岩石试样围压下直接拉伸试验

圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的,Griffith准则认为压应力小于3倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响,这些问题都需要直接的试验验证.在φ50 mm×100 mm试样两端粘结φ80 mm的拉头,置入液压缸中施加围压,拉头承受轴向载荷引起岩样拉伸;同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷,平衡其承受的部分拉伸载荷.通过改变轴向压缩载荷的数值,就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度.尽管试验结果具有相当的离散性,但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小,巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强度.岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述.     

不同围压下灰岩力学特性及破坏力学模型研究

为了研究围压对灰岩力学特性及破坏力学模型的影响,采用MTS815对完整灰岩岩样进行三轴压缩试验。基于岩样宏观破坏形式,建立张拉剪切破坏模型,构建峰值强度与围压关系表达式;讨论张拉剪切模型与纯剪切模型对岩石剪切强度参数值（粘聚力与内摩擦角）的影响。研究结果表明：岩样弹性模量、抗压强度及残余强度均随围压升高而增大,且残余强度与围压呈非线性相关;当岩样最终破坏时,环向应变与轴向应变比值随围压升高呈负指数降低;一定围压范围内,岩石抗压强度受剪切强度参数和抗拉强度影响;张拉剪切模型确定岩石剪切强度参数值随破裂角增大而增大,与纯剪切模型相比,数值均较小。因此,低围压时,考虑岩石破坏模型具有一定的实际意义。     

层理倾角不同的砂岩变形破坏和强度的研究

利用同一岩块不同方向加工的2组砂岩试样,进行完整试样常规三轴压缩试验之后,对不同直径的孔道试样进行了内孔压力为0,外围压为40 MPa的压缩,分析非均匀应力分布对试样承载能力和变形破坏特性的影响.轴向垂直于层理面的试样具有横观各向同性,纵波速度、杨氏模量和强度都较低,完整试样和孔道试样围压下压缩破裂成形状几乎相同的2块;在外围压40MPa下轴向压缩,外径50 mm内径6 mm的孔道试样强度可以超过完整试样,而内径25 mm的孔道试样发生轴向失稳,低于单轴压缩强度.轴向与层理面夹角约为79.5°的试样,具有显著的各向异性,完整试样破坏复杂,而孔道试样因内部自由面提供滑移方向,以完整圆锥破裂;沉积弱面与试样的破坏没有直接的关联.对实验用砂岩而言,平行于层理方向黏结力较小,而不同层面之间的颗粒尺度差异引起摩擦系数增大;试样中层理面的倾向不同,强度特征和破坏形式也就不同.     

岩石卸荷破坏与岩爆效应

对粉砂岩试样进行了保持轴向变形不变的卸围压试验,在对岩样的破坏分析基础上,将岩石卸荷破坏与岩爆特征联系起来.研究表明,随着卸荷初始围压值的增加,卸荷破坏状态逐渐从中等岩爆过渡到强烈以上岩爆;三轴应力状态下的岩体如果某一方向的应力突然降低,造成其在较低应力状态下破坏,那么原岩储存的弹性应变能将对外释放,进而可能引起岩爆;通过调整施工速度可以减缓或降低岩爆的发生.     

岩石试样直接拉伸力学性能及声发射活动分析

为探究直接拉伸作用下岩石力学特性和损伤演化特征,对3种岩石试样进行单轴直接拉伸声发射测试,分析岩石的直接拉伸力学性能及声发射活动规律。结果表明,岩石试样的拉伸应力-应变曲线在试验加载初期表现为线性关系,随着载荷增加,应力-应变曲线缓慢弯曲;拉伸破坏前试样没有明显的屈服阶段,拉伸宏观破坏瞬间产生,没有峰后曲线;随着拉伸应力的增加,岩石内部低强度晶体或微裂隙发生破坏或扩展,使试样抵抗拉伸变形能力减弱,表现为试样拉伸弹模随拉应力增加而下降。拉伸过程中的AE活动对应着岩石内部微损伤的产生和发展,拉伸过程的初期和中期AE事件极少,在试样拉断破坏之前,声发射事件急剧增多,强度和能量急剧增大,远远大于前期AE信号的幅度。AE事件的位置分布与试样的宏观破坏面有较好的对应关系,表明实时分析AE或微震活动,可以分析岩石内部的损伤状态和破坏位置。     

测试岩石抗拉强度双圆环试样构型和尺寸优化研究

针对岩石抗拉强度测试所采用的双圆环试样易产生应力集中导致测试值偏小的问题，提出了一种新构型试样.采用ANSYS有限元软件模拟计算了121个含有不同内外圆环切割深度的双圆环试样的受载应力分布情况，分析了切割深度对试样受拉区和应力集中区的影响；在GCTS岩石力学试验机上测试了16个双圆环砂岩试样的抗拉强度值，并与巴西劈裂法的测试值进行了对比研究.结果表明：试样受拉区轴向变化曲线呈现出“双峰值现象”,两应力集中区的极值差随切割深度变化的等高线图为扇形分布图，零点线的斜率约为0.3;环形受拉区和应力集中区的峰值应力受切割深度影响显著，区域内峰值差异大是测试值偏低的主要原因；当双圆环试样的尺寸采用内圆环切割深度为4～8 mm,外圆环切割深度为14～16 mm时，应力集中区的平衡因子不超过2%,此时，额外弯矩对受拉区的影响较小，应力分布较均匀，能够实现最佳压拉转换，基于该尺寸双圆环试件得到的抗拉强度测试值接近巴西劈裂法，但标准差更小，能够相对准确地测试岩石的抗拉强度.     

高温后含孔花岗岩拉伸力学特性试验研究

为考察高温作用对岩石物理及力学特性的影响,对经历常温~900℃高温处理后花岗岩圆盘试样进行巴西试验,分析了高温后岩样的物理性质(如颜色、体积、质量和密度)变化,研究了力学性质(如荷载-位移曲线、拉伸强度和刚度)与温度关系,探讨了高温后花岗岩裂纹演化特征.试验结果表明,高温作用后花岗岩体积增大,而质量和密度减小.随着温度的升高,花岗岩试样峰后脆性减弱,延性增强,拉伸强度呈先增大后减小趋势.含孔试样拉伸强度低于完整岩样,而且降幅与孔洞分布倾角密切相关.水平和倾斜分布孔洞试样是由于中心孔边缘萌生的裂纹造成劈裂破坏,而竖直分布孔洞试样是由于3个孔洞边缘萌生的裂纹贯通导致最终破裂.     

三轴加卸载下花岗岩脆性破坏及应力跌落规律

基于2种卸荷应力路径和常规三轴压缩试验,研究了加卸载条件下花岗岩的变形破坏及应力脆性跌落特征。卸荷条件下岩石变形主要是向卸荷（主）方向回弹或拉伸变形为主,而非或次卸荷方向的塑性变形很小,峰后应力应变曲线呈现明显的脆性特征。而加载条件下岩石以轴向压缩变形为主,且压缩塑性变形随围压增大而增大;卸荷条件下破坏岩石各种级别的张拉裂缝较多,张裂面一般垂直于卸荷主方向,高初始围压时双向卸荷甚至在次卸荷方向也可产生环形张拉裂缝。破坏围压较高时破裂面剪性特征相对明显,但剪性裂面一般追踪张性破裂面发展而成,并在剪切面两侧发育较多微张裂缝。而相对较高围压下常规三轴压缩岩石一般为剪切破坏,张性裂缝很少;常规三轴压缩岩石的应力脆性跌落系数随围压的增大而增大,而在卸荷条件下却随初始围压的增大而减小。相同初始围压时,卸荷条件下比加载时的应力脆性跌落系数小得多,方案Ⅱ在初始围压达到30 MPa时甚至出现负值,应力脆性跌落系数R依次为：RⅢ〉RⅠ〉RⅡ。     

基于MATLAB GUI的SHPB实验数据处理软件

文章选用MATLAB作为系统的开发平台,编制了1套分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验的数据处理软件。软件可以快速、高精度完成冲击压缩和动态劈裂实验的数据处理过程。软件采用交互式界面进行数据和参数的输入输出,实现入射波、反射波和透射波及数据处理过程的可视化。通过本软件最终可获得冲击压缩试验和动态劈裂试验的多种有效数据及曲线。包括冲击压缩试验中用三波法和两波法得到的应力——应变曲线和应变率、应变、应力、实验过程中各种能量时程曲线。动态巴西试验中试样拉应力、各种能量时程曲线和劈裂强度等。     

泥质细砂岩材料破坏与强度衰减研究

为了认识真实的岩石材料破坏和强度衰减规律,通过多组常规的单轴压缩试验和不同围压下的三轴压缩试验对泥质细砂岩的材料破坏过程和抗压强度进行了实测．把前面试验破裂形成的不规则岩块浇注在混凝土制成的“剪切壳”中,运用XJ-1型携带式剪切仪进行了自行设计的压剪试验,获得了岩块在压剪过程中的剪切力一压应力关系曲线,以此来测得破裂岩块的自身材料强度．通过对比先前压缩试验得到的极限莫尔包络线,研究了破坏前完整岩样与破坏后损伤岩块间的强度变化．讨论了不同试验方法,损伤程度,尺寸效应,材料异性对岩石强度衰减的影响．结果表明,岩石在破坏过程中环向应变与体积应变在峰后近乎以直线形式增长,岩块抗剪强度表现出尺寸效应,岩样伴随着破裂演变材料强度发生衰减．     

不同围压下茅口灰岩渐进性破坏的试验研究

利用MTS815电液伺服控制刚性试验机进行不同围压下茅口灰岩三轴压缩试验,通过计算绘得相应裂隙体积应变图,分析得出裂纹起始应力、裂纹破坏应力。结果表明:随着围压的增大,应力门槛值均呈非线性增长态势,当围压超过17 MPa时,裂纹起始应力、裂纹破坏应力分别增加48.5%和20.1%,茅口灰岩延性开始增强;裂纹破坏应力为峰值强度的64%~75%,三轴压缩下茅口灰岩裂隙不稳定发展阶段较长;环向应变值随围压增大而增大,当轴力超过裂纹破坏应力进入裂隙不稳定发展阶段,环向应变增大2.7~3.2倍,用环向-轴向应力应变曲线图能较好的反映岩石应力门槛值。     

岩石的强度准则及中间主应力的影响

Drucker Prager准则和Murrell准则中包含中间主应力 ,但并没有得到真正三轴试验结果的检验 ,也难以表示应力状态对岩样强度的影响 .D P准则与Coulomb准则外接时 ,其三轴伸长的强度可以达到无限 ;与Coulomb准则内接和相切时 ,反映最小主应力的作用偏小而中间主应力作用偏大 .Murrell准则表明岩石在 2个方向承载单轴压缩强度的压应力时 ,在第三个方向还可承载单轴拉伸强度以上的拉应力 ;其反映的最小主应力作用也特别低     

A composite material model for investigation of micro-fracture mechanism of brittle rock subjected to uniaxial compression

Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｒｏｃｋｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｆｒｏｍｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ,ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｔｏｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅｉｓｖｅｒｙｉｍ ｐｏｒｔａｎｔｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂｒｉｔｔｌｅｒｏｃｋｕｎｄｅｒｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ .Ｍａｎｙｒｅ ｓｅａｒｃｈｅｒｓｔａｃｋｌｅｄｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍａｔｔｈｅｍａｃｒｏｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅｌｅｖｅｌ.ＨｏｒｉｉａｎｄＮｅｍａｔ Ｎａｓｓｅｒ[1,2 ] ｉｎｖｅｓｔｉｇａ ｔ…     

二长岩节理抗剪强度三轴试验研究

摘要：为确定岩石节理的剪切强度,在MTS815型程控伺服岩石刚性试验机上对含不规则、无充填岩石节理试件进行三轴试验。试验过程利用伺服控制系统连续获得同一试件在不同围压条件下对应的最大轴压,并根据弹性力学理论求得不同围压下节理面的正应力和剪应力。除对每一试件的试验结果按线性Mohr-Coulomb准则拟合获得摩擦角和内聚力外,利用Matlab软件的曲线拟合工具对所有试件的正应力和剪应力分别进行了线性Mohr-Coulomb准则拟合、幂函数拟合和非线性Barton公式拟合,对比它们的拟合效果可知：(1)线性Mohr-Coulomb准则拟合明显比幂函数拟合和Barton公式拟合要差,尤其是在低正应力条件下线性Mohr-Coulomb准则拟合将高估岩石节理的剪切强度。(2)幂函数拟合和Barton公式拟合的曲线几乎重合,且总体反映了岩石节理剪切强度的非线性特征。(3)在较高正应力下,线性Mohr-Coulomb准则、幂函数和非线性Barton公式对应的剪切强度均偏高。同时,为了估计拟合公式基本参数的合理性,根据试验成果对Barton公式基本参数进行了比较可靠的区间估计。估计结果表明：用Matlab软件的曲线拟合工具直接根据试件三轴试验结果进行Barton公式拟合的基本参数在某一置信水平(如99.73%)的上、下边界获得的区间估计明显脱离实际物理意义,是错误的;而通过幂函数进行对数转换后确定出参数的上、下边界,获得幂函数相应的上、下限曲线后,再用Barton公式拟合幂函数的上、下限曲线所得的基本参数的区间估计则是合理的。     

Mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression

To study the mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression,we analyzed the stress strain curve characteristics,deformation and strength properties,and failure process and characteristics of sandstone samples under different stress states.The experimental results reveal that peak strength,residual strength,elasticity modulus and deformation modulus increase linearly with confining pressure,and failure models transform from fragile failure under low confining pressure to ductility failure under high confining pressure.Macroscopic failure forms of samples under uniaxial compression were split failure parallel to the axis of samples,while macroscopic failure forms under uniaxial compression were shear failure,the shear failure angle of which decreased linearly with confining pressure.There were significant volume dilatation properties in the loading process of sandstone under different confining pressures,and we analyzed the damage evolution properties of samples based on acoustic emission damage and volumetric dilatation damage,and established damage constitutive model,realizing the real-time quantitative evaluation of samples damage state in loading process.     

高强钢管约束自应力混凝土短柱轴压性能试验

为了揭示高强钢管约束自应力混凝土（high-strength steel tube confining self-stress concrete, HSTCSC）短柱的增强机理及受力性能,开展了7根大尺寸HSTCSC短柱和1根对比柱的轴压性能试验,试验中所有试件的套箍系数均大于3;详细讨论了自应力混凝土强度、截面类型和截面空心率等因素对HSTCSC短柱的轴压性能的影响规律。结果表明：试验中所有HSTCSC短柱为腰鼓型破坏,均呈现出较高的轴压承载力和变形能力,且具有较大的安全储备;自应力混凝土微膨胀和高强钢管环向约束的共同作用可以显著提高HSTCSC短柱的轴压性能。双层圆形截面HSTCSC短柱的轴压性能最优,且空心率的增加在一定程度上提高了构件的轴压承载力。     

Experimental investigation of rigid confinement effects of radial strain on dynamic mechanical properties and failure modes of concrete

In this study, to confirm the effect of confining pressure on dynamic mechanical behavior and failure modes of concrete, a split Hopkinson pressure bar dynamic loading device was utilized to perform dynamic compressive experiments under confined and unconfined conditions. The confining pressure was achieved by applying a lateral metal sleeve on the testing specimen which was loaded in the axial direction. The experimental results prove that dynamic peak axial stress, dynamic peak lateral stress,and peak axial strain of concrete are strongly sensitive to the strain rate under confined conditions.Moreover, the failure patterns are significantly affected by the stress-loading rate and confining pressure.Concrete shows stronger strain rate effects under an unconfined condition than that under a confined condition. More cracks are created in concrete subjected to uniaxial dynamic compression at a higher strain rate, which can be explained by a thermal-activated mechanism. By contrast, crack generation is prevented by confinement. Fitting formulas of the dynamic peak stress and dynamic peak axial strain are established by considering strain rate effects(50–250 s~(-1)) as well as the dynamic confining increase factor(DIFc).     

水影响下油页岩三轴压缩力学特性试验研究

为研究油页岩的力学特性,试验采用吉林桦甸油页岩试样,利用YE-200A液压式压力试验机和自制三轴压力室,进行油页岩三轴压缩实验。通过不同围压、不同水化时间的三轴压缩实验,揭示油页岩全应力-应变、峰值强度、弹性模量、泊松比随不同围压和水化时间的变化规律,以及油页岩的破坏形式。结果表明,水化对油页岩的力学特性影响很大,使其峰值强度和弹性模量降低,同时,还表现出明显的延性效应;另外,围压和水化作用的对比分析表明,在围压影响下水化对油页岩强度影响比自然状态下小,油页岩因原岩裂隙发育不同水化后呈现不同的破坏形式。     

卸围压条件下砂岩变形破坏特性试验研究

从可释放弹性应变能角度对岩石卸围压条件下破坏特性进行研究,利用MTS815电液压伺服可控制刚性试验机进行保持轴向变形不变的卸围压试验,根据卸围压试验数据,分析了该砂岩卸围压过程中变形、强度、弹性模量及能量变化特征。结果表明:随着围压逐渐降低,岩样发生侧向不断扩容;轴向应力逐渐降低,呈现出非线性特征;弹性模量在初始阶段几乎不变化,越过破坏点之后大幅降低;可释放的弹性应变能在初始阶段增大比较缓慢,当围压降低至一定程度时急剧增大;推导出基于可释放弹性应变能的卸荷岩石的整体破坏准则Ue0。