不同岩性的裂隙岩石破裂热–声敏感性分析

岩石破裂过程存在热红外和声发射信号变化,因此研究含裂隙岩石破裂过程热–声信号具有重要意义。为研究不同岩性裂隙岩石破坏过程的热–声敏感强度,对花岗岩、玄武岩、红砂岩、灰岩及大理岩试样开展了单轴压缩试验,对试样加载过程临空面温度和内部声学信号进行了监测,提出了热–声敏感性联合分析指标。研究结果表明：热–声联合指标时序敏感性依次为：红砂岩、灰岩、大理岩、花岗岩、玄武岩;热–声联合指标峰值敏感性依次为：玄武岩、花岗岩、大理岩、灰岩、红砂岩;热红外温度信号早于声发射信号;联合指标能够避免声发射信号的滞后性和热红外的空间局限性;各岩性岩石破裂过程中热–声信号和应力有很好的对应关系。相关研究可为岩石突发性失稳破坏的分析和防治提供有益参考。     

含预制椭圆形孔洞大理岩变形破坏力学特性试验研究

通过对含预制椭圆形孔洞板状大理岩试样进行单轴压缩试验,研究椭圆长短轴比m及倾角?对大理岩力学特性的影响,并借助数字图像相关技术(DIC)记录并分析试样的变形破裂过程。研究发现,含椭圆形孔洞试样的峰值强度、弹性模量和起裂应力水平都随倾角的增大而增大,且对倾角和长短轴比的变化都有不同的敏感性,其中峰值强度对倾角变化的敏感程度随长短轴比的增大而增大。含椭圆形孔洞试样的最终破坏模式随倾角的增大可分为拉–剪混合破坏和剪切破坏2种,而孔洞长短轴比的变化对裂纹搭接及岩样破坏形态的影响较小。含椭圆形孔洞岩样在峰值前后的变形破裂特征能够通过观测试样表面应变场得到清晰地表征,其中局部高应变区预示着裂纹的起裂和扩展。基于局部化特征,提出一种含孔洞缺陷岩石起裂应力的测量方法,当含椭圆形孔洞试样起裂应力水平达到39.83%～76.18%时,试样处于拉伸裂纹临界起裂状态。     

大理岩颗粒及试样尺寸对冲击倾向影响的试验研究

试样的冲击倾向是反映岩石发生冲击地压难易程度的重要参数。对4种不同颗粒和5种长径比的大理岩试样进行了单轴压缩试验，通过分析应力．应变全程曲线发现，大理岩冲击倾向指标Et/ER随矿物颗粒的增大而逐渐增大，随试样长径比的增大却逐渐减小，这种趋势随颗粒和长径比的变化而逐渐变缓，不同颗粒的大理岩表现程度有所不同。大理岩强度随试样长径比的增大逐渐减小，试样强度与颗粒的关系比较复杂，没有明显的规律。     

高围压高水压条件下大理岩断口微观机理分析与试验研究

为了探讨高围压高水压对大理岩变形、强度、脆–塑转化特性及破坏断裂损伤劣化的影响,取锦屏二级水电站引水隧洞大理岩分别进行高水压、高围压、低围压作用下全应力–应变过程三轴压缩对比试验,然后,对大理岩破坏断裂断口进行微观电镜扫描试验,分析不同工况条件下大理岩断口微观形貌特征。试验结果表明,在低围压作用下莫尔强度包络线近似为线性的,在高围压作用下莫尔强度包络线是非线性的。高水压力的存在抑制岩石脆性向塑性的发展,降低岩石的强度,同时对软化区裂纹的扩展、贯通起到加剧作用。通过微观数字图像试验分析发现,高围压条件下大理岩断口裂纹长度小、密度大、分布相对均匀,给出高水压高围压作用下岩石破裂产生的微观损伤力学机理,为进一步分析高围压高内外水压条件下非圆形洞室围岩失稳破坏机理提供了可靠的试验依据。     

单一试样确定大理岩和砂岩强度参数的方法

确定岩石的强度参数是室内试验的主要工作之一，但有时试样数量偏少，或离散性较大时会出现围压增大、三轴强度降低的现象，难以确定内摩擦角等参数。基于伺服试验机加载过程的实时控制，对大理岩和砂岩分别提出单一岩样确定强度参数的方法。大理岩在围压较高时具有明显的屈服平台，通过对同一试样逐级提高围压的加载方法，就可以得到不同围压下试样的强度，据此可以回归Coulomb强度曲线。而砂岩在高围压下轴向压缩破坏之后，保持试样轴向压缩变形恒定降低围压，其轴向承载能力随围压下降而线性降低，比例系数与围压对峰值强度的影响系数大致相同，利用岩样的三轴强度和该比例系数就可以确定Coulomb强度曲线。     

应变速率对大理岩力学特性影响的试验研究

 利用RMT–150B岩石力学试验系统,对细晶大理岩试样在应变速率2×10－5～5×10－3 s－1范围内进行了6级应变速率下的单轴压缩试验,分析应变速率对大理岩应力速率、峰值强度、弹性模量、弱化模量、峰值应变、泊松比、积聚能、释放能以及破裂形式等力学性质的影响。研究结果表明,不同应变速率下单轴压缩过程均经历压密、弹性、屈服和破坏4个阶段。应力速率与应变速率的对数可以用指数形式描述;大理岩的峰值强度与应变速率呈正相关,可采用二次多项式进行描述;大理岩的弹性模量、弱化模量和峰值应变受应变速率影响不大,泊松比与应变速率呈指数关系;试验过程中试样峰值前积聚能量、峰值后释放能量与应变率呈正相关,表明应变率越高微裂纹扩展越严重。在应变速率低于5×10－4 s－1时,试样以剪切破坏为主,随着应变速率的增加,试样破坏模式从局部剪切失稳破坏向全面剪胀失稳破坏转变,在高应变速率下更容易形成锥形破坏。研究结果能够对岩爆防治和工程抗震设计提供一定参考。     

高温和循环高温作用后大理岩力学性能试验研究与比较

采用MTS815．03电液伺服岩石试验系统，研究了深圳罗湖建成区F8断裂带大理岩在常温（20℃）至800℃高温下和在100℃～700℃循环高温下（8～9次循环）的应力-应变特性；系统地分析比较了高温和循环高温作用对大理岩的刚度、峰值强度及变形特性等的影响。试验结果表明：温度升高，岩石弹性模量降低，强度降低，出现峰值强度时的应变增加；当温度低于400℃的试样宏观上体现出脆性破坏的特征，而加温高于400℃的试样则渐渐体现出了延性破坏特征，峰值强度渐渐变的不明显。对两种试验比较可知：同温下，在循环加高温作用下试样的弹性模量、峰值强度等比只加一次高温要低，而且当加温温度越高时。峰值强度降低越明显。出现延性破坏特征也越明显。     

烧料礓石改性浆体–遗址土体界面抗剪性能试验

为研究土遗址锚固系统中浆体–土体界面抗剪性能,揭示锚固系统内部受力机制。试验选择目前土遗址锚固工程中常用的烧料礓石、粉煤灰、石英砂及遗址土作为主要浆体材料,同原状遗址土制成黏结试样。根据实际工作条件,对试样进行室外土体掩埋养护。通过浆体–土体界面直接剪切试验,得到不同配比浆体–土体界面的剪应力–位移关系曲线、抗剪强度参数及浆体–土体界面剪应力–位移拟合曲线。试验结果表明,浆体–土体界面未能有效黏结,界面抗剪强度主要依靠滑动摩擦及咬合摩擦承担;烧料礓石改性遗址土浆体与遗址土体黏结试样内摩擦角最大,浆体材料兼容性对界面抗剪强度的提高具有重要意义。室外掩埋养护土体温湿度的频繁波动和PS溶液的固化作用对界面黏结能力影响显著。因此,土遗址锚固工艺是保证锚固质量的关键因素之一。     

大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验研究

利用中晶和细晶两种大理岩的不同内径孔道大理岩试样,在内孔压力为0时进行常规三轴压缩试验,分析试样内非均匀应力分布对试样承载能力和变形特性的影响。孔道试样的变形特征在轴向变形较小时与完整试样大致相同;在变形较大时孔壁附近材料因最小主应力较低而破坏,承载能力逐步下降。以线弹性力学分析孔道试样的应力状态,假设试样内材料同时达到承载极限,Coulomb准则给出的试样强度是一个偏低的估计,而不是偏高的估计。围压和轴向载荷在给定倾角剪切滑移面上的正压力和剪切力由整体力平衡确定,与孔道存在与否没有关系,孔道只是造成应力分布的不均匀,使试样的承载面积减小,引起围压对强度的贡献增加;另一方面,试样内部的破坏是逐步发生的,达到峰值承载能力时试样由黏结力构成的承载能力随围压、孔径的增大而减小。这两种不同趋势的变化决定孔道试样的强度特征。孔道对试样变形破坏的影响随大理岩结构特征而不同。     

中尺寸岩样真三轴试验系统研制与应用

 目前国内外岩石真三轴试样尺寸倾向于两极,且尺寸跨度大、应力大小不同,不便于研究岩体三轴强度的尺寸效应和高应力环境复杂应力路径岩石的变形与强度特征,为了解决这个问题,研制LWZ–10000型中尺寸岩石真三轴试验系统,详细介绍该系统的设计思路、结构特点、技术指标及功能,该系统具有以下特点：(1) 自动伺服控制与变形破坏全过程数据采集,且精度高、性能稳定;(2) 试样尺寸介于室内和现场三轴试样尺寸之间,且尺寸可变;(3) 侧向和轴向载荷高,且三向独立控制;(4) 可同步进行超声波和声发射跟踪测试。采用该系统对锦屏大理岩进行大量的不同应力路径真三轴试验,对加载和卸载路径真三轴试验的应力–应变全过程曲线及与波速对应关系进行分析,结合大理岩不同尺寸卸载路径的真三轴试验成果,初步研究大理岩卸载路径下强度参数的尺寸效应。该系统的成功研制为研究多向复杂应力路径下不同尺寸深部岩体的变形及强度参数提供了新手段。     

粗糙度对硅质板岩–泥岩界面强度与变形特性影响试验研究

为探讨粗糙度对硅质板岩–泥岩界面强度与变形特性影响,利用界面剪切仪开展软–硬岩界面剪切力学特性试验研究,分析界面试样剪切破坏模式、变形特征、强度演化规律,并探讨粗糙度对软–硬岩界面强度影响机制。结果表明：(1)硅质板岩–泥岩界面剪切破坏模式分为界面间剪断、泥岩内剪断以及界面与泥岩混合剪断三类。界面粗糙度越大,试样剪切破坏模式越趋于泥岩内剪断;(2)粗糙度对硅质板岩–泥岩界面剪切变形影响显著,随界面粗糙度增大,其剪切刚度降低、峰值强度点位移增大,表明界面试样剪切破坏前更易变形、剪切破坏时产生的塑性变形量越大;(3)粗糙界面存在显著提升了硅质板岩–泥岩界面抗剪强度,且界面粗糙度越大,其峰值强度与残余强度提高幅度越高;粗糙度大幅提升了界面试样的黏聚强度,但对其摩擦强度提升幅度有限;(4)剪切过程中泥岩不断被硅质板岩粗糙界面铲刮挤密形成“硬化剪切带”,且界面糙度越大,“硬化剪切带”越厚,试样剪断面越趋于泥岩内部。而泥岩抗剪强度大于界面强度,因此界面强度随粗糙度增大而不断提高,且提高幅度受控于剪断泥岩的黏聚强度。     

对“大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验 研究”的讨论

1 引言 笔者于2008年3月份学习了尤明庆教授等[1]在<岩石力学与工程学报>2007年第26卷第12期上发表的 "大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验研究"一文(以下简称"原文"),对其中的一些试验现象及解释存有困惑,不揣浅陋,特提出来向各位同行请教.     

锚杆锚固体与土体界面特性室内测试新方法

为了更真实地反映锚杆受拉时锚固体与土体界面的特性,较准确地获得包含界面剪切残余段的剪应力–位移(?–s)全过程曲线,自行研发了一种锚–土界面摩阻性能测试仪及相应的锚杆拉拔试样制作装置和方法。该测试仪器和测试方法简便易行,可成批模拟多种环境条件进行室内锚杆拉拔试验。利用该仪器完成了4批次27个不同条件的锚固体拉拔试验,深入研究了锚固体养护龄期、拉拔速率等因素对锚–土界面剪切强度特性的影响,提出了一种锚–土界面?–s全过程本构模型。研究结果表明:界面剪切强度在锚固体养护14 d后增长缓慢;锚杆以0.1~2.5 mm/min拉拔时,速率对剪切强度的影响不大;提出的锚–土界面模型计算曲线与试验曲线吻合良好。     

黏土–石膏胶结材料的强度试验

为研究黏土–石膏胶结材料的强度特性,在12~336 h的养护时间内,对4种不同配比的黏土–石膏胶结材料进行了单轴无侧限抗压强度试验,测得不同配比胶结材料的初凝时间以及无侧限抗压强度随养护时间的变化规律。同时,在黏土石膏混合料中掺入2~5 mm的砾石进行单轴无侧限抗压强度试验以探讨黏土–石膏胶结材料与砾石的联合作用。试验结果表明,黏土–石膏胶结试样的初凝时间较短,不超过15 min。试样的单轴无侧限抗压强度随时间的变化过程可分为前、中、后3个时期,分别对应强度略微减小、显著增长和趋于稳定3个阶段。掺砾后试样的前期强度未出现减小现象,中、后期强度随时间的变化规律与未掺砾试样相同,但强度显著增长较早且中期持续时间较长。掺砾试样的后期稳定强度远大于未掺砾试样的强度。     

煤矸石抗剪强度特性试验对比研究

为了分析不同时期排弃的煤矸石力学特性的差异性,以现场固结煤矸石样本筛分级配为试验级配进行不同试样含水率条件下固结煤矸石与新排弃煤矸石的室内对比直剪试验。试验结果表明,与新排弃煤矸石试验曲线均呈应力硬化现象不同,固结煤矸石在试样含水率较小时试验剪应力–剪位移曲线存在相对突出的峰值,呈明显应变软化现象。而随着试样含水率增大,固结煤矸石的黏结性特性得到呈现,应力–应变关系也渐变为应变硬化。试样干密度与试样含水率对固结煤矸石和新排弃煤矸石抗剪强度参数的影响不同,干密度对固结煤矸石黏聚力以及新排弃煤矸石内摩擦角的影响更为显著。而相对于新排弃煤矸石,固结煤矸石内摩擦角对试样含水率更为敏感,至饱和含水率时固结煤矸石抗剪强度主要由黏聚力提供,而新排矸石内摩擦角值降低的幅度则不到15%。试样含水率对固结煤矸石及新排弃煤矸石抗剪强度影响的差异与矸石组成中细颗粒组成成分相关。试验成果可为煤矸石山的稳定性计算提供依据。     

高温作用下大理岩应力-应变全过程的试验研究

采用液压伺服刚性岩石力学试验系统,研究了大理岩在常温至800℃高温作用下的应力-应变全过程特性,比较系统地分析了高温作用对大理岩的刚度、峰值强度、峰后特性及残余强度等的影响.试验结果表明随着温度升高,岩石总体刚度、单轴强度降低表现出明显的软化特性,峰后特性及残余强度宏观上表现出由脆性向塑性的渐次演化.这些结果一定程度上反映了大理岩在温度作用下,其内部结构变化的基本规律,对今后高温岩体工程有一定的实用参考价值.     

根系作用下的基材土–岩接触面原位剪切试验研究

采用自制原位剪切仪,对不同粗糙度、不同多花木蓝根系密度的基材土–岩接触面进行原位剪切试验,研究了基材土–岩接触面的剪切变形特征。研究表明,基材土–岩接触面剪切应力–位移具有典型的软化特性;受根系加筋、锚固作用影响,含根试样的剪切破坏面粗糙、破碎。根系作用对土–岩接触面峰值剪切强度、峰值剪切位移及残余剪切强度影响明显,对比发现,不同粗糙度下,相同根系面积比对提高界面峰值剪切强度的贡献率差异较小;根系面积比较小时,增强界面峰值剪切强度的贡献率低于粗糙度,随着根系面积比增大,根系提高界面强度的作用更为明显,其贡献率显著增加。     

三向高应力状态下深埋大理岩变形特性试验研究

为获得深部岩体的变形模量,在真三轴试验机上,对中等尺寸大理岩试样进行不同侧压下的变形试验,重点对同一试样进行多个等侧压和不等侧压的对比试验。试验表明：(1) 大理岩的变形模量与侧压之间具有显著的非线性关系,且当侧压增大至30 MPa后,变形模量不再随着侧压的增大而显著增大,该侧压值反映了大理岩脱离母岩后的弱化程度;(2) 建立大理岩的变形模量与三向应力之间的关系,用试样所对应部位地应力值计算出深埋大理岩的变形模量为66.7～68.2 GPa;(3) 变形模量计算值与采用其他间接方法获得的变形模量相当,并显著高于常规室内和现场变形试验值。由此说明,深部岩体在释放应力后容易使其力学性质弱化,弱化程度与所处的地应力大小有关。该方法对研究极高～高地应力环境下深部岩体及偏应力较大的边坡的变形特征具有重大意义。     

湿干冻融耦合循环作用下膨胀土力学特性及损伤演化规律研究

针对北疆高寒区膨胀土输水渠道破坏异常严重的问题,开展单向湿干及湿干冻融耦合作用下渠基膨胀土的三轴试验,探讨冻融过程对膨胀土力学特性及损伤演化规律的影响,获得不同循环次数下膨胀土的应力–应变关系、弹性模量、有效抗剪强度指标及其影响因素。结合损伤力学基础理论,引入可评价湿干与冻融过程耦合作用的损伤变量,探讨膨胀土强度和模量的损伤过程。试验结果表明:湿干及湿干冻融耦合循环作用对低围压(σ3=100kPa)试样的应力–应变曲线形态产生影响,应力–应变曲线形态差异性随围压的增加逐渐降低;对比不同试验条件下试样的弹性模量和有效抗剪强度指标可知,湿干冻融耦合循环中的冻融过程显著加剧了土体弹性模量和有效黏聚力的衰减,但对有效内摩擦角的影响有限;围压较高状态下试样的损伤以湿干过程作用为主,冻融过程对低围压试验下的损伤效果较明显。     

高温作用下大理岩应力—应变全过程的试验研究

采用液压伺服刚性岩石力学试验系统，研究了大理岩在常温至800℃高温作用下的应力－应变全过程特性，比较系统地分析了高温作用对大理岩的刚度、峰值强度、峰后特性及残余强度等的影响。试验结果表明：随着温度升高，岩石总体刚度、单轴强度降低表现出明显的软化特性，峰后特性及残余强度宏观上表现出由脆性向塑性的渐次演化。这些结果一定程度上反映了大理岩在温度作用下，其内部结构变化的基本规律，对今后高温岩体工程有一定的实用参考价值。