绢云母石英片岩和砂岩的SHPB试验研究

 利用液压伺服压力试验机和波形整形器改进后的? 100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究绢云母石英片岩和砂岩在50～160 s－1应变率等级下的准静态力学性能及其在不同冲击压缩荷载作用下的波形曲线、动态抗压强度、比能量吸收以及破坏形态的应变率效应问题。试验结果表明,绢云母石英片岩和砂岩的动态抗压强度、比能量吸收以及破坏形态均表现出显著的应变率相关性,但弹性模量的应变率相关性较弱。综合绢云母石英片岩和砂岩动态力学性能的对比结果可知,砂岩比绢云母石英片岩对应变率的变化更敏感。从材料的微观结构特征和能量吸收的角度对岩石动态破坏过程进行分析,探寻岩石破坏的本质。研究成果可为其他类型的脆性材料动态力学性能的研究提供参考。     

3 种岩石的平台巴西圆盘动态劈裂拉伸试验分析

为研究应变率对岩石动态劈裂拉伸性能的影响,采用紫铜波形整形器改进后的直径为100 mm的分离式Hopkinson压杆试验系统,以不同打击杆速度冲击斜长角闪岩、绢云母石英片岩和砂岩的平台巴西圆盘试样,分析不同应变率下3种岩石的拉伸敏感系数、径向应变、拉伸杨氏模量以及破坏方式的变化规律。试验结果表明:3种岩石的拉伸敏感系数随着应变率的提高而增加,斜长角闪岩的动态拉伸强度对应变率最敏感,绢云母石英片岩次之,砂岩的敏感性最弱;3种岩石的径向峰值应变与应变率成正比,绢云母石英片岩和斜长角闪岩的径向极限应变远小于砂岩的径向极限应变;3种岩石的卸载段模量都大于各自上升段的杨氏模量,斜长角闪岩和绢云母石英片岩的卸载段模量远大于砂岩的卸载段模量;岩石动态劈裂拉伸的最终破坏方式与打击杆速度密切相关。     

片岩和纤维混凝土动态压缩性能比较

为了研究冲击压缩荷载作用下绢云母石英片岩和玄武岩纤维混凝土的动态抗压强度、破坏情况、能量吸收的应变率效应问题,采用波形整形器改进后的分离式Hopkinson压杆装置,以不同的速度分别对2种材料进行单轴冲击压缩试验.试验结果表明:绢云母石英片岩和玄武岩纤维混凝土的动态抗压强度、破坏情况、能量吸收能力均有显著的应变率相关性...     

围压条件下岩石循环冲击损伤的能量特性研究

在不同围压等级和冲击荷载循环作用下,利用带围压装置的霍普金森压杆设备,对斜长角闪岩、绢云母石英片岩和砂岩的动态力学性能进行试验研究,得到不同循环作用次数下岩样的应力-应变曲线.通过理论分析建立岩石损伤度的判定标准,并定义累积比能量吸收参量来表征围压条件下岩样冲击损伤的能量特性.3种岩石损伤度与围压和累积比能量吸收值的关系研究表明:累积比能量吸收参量能很好的描述围压条件下岩样的冲击损伤程度,岩石循环冲击损伤演化过程存在围压效应,当围压逐渐增大时,岩石损伤度的增加随累积比能量吸收值增加的趋势变缓,其抗冲击损伤的能力增强,即围压越高,试件达到相同损伤度所需要耗散的能量越多.得出围压条件下岩石损伤度与累积比能量吸收值的关系式.随着围压的增加,砂岩达到损伤阈值时的累积比能量吸收值增长率最大,斜长角闪岩次之,绢云母石英片岩最小.     

冲击载荷作用下砂岩试件破碎能耗特征

为研究砂岩试件冲击载荷作用下的破碎能量耗散特征,利用变截面分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,采用3种冲击气压对煤矿砂岩试件实施不同加载速率的冲击压缩试验,分析试验中试件能耗规律。结果表明:砂岩试件吸收能量与入射能量之比相对恒定;试件破碎耗能密度与入射能量呈线性正比关系,而与试件平均应变率呈乘幂关系,显示出较强的应变率相关性;破碎耗能密度越大,试件破碎程度就越剧烈,采用破碎块度平均粒径可以对试件破碎程度进行定量描述,其值随试件破碎耗能密度增大而减小;试件动态强度与破碎耗能密度之间表现出较强的对数关系,试件吸收能量主要耗散于岩石的损伤演化与变形破坏,采用破碎耗能密度能较好反映砂岩试件在外载荷作用下的强度本质特征。     

加热处理后砂岩的冲击加载试验研究

为了研究不同高温加热处理后(25 ℃、100 ℃、200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃、1 000 ℃)岩石在冲击压缩荷载作用下的动态破碎情况,利用Φ100 mm大直径分离式霍普金森压杆试验系统,进行了一系列不同高温加热处理后砂岩的冲击压缩实验,采用不同等级的标准筛对冲击荷载作用下,高温后砂岩动态破碎块度的分布情况进行了分析和统计。根据冲击荷载作用下高温加热处理后砂岩的动态破碎块度统计和能量分析的试验结果,研究了冲击加载试验中,不同高温加热处理后砂岩的动态破碎吸能与冲击入射能、岩石动态破碎块度之间的关系,从微观及能量的角度分析了不同高温加热处理后砂岩的动态破碎形态的变化,探寻了岩石破坏的本质,研究成果对岩石工程的设计和防护都有重要的参考意义。     

SHPB试验中高温下岩石变形破坏过程的能耗规律分析

利用带高温装置的φ100 mm分离式Hopkinson压杆试验系统进行不同高温下大理岩的SHPB试验,分析岩石在冲击破坏过程中的能量耗散特征,探讨冲击加载速率、入射能等对高温下大理岩能耗特征的影响,分析冲击破碎分维及破碎块度与能量耗散的内在联系。研究结果表明：同一高温下大理岩破碎的比能量吸收随着加载速率、入射能的增加均近似线性增加;破碎分维随比能量吸收的增加近似线性增长,而平均破碎块度随比能量吸收的增加逐渐减小,大致呈指数关系。同一高温下岩石的冲击破坏过程中,比能量吸收愈大,岩石的平均破碎块度就愈小,分形维数就愈大,岩石的破碎程度也就愈剧烈。从能量耗散的角度可以较合理地反映岩石变形破坏的全过程。     

三轴蠕变试验中云母石英片岩蠕变参数的研究

 通过三轴蠕变试验得到云母石英片岩蠕变参数--弹性模量与黏滞系数的变化规律,弹性模量在屈服点前后的变化规律不同,对应不同应力水平的黏滞系数–时间关系有3种类型。采用电子显微镜对云母石英片岩三轴蠕变的3个阶段--未受力阶段、即将出现加速蠕变阶段和破坏阶段的径向切片、轴向切片进行观测,获得云母石英片岩中主要矿物在三轴蠕变过程的微观结构变化。根据云母石英片岩三轴蠕变过程的微观结构变化对蠕变参数的变化规律进行合理解释。研究表明,云母石英片岩三轴蠕变过程中蠕变参数的变化规律与其微观结构变化之间有良好的对应性,蠕变参数在宏观上的变化是其内部微观结构变化的外在表现。最后,建立能真实反映蠕变参数变化规律的函数形式,并以此为基础得出蠕变模型,可作为描述岩石加速蠕变阶段的途径之一。     

基于微观试验的云母石英片岩三轴蠕变机制研究

 首先,采用偏光显微镜镜下目测和能谱分析对云母石英片岩的矿物成分进行鉴定,将云母石英片岩主要组成划分为空隙、裂隙等缺陷,坚硬部分和软弱部分,总共3部分;坚硬部分为受力骨架,其他两部分充填于受力骨架中;白云母为软弱部分,石英为坚硬部分。然后,通过电子显微镜、偏光显微镜对云母石英片岩三轴蠕变的3个阶段,既未受力阶段、即将出现加速蠕变阶段和破坏阶段的径向切片、轴向切片进行观测,以了解在云母石英片岩三轴蠕变过程中3部分所产生的微观结构变化;根据观测结果将云母石英片岩微结构变化分为4种,即张开裂隙的闭合、软弱部分的位置调整、坚硬部分的位置调整和微破裂;同时总结出云母石英片岩中白云母和石英的微破裂形式。随后,经过分析云母石英片岩三轴蠕变过程的微观结构变化原因,对三轴蠕变机制进行解释,发现在不同的外加应力水平下,以及同一应力水平经过不同的加载时间,云母石英片岩内会产生4种微结构变化中的几种,因此分别表现出衰减蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段。最后,基于微观试验总结提出云母石英片岩三轴蠕变机制的3个特点。     

长期浸泡作用下石英片岩剪切特性研究

为研究十堰至巫溪高速公路绢云母石英片岩高边坡的岩体力学特性,开展了石英片岩的XRD衍射试验分析其矿物组成,通过薄片观察计算亲水矿物含量,开展经过长期浸泡后的结构面直剪试验研究其剪切强度变化,并探讨了亲水矿物含量及节理试样浸泡时间对结构面力学性质的影响.研究结果表明,片岩中绢云母、方解石等亲水矿物的含量直接影响了岩体强度...     

孔隙岩石的SHPB试验研究

利用分离式Hopkinson压杆装置测量砂岩的动态力学特性，分析冲击过程和砂岩能量耗散过程，进一步讨论孔隙率对人造岩能量耗散的影响。试验结果表明：利用。维应力波理论得到动载下砂岩的应力-应变关系曲线，有助于在数值模拟计算中选择合适的模型和参数；山于砂岩中存在大量的缺陷（微裂隙、空洞和孔隙等），故在冲击载荷作用下具有明显的压剪破坏形式：孔隙率对冲击载荷作用下岩石能量耗散起着重要作用；在冲击载荷作用下，随着岩石孔隙率的增加，岩石耗散的能量也增加。     

冻融循环作用下砂岩三点弯曲断裂性能试验及其破坏形态研究

针对不同初始缝高比砂岩试样的三点弯断裂性能展开冻融循环试验研究,分析砂岩试样断裂破坏面的三维形貌随冻融循环作用的变化规律;同时,探讨试样破坏面的三维粗糙度系数与其起裂荷载、峰值荷载、断裂韧度、断裂能等参数的关系。研究结果表明:冻融循环作用对砂岩试样起裂荷载、峰值荷载、断裂韧度和断裂能有不同程度的劣化作用,其劣化作用的程度又受试样初始缝高比的影响。砂岩试样断裂面的粗糙度系数随冻融循环次数、初始缝高比的增大呈增大的趋势。当初始缝高比一定时,粗糙度系数与冻融循环次数呈较为明显的指数函数关系。冻融循环作用下,砂岩试样断裂峰值荷载的损伤因子、断裂韧度的损伤因子与粗糙度系数的增量有着较为显著的线性递增关系。     

水-岩化学作用之岩石断裂力学效应的试验研究

在常温常压，不断循环上，对不同化学性质的水溶液上的两种花岗岩和两种砂岩进行了断裂力学指标KIC和δc的三点弯曲试验。结果表明：（1）水－岩化学作用对岩石裂纹的断裂指标有显著的影响，并且具有时间效应。不同岩性，不同浸泡方式及不同水溶液流动速率对岩石断裂力学指标的影响存在着较大差异。总体上，水化学作用对断裂力学指标的影响程度与水－岩化学反应的强度成正比。（2）岩石中的含铁离子或钙离子的矿物及胶结物成分是水－岩化学作用力学效应的关键物质成分，其中含铁离子物质对水－岩反应的断裂力学效应具有正反两方面的水学效应。     

高围压卸荷条件下横观各向同性岩体变形破坏与能量特征研究

 为揭示石英云母片岩变形及能量特征,针对平行片理和垂直片理方向的试件,基于MTS815岩石力学试验平台开展不同围压下的卸荷试验,分别从体积变形系数、能量比、能量变化率、能量应力增量比等方面系统研究高围压卸荷条件下石英云母片岩变形破坏特征及能量演化规律。结果表明：平行组试件径向变形发育能力及各特征应力量值均高于垂直组;其能量演化规律具有显著的围压效应,2组试件能量特性差异明显;与垂直组相比,平行组试件峰前、峰后应变能变化率较低且高围压下裂隙发育及塑性变形程度更高;提出能量应力增量比以表征试件能量变化对卸荷程度的敏感性,2组试件峰前能量应力增量比均随围压的增加而增加,但峰后弹性能应力增量比几乎不受初始围压的影响,垂直组峰前、峰后弹性能应力增量比和耗散能应力增量比量值均大于平行组。     

Rockburst characteristics of several hard brittle rocks:A true triaxial experimental study

Rockburst is a typical rock failure which frequently threatens both human life and construction equipment during highly stressed underground excavation.Rock lithology is a control factor of rockburst.In this paper,rockburst tests were conducted on rectangular prismatic specimens of six types of intact hard brittle rocks,i.e.granodiorite,granite,marble,basalt,sandstone and limestone,under one-free-face true triaxial loading conditions.With the use of high-speed cameras,an acoustic emission(AE)system and a scanning electron microscope(SEM),rockburst of different rocks was investigated.The results show that the strainbursts of granodiorite,granite and marble were accompanied by tensile splitting near the free face,and consequently were relatively strong with a large amount of fragment ejection and kinetic energy release.For basalt,sandstone and limestone,failure was primarily dominated by shear rupture.The strainbursts of basalt and sandstone were relatively small with minor fragment ejection and kinetic energy release;while no burst failure occurred on limestone due to its relatively low peak strength.Rock strength,fracturing and fragmentation characteristics,and failure modes of different rocks can significantly affect rockburst proneness and magnitude.The AE evolution coupled with SEM analysis reveals that the differences in the inhe rent microstructures and fracture evolution under loading are the primary factors accounting for different rockbursts in various rock types.     

剪切荷载作用下砂岩细观开裂扩展演化特征研究

 利用自主研发的煤岩细观剪切试验装置,对砂岩在剪切荷载作用下微裂纹的开裂扩展过程及其破坏后细观裂纹的分布特征进行试验研究,同时借助图像处理技术,探讨砂岩在剪切荷载作用下微裂纹的时空演化规律。研究结果表明：在剪切荷载作用下,砂岩试件外观损伤在加载过程中的大部分阶段不明显,而砂岩的开裂扩展在相对较短的时间内完成,且开裂扩展过程中产生的变形较小,其明显的开裂扩展过程多发生在峰值应力后的破坏阶段,且总体上是自下往上发展的;砂岩断裂破坏过程中既有绕晶破裂,也有穿晶破裂产生,但其开裂扩展主要产生于颗粒边界和胶结物中,这主要是该破裂方式需要消耗的能量较少;由于受砂岩表面矿物颗粒的排列组合方式、胶结程度等因素的影响,细观裂纹的开裂扩展方向具有一定的不规则性,与预定的剪切面方向有一定程度的偏差。     

Thermal effects on fracture toughness of cracked straight-through Brazilian disk green sandstone and granite

Cracked straight-through Brazilian disc(CSTBD) samples prepared using two rock materials were used for thermal treatment from room temperature to 700°C. Uniaxial splitting experiments were performed using an automatic electro-hydraulic servo press to study the evolution laws of physical and fracture properties of different deep rock materials under high-temperature geological conditions. The fracture characteristics were measured using an industrial camera and digital image correlation technolog...