河口村水库坝肩灰岩力学特性试验研究

从河口村水库坝肩取样制备完整的和含裂隙的灰岩试样,利用TAW-2000岩石三轴仪对制备的岩样进行不同围压下的岩石三轴压缩试验,得到了完整和裂隙灰岩在不同围压下的应力-应变曲线及其变形、强度和破裂特性规律。试验中,裂隙面与最大主应力夹角为0°~80°,围压为5~15 MPa。试验结果表明:完整灰岩的峰值强度和变形模量随围压的增大而增大,并且呈线性关系;裂隙灰岩在三轴压缩下有两种破坏形态,分别为穿裂隙面破坏和沿裂隙面滑移破坏;裂隙灰岩的强度和变形特性及破坏特征受裂隙面倾角θ的影响很大,当θ60°时,沿裂隙面滑移破坏,当θ≤60°时,穿裂隙面破坏;其中穿裂隙面破坏的灰岩与完整灰岩均为岩体材料的破坏,并且与完整灰岩的破坏形态和强度变形特征相似。     

基于破坏类型的本溪灰岩本构关系研究

根据单轴和三轴条件下本溪灰岩的压缩试验和峰后循环加载试验,总结本溪灰岩的强度、变形随围压的变化规律,研究不同围压下本溪灰岩的破坏过程和重复加载过程,分析不同应力条件下本溪灰岩破坏的方式.结果表明:本溪灰岩在应力刚过峰值且未完全进入残余强度阶段,其弹性模量与峰前相同,此阶段进行循环加载时,新的峰值应力低于卸载点应力;在残余强度阶段,残余强度不再随重复加载发生明显变化;采用比较峰值时的环向弹性应变值与环向应变值的方法来判别本溪灰岩的破坏类型是可行的;不同围压下,本溪灰岩的破坏方式有张性破坏和剪切破坏2种类型,这2种破坏方式下本构模型的控制参数是不同的.分别选取了环向应变和剪切应变作为控制参数建立了本构模型,该模型很好地描述了本溪灰岩峰后阶段的应力脆性跌落现象及应力与应变的关系.     

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.     

不同渗透压作用下砂岩卸围压破坏过程中裂纹扩展行为研究（英文）

地下工程开挖卸荷会导致岩体的水-力耦合作用增强,加速岩体内部裂隙的萌生和扩展,威胁工程安全。开展不同渗透压力作用下砂岩的常规三轴加荷和卸围压试验,明确砂岩裂纹应变扩展速率与应力路径和渗透压之间的内在联系。研究结果表明,围压增大,砂岩的特征应力增大,损伤应力和峰值应力对应的裂纹应变扩展速率减小,表明围压能够抑制裂纹应变的扩展。相反,随渗透压增加,砂岩的特征应力减小,而损伤应力和峰值应力对应的裂纹应变扩展速率会增大。表明渗透压会促进裂纹应变的扩展。围压相同,在渗透压和卸围压的共同作用下,砂岩峰值应力对应的裂纹应变扩展速率和脆性指数最大,其次是卸围压路径,加荷路径最小。通过量化围压和孔隙水压力对砂岩力学参数的影响权重,发现围压与峰值强度、轴向应变、环向应变、裂纹轴向应变和裂纹环向应变之间呈极显著相关。而孔隙水压力与裂纹轴向应变扩展速率、裂纹环向应变扩展速率也呈极显著相关。     

花岗岩单轴压缩力学特性试验及数值模拟

采用电液伺服试验机对花岗岩进行单轴压缩试验, 利用RFPA 模拟岩石破裂过程, 详细分析了单轴压缩下花岗岩各特征应力大小、损伤过程、破坏模式及裂纹扩展规律。结果表明: 花岗岩在单轴压缩下裂纹闭合应力、裂纹起始应力、损伤应力分别占峰值应力的41. 1%、58. 7%、88. 3%; 在损伤变量的基础上提出损伤变量临界值, 以应变值为基础建立花岗岩损伤与裂隙演化之间的联系, 定量分析了花岗岩裂隙演化4 个阶段下损伤变量的变化; 花岗岩单轴压缩下破坏模式与主裂隙方向有关, 当主裂隙方向和轴向压应力方向平行时, 花岗岩发生竖向劈裂破坏, 当主裂隙方向与轴向压应力方向存在夹角时, 花岗岩发生竖向劈裂与剪切组合破坏; 根据RFPA 2D 模拟得到花岗岩破裂结果, 发现当加载应力达到峰值应力的46. 9%时, 花岗岩内部出现局部的微损伤, 当加载应力达到峰值应力的63. 3%时, 花岗岩内部的微损伤累积引起局部的微裂纹, 当加载应力达到峰值应力的88. 3%时, 花岗岩内部的微裂纹汇聚形成显裂纹, 在显裂纹区域出现应力集中现象, 使得显裂纹相互贯通, 最终导致花岗岩的宏观破坏。     

卸围压条件下花岗岩强度特性及三维裂隙演化规律

为研究卸围压条件下花岗岩强度特性和三维裂隙演化规律,对花岗岩开展了常规三轴压缩、卸围压-加轴压和分级卸围压-加轴压循环加卸载3种不同应力路径力学试验,获得对应的轴、径向应力-应变曲线;采用CT扫描三维重构技术获得岩石卸围压过程中和破坏后内部裂隙分布三维图像.结果表明:相对于常规三轴压缩试验,试件在卸荷条件下脆性破坏特征更加显著,分级卸围压-加轴压循环加卸载会增大花岗岩的峰后延性,降低破坏轴压和破坏剧烈程度;两种卸围压方案都会使花岗岩的承载能力降低30%左右;卸荷作用下花岗岩宏观破裂为拉剪组合状,拉剪过渡不明显,表观裂隙是内部裂隙向外扩展的结果;花岗岩在卸荷作用下峰前产生的裂隙量较少,大量裂隙在峰后产生,破裂具有突发性和瞬时性,围压较低时宏观裂隙首先在试件边缘产生,围压较高时宏观裂隙首先在试件中部产生.     

真三轴压缩下大理岩强度、变形与损伤特征数值

为研究真三轴条件下岩石的力学行为,采用离散元颗粒流程序,探析不同应力路径下大理岩试样的变形破坏过程、微裂纹演化机制及其中间主应力效应。结果表明：平行黏结模型能较准确地反映大理岩真三轴压缩下力学特性和破坏模式;中间主应力对峰值强度、弹性模量、破坏角和破坏模式演变的影响较为显著;八面体理论可较好地拟合出大理岩真三轴压缩中的破坏应力,所得的破坏强度包络线具有明显线性特征;结合应力-应变曲线形状,该大理岩在压缩过程中裂纹扩展可划分为4个阶段,即线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段;随着中间主应力增大,应力-应变曲线峰后段的脆性破坏特征变强,试样从拉伸破坏向拉剪混合破坏转变,且中间主应变符号由拉转向压,岩石损伤演化与中间主应力间呈现出“对勾”型趋势。     

磷块岩三轴压缩破坏特性与声发射规律的研究

采用应力加载系统和声发射测试系统,研究了三轴压缩试验中磷块岩裂纹破坏特性及声发射活动规律. 试验及分析研究表明:磷块岩三轴声发射加载全过程可分为裂隙压密阶段、弹性压缩阶段、裂纹初级扩展阶段、裂纹剧烈扩展阶段、宏观破坏阶段;磷块岩声发射事件在其强度最大阶段和宏观破坏阶段均有产生;磷块岩声发射事件数随着围压从2 MPa增加到4 MPa而减少.     

修正的盐岩扩容模型及扩容界限研究

偏应力持续增加将导致盐岩发生扩容,盐岩扩容分为瞬时扩容和蠕变扩容.对盐岩三轴压缩试验以及三轴分级加载流变损伤试验数据进行分析,发现压缩-扩容边界对瞬时扩容和蠕变扩容都有影响,即应力状态未超过压缩-扩容边界时,盐岩体积不断减小;应力状态超过压缩-扩容边界时,盐岩将发生扩容,即体积增大.通过研究盐岩试件体积应变随偏应力变化规律,提出了修正的增量形式扩容模型,该理论模型计算结果与实验数据吻合较好.改变围压进行计算,结果表明,随围压增加,扩容起始点偏应力增大,最大压缩量增大.压缩-扩容边界可以作为盐岩储库围岩破坏的警戒点.     

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。     

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).     

大理岩破坏起裂应力及断裂能特征试验研究

根据大理岩常规三轴试验数据,探讨不同围压下大理岩破坏的起裂应力和起裂断裂能变化规律.大理岩起裂应力位于峰值应力的53％～76％之间,随围压升高向峰值强度逐渐逼近.起裂断裂能与围压、峰值强度呈正线性关系.起裂应力对应的声发射能量计数率出现突跳,起裂点之后声发射能量计数率和累计释放能量增加速度明显变快,理论计算求得的起裂点和声发射监测数据吻合较好.大理岩常规三轴破坏符合Mogi-Coulomb强度准则.     

水力耦合作用下裂纹扩展演化机理的试验和颗粒流分析

在地应力不断变化的过程中,裂隙水压力的作用机理会变得十分复杂,为阐述裂隙水压力对裂纹扩展规律的影响,基于离散元理论和室内试验,研究了含单裂隙的水泥砂浆试件在单轴压缩和内水压共同作用下的裂纹演化机理。结合岩石颗粒低渗透性的特点,修正了流体与颗粒之间相互作用的计算法则,并改进了流体域参数的计算方法,提出了一种更加适用于脆性岩石的流固耦合模型。研究结果表明：当裂隙倾角为450,内水压为1MPa时,翼裂纹在初始萌生阶段时会沿着最大应力降方向扩展,其扩展方向基本与裂隙平面垂直,并在扩展的过程中使裂纹尖端附近的拉应力消散。试样轴向应力达到峰值后,次生裂纹大量萌生,微裂纹数目随轴向应变增加呈指数关系增长,同时预制裂隙尖端的压应力场得到释放。与传统水压致裂机理不同,水压力并不会沿着萌生的新裂纹一直扩散,在恒定内水压作用下,由于裂隙尖端一直存在部分压应力场,水压力只会沿着翼裂纹扩散,并没有扩散到已经贯通的次生裂纹中。在轴向应力不断变化的情况下,颗粒之间的孔径处于动态变化之中,反过来对水压力的变化规律产生影响,从而形成了3种不同类型的水压变化规律,类型Ⅰ：水压力随轴向应变增加至峰值后迅速下降,但下降幅度不大,之后水压会随轴向应变增加而上升;类型Ⅱ：水压力随轴向应变增加一直增加;类型Ⅲ：水压力随轴向应变增加至峰值后迅速跌落至0MPa,水压力最终消散。     

Experimental investigation on dilatancy behavior of water-saturated sandstone

It is important to study the dilatancy property of water-saturated rock for understanding the engineering behavior of loaded rock mass. This study carried out the uniaxial and triaxial compressive experiments on the water-saturated red sandstone, analyzed the influences of confining pressure and pore pressure on dilatancy property of water-saturated rock, and discussed the reasonable basis of the stress of dilatancy onset as a strength design parameter of rock engineering, finally established the prediction model of the stress of dilatancy onset under the impacts of confining pressure and pore pressure. The results show that the strength parameters(the stress of dilatancy onset and peak strength) and deformation parameters(axial strain and circumferential strain) of water-saturated sandstone increase with the confining pressure, and the relations can be fitted with a positive linear function. The cohesion and internal friction angle obtained from the stress of dilatancy onset decrease by 11.57% and 7.33%, respectively, when compared with those obtained from the peak strength. The strength parameters and deformation parameters of water-saturated sandstone decrease basically with the increase of pore pressure, in which the relations between strength parameters or axial strain and pore pressure can be fitted with a negative linear function. However, the relation between the peak circumferential strain and the pore pressure should be characterized by a negative exponential function, and the circumferential strain at dilatancy onset isn't affected by the pore pressure.     

不同减摩条件下变长度活性粉末混凝土的三轴试验研究

使用常规三轴实验,对同一直径（43.6 mm）、4种长径比（0.5、1、2和3）的素活性粉末混凝土（RPC）圆柱试样,在保持围压恒定的条件下单调地施加轴向压缩应变. 试样两端采用3种减摩条件：直接与金属压头接触（条件A）,分别垫有2层0.1 mm厚聚四氟乙烯薄膜（条件B）,分别垫有层间涂润滑脂的3层0.1 mm厚聚四氟乙烯薄膜（条件C）. 每一档围压对应一种加载路径：长径比为0.5、1.0和3.0的试样,采用两档围压（5、70 MPa）;长径比为2.0的试样,采用5档围压（0、5、20、35、70 MPa）. 试验结果表明：在同围压、同长径比的条件下,条件B试样与条件C试样的强度及破坏模式相近;当围压为5 MPa,长径比小于2.0时,不同长径比的条件A试样与条件C试样在抗压强度上均有明显差异,但这2种减摩条件所表现的强度与长径比之间关系正好相反;当围压为70 MPa时,条件A试样的抗压强度有尺寸效应,条件C试样无显著的尺寸效应. 围压的增加显著地约束了裂纹的扩展.     

基于Voigt与Reuss模型的岩土二元介质破损规律

在破损力学的理论框架下,非均质岩土材料被抽象为由胶结元和摩擦元组成的二元介质。本文基于Voigt和Reuss模型推导出满足变形协调和应力连续条件的岩土破损力学本构方程,通过算例分析三轴复杂应力状态下岩土二元介质的破损规律、荷载及变形的分担情况。结果表明:岩土二元介质的破损行为与胶结元、摩擦元的物理力学特性、围压和应力水平等有关,随着应力水平的增大,胶结元在抵抗轴向压力中发挥的作用逐渐减小,而在抵抗轴向变形中发挥的作用则先减小后增大;随着围压的增大,胶结元在抵抗轴向压力和剪切力中发挥的作用均逐渐减小,而在抵抗轴向变形和剪切变形中发挥的作用均逐渐增大。     

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。     

基于RFPA2D的含裂隙灌浆帷幕体渗透损伤演化规律

以某石灰石矿涌水治理工程为背景,基于RFPA~(2D)-Flow软件,建立不同加载方案下的含45°狭长椭圆裂隙的灌浆帷幕体二维平面应变数值模型,分析了轴压、围压及渗透水头差等因素对含裂隙灌浆帷幕体作用的损伤演化规律。结果表明:在轴向加载作用下,裂隙灌浆帷幕体的裂纹发生在裂隙尖端附近,且裂隙倾角与初始裂隙呈垂直扩展、延伸直至贯通破坏,破坏形式呈径向拉裂破坏;在围压加载作用下,裂隙灌浆帷幕体的裂纹萌生同样发生在裂隙尖端附近,但围压加载的破坏裂隙是沿轴向扩展、延伸贯通的;渗透水头差对裂隙灌浆帷幕体的水压致裂形式与轴向加载的形式较为相近,都是径向贯通破坏,不同之处在于渗透水头差造成的破坏呈现为初始裂隙范围内径向粉碎性贯通破坏。     

钢管混凝土轴压短柱性能三参数分析与计算

在深入研究套箍系数对钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响中,发现并用试验证明了仅用套箍系数这一综合参数不能全面衡量和反映参数变化对钢管混凝土破坏模式、承载力、延性等力学性能的影响;基于试验研究和参数分析,确定了利用套箍系数衡量钢管混凝土力学性能的合理适用范围;提出了用钢管混凝土3个基本参数(试件含钢率、混凝土强度和钢材屈服强度)来衡量和反映钢管混凝土力学性能的方法;并通过回归分析给出了基于这3个基本参数的钢管混凝土轴压短柱轴向力-纵向应变关系曲线,复杂应力场中钢材纵向(横向)应力-纵向应变关系曲线、核心混凝土纵向应力-纵向应变关系曲线和紧箍力-纵向应变关系曲线的简化计算公式,简化计算曲线与试验曲线吻合良好.