受单轴压缩大理岩填充割缝周围的微裂纹生长

在扫描电镜实时观测下,进行了受单轴压缩大理岩填充割缝周围的微裂纹生长的实验观测研究。实验所用岩石材料为房山大理岩,试件为平板状,中心予制穿透试件的割缝,用水泥砂浆充填,割缝的长轴与外加单轴压缩方向分别成30°,45°和60°夹角。对试件中填充割缝周围的微裂纹的萌生、扩展连通和闭合等过程进行了显微照相及分析,结果表明,微裂纹首先呈剪切破裂带状发育,随外载的增加而连通形成断裂带。将实验结果与以往未填充割缝实验结果对比发现:割缝填充后微裂纹萌生所需的载荷水平明显提高;同时,微裂纹的起裂点向割缝端部移动,微裂纹的多重发育也更加明显。     

岩石微破裂发育的扫描电镜即时观测研究

对含预制缺陷的大理岩平板施加单轴压缩,在扫描电镜下即时观察并记录了试件表面微破裂的发育及演化过程;根据记录资料,研究了裂纹密度分布和几何形状及其与材料本身颗粒大小和应力水平之间的关系,并拟合了经验关系式。试件分为带圆孔(直径5mm)和带割缝(与外载方向成45°,贯穿试件厚度)两种。整体尺寸均为20×10×2.5mm。实验表明,在室温下,大理岩材料受准静态单轴压缩时,微裂纹多发育在颗粒边界上,虽然从宏观上看,从割缝逐渐生长出来的新生裂纹似乎是沿一条圆滑的路径扩展而逐渐转向与外力方向平行。但是从微观上看,微裂纹的扩展和连通始终是沿颗粒边界曲折前进的。裂纹的密度先是随应力而提高。然后逐渐趋于稳定;裂纹在某个带上集中而形成主破裂时,其周围的部分裂纹会闭合;同时还观察到,卸载时裂纹闭合且宏观断裂的宽度变窄。这一现象在录象记录中表现得尤为明显。     

含软弱夹层岩石材料的损伤破坏过程

对含软弱夹层的岩石材料损伤破坏过程进行了试验观测和计算模拟研究。试验所用岩石材料为房山大理岩，平板状试件中心预制的割缝用较大理岩软弱的水泥砂浆充填。对试件受单轴压缩过程中，岩石材料和充填水泥沙浆中微裂纹的萌生、扩展、连通和闭合等过程进行了观测分析及显微照像。用NOLM程序中的低抗拉应变软化本构模型对试验结果进行了有限元模拟计算。计算中，试件的几何形状与试验所用的完全相同，岩石材料的强度取为填充材料的5倍，加载采用试件的一端固定另一端逐步增加位移的办法来实现，由位移值反算出对应的远场单轴压缩载荷，将计算结果与试验观测结果进行对比，吻合较好。与野外观测相比，填充割缝能够更好地模拟实际的地质构造现象。     

单轴压缩下大理岩细观裂纹扩展试验研究

利用带有加载装置的扫描电镜（SEM）实时动态观测系统和数字图像处理技术,对大理岩试件在受单轴压缩时所产生的微裂纹的萌生、扩展过程进行了定量分析,得到微裂纹扩展的规律,对岩石力学研究有一定的理论意义。     

含预制裂纹大理岩的压剪试验分析

采用含预制裂纹大理岩块试件对单轴压缩荷载作用下的裂纹扩展及裂纹搭接进行试验研究。试验表明含预制裂纹试件的临界失稳荷载、破坏时的应变及弹性模量都明显降低,原生裂纹的方位对产生何种裂隙有显著的影响,岩桥区尺寸对翼裂的萌生和扩展有显著的影响,使试件表现出完全不同的破坏方式。试验中观察到预制裂纹尖端萌生的裂纹有张拉型的翼形裂纹、压剪型的二次裂纹和翼裂反向裂纹等多种形态。试验观测还表明大理岩翼形裂纹的起裂角为52°～68°之间,而模型材料试验的结果为77°左右,这表明模型材料并不能完全模拟真实岩体的特性。     

冲击载荷作用下含孔洞大理岩动态力学破坏特性试验研究

 利用一种大理岩试件加工制备含圆形和椭圆形孔洞的板状试样,试样尺寸为60 mm×60 mm×15 mm,使用75 mm杆径的分离式霍普金森压杆(SHPB)进行冲击压缩试验,通过超动态应变仪监测入射杆和透射杆的应变信号,利用高速摄像仪记录试样完整的裂纹萌生、扩展、贯通直至试样破坏的全过程,分析冲击载荷作用下预制孔洞试样的动态抗压强度、破坏模式和裂纹扩展特性。研究发现,孔洞大小、形状和空间位置对岩石的动态抗压强度都有一定影响,孔洞的存在降低了大理岩试样的动态抗压强度。在冲击载荷作用下,预制中心孔洞的大理岩试样在孔洞周边产生平行于轴向加载方向的初始拉伸裂纹和类X型初始剪切裂纹,在试件破坏中起主导作用。圆形孔洞试样中,随着孔径增大,剪切裂纹扩展速度随之增大,而拉伸裂纹扩展速度则减小;椭圆形孔洞的长短轴比、长轴与加载方向的夹角均是影响裂纹扩展速度和动态抗压强度的因素。在30～45 s－1的加载应变率范围内,大理岩孔洞试样的平均裂纹扩展速度为100～450 m/s。     

超高韧性水泥基复合材料疲劳裂纹扩展规律研究

采用尺寸为80mm×150mm×700mm和100mm×100mm×400mm预制裂缝缝高为50mm和60mm的试件,对不同缝高比的梁体进行疲劳试验,依据疲劳裂缝扩展规律的Paris公式,对UHTCC不同缝高比试件的疲劳裂纹扩展规律进行试验研究和计算。结果表明:大尺寸试件的疲劳裂纹扩展门槛值?Jth小于小尺寸试件,相同尺寸试件的缝高比越大,疲劳裂纹扩展门槛值越低,并计算出了缝高比为0.33、0.4试件的疲劳裂缝扩展速率的计算方法。     

用数字图像相关技术进行红砂岩细观裂纹损伤特性研究

通过对红砂岩试样应变响应和表面裂纹图像的同步观测试验,以及试样表面细观裂纹萌生、扩展图像信息的采集和量化方法的研究。提出了用数字图像相关技术处理不同含水状态下红砂岩试样动态变形过程中的灰度分布图;并去除微裂纹,探讨了红砂岩动态损伤状态与其宏观力学之间的关联。为了获得试样微观预制裂纹扩展的定量描述,引入裂纹损伤度与损伤张量2个物理量,定量评价了含水状态下红砂岩预制细观裂纹动态渐进扩展损伤特性,进一步了解了单轴压缩状态下细观裂纹扩展的演化规律。     

岩板中混合裂纹扩展过程的数值模拟

应用自行研究开发的材料破坏过程分析软件MFPA2D,对带有预裂纹的大理岩以及大理岩 -砂岩的拼接岩板的单轴压缩实验进行了数值模拟。模拟内容有 :单一岩板中的单条裂纹、单一岩板中顺向雁形裂纹以及两拼接岩板中单一裂纹的扩展过程模拟。模拟结果与相应的实验结果较为一致。     

骨料品种对水工混凝土变形特性的影响

通过试验,研究不同骨料混凝土的变形特性,包括不同骨料对混凝土弹性模量、极限拉伸值以及对砂浆、混凝土干缩的影响,并通过平板法和TST开裂试验,定量分析不同骨料混凝土的早期开裂敏感特性。结果表明,在同水胶比条件下,不同品种骨料的混凝土试件后期弹性模量大小顺序均为:灰岩玄武岩大理岩≈花岗岩砂岩;不同品种骨料混凝土试件28 d龄期以后极限拉伸值从高到低依次为砂岩灰岩大理岩玄武岩≈花岗岩;不同品种骨料的水泥砂浆与混凝土试件干缩率大小依次为:砂岩玄武岩≈花岗岩≈大理岩灰岩;从早期抗裂性能以及长期收缩结果来看,灰岩骨料混凝土和大理岩混凝土的抗裂抗收缩性能优于其他类型混凝土。