数字图像相关法测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子

提出了一种通过数字图像相关方法测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端位置和应力强度因子的试验方法。试验通过数字图像相关方法测定裂纹尖端区域位移场数据,将位移场数据带入极坐标系下位移场方程,计算裂纹尖端位置和应力强度因子。试验结果表明：采用该方法可以准确的测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子、裂纹尖端位置及裂纹扩展长度,解决了以往研究方法因不能准确测定裂纹尖端位置和扩展方向,而无法准确测定岩石应力强度因子的难题。     

数字散斑相关方法在岩石破坏测量中的发展与应用

岩石材料的破坏涉及许多岩石工程的安全，直接导致地震等灾害的发生，因而一直是岩石力学界的重要研究课题。但是，这一研究目前尚缺少一种理想的实验观测方法。本文结合岩石破坏过程的特点和数字散斑相关方法(DSCM)的基本原理，发展了一种专门适用于岩石破坏过程测量的DSCM系统，并用此系统对岩石破坏中的一些重要问题进行实验研究，得到了一些有价值的结果。     

岩石变形破坏的数字散斑相关方法研究

 采用白光数字散斑相关方法作为实验的观察手段,对单轴压缩条件下岩石变形破坏进行实验研究。根据实验中数据采集方式的不同要求,将实验分成2组进行：一组是通过CCD相机记录岩石加载全程的试件表面散斑图像,进行岩石加载全程的变形演化实验研究,根据计算结果对岩石加载全程的变形演化和变形集中区域的位移演化进行研究;另一组是通过高速相机记录岩石破坏瞬态过程的试件表面散斑图像,进行岩石破坏瞬态过程的变形演化实验研究,采用不同时刻的散斑图像作为参考帧,分别进行塑性硬化到峰值阶段变形场演化特征、峰值到破坏阶段变形场演化特征的分析。同时,实验研究中还得到试件加载过程中局部化带内变形量值、带内变形最大值与最小值之比,带内最大值与带外平均值之比,以及试件表面裂纹扩展的平均速度等定量参数。     

岩石变形破坏局部化的白光数字散斑相关方法研究(英文)

介绍了白光数字散斑法的基本原理 ,并采用白光数字散斑相关方法研究了煤岩的变形局部化 ,通过实验测定了煤岩变形局部化的开始时刻、演化过程 ,首次获得了局部化带的宽度 ,为研究岩石非均匀变形的演化过程、测定岩石的细观本构参数提供了一种新的手段     

含动态裂隙岩体的高精度数字散斑相关量测方法

数字图像相关与相关系数计算是数字散斑相关方法（ DSCM ）的基本原理与基础算法,然而,岩体在产生裂隙前后,会导致裂隙区数字图像相关性的明显改变和依据相关系数计算结果的错误判断,因此,常规以点为中心来构建图像相关分析像素块的方法必然会产生较大误差甚至错误。为此,基于岩体裂隙的分布特征及其简化型式的分析,提出一种简单有效的新方法——“一点五块”法以消除裂隙影响,在自行研制的 PhotoInfor 软件系统中实现了这一功能,并针对一含双孔岩石试件单轴压缩下的变形与破裂过程进行了应用研究。结果表明：①“一点五块”法有效解决了含有动态裂隙岩体的 DSCM 量测的精度问题,巩固了数字照相量测技术在岩石破裂演变全场精细观测实验中的优势地位;② “ 一点五块 ” 法同时可作为一种 DSCM 通用精度提高算法,应用于包含动态裂隙与非动态裂隙的材料变形量测中;③在岩石单轴压缩过程中, DSCM 获得了岩体变形破裂演变过程与轴向应力之间的关系,发现了岩体在峰值附近开始出现局部较大剪应变,但岩体结构的严重破坏则发生在接近残余应力阶段;④ DSCM 能够揭示岩体内部结构破裂情况与孔洞周围变形之间的时间关系,从而为进一步研究通过孔洞洞壁的位移来预测围岩内部变化的方法提供一个有效的手段。     

浅谈数字散斑相关测量方法

指出数字散斑相关方法是一种高精度的二维面内位移与应变的测试方法,在理论研究与实际工程中都有着广泛的应用前景,并对影响数字散斑相关方法位移测量精度的热点问题进行了分析,以推广该技术。     

基于数字散斑相关方法的膜结构检测技术研究

数字散斑相关方法是通过图像匹配的方法分析试件表面变形前后的散斑图像,跟踪试件表面上几何点的运动得到位移场,在此基础上计算得到应变场和应力场.与传统光学测量技术相比,具有光路简单、要求测量环境简单、可以在野外应用等优点.文章探讨将数字散斑相关方法运用于膜结构检测技术的理论依据、技术关键及研究意义.     

边界条件对混凝土四点剪切 散斑试验结果影响的研究

 用CCD摄像机对单边预制缺口和双边预制缺口混凝土梁分别在滑动支座和铰支座2种边界条件下,在四点剪切加载方式下的破坏过程进行全过程记录。从采集到的连续散斑图中可以清楚地看到混凝土试件不同的裂纹扩展过程和最终破坏形态。用数字散斑相关方法(DSCM)处理采集后的散斑图,得到混凝土梁表面在破坏过程中的水平方向位移场、竖直方向位移场、水平方向应变场、竖直方向应变场及剪应变场。从采集到的散斑图中,间隔一定时间挑选若干张图片与变形前的散斑图片进行运算处理,得到若干个位移场、应变场,将这些位移场和应变场按照时间顺序排列,得到试件在破坏过程中各场的演化过程。将各个场在试件开始破裂处的值进行对比,发现水平方向和竖直方向的位移值大小相近,应变值也处于同一数量级。结果表明预制缺口的附近并不是一个剪应力占主要地位的区域。试验表明,即使使用了滑动支座,支座处的摩擦力也没有被减小到一定的程度。因此,要使混凝土的四点剪切试验更接近于理想状态,一定要对支座处进行仔细处理。     

岩石裂纹小范围屈服时声发射总数与应力强度因子关系的研究

根据裂纹尖端微裂纹密度理论，假定声发射总数与裂纹尖端的显微裂纹总长度成正比，推导了出了岩石裂纹稳定扩展时声发射总数与应力强度因子之间的关系式。将并一些试验结果与理论推导进行了比较，结果表明；理论推导与试验结果大体一致。     

利用岩石断裂强度来估算地下岩体水平应力的范围

 地下岩体的垂直应力一般可用其上部覆盖岩体的平均比重乘以其深度来估算,但是水平应力却很难估算。基于岩石断裂韧度是一个常数,利用共线裂纹模型建立裂隙岩体的稳定条件,并应用该稳定条件来估算水平应力的范围。估算结果符合现场的测试结果,表明这一估算方法是有效的、可行的。利用该裂隙岩体稳定条件能很好地解释水平应力与垂直应力之比在浅部地壳中分布在较宽的范围内,但在深部区域内却分布在一个狭小的范围内这一现象。     

岩石材料基于天然散斑场的变形观测方法研究

许多类岩石材料由于其成分的原因在表面形成良好的散斑结构，用DSCM方法对这些岩石材料进行变形观测时可直接拍摄表面得到散斑图。基于这种天然散斑场的变形观测方法，进行了岩石材料变形的观测实验，验证了方法的可行性和优越性。     

三维裂纹应力强度因子数值计算

利用无网格Galerkin方法对三维裂纹问题进行分析。基于最小二乘法的无网格方法仅需一系列节点信息就可构成物体的离散模型。在无网格Galerkin方法中,位移边界条件不包含在内,因此,在边界已知位移方向上设置一系列弹簧来满足无网格方法的本征边界条件。弹簧的一端与已知位移的物体表面固连,而另一端固定,把计算位移与已知位移的误差作为弹簧的变形量。弹簧作为弹性体的一部分,弹簧的变性能也是弹性体应变能的一部分。裂纹使得弹性体具有不连续性,对体内节点具有隔离作用。用可视准则处理裂纹面对影响域内Gauss点的隔离作用。提出简单有效的方案,确定可变的节点影响域,这一方案可以保证体内每一个节点影响域内的节点数为一给定的常数,通过限制影响域内最小二乘计算的大小,提高计算近似函数的效率。利用三维间断位移法计算三维裂纹前缘的应力强度因子,计算有限体内边界贯穿平置裂纹和边界非贯穿平置裂纹的应力强度因子。无网格Galerkin方法的计算结果与前人研究的结果吻合很好,这可为三维裂纹的扩展追踪提供参考。     

循环载荷作用下岩石材料变形场演化试验研究

 将岩石在动载荷作用下破坏过程的应力场直观地表现出来,从变形场演化的角度研究岩石试件的破坏规律是岩石力学变形观测领域一个有重要意义的课题。采用岩石材料破坏过程变形场监测(Geo-DSCM)系统,观测循环载荷作用下岩石材料破坏过程中的变形场演化。岩石试件采用大理岩加工而成,对岩石试件加载的循环载荷为正弦波,其下、上限载荷分别为10,130 kN,频率为0.04 Hz。通过对多个岩石试件的变形破坏过程的观测,从变形场演化的角度总结岩石材料在循环载荷下的破坏规律。试验结果表明：循环载荷作用下岩石的变形经历3个阶段,即均匀阶段、局部化阶段和破坏阶段。岩石在破坏过程中其变形场演化表现出一个规律,即在破坏前夕发生严重的变形局部化现象,形成变形局部化带;变形局部化带中的变形进一步集中,形成宏观裂纹,导致试件破坏。从而可用一种描述变形场局部化特征的统计量(如变形场的方差)来表征变形场演化过程,岩石破坏前发生变形局部化,此统计量会发生突跳。因此,此统计量可用以指示岩石结构的破坏,如果设计现场观测系统,应用此方法有望实现灾害监测与预报。     

点腐蚀裂纹的应力强度因子分析

由点腐蚀诱发的裂纹分为穿透型裂纹和表面型裂纹两种形式,通过半解析半数值方法,分别给出两种裂纹形式的应力强度因子表达式。对于穿透型裂纹,其应力强度因子表达式基于有限宽板上的圆孔周界散射出的裂纹的应力强度因子推导得到,并采用有限元方法进行验证,验证结果表明表达式与有限元方法吻合良好;对于表面型裂纹,首先采用有限元方法进行系列计算,根据计算结果进行回归分析并得到应力强度因子的回归公式,然后对回归公式进行显著性检验,检验结果表明回归公式是显著成立的。     

岩石破坏过程中试件表面应变场演化特征研究

 分析了2种岩石试件(一种大理岩方柱试件和一种含圆孔大理岩平板试件)在单轴压缩下试件表面的应变场演化过程,得到了最大剪应变场的特征统计量(方差S)随加载的演化规律：S值在试件的均匀变形阶段较小且变化缓慢,在试件的非均匀变形段急剧上升。根据S值的变化趋势,将2个试件的变形破坏过程划分为5个不同的阶段,并给出了5个阶段的代表应变场,总结了各阶段的变形特征。应变局部化是其中一个重要阶段,是联系岩石均匀变形和非均匀变形的“桥梁”。实验结果表明,2个试件的应变局部化开始于加载曲线峰值前非常接近峰值的时刻(方柱试件为99.2%峰值应力处,含圆孔平板试件为92.2%最大载荷处),结束于峰值点。峰值后岩石试件的变形主要表现为弱化带和宏观裂纹的活动。     

标定ISRM岩石断裂韧度新型试样CCNBD的应力强度因子

国际岩石力学学会(International Society for Rock Mechanics--ISRM)在1995年提出一种新型的岩石断裂韧度试样——人字型切槽巴西圆盘试样(cracked chevron notched Brazilian disc--CCNBD)。但是，该试样的重要力学参数即无量纲应力强度因子的标定尚有问题。针对此关键问题进行深入的研究，获得了该试样新的更准确的标定值。采用大型商业有限元软件ANSYS，引入了ANSYS子模型法和局部裂纹子模型法进行三维应力强度因子的计算。结果表明，子模型方法具有很高的精度和适用性。在计算了CCNBD试样的无量纲应力强度因子以后，还综合比较了前人相关的一些结果。从理论分析的角度证明了所得结果是合理可靠的。     

楔刀作用下含水平节理岩体的位移场特征及损伤演化试验研究

 为了研究水平节理对盘形滚刀破岩机制的影响,对实际条件进行简化后,在改进的试验装置上进行楔形刀具作用下相似材料的贯入破坏试验。用CCD相机对试件表面的变形、破坏过程进行实时拍摄,并采用数字散斑相关方法对采集图像进行分析,获得试件表面的位移场分布特征。通过位移场方差的演化对节理试件刀具荷载下的破坏进行表述。在采用相机拍摄数字图像的同时,采用声发射测试系统对试件破坏过程中微破裂源进行二维平面定位,研究含水平节理试件在楔形刀具作用下微震裂源的形成机制和微破裂分区聚集成核的特点。     

用数字图像相关技术进行岩石损伤的变形分析

提出用数字图像相关技术研究含微裂纹的岩石的变形。在不同载荷作用下，用扫描电镜获得细砂岩表面的灰度分布图，用相关分析处理灰度分布图获得位移分量。将加载和卸载试件表面的灰度分布图进行相关计算，得到的位移分布与微裂纹分布密切相关，在裂纹附近，位移指向裂纹，大小和方向都很不规则，而远离裂纹，位移的方向较一致，大小变化也不大，表明在微裂纹所分隔的不同区域内，位移场是不同的，表现出岩石损伤中的微裂纹的张开或闭合效应。最后对该系统在地震、滑坡、岩体工程和地形变等领域非接触变形测量中的应用前景进行了讨论。