论层状岩体破坏判据

<正> 岩体破坏条件问题是工程岩体力学中的一个基本问题。用数学表达式表征岩体破坏条件的岩体破坏判据,是工程岩体质量评定和稳定性分析的一个基本依据。力学介质特征不同的岩体,其破坏条件当然亦不相同。表征层状岩体破坏条件的层状     

混凝土单轴压缩破坏过程电磁辐射特性

采用RMT-150岩石力学实验机对标准混凝土试样进行单轴压缩实验,利用KBD5电磁辐射监测仪对试样加载直至破坏全过程的电磁辐射强度和脉冲数进行监测.结果表明:混凝土在受压作用下产生电磁辐射信号,其强度和脉冲数随时间变化呈相近的趋势,随载荷的增大而增强,在主破裂时刻电磁辐射信号急剧增大;混凝土的强度越大,电磁辐射信号越强;加载速率越大,电磁辐射信号也越强.电磁辐射信号能较好地反应试样的受力和变形破坏状态.因此开展混凝土电磁辐射的研究对于工程中混凝土的安全性评价、混凝土强度的预测等具有一定的理论意义和应用前景.     

层状岩体单轴抗压强度的速率效应力学特性研究

以地下工程建设中普遍存在的层状岩体为研究对象,针对不同层理角度岩样开展了大跨度单轴加载速率试验,系统研究了加载速率对千枚岩力学特性的影响,试验结果表明:千枚岩由于微裂隙的存在,加载速率对裂隙的发育存在一个临界值,随着加载速率的增加,峰值强度未单调增加,而是呈现先升后降再升的S型曲线;层理软弱物质的承载力有限,在高速率条件下,出现了弹性模量下降现象;总能量、弹性应变能、耗散能具有与强度类似的S型曲线变化规律,层理倾角为0°时能量最高、90°时能量最低。     

岩石单轴压缩破坏声发射特性试验研究

通过5种岩石试样的单轴压缩破坏全过程的声发射试验,研究了不同岩石受力变形的声发射特性,应力、应变与声发射的关系,应力、声发射与时间的关系。通过试验发现,岩石在单轴受压破坏全过程中都会产生声发射事件,声发射事件的特性与岩石的强度、质密程度、构造面的发育程度等有关;岩石在峰值破坏前的声发射事件数、应力、应变和时间之间的相互关系呈3种典型的类型;部分岩石试样在临近破坏前,其声发射事件率出现明显下降,这种岩石破坏的前兆现象可以用来解释岩体声发射现场监测时,在冒顶、片帮和岩爆等发生前会出现声发射事件反常现象,这对岩体工程稳定性监测预报、提高预报的准确性具有重要的指导作用和应用价值。     

砂岩单轴压缩破坏的临界慢化特征

为了从临界慢化的角度研究岩体破裂失稳产生的声发射信号特征,进行了砂岩单轴压缩实验。基于临界慢化原理,对砂岩单轴压缩破坏产生的声发射信号进行了处理分析,结果表明:在整个加载过程中,砂岩破坏产生的声发射信号呈现出明显的阶段性特征;不同的窗口长度、滞后步长对于表征砂岩破坏临界慢化临界点的自相关系数及方差的波动稳定性有影响;可以将砂岩加载破坏过程中产生的声发射计数自相关系数、方差的突然增大作为砂岩破坏的前兆特征,相对于自相关系数而言,方差更具明显性,且前兆点无论是在时间上还是应力上都达到了总时间及应力峰值的80%以上,具有较好的时效性。     

含结构面岩体三轴压缩试验数值模拟研究

基于现行岩体力学试验方法, 建立三轴压缩试验数值模型并辨识模型的可行性。以风滩水电站为背景, 对含结构面的岩体进行三轴压缩试验数值模拟, 研究了岩体等效弹性模量各向异性的尺寸效应以及岩体结构面倾角、间距等因素对岩体等效弹性模量的影响。采用此法模拟岩体三轴压缩试验0求解岩体等效弹性模量, 克服了承压板变形试验求解岩体等效弹性模量的理论缺陷, 避免了现场岩体三轴试验周期长、代价昂贵等不足, 为求解含结构面岩体的宏观力学参数开辟了一条新的途径。     

煤样单轴压缩破坏红外温度临界慢化前兆研究

为研究煤样受载破坏过程中有效前兆信息,开展了煤样单轴压缩加载试验,分析了在相同加载方式下煤样红外辐射温度变化特征,运用临界慢化理论对煤样最高红外辐射温度进行处理,比较了最高红外辐射温度的方差和自相关系数,分析了方差、最高红外辐射温度以及载荷在时间上的变化特征。结果表明:煤样在受载前期和中期最高和平均红外温度变化趋势基本保持一致,受载后期最高红外温度在煤样损伤点处呈上升趋势,主破裂发生时,最高红外辐射温度急剧上升,而平均红外温度在主破裂时并未表现出明显变化;方差和自相关系数均受窗口长度和滞后步长的影响,但方差曲线受窗口长度影响较大;对比红外降温前兆点和红外升温突增点,方差对煤样失稳破坏的预测更加的精准。     

裂隙网络对岩体试件单轴压缩力学特性影响研究

针对裂隙分布对岩柱或煤柱强度和稳定性影响问题,采用合成岩体模型技术(SRM)重构岩柱模型,研究裂隙密度和裂隙倾角对岩柱稳定性影响。合成岩体模型中分别采用平直节理黏结模型(FJBM)、光滑节理模型(SJM)和裂隙网络模型(DFN)模拟岩块、裂隙和裂隙网络。通过单轴抗压试验和单轴抗拉试验标定岩块宏观力学参数(单轴抗压强度、抗拉强度、杨氏模量和泊松比),数值模拟标定结果与试验结果对比表明数值模拟模型细观力学参数能够很好地匹配实验室岩样宏观力学参数。研究结果表明:岩体内裂隙将显著降低岩体抗压强度,岩柱强度随裂隙密度P21增加而降低;裂隙密度P21由1 m/m2增加至5 m/m2,岩柱平均强度由103.5 MPa降低至69.5 MPa,岩体抗压强度与裂隙密度负相关;裂隙倾角由0°增加至90°,岩柱抗压强度呈"U"形变化;裂隙密度较小时,岩柱易形成"X"形压剪破坏,裂隙密度较大时,岩柱"X"形压剪破坏逐渐消失;岩柱产生的微裂隙与岩体裂隙密度负相关;裂隙倾角小于临界角φ或大于45°+φ/2时,岩柱易形成"X"形压剪破坏,而当裂隙倾角介于φ与45°+φ/2时,岩柱易形成剪切滑移破坏。岩体合成技术可为确定岩柱强度确定提供一种思路。     

不同尺寸矸石胶结充填体单轴压缩损伤破坏研究

为研究不同尺寸矸石胶结充填体在受压过程中的损伤破坏特征,分别制备了边长为50 mm、70 mm、100 mm和150 mm的立方体试件,并对试件进行单轴压缩试验,监测加载过程中试件的声发射能量变化;采用扫描电镜观测充填体的微观形貌,分析矸石胶结充填体的损伤演化规律。结果表明：随着试件尺寸的增大,其抗压强度呈现出先增大后减小的规律,边长为100 mm的试件抗压强度最大;试件的破坏形式随尺寸的增大由劈裂破坏逐渐变为X状共轭剪切破坏;单轴压缩过程中试件的声发射能量变化可以分为4个阶段,与应力应变曲线有较好的对应关系,在峰值应变附近试件的声发射能量会发生激增,可以作为试件破坏的预兆,在峰后破坏阶段,不同尺寸试件的声发射能量变化较大。     

弯曲层状岩体溃屈破坏分析

根据应力平衡条件,层面剪切破坏及不抗拉特性,建立了弯曲层状岩体临界拉裂溃屈的应力方程,据此导出坡脚弯曲的层状岩体边坡极限高度公式,定量计算了各种几何及力学参数组合下的极限高度,并绘成图谱供工程设计应用。     

砂岩单轴三轴压缩试验研究

研究了砂岩在饱和、自然、风干三种状态下的单轴抗压强度特性和三轴抗压强度特性。在单轴、三轴压缩试验中得到了应力与纵向应变、横向应变、体应变之间的关系曲线，单轴应力一纵向应变曲线在峰值前可分为3个阶段，三轴应力一纵向应变全过程曲线可分为4个阶段。根据三轴轴向应力和围压绘制丁莫尔圆，采用回归分析得到了强度准则和强度参数C、Φ值，并且分析了含水量对岩石强度的影响，其实验结果能为工程提供参考与借鉴。     

基于应变软化模型的岩体单轴压缩裂隙扩展

分别采用FLAC~(3D)程序中的应变软化模型及空模型来描述岩石及裂隙的力学行为,同时采用超细单元划分法对计算模型进行剖分以模拟裂隙扩展。采用上述数值计算模型研究了单轴压缩荷载下裂隙长度、倾角和裂隙条数对裂隙扩展路径及岩体力学特性的影响。计算结果表明,试件单轴抗压峰值强度随裂隙长度增加而逐渐降低,当裂隙长度不同时,次生翼裂纹的出现位置及扩展路径也有较大差别。翼裂纹的萌生位置及扩展规律均随裂隙倾角而变化;试件峰值强度随裂隙倾角由0°增加到75°时,类抛物线规律变化,当裂隙倾角为30°时,试件峰值强度最低。裂隙条数对裂隙扩展路径及试件破坏模式有较大影响,且试件峰值强度随裂隙条数增加而逐渐减小。     

层状岩体的数值模拟新技术

目前常用的节理岩体模拟方法可归纳为两种:一种是直接将节理反映在计算模型中;另一种方法是利用等效连续概念采用体积单元来描述节理在整个单元中的贡献。这两种方法各有其优点,但在模拟节理岩体时显现出较致命的弱点。Cosserat模型是能结合以上两种方法的优点的一种方法,它采用连续介质模型的计算模式,同时在单元内模拟成层岩体中张开和错动,该模型被移植到三维有限单元程序COSFLOW中。本文通过采用COSFLOW模拟长壁开采过程中上覆岩体中离层的发生和发展,探讨了Cosserat模型的有效性。     

非贯通充填节理岩体单轴压缩力学特性模拟

以非贯通充填节理岩体为研究对象,采用数值方法研究了节理充填物弹性模量、节理充填物内摩擦角与粘聚力、节理长度、倾角、列间距、条数及加载速度等8个因素对岩体单轴压缩力学特性的影响。计算结果表明,试件单轴压缩弹性模量及峰值强度随着节理充填物弹性模量的增加有较大幅度提高;而随着节理充填物粘聚力及内摩擦角的增加,则变化很小;试件单轴抗压峰值强度随着节理长度增加,降低幅度较大,而随节理列间距的增加,强度降低幅度较小;节理倾角对试件单轴抗压力学特性也有较大影响;随着节理条数的增加,试件峰值强度先大幅降低,而后逐渐趋于定值。随着加载速度的提高,试件单轴压缩应力应变曲线有较大变化,峰值强度有明显提高。通过对上述因素的对比发现,就节理本身性质而言,节理几何参数对岩体力学特性的影响最大,节理变形参数的影响次之,而节理强度参数的影响最小。     

红砂岩单轴压缩与短时蠕变破坏声发射试验

岩石在不同应力状态下,其声发射特征有所区别,研究对比单轴压缩和蠕变2种状态下岩石的声发射特征对预测岩石破坏具有重要意义。通过进行红砂岩单轴压缩声发射试验和分级加卸载短时蠕变破坏声发射试验,对比分析了2种状态下声发射事件率和振幅的变化规律。试验结果表明:声发射事件率在蠕变破坏和单轴压缩破坏过程中总体规律相近;在单轴压缩破坏过程中在加载早期振幅较大,之后有所减小,直至破坏前增大明显,然而在蠕变破坏过程中,振幅在进入蠕变破坏加速阶段和破坏前均有明显增大的趋势。可见,相对于声发射事件率,振幅在一定程度上可作为蠕变破坏与单轴压缩破坏的声发射判据。     

基于信息融合技术的岩石单轴压缩破坏特征

研究岩石破坏机理只就单一测试手段往往缺乏对比性,在进行煤岩和花岗岩的单轴压缩试验的同时,进行了红外摄像和声发射检测。根据单轴压缩试验,获得了应力-应变全过程曲线,对试验过程中的红外图像和声发射信号进行了分析。综合分析结果表明,岩石破坏过程是其能量的转化过程,不同阶段岩石破坏的机制不同;岩石在单轴压缩试验条件下其内部应力状态复杂,破坏过程的演化是从局部破坏到整体破坏的过程。     

灰岩强载荷单轴压缩变形破坏及声发射特性研究

随着大深度煤层高强度开采矿井日益增多,强矿压、冲击地压等灾害也日益增加.为有效缓解"两度"(开采深度,开采强度)开采带来的问题,弄清深部煤层顶底板岩层受压过程中变形破坏特性,本文选取深部常见顶底板岩层灰岩,设计单轴强载荷实验方案,实验过程中实时监测应力应变及声发射信号.分析实验结果可知,灰岩的单轴强载荷压缩过程中基本经...     

层状岩体中矩形巷道顶板破坏高度

为计算层状岩体中矩形巷道冒落高度,考虑到层状岩体中矩形巷道顶板各层物理力学性质的不同,对其进行分层研究,建立岩梁计算模型同时应用结构力学两端固支梁模型计算层状顶板整体受力,再用弹性力学对每层岩层进行内力计算。考虑到岩梁两端固支处集中力作用对岩梁整体内力分布的影响即岩梁端部效应,利用弹性力学中半平面体受集中力作用的内力解,推算出岩梁上侧受拉破坏点位置,从而得到各层破坏面与垂向夹角,进而可推算出冒落拱的高度。通过与实际巷道冒落拱高度测试结果的对比,验证此公式较为符合实际工程情况。     

砂岩单轴压缩实验的损伤破裂数值模拟

以砂岩单轴压缩室内实验为基础,通过有限差分软件FLAC3D模拟该单轴实验,以得到的应力-应变曲线和累积损伤数曲线分析砂岩的损伤破裂过程。分析表明:可以通过监测模型中的一些节点来获取砂岩的体积应变特征,结合累积损伤数的发展得出岩石损伤破裂的情况。     

单裂隙岩石在单轴压缩下破坏的数值模拟

应用岩石破裂过程分析软件RFPA2D在单轴压缩下对含有单裂隙在不同分布下的岩石试件的破坏过程进行数值模拟研究。结果表明:岩石试件破坏经历了裂隙的压密、微裂纹的萌生和扩展及最终的断裂破坏几个阶段;完整岩石试件的力学性能显著高于含有裂隙的岩石试件。随着裂隙长度的增加,岩石试件的峰值强度逐渐降低,根据其降低趋势,拟合出峰值强度随裂隙长度增大而降低的拟合函数,由函数可知,二者成负指数关系;而随着裂隙倾角的增大,峰值强度呈现出先减小后增大的趋势,在裂隙倾角为45°左右时岩石试件的强度达到最小值。裂隙长度越小或者裂隙倾角越大的岩石试件,其对岩石试件的力学性能影响不明显,裂纹扩展不明显,其扩展形式与完整岩石试件类似。