期性荷载作用下盐岩储气库的长期变形特性,采用FLAC3D数值计算方法,模拟了5 a后湖北云应地区盐矿ZK1099盐腔在周期性注采压力(最大值13 MPa,最小值7 MPa)下的运行情况.模拟结果表明,储气库利用率不仅降低,而且在周期性荷载作用下盐岩围岩不断劣化,主要表现在塑性区不断加深且有可能出现接触面滑移.结果可为该盐腔的安全、稳定运行提供依据并可为同类型盐腔设计提供参考.     

盐岩在库车拗陷中的作用

库车拗陷的勘探实践表明,盐层与油气密切相关.通过对2条地震测线的分析发现,盐层、盐上地层、盐下地层变形看似孤立,实际相互影响.盐层构造变形一般发育在古隆起上部,盐上构造变形主要发生在盐枕构造的翼部,无盐地区主要发育基底卷入式构造.膏盐层可以延缓盐下地层烃源岩的热演化程度,可以改善盐下储层的储集性能;膏盐层本身也有可能成为油气储集层;膏盐层具有形成超压封闭和物性封闭的双重封闭机制,对盐下油气藏的保存极为有利;膏盐层的塑性流动特性,使得盐下构造圈闭在强烈的构造挤压中得以保存.     

布敦岩沥青混合料动态模量及主曲线研究

采用Superpave简单性能试验机(SPT)分别测试了布敦岩沥青混合料、基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料在不同温度和加载频率下的动态模量和相位角,并根据时间-温度置换原理,通过非线性最小二乘拟合,确定了3种沥青混合料的动态模量主曲线和移位因子。结果表明,布敦岩沥青混合料具有优良的抵抗高温或低频荷载作用的能力,其动态模量满足法国高模量沥青混凝土的界定标准。     

叶舞深部盐岩直剪试验研究

为了解叶舞深部盐岩的性能,在RDS-200岩石直剪测试系统上对叶舞盐岩进行了常规直剪试验。试验结果表明:对于河南平顶山叶舞盐岩,盐岩的抗剪强度参数黏聚力和内摩擦角值分别为3.97 MPa和37.12°。通过与国内盐岩抗剪强度参数对比发现,其抗剪强度略低于湖北云应盐岩;黏聚力高于金坛盐岩,而内摩擦角低于金坛盐岩。剪切位移与剪应力关系曲线比较平缓,表现出不同于一般脆性岩石的延性特征。在高法向应力下,试件破坏前,剪应力与剪切位移曲线主要表现出线性特征,在峰值应力附近,曲线斜率较小,峰值并不明显。整个试验过程,存在明显的剪胀特征,剪胀结束点一般在剪应力-剪切位移关系曲线峰值应力对应的剪切位移后。本试验研究对了解该地区盐岩力学性能以及对盐岩储库的选址工作有一定的参考意义。     

高周疲劳损伤变量的测试和损伤演变规律的研究

本文用４０Ｃｒ钢制成的光滑圆柱试样，在高频疲劳试验机上，首先测出ｒ＝０．１，σ＝４４０ＭＰａ下的断裂寿命Ｎｆ。然后在同一应力比和应力水平下，分别进行了寿命比ｎ／Ｎｆ＝０．４、０．６、０．８和０．９的疲功试验。卸载后用电测法在万能试验机上测出不同损伤度下的Ｅ值，按公式Ｄ＝１－Ｅ／Ｅ计算损伤值Ｄ，再按幂指数Ｄ＝Ｋ（ｎ／Ｎｆ）＾ａ进行拟合。我们发现，实验值与拟合值吻合，说明高周疲劳损伤确按幂规律演变。     

卸载作用下淤泥质黏土流变规律试验研究

利用常规压缩仪对上海饱和淤泥质软土进行一维分级卸载实验,得到淤泥质黏土在卸载作用下的应力应变关系,及回弹变形与回弹模量的时效性规律.试验结果表明,回弹变形与卸载比近似呈线性关系;土样在卸载瞬间,回弹速率最大,其后随时间迅速衰减;回弹模量随时间近似呈指数衰减,可用指数方程进行归一化拟合;卸载后的回弹模量远大于压缩模量,其最小比值介于2～7之间.     

弱胶结泥质软岩的三向压缩损伤特性

针对西部矿区弱胶结软岩在复杂应力状态下的损伤行为,采用三轴压缩试验和等效应变原理,得到泥岩在三轴压缩下损伤变量的演化规律.基于weibull分布,引入修正系数λ建立可考虑泥岩残余阶段变形的统计损伤本构模型.结果分析表明：在三轴压缩下损伤变量呈先减小后增大的变化趋势,损伤演化过程没有水平段,表明受压时泥岩没有实际意义上的线弹性阶段;损伤变量减增变化的转折点恰好为全应力-应变曲线的屈服点和残余阶段起始点,说明该类泥岩的破坏起始于屈服点;当围压<3 MPa时,损伤起始点随围压增大而后移,当围压>3 MPa时,损伤初始点有前移的趋势,高围压下泥岩的峰前塑性提高,产生整体塑性剪切破坏;本构模型能够较准确地描述泥岩破坏的三阶段.     

岩石卸荷破坏的试验研究

对岩样进行了常规三轴加载后保持轴向变形不变的卸围压试验,得到了峰前、峰后卸围压全过程曲线。对岩样破坏特征和试验结果的分析表明:峰前卸围压岩样表现出脆性剪切破坏的特征,而峰后卸围压表现出张剪破坏的特征,峰前卸围压破坏比峰后卸围压破坏更具有突发性;峰前、峰后卸围压岩样都表现出明显的侧向扩容现象;岩样破坏时的轴向承载能力对围压都很敏感,反应了试件沿破裂面摩擦滑动的结构效应。     

不同卸荷路径下节理岩体的松动机理研究

利用应力波理论研究了节理岩体在不同卸荷路径下高速卸荷后的运动规律,分别从理论和数值上进行了分析.结果表明,应用动力学的方法求解高速卸荷是适宜的,高速率的卸荷会使岩体产生整体的刚体位移,导致节理面张开,同时使岩体产生振动速度,这些都会造成岩体松动,延时卸荷对岩体的松动作用要低于瞬时卸荷对岩体的影响,相同的卸荷时间下岩体的松动效应受卸荷路径的影响.因此,在工程实践中,可以通过延长卸荷时间、减少一次卸荷量和控制卸荷速率的变化路径等措施来减小卸荷对保留岩体的松动损伤作用.     

卸荷岩体力学的研究与发展

卸荷岩体力学是常规岩体力学的有益补充,其力学特性与加载岩体力学有本质区别.近十几年来,卸荷岩体力学已在宏观力学参数选取、破坏机理以及本构模型研究方面得到了很大的发展,但在以后的研究中更应加强破坏的细观机理、时效性和多场耦合性的研究.     

材料大塑性变形损伤研究

综述了材料大塑性变形损伤的主要研究方法：基于位错的连续介质位错理论和分子动力学方法,基于宏细观损伤变量的损伤力学方法和基于裂纹及考虑损伤的断裂力学方法．评述了各尺度研究方法的研究概况、特点及其适用范围．重点介绍了材料变形过程损伤的模拟方法,以及运用有限元法进行损伤演化数值模拟的经验公式、统计模型和基于宏细观损伤变量的物理模型．     

岩块卸荷效应与工程岩体质量评价

工程岩体质量评价是地下洞室工程选址、设计必须回答的主要工程地质问题,在许多常用的岩体质量评价方法中,岩体的完整性指数是一个重要评价指标,而由于岩芯卸荷效应和室内、原位波速测试的频率差异方面的原因导致岩体完整性指数不能够准确的表示岩体的完整程度,有时甚至会产生岩体完整性指数大于1的不合理的现象。论文针对以上问题开展岩块波速-应力关系相关的试验,研究岩块的波速一应力关系,提出岩块卸荷指标和频率修正系数2个因子对岩体完整性指数计算公式进行修正,进而对国标BQ岩体质量分级法进行改进。最后将改进的BQ岩体质量分级法在黄岛地下水封石油洞库工程中进行应用,评价结果表明场区绝大部分岩体质量都为Ⅰ级或Ⅱ级。     

开挖卸荷岩体锚固等效力学参数数值模拟研究

以某水电站溢洪道开挖卸荷边坡系统锚杆锚固岩体为研究对象,考虑开挖卸荷过程的影响,对一定锚固密度的卸荷岩体其锚固等效力学参数特性进行了比较全面的研究.结果表明,对于同一种岩体,如卸荷程度不同则其锚固等效力学参数也就不同,卸荷程度高,则其锚固等效力学参数提高倍数大,反之则小,从而说明系统锚杆对软岩的加固作用比对硬岩的加固作用好.同时认为系统锚杆对边坡锚固等效力学参数的提高非常有限.     

基于初始损伤系数修正的岩石损伤统计本构模型

损伤力学是解决岩石类材料变形和破裂的重要手段之一,统计损伤理论是目前岩石损伤研究的热点。针对以往岩石损伤统计本构模型的不足,引入初始损伤系数q,从一定意义上反映了岩石的非均匀性、非线性特征,同时,通过引入岩石应力应变全过程曲线特征参量,并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件,解决了传统方法求解本构方程中参数的难点,提高了精度。基于取自某工程的砂岩所进行的三轴压缩试验实测结果,对所建立的岩石损伤统计本构模型进行了实验验证,并估算了q值。     

煤岩卸荷变形损伤及声发射特性

深部开采引起的煤岩卸荷损伤破坏的机理与连续加载机理不同,从卸荷的角度研究煤岩动力灾害成为研究煤岩动力灾害问题的一个新的发展方向。利用MTS815岩石力学测试电液伺服试验系统和8CHSPCI-2声发射检测系统,对煤岩卸荷变形损伤及声发射特性进行了研究。研究表明,煤岩卸荷破坏表现为强烈的脆性破坏,且具有突发性,多呈张剪复合型破坏形式;煤岩卸荷的累积声发射振铃计数演化曲线可反映煤岩卸荷损伤的演化过程;煤岩卸荷破坏过程可分为3个阶段：损伤弱化阶段、损伤稳定发展阶段、损伤加速发展阶段;在煤岩开采过程中,围压被卸除,煤岩体迅速进入到煤岩卸荷损伤破坏的第3阶段,损伤迅速累积并发生突发性断裂破坏,煤岩动力灾害随即发生。     

Damage Model of Brittle Coal-Rock and Damage Energy Index of Rock Burst

1　IntroductionCoal- Rock is a kind of brittle material with o-riginal damage.Its macrofracture failure is a resultof nucleation,development and coalescence of inte-rior microcracks.This could be viewed as evolve-ment,cumulation of damage.Since Dougill[1] ap-plied damage mechanics to rock and concrete materi-als,Dragon[2 ] and otherscholars have researched oncontinuous damage ofrock and concrete according tothe principle and method of damage mechanics,andestablished a corresponding continuou…