循环荷载下岩石材料力学特性研究进展

工程实际中的岩体常常受到地质构造运动、工程施工及次生应力场等循环荷载作用,表现出与单调荷载不同的力学特性.为了更好地研究循环荷载作用下岩石材料的力学特性,对强度特征、变形特征及破坏特征3个方面进行了总结分析,同时对现有研究的局限性提出了几点建议:在更宽频率范围内研究频率对循环力学特性的影响,从而得出更为准确的结论;将现...     

非均质岩石破裂及声发射演化数值模拟

在应变软化本构模型的基础上,考虑岩石材料非均质性和损伤过程中力学性质的弱化特性,建立了非均质岩石损伤软化本构模型,推导了损伤软化本构模型的差分格式,在VC++环境下实现了损伤软化本构模型在FLAC3D中的二次开发。研究了不同均质度对岩石变形强度等力学特性的影响,以及岩石破坏过程中的声发射演化特性。研究表明：随着岩石均质度的增高,岩石的破坏过程由延性向脆性转化,岩石峰值强度和峰值应变不断增大,而残余强度降低;当岩石均质度较低时,岩石破坏剪切带的形成会发生滞后,随着均质度的增加,单轴加载条件下岩石声发射体现出由强度低、频率高向强度高、频率低转化的特性,并表现出群震型、前震—主震—余震型和主震型3种典型模式。     

片岩的力学特性试验研究

本文通过片岩在单轴应力作用下的岩石力学特性试验研究, 得出岩石试块的强度特征、变形特征和破坏的一般规律。试验证明:片岩的强度特征、变形特征与作用应力的大小、作用应力与结构面之间的夹角有密切关系。同时证明岩石在弹性应力范围内, 由于片理面之间具有较强的粘结力, 岩石的各向异性表现不很明显; 当施加的作用应力超过它的粘结力时, 片理面间出现微小裂隙, 应变发生突然变化, 随着作用也力的增加, 裂隙逐渐扩大, 最后导致岩石突然破坏。      

片岩的力学特性试验研究

本文通过片岩在单轴应力作用下的岩石力学特性试验研究,得出岩石试块的强度特征、变形特征和破坏的一般规律。试验证明:片岩的强度特征、变形特征与作用应力的大小、作用应力与结构面之间的夹角有密切关系。同时证明岩石在弹性应力范围内,由于片理面之间具有较强的粘结力,岩石的各向异性表现不很明显;当施加的作用应力超过它的粘结力时,片理面间出现微小裂隙,应变发生突然变化,随着作用也力的增加,裂隙逐渐扩大,最后导致岩石突然破坏。     

粗、细粒径花岗岩冻融损伤机理及其演化规律

通过粗、细两种颗粒花岗岩的冻融循环试验和岩石力学试验,研究了不同粒径岩石的冻融循环作用对岩石物理力学特性的影响.利用核磁共振技术对冻融循环前后的岩样进行检测,得到了横向弛豫时间谱的变化和岩样核磁共振成像,分析了岩样在冻融前后的孔隙度变化、空隙结构及分布的演化特性等.采用宏观唯象损伤理论和自洽理论对不同粒径花岗岩在冻融条件下的宏、细观损伤演化规律进行了分析.研究发现在冻融循环作用下,岩石内部的孔隙逐渐增多,不断造成岩石的强度损失;损伤模型的计算值与实际相符,但不同损伤理论对花岗岩损伤程度趋势变化的反应存在差异;细颗粒花岗岩呈现出较高冻融耐久性.      

复合岩石单轴压缩力学与破坏特性试验研究

针对深部高地应力及多岩层复杂地质条件,采用伺服控制试验机对复合岩石进行室内力学试验,重现复合岩石在高应力作用下的破坏过程。复合岩石由强度差且强度呈均匀阶梯型的单岩组成,可划分为蛇纹岩—矽卡岩和蛇纹岩—砂岩。通过单轴压缩试验,获得岩石的单一和复合形态下的力学性质与破坏特性。研究结果表明：在高应力作用下,复合岩石中岩石强度较弱的部分首先发生破坏,且初始裂纹的萌生位置和发展模式直接决定了岩样的最终破坏形态;复合岩石与单一岩石之间的抗压强度存在相关性;利用理想弹簧模型可对复合岩石的弹性模量和峰值应变进行推导。复合岩石的力学特性由强弱端岩石共同决定,存在一定的规律性,其破坏特性与单一岩石相似,但较弱端占主要影响地位。     

含陡倾角软弱结构面的花岗岩力学特性及声发射特征

利用MTS 815.03岩石试验机对试件进行三轴压缩试验,采用DISP声发射测试系统进行声发射数据收集,并对含陡倾角软弱结构面的岩体试件和岩石试件进行试验对比.两种试件随围压的增加强度逐渐增加,破坏由脆性向延性转变;岩体试件总是沿结构面滑移破坏,岩石试件为剪切破坏.随着围压的增加,两种试件的弹性模量、变形模量、峰值应变和峰值强度增加;岩体试件弹性模量、变形模量值和峰值强度低于岩石试件,而峰值应变高于岩石试件.岩体试件内摩擦角小于岩石试件,而黏聚力大于岩石试件.随围压的增加,两种试件在峰值应力阶段声发射事件远高于其他阶段,而岩体试件声发射事件集聚量远远高于岩石试件.研究结果表明软弱结构面的存在降低了岩体的力学性质,因此在高放废物地质处置库选址时结构面发育特征是需要考虑的关键因素.      

不同应力条件下硬岩强度与破裂特性试验研究

深部工程围岩内的岩石可能处于一维、二维和三维应力状态下,分别对应室内单轴压缩、双轴压缩和真三轴压缩试验中岩样的应力状态.通过开展单轴、双轴和真三轴压缩试验,系统研究了不同应力状态和水平下岩石非常规破坏的发生机制.不同高宽比和宽厚比岩样的单轴压缩试验结果表明:随着岩样厚度的增加,单轴抗压强度单调增加;随着岩样高度的增加,...     

金川Ⅲ矿区主井工程施工问题及对策研究

金川Ⅲ矿区主井工程在施工前,未打工程地质钻孔,工程的施工是在工程地质条件不明的条件下进行的。在施工过程中,遇到147m的断层破碎带,所处岩石为强风化均质混合岩,遇水成泥、软化膨胀,对支护体带来了很大的膨胀压力,因此工程地质条件之差,属国内有色矿山之最。本文对金川Ⅲ矿区主井在施工过程中遇到的工程地质条件进行了简要介绍,针对工程不同区段遇到不同的岩石力学特征,在施工中对工程支护方式进行了针对性的措施。本文在对工程变形破坏和FLAC3D力学计算的基础上,对工程破坏的原因进行了计算分析,同时对破坏区段的返修方式进行了推荐。     

不同张开度裂隙类岩体循环加卸载下滞回环特征与损伤变形分析

为探究张开度和不同应力等级循环加卸载复合影响下裂隙岩体的损伤特性和裂纹演化规律,利用水泥砂浆制备不同张开度单裂隙类岩石材料,基于RMT-150B岩石力学试验机对类岩石材料开展了3种等级的应力循环加载试验,分析了裂隙类岩石材料的应力—应变曲线特征、滞回环面积变化规律、动弹性模量变化规律及损伤特性.试验结果表明:类岩石材料...     

预制裂隙花岗岩的强度特征与破坏模式试验

为了探究单轴压缩条件下裂隙岩石的强度特性、裂纹起裂规律及破坏模式, 采用水刀切割技术预制裂隙花岗岩试件, 利用GAW2000刚性试验机对单裂隙花岗岩试样进行单轴压缩试验.试验结果表明: 与完整试样相比, 裂隙岩石试样单轴抗压强度明显降低, 降低幅度与预制裂隙和外荷载方向的夹角β密切相关, β=75°时, 强度最低, 降幅达到84.5%, 基于最大畸变能准则计算了裂隙花岗岩的峰值抗压强度与裂隙倾角的关系, 试验结果与数值解吻合; 裂隙的存在改变了岩石的破坏模式, 裂纹起裂角随裂隙倾角的增加而单调增大, 岩石试样的破坏模式由剪切破坏为主转变为张拉破坏占主导.真实裂隙岩石试样的力学性质及裂纹起裂特征更准确地揭示了单裂隙花岗岩的强度变化规律和破坏模式, 为岩土工程设计和巷道裂隙围岩体的支护提供科学依据.      

基于分级分析法评价结构面对岩质 高边坡稳定性的影响

以云南省普洱市大平掌铜矿东部边坡为工程实例,研究结构面对岩质高边坡稳定性的影响.通过大型露天矿山边坡岩体工程稳定性分级分析方法,按照岩体结构面与矿山边坡规模的匹配性,依次对矿山边坡的总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡进行分层次的岩体稳定性分析并找出控制边坡稳定的关键性结构面及其组合.经过现场与实验分析对比,得到结构面对台阶边坡和整体东部边坡的影响很大,对组合台阶坡影响甚小.同时台阶边坡相对于整体东部边坡而言规模较小,故台阶边坡的结构面对整体东部边坡影响较小.最后,运用Midas-GTS建立考虑结构面及不考虑结构面的东部边坡三维有限元模型,进行稳定性计算分析及对比.      

含齿形裂隙类岩石材料单轴压缩试验研究

为研究含齿形裂隙岩石在单轴压缩下的破坏特征及强度特性,制作了含不同裂隙倾角和起伏角的齿形裂隙类岩石材料试件,并采用岩石力学伺服试验机进行单轴压缩试验。试验结果表明：（1）试件主要产生拉伸、剪切和拉剪复合裂纹,且根据裂纹的扩展路径可划分为A型（拉伸破坏）、B型（剪切破坏）、C型（复合破坏）3种破坏模式,裂隙倾角对试件最终破坏模式影响显著;（2）当裂隙倾角较小时,试件应力—应变曲线为多峰曲线,随着裂隙倾角的增大,曲线呈单峰形式,表现为延性减弱,脆性增强,而裂隙倾角相同但起伏角不同的试件应力—应变曲线大致相同;（3）当裂隙起伏角相同时,试件当量峰值强度随裂隙倾角的增大呈先减小后增大的规律,且裂隙起伏角对试件当量峰值强度的影响小于裂隙倾角。     

眼前山铁矿矿岩三轴压缩力学特性研究

利用SAM-2000型微机控制岩石三轴试验机,分别对取自眼前山铁矿的磁铁石英岩、绿泥千枚岩以及混合岩进行不同围压下的三轴压缩试验,分析各岩样的力学特性,并比较3种岩样破坏形式的差异。试验结果表明,岩样的三轴抗压强度离散性较大,应用回归诊断、剔除异常点(离群点)分析方法进行了数据处理,获得了拟合程度较好的岩石强度参数;通过分析岩样破坏形态,磁铁石英岩在三轴压缩下的破坏形式主要表现为劈裂破坏,绿泥千枚岩和混合岩的破坏形式主要表现为剪切破坏。     

结构面岩体爆破破坏机理探究

岩体多属于各向异性的复杂不连续体。岩体中主要结构面在爆破时,会对岩石的破坏和最终的爆破效果产生影响。总结了结构面岩体爆破破坏机理的研究现状,并从应力波传播、岩体破坏方式等方面研究了结构面岩体爆破的影响。在研究结构面岩体爆破破坏作用机理的基础上,提出改善爆破效果的技术措施,供同类型矿山参考。     

数值方法中岩体力学参数的选择

对岩体工程数值计算方法中节理岩体力学模型（包括变形特性、强度特性）的选取进行了分析总结。结果表明，节理岩体的强度模型与变形掀起性都与岩体中的岩块材料性质、岩体中结构面性质及其分布形成以及所处的地应力环境有关，提供了不同条件下的岩体力学模型的数学表达式，为数值计算中节理岩体力学模型的选取提供参考。     

断续节理对岩体力学性能的影响

采用颗粒流数值模拟程序,建立不同节理状态的岩石试样模型,对其进行双轴试验模拟,从岩桥长度、节理长度和倾角三个方面对断续节理影响下的岩体破裂形式和力学性质进行了数值模拟分析.岩桥的破裂方式为翼裂纹扩展下的拉剪复合破坏,模型破裂大致经历了翼裂纹的扩展、次生裂纹的延伸以及岩桥的贯通三个过程,而且表现出明显的蠕变特性以及延性破坏.岩桥长度的变化对峰值强度和弹性模量影响较小;相比岩桥长度,节理岩样的力学特性对节理长度更加敏感.对于不同的节理倾角,岩石试件表现出不同的初始破裂形式,0°倾角岩样的破裂方式为翼裂纹的扩展和次生裂纹的延伸,中间岩桥没有被贯通,15°倾角岩样的初裂强度和峰值强度最大.      

等效岩体三维随机节理网络模型构建及其在两河口水电站中的应用

节理的存在对水电高陡岩质边坡的力学性质有重要影响,如何构建反映三维节理分布特征的等效岩体计算模型,是分析与评价岩体力学特性的关键。本文基于损伤力学和统计强度理论,在三维岩石破裂过程分析（RFPA3D）软件的基础上,提出了一种计算等效岩体三维随机节理网络模型的新方法。首先,基于Baecher模型和Monte-Carlo方法,在RFPA3D软件中实现了三维随机离散节理网络（Discrete fracture network,DFN）模型的重构。然后,利用RFPA3D软件内嵌DFN模型,赋予节理和岩石不同的力学参数,构建了工程尺度等效岩体三维随机节理网络模型,实现了三维随机节理岩体破裂过程、变形和强度等力学性质的分析。最后,以两河口水电站左岸边坡坝址区下游节理岩体为研究对象,验证了三维随机DFN模型的准确性,开展了研究区内节理岩体尺寸效应研究,并获得了研究区内岩体的表征单元体（Representative elementary volume,REV）和等效力学参数。该研究成果为等效岩体力学行为分析提供一种新方法。      

岩性特征对岩石力学性质的影响

岩石的力学特性是研究岩石工程问题的基础。由于物质组成的非均质性和结构的复杂性,岩石的力学特性也十分复杂,常受多种因素的影响。在实验研究的基础上,运用量纲理论、矩阵理论以及岩石力学知识等,对长山盐矿岩盐及基顶底板岩石的岩性特征指标进行了定量分析,并探讨了岩性特征指标对岩石力学性质的影响等问题。研究表明,在自然含水状态下,岩石的拉压比随岩石的硬石膏含量增多而增大,岩石的切线模量、泊松比、单轴抗压强度和内聚力均随岩石方解石含量和裂隙长率增而增大。     

THMC多场耦合作用下岩石力学实验与数值模拟研究进展

岩石多场耦合作用的研究是当前研究的热点难点问题,为了更好的分析岩石在多场耦合作用条件下的作用机理,主要通过实验和数值模拟两方面进行研究。在总结国内外多场耦合微观–细观–宏观多尺度力学试验设备的改进和研发、数值模拟软件及耦合计算程序的开发等方面的研究现状的基础上,展望多场多相耦合作用下岩石力学实验设备和数值分析的研究方向。为了研究岩石多场耦合作用下的力学性能,通过改进和研发设计了不同物理场多场耦合试验系统,在开发试验设备的基础上引起和发展现代无损探测手段,比如实时CT（Computed tomography）扫描技术,电镜扫描技术（SEM）、核磁共振技术（NMRI）、X射线立体成像法、超声波技术等,既能无损检测到岩石的内部孔隙微细观结构及演化过程,也能得出岩石在温度?水流?应力?化学（THMC）多场耦合作用中各物理场的宏观关系,进一步从微细观和宏观相结合的角度得出岩石在多场耦合作用下的性能。随着计算机技术的进步,岩石多场耦合作用下的数值模拟软件及耦合计算程序的开发有了一定的发展,特别是TOUGHREACT与FLAC3D相结合的THMC四场耦合作用的数值模拟软件和数值仿真软件Comsol与Matlab对接的多场耦合计算程序的开发,为岩石多场耦合模拟的开展提供了技术支持。