考虑剪胀特性和峰后形态的岩石损伤本构模型

考虑受载岩石损伤破坏过程中的剪胀扩容特性,基于统计损伤理论建立一种新型三维损伤本构模型,并推导三轴与常规三轴压缩下模型的解析解.该模型认为岩石由未损伤部分和损伤部分组成,二者共同承担外部荷载;其中,未损伤部分只发生弹性变形;而损伤部分同时发生弹、塑性变形,变形规律受残余强度和剪胀角影响.针对加载过程中不同种类岩石表现出...     

压剪荷载作用下硬质岩石裂隙的峰后剪胀特性及其演化规律

陈益峰,周创兵,盛永清.考虑峰后力学特性的岩石节理渗流广义立方定理[J].岩土力学,2008,29(7):1 825-1 831.(CHEN Yifeng,ZHOU Chuangbing,SHENG Yongqing.A generalized cubic law for seepage flow through rock joints considering post-peak mechanical response[J].Rock and Soil Mechanics,2008,29(7):1 825-1 831.(in Chinese))

周创兵,陈益峰,姜清辉,等.复杂岩体多场广义耦合分析导论[M].北京:中国水利水电出版社,2008.(ZHOU Chuangbing,CHEN Yifeng,JIANG Qinghui,et al.Introduction to generalized multi-field coupling analysis for complex rock masses[M].Beijing:China Water Power Press,2008.(in Chinese))

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随机形貌岩石节理剪切数值模拟和非线性剪胀模型

 采用满足正态分布的随机函数,构造岩石节理剖面的形貌,为研究受剪岩石节理的细观剪切特性和宏观剪胀效应提供研究基础。利用UDEC软件,基于CY微段节理模型,开发随机形貌岩石节理直剪特性的数值分析程序,采用CY微段节理模型的细观剪切力学参数,探讨微段节理的细观剪切特性和岩石节理的宏观剪切响应,提出节理抗剪强度参数与节理面粗糙度系数JRC之间的拟合关系。得到如下结论：JRC越大,岩石节理的宏观剪切峰值强度和剪胀角随之增大,而峰值剪切位移与JRC成反变化关系;随着法向应力的增加,节理的剪胀效应逐渐减弱;这些数值结论得到模型实验的充分验证。微段节理的细观切向爬坡和剪胀效应是岩石节理产生宏观剪胀的细观力学机制。通过对随机形貌岩石节理的宏观剪胀数值曲线性态进行分析,提出能考虑节理粗糙度JRC和法向应力影响的非线性剪胀本构模型,该模型较好描述了受剪岩石节理的剪缩段和剪胀段。     

岩石剪胀角模型与验证

Mohr-Coulomb模型和基于Mohr-Coulomb的应变软化模型均通常假设剪胀角为恒定值,然而这种假设不能正确表达岩石在破坏变形过程中的非线性体积变化行为。根据7种岩石类型在不同围压条件下的体积应变测量数据,结合塑性力学理论,采用非线性拟合方法建立能同时考虑围压和塑性剪切应变影响的剪胀角模型。分析模型的响应并结合岩石内部颗粒尺寸以及单轴抗压强度,将该模型划分为4种岩石类型:粗粒径硬岩、中粒径硬岩、中–细粒径软岩和细粒径软岩。根据FLAC应变软化模型中非关联塑性流动法则的计算原理,推导剪胀角模型中的塑性剪切应变与应变软化模型中塑性参数的关系,将剪胀角模型嵌入应变软化模型中,构建剪胀角模型模块。最后,采用建立的剪胀角模型预测Moura煤岩在三轴压缩条件下的体积应变–轴向应变关系曲线。研究结果表明,数值模拟与试验结果具有很好的一致性。     

红砂岩粗粒土剪胀效应大型三轴试验研究

 采用大型三轴试验仪,进行不同应力状态下的红砂岩粗粒土三轴试验,研究粗粒土在不同应力状态下的剪胀性和剪胀趋势影响因素。试验研究表明围压对粗粒土的剪胀性具有明显影响,在不同围压状态下,红砂岩粗粒土整体表现为高压剪缩低压剪胀,并且低围压下表现出先剪胀后剪缩趋势。当围压＜200 kPa时,体积增量比dev/de1为负值,土样表现为剪胀趋势;当围压＞400 kPa时,体积增量比dev/de1在整个剪切过程中为正值,土样表现为剪缩趋势。粗粒土剪胀趋势还随着轴向总应变发展而改变,开始时剪胀明显,随着轴向应变增加剪胀趋势缓减。粗粒土Rowe模型剪胀参数K值离散性较大,充分反映粗粒土剪切过程中粗、细颗粒间变形不协调性,并且随着总应变值e1的增加,K值离散性减小。本试验结果认为红砂岩粗粒土的Rowe剪胀模型参数K = 20～25。     

考虑应力路径和颗粒破碎影响的钙质砂剪胀特性及剪胀方程研究

钙质砂的剪胀特性受应力路径和颗粒破碎的共同影响.为了探讨钙质砂在不同应力路径下的剪胀特性,进行了一系列不同固结压力和应力路径组合的排水三轴压缩试验.结果表明:应力路径和颗粒破碎对钙质砂的剪胀特性有重要影响.不同应力路径下钙质砂的剪胀比与应力比的关系存在显著差异.相同应力比下的剪胀比,等围压试验的最大,等轴向应力试验的最...     

岩石峰后注浆加固前后力学特性单轴试验研究

在岩石试件单轴压缩破裂的基础上,进一步开展了峰后注浆加固试件的力学特性试验研究.分别采用水泥浆和玛丽散N加固破裂试件,试验发现分别采用玛丽散N、425#水泥进行破裂岩石注浆加固时,岩石强度比其残余强度都有显著提高,加固后岩石的变形趋于协调.同一浆液加固不同的岩石,被加固体本身的强度越高注浆加固体的强度提高越高;同样的岩石注入不同浆液,浆液的粘结强度越高注浆后的强度就越高.试验结果验证了岩石注浆加固是加固围岩非常有效的方法.     

岩石峰后非达西流问题的探讨

许多学者从瞬态法测岩石渗透性的压差时间序列计算出渗流速度序列,发现渗流速度与压差梯度不是线性关系,认为岩石峰后存在非达西流。针对该问题,求解了瞬态法中的非稳定渗流问题解析解,发现即使在达西定律适用的情况下,瞬态法中所谓的渗流速度与压差梯度也不是线性关系。另外,利用峰后实测岩石侧向位移与渗透系数的关系、分析峰后渗流雷诺数,说明目前试验中发现的峰后高速非达西流是值得商榷的。但是随着裂隙开度的增大,水力梯度的增加,出现高速非达西流是必然的。     

基于Barton剪胀模型的粗糙节理渗流分析

 为研究粗糙节理在剪切过程中的渗流规律,首先,采用Barton剪胀模型分析节理在剪切过程中的剪胀效应,计算节理在不同剪切位移下的剪胀位移,采用Brown-Scholz(B-S)理论模型分析法向应力作用下的节理闭合变形;通过初始隙宽、法向闭合变形和剪胀位移建立剪切过程中的节理隙宽与法向应力和剪切位移之间的关系,在此基础上得到剪切过程中的节理渗流计算公式;然后,在对节理试件进行渗流试验的基础上,分别采用基于Barton剪胀模型的节理渗流计算公式和Barton经验公式计算通过节理试件的理论渗流流量,并将预测结果与实测值进行比较,比较结果表明,基于Barton剪胀模型的节理渗流计算公式的预测结果与实测值较为一致,而Barton经验公式预测值与实测值偏差较大,从而验证了该公式在计算节理剪切过程中的渗流情况的正确性。     

人工模拟节理峰值剪胀模型及峰值抗剪强度分析

在5级法向应力作用下对具有相同形貌的人工模拟材料偶合节理进行直剪试验,探讨剪胀角、峰值剪切强度与法向应力、节理表面形貌的关系。采用常用的Barton剪胀模型、Schneider剪胀模型、Jing剪胀模型分析直剪试验实测的峰值剪胀角,结果表明模型计算值与试验实测值存在一定的偏差:Schneider剪胀模型与Jing剪胀模型在低法向应力下预测值过小、在高法向应力下预测值偏大,Barton剪胀模型与试验值相差较远。分析剪胀角存在的边界条件,以t n(/)为参量提出双曲线形式的峰值剪胀模型,进而提出新的峰值强度公式。将新的峰值强度公式,上述3种剪胀模型对应的强度公式及GG强度公式所得的峰值强度与试验数据进行对比分析,结果表明新强度公式预测值更接近试验值。     

岩石压剪断裂核的扩容效应

岩石晶粒的破碎,将导致扩容,并产生体积膨胀力。通过引入岩石破坏后的扩容规律,对压剪断裂核的扩容效应进行了探讨     

堆石料颗粒破碎对剪胀性及抗剪强度的影响

堆石料的一个比较明显的特点是在力的作用下常发生颗粒破碎，本文通过三峡花岗岩风化石碴的三轴试验和平面应变试验，结合日本森吉山安山岩和玄武岩的三轴试验成果，综合分析了颗粒破碎规律及有关力学特性，分析了破碎与剪胀性及破碎强度分量的关系。     

三轴卸荷条件下大理岩扩容与能量特征分析

扩容现象是岩石变形破坏过程中的重要特征。基于MTS815 Flex Test GT岩石力学试验平台,采用室内三轴卸荷试验和塑性力学理论分析,揭示了大理岩在卸荷条件下的扩容特征及能量变化特征。结果表明,随着围压的增大,岩样的各特征应力随之增大,其扩容特征随之减弱;岩样的扩容参数——扩容指标以及剪胀角均具有围压效应,即扩容指标与围压呈良好的指数型分布,剪胀角与应力比呈线性分布;岩样的卸荷破坏过程中能量特征为初始时以可释放应变能为主到破坏时的耗散能为主,其间的转折点为初始损伤扩容点,同时卸荷条件下的特征能量值与围压具有良好的指数类型关系;在峰值点与残余点处,岩样的能量损伤值与剪胀角以及能量特征值与扩容指标均存在着较好的指数类型关系。     

考虑剪胀及软化的洞室围岩弹塑性分析的统一解

基于俞茂宏统一强度理论，考虑某些材料屈服后的强度衰减(塑性软化)和体积膨胀的特点，用弹性-塑性软化-塑性残余三线性应力-应变模型推导出了洞室围岩塑性残余区半径、塑性软化区半径、洞周边位移、围岩内任一点应力及围岩压力的解析表达式，给出了洞室围岩所处应力状态的判别式。得出的解答具有广泛意义，著名的Kastner公式、Airey公式和现有的一些结果为其特例。通过实例分析了剪胀、软化及不同强度模型对结果的影响。该结果在洞室围岩稳定性分析和加固等方面具有一定的工程实用价值。     

考虑围岩非线性和剪胀特性的地下硐室极限解

以岩石非线性统一强度理论为基础,考虑了岩体的非线性软化及非关联流动特性,建立了岩体在非线性模型、理想弹塑性模型和强脆性模型下统一的极限平衡分析模式,获得了硐室的应力、变形及塑性区半径的解,这些解不但反映了硐室围岩塑性软化和剪胀特性,而且又考虑了岩石拉压强度相差较大的特点和中间主应力效应,既反映了岩石的非线性破坏特征,又可以推广到岩体及节理岩体之中去。而且,通过比较三类典型塑性模型的解答,发现当岩石软化特性不是太明显的情况下,采用理想弹塑性模型进行地下硐室的极限平衡分析是可行的,以上结论对于岩石地下硐室工程具有一定的理论及工程应用价值。     

考虑岩石扩容性的洞周弹脆性收敛线的确定

岩石扩容是岩石的基本力学性质之一，本文提出了考虑岩石扩容性的洞周弹性收敛线的确定方法。实践证明，与其它方法相比，该方法得到的洞周收敛线更符合实际情况。     

粉砂岩高温后动态力学特性研究

利用大杆径SHPB实验系统,对100℃、200℃、300℃、400℃等不同高温处理后的粉砂岩试样进行了动态力学特性测试.得到了不同高温作用后粉砂岩的全应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变及弹性模量的变化规律,并对其微观机理进行了分析.研究表明,随着作用温度的升高,粉砂岩的峰值应力、峰值应变及弹性模量都相应降低,这与砂岩在温度的作用下的内部结构变化密切相关,也与高温作用后岩石内部应力重新分布有直接关系.相关研究结果有助于理解深井开挖岩石在原始温度场改变后的力学特性,可更好地指导工程施工.     

考虑渗流、应变软化和扩容的巷道围岩三剪应力统一强度理论解

为了研究渗流、应变软化和扩容对巷道围岩稳定性的影响,首先根据三剪应力统一强度理论建立了平面应变状态下的屈服方程,将巷道围岩从外往内依次划分为弹性区、塑性软化区、破碎区,然后综合考虑渗流影响、应变软化、扩容以及塑性软化区和破碎区内弹性应变的2种情况,推导了各个区应力、位移以及塑性软化区和破碎区半径的三剪应力统一强度理论解...     

基于渐进破坏的路堤下刚性桩复合地基的稳定性分析及控制

传统的刚性桩复合地基支承路堤的稳定分析方法均是假定滑动区内桩体发生同时破坏。在已有研究基础上,采用有限差分方法开展了考虑桩体破坏后的不同性状(post-failure behavior)和不同桩体破坏顺序的路堤稳定性分析,结果表明无筋刚性桩复合地基首先在局部位置发生脆性弯曲破坏,应力释放后引发相邻桩体的弯矩大幅度增加并发生弯曲破坏,从而产生由局部桩体的弯曲破坏引发不同位置桩体的渐进破坏,并最终导致复合地基发生失稳破坏。假定桩体同时发生破坏的复合地基支承路堤的稳定分析方法将显著高估路堤稳定性,路堤下复合地基的稳定性分析应考虑局部位置首先破坏并引发其它位置桩体的渐进破坏。基于复合地基中桩体渐进破坏控制的理念,提出了路堤下复合地基关键桩的概念和分区不等强设计的稳定性控制方法,通过提高关键桩桩体抗弯强度及延性的方法,可有效提高路堤整体稳定性。     

岩盐顶板复合岩石力学性质试验研究

通过对岩盐矿体顶板复合岩石力学性质单轴受力状态和三轴受力状态下试验研究,得到了岩盐顶板层状复合岩石的基本力学特性,可为有关科学研究和生产实践提供参考依据。