循环荷载下花岗岩应力门槛值的细观能量演化及岩爆倾向性

为研究三轴循环加卸载条件下三山岛花岗岩细观能量演化规律,采用颗粒流理论确定了花岗岩的应力门槛值(起裂应力σci、损伤应力σcd和峰值强度σf),研究了应力门槛值对应的边界能、应变能(线性接触应变能和平行黏结应变能)、耗散能(摩擦能和阻尼能)、动能随围压变化的规律,并从能量角度建立了岩爆倾向性评价指标Wx.结果表明:三山岛花岗岩不同围压下相应的σci/σf位于37. 0%～44. 8%区间,σcd/σf位于81. 2%～89. 0%区间,随着围压的增大,起裂边界能、应变能和耗散能呈线性关系增加,损伤(峰值)边界能、应变能和耗散能呈指数关系增加;其中耗散能受围压影响最为敏感,增幅倍数最大,其次是边界能,最后为应变能.围压对起裂应变能比例影响不大,损伤和峰值应变能比例随围压增大缓慢减小,峰值应变能比例下降幅度最大.基于岩爆倾向性评价指标Wx可知,当围压在20 MPa内,三山岛花岗岩岩爆倾向性相对较小;当围压达到30 MPa时岩爆倾向性开始迅速增加.研究成果为岩爆倾向性的评价提供了新的参考指标,进一步为井下岩体工程的稳定性研究提供了新思路.     

大岗山花岗岩动态力学特性的试验研究

以大岗山花岗岩为例,分别进行静力三轴和动力三轴试验,分析花岗岩的抗压强度、弹性模量、泊松比以及相应的极限应变等重要参数与应变速率的关系。试验结果表明:不同围压下,随应变速率的增加,花岗岩的侧向破坏应变随应变速率的增加几乎保持不变,并且绝大部分统计结果值在0.002～0.004范围内;轴向破坏应变的增加幅度不明显;抗压强度增加,试验现象明显;弹性模量的提高幅度随围压的增加有减小的趋势;不同围压下花岗岩的泊松比与应变速率没有明确的关系。基于大岗山花岗岩静力三轴测试全过程应力–应变曲线和损伤力学分析,发现脆性岩石在不同围压下均以侧向损伤为主,通过回归拟合分析,建立大岗山花岗岩静力三轴压缩条件下的损伤演化方程。进一步根据损伤理论建立岩石动力损伤与静力损伤之间的关系,考虑动态强度与初始弹性模量的率相关性建立经验型的岩石动力损伤本构模型,可以作为研究地震荷载作用下岩体结构中应力波传播和衰减规律的基础。     

基于弹塑性损伤模型的岩石加卸载计算研究

基于经典弹塑性理论,引入损伤因子,综合考虑岩石在外力作用下的塑性变形与损伤演化,提出一种各向同性弹塑性损伤耦合模型。根据以上理论编制有限元计算程序,较好地描述了岩石在不同加卸载路径中的应力-应变特性。通过程序模拟计算,具体结论如下:在常规路径加载中,岩石的峰值强度与残余强度均随围压的增加而增加。在卸围压路径下,残余应力受初始围压影响较小,但侧向应变与体应变有着明显的增加。轴向荷载的提高使岩石损伤值增加,卸围压过程中最大损伤因子均大于同等初始围压下的常规路径试验。     

岩石变形破坏各阶段强度特征值确定方法

岩石各阶段强度特征值的准确确定对合理界定岩石变形破坏阶段、力学机制、设计参数取值具有重要的理论和实践意义。鉴于此,提出"试验数据+轴向应变刚度"联合确定岩石变形破坏各阶段强度特征值的方法,并结合围压30 MPa砂岩全过程三轴压缩试验数据,详细介绍采用该方法的取值过程,同时对该取值方法进行验证。结果表明:(1)在岩石应力–应变曲线中线弹性特征明显,但线弹性阶段和裂纹稳定扩展阶段的分界点不易被界定;(2)轴向应变刚度能将应力–应变曲线中微小的变化有效显现出来,更利于准确界定岩石变形破坏各个阶段,且可划分为上下不均匀波动、上下均匀波动基本水平、不均匀波动逐步减小至零、极度波动和基本维持为零五个阶段;(3)裂纹的压缩、起裂、扩展、贯通将引起轴向应变刚度出现较大的、不规律的波动;(4)采用该方法确定的压密应力cc?、起裂应力ci?、损伤应力cd?与峰值应力f?的比值分别为:0.10,0.56,0.68;(5)该取值方法理论基础为一阶导数,取值过程客观合理,为理论上定量、操作上半定量的取值方法。结合现代计算机和数据处理技术,能快速实现该方法操作过程,认为该方法可为岩石强度特征值的确定提供新的思路。     

花岗岩材料在动态压应力作用下力学特性的实验和模型研究

 博士学位论文摘要　岩石材料动态力学特性是评价岩石结构在爆炸以及地震载荷作用下稳定性的重要参数, 是国防和民用防护工程研究的基本资料, 具有重要的学术价值和应用价值。对花岗岩材料在动态压应力(单轴和三轴) 作用下的力学特性进行了较系统的实验和理论研究。首先通过实验研究了花岗岩材料的动态断裂特性以及在单轴和三轴动态压应力作用下的强度以及变形特性。结果表明, 花岗岩的动态断裂韧度随加载速率的增加以及加载时间的减小而增加。在单轴情况下, 花岗岩的抗压强度随应变速率的增加而增加, 杨氏模量以及泊松比随应变速率的变化很小。在三轴情况下, 花岗岩的抗压强度也随应变速率的增加而增加, 强度的增加幅度随围压的增加有减小的趋势, 杨氏模量以及泊松比随应变速率的变化不大; 花岗岩的杭压强度随围压的增加明显增加, 在不同的应变速率下具有相同的趋势, 花岗岩的杨氏模量以及泊松比随围压的增加有小幅度的增加趋势。在实验研究的基础上, 应用滑移型裂纹模型对花岗岩材料在压缩应力作用下的力学特性进行了理论研究。在单轴情况下, 采用一组与轴向应力平行的滑移型裂纹系列模拟岩石材料的劈裂破坏模式同时考虑裂纹间的相互作用。根据裂纹的动态扩展准则以及能量平衡理论, 得到了不同应变速率下花岗岩的理论强度值以及应力应变关系, 这些理论结果与实验结果符合得非常好。本部分的研究还表明, 在动载荷作用下, 裂纹的扩展速率以及岩石材料的动态断裂韧度的率相关特性导致岩石材料的单轴抗压强度随应变速率的增加而增加。当应变速率为10- 4～ 100S- 1范围时, 裂纹的扩展速率对岩石材料的破坏影响可以忽略, 岩石材料的抗压强度随应变速率的增加仅仅由于岩石材料的动态断裂韧度的率相关特性造成。在三轴情况下, 用一组与轴向应力成一定夹角的滑移裂纹系列模拟岩石材料的剪切破坏模式, 并根据虚拟力方法得到了该裂纹系列的应力强度因子表达式。根据动态裂纹扩展准则以及能量平衡理论, 也得到了不同围压以及不同应变速率下花岗岩的理论强度值以及应力应变关系。结果表明, 花岗岩的抗压强度以及应力应变关系随应变速率的变化规律与实验结果符合得比较好。模型结果还表明, 由模型得到的强度以及应力应变曲线随围压的变化规律在较低围压时(小于110M Pa) 与实验结果符合得比较好。本项研究在实验研究的基础上, 创新性地从研究岩石内部固有的微裂纹在动载荷作用下的扩展聚合特性入手, 结合细观力学以及动态断裂力学的相关理论, 揭示了花岗岩的率相关特性机理, 初步建立了岩石材料宏观动态力学特性与岩石内部固有的裂纹动态扩展特性的关系以及岩石材料强度与应变速率的关系和率相关的岩石材料本构模型, 构筑了系统研究岩石材料率相关特性的基本框架。     

饱和状态下硬岩三轴流变变形与破裂机制研究

利用岩石全自动流变伺服仪对饱和状态下坚硬大理岩和绿片岩进行了三轴压缩流变试验,基于得到的硬岩三轴流变试验结果,研究了硬岩在不同围压作用下的轴向应变以及侧向应变随时间的变化规律,从而为岩石工程流变数值分析时参数的辨识提供了可靠的试验依据。然后研究了硬岩轴向变形与侧向变形之间的关系,探讨了围压与粒径对岩石轴向以及侧向变形特性的影响规律,分析了岩石三轴流变过程中的塑性变形特性,讨论了流变应力水平对岩石侧向-轴向变形特性的影响规律。最后对不同围压作用下岩石流变破裂断口微细观特征进行了分析。     

单轴压缩条件下花岗岩变形与破坏特征试验研究

为准确得到甘肃北山核废料地质处置区花岗岩围岩强度与变形特征。在MTS815岩石电液伺服机上对花岗岩进行了单轴压缩试验,并对试验结果进行了系统的分析。结果表明:北山花岗岩在单轴压缩条件下形成了平行于轴压方向上的张拉裂纹,而在达到峰值强度后裂纹迅速扩展,并纵向贯通,将岩石分为竖向块体,呈现出脆性破坏特征;将花岗岩石峰前应力应变曲线分为四个阶段,初始压密、弹性变形、裂纹稳定扩展和裂纹非稳定扩展阶段。应用裂纹体积应变模型求得各阶段终止时分别对应岩石的四个特征应力值:起裂应力、弹性应力、损伤应力和峰值应力;依据裂纹体积应变概念,将轴向应变与径向应变分为裂纹应变与弹性应变,提出可以通过比较轴向与径向裂纹应变间的大小来确定其起裂方向。     

不同围压下断续预制裂隙大理岩扩容特性试验研究

基于在伺服试验机上获得的不同围压下断续预制裂隙大理岩体积应变-轴向应变全程曲线,分析了围压对断续预制裂隙大理岩扩容特性的影响规律。结果表明,完整和断续预制裂隙大理岩裂纹损伤阈值随着围压的增加均近似呈线性增大,而且裂纹损伤阈值对围压的敏感性低于峰值强度;同等围压下,粒径较小的中晶大理岩具有较高的裂纹损伤阈值;完整或断续预制裂隙大理岩的长期内摩擦角均显著低于瞬时内摩擦角值,但长期黏聚力的降低幅度与裂隙分布密切相关;完整或断续预制裂隙大理岩的峰值强度越高,相应的裂纹损伤阈值也越大,且两者之间具有较好的线性关系。研究结论对于岩石工程设计和数值分析时断续节理裂隙岩体力学参数选取具有一定的参考价值。     

基于应力–应变曲线的岩石脆性特征定量评价方法

 脆性是岩石的一种重要性质,岩石的许多力学行为都与其脆性有关。总结现有的基于强度、应力–应变曲线、加卸载试验、硬度、矿物成分等脆性指标,并详细分析这些指标在评价岩石脆性时的局限性。为合理、准确评价岩石的脆性程度,提出一种建立在应力–应变曲线峰后应力降的相对大小和绝对速率基础上、能够考虑岩石塑性屈服特性和应力状态影响的新的脆性指标,并开展单轴和三轴压缩实验对新指标进行检验。试验结果表明：水泥砂浆和大理岩脆性程度均随围压增大而减小,相同应力状态下大理岩脆性程度均大于水泥砂浆,这与二者实际脆性程度相符;单轴试验条件下灰岩、大理岩、花岗岩和红砂岩的脆性程度依次减小,破坏时的轴向应变逐渐增大,这与“应变越低脆性程度越大”吻合。试验结果可很好地验证该脆性指标的可靠性,研究成果对丰富和改进现有的岩石脆性特征评价方法具有重要意义。     

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。     

混凝土及砂浆开裂的可能性预测

介绍了一套用于混凝土及砂浆环形试验的试验装置和用于推测处于约束状态下的混凝土及砂浆出现开裂的可能性的数据计算与分析方法。根据混凝土及砂浆试件在开裂时的应力变化率和相应的开裂龄期对开裂的可能性进行合理推测     

中国大陆地壳应力环境基础数据库数据格式与标准

中国大陆地壳应力数据库地应力资料分为 7 大类型,分别为震源机制解、钻孔崩落、水压致裂、应力解除、断层滑动、连续应力应变及其他资料。资料覆盖了中国大陆及周边地区。提出了地应力数据库的数据代码的分类方法、数据质量的划分和数据入库的属性格式标准,并与国际标准基本一致。迄今为止,共收集了 4 700 多条数据,其中震源机制解资料 3 320 条,水压致裂资料 192 条,应力解除资料 340 条,钻孔崩落资料 454 条,断层滑动资料 420 条。此外,还收录了 23 个台站有关地应力相对变化的应力应变观测资料。在收录的数据中,有 4 200多条数据的质量是可信的,其水平主应力的方位标准偏差小于 25°。     

地层结构的应力分区与煤瓦斯突出预测分析

地壳内的各种地质构造现象、地震、矿井动力现象都与岩体应力作用密切相关。要提高预测这些地质构造和动力现象的准确性,从根本上说取决于对构造应和场的研究水平,文中用ＡＮＳＹＳ软件结构静力分析方法,对岩体应力作了分析研究,划分了构造应力区。它对于采矿工程稳定性评价、矿井动力现象预测和预防等方面都有重要意义。     

混凝土浅圆仓门洞周边的应力分布及应力集中

采用有限元法对开有宽 3 0m、高 15m门洞的混凝土浅圆仓进行了分析。分别给出了洞口的大小及洞口周边加强梁柱的大小对仓壁门洞周边的应力分布情况和应力集中系数的影响。     

饱和岩石对平均应力和动载应力振幅的响应

在单轴循环加载实验中不断改变平均应力和正弦波应力振幅的实验条件下,研究饱和砂岩和大理岩的动态响应.研究结果表明,随平均应力增大,弹性模量增大,泊松比先增大后减小,滞回圈面积减小,衰减量减小.平均应力和动载应力振幅同时改变时,对动态响应影响最大;其次是平均应力不变而只改变正弦波应力振幅时,对应变、弹性模量、泊松比和衰减量的影响都很大,比改变平均应力对饱和岩石的动态响应显著得多.对环境介质的腐蚀作用进行探讨.由于水的应力腐蚀作用,饱水砂岩比饱油砂岩的衰减量增长1倍,动态响应很明显.由于大理岩结构致密,孔隙度仅有1%左右,导致砂岩的应力腐蚀作用明显大于大理岩.该研究成果对地震和地质灾害的防治是很有意义的.     

应力空间内主应力和主方向的解析表达式的探讨

在塑性力学中,主应力和主方向是表征材料应力状态的量。在应力张量主值三角函数解的基础上,推导了应力空间内主应力和主方向的通用解析式公式。通过算例的计算结果表明,所推导的公式是正确的,为研究材料的应力状态提供一定的参考。     

深埋长大公路隧道高地应力岩爆和岩溶涌突水问题及对策

对二郎山和华蓥山隧道在建设过程中的高地应力岩爆与岩溶涌突水问题进行了研究，概述了二郎山隧道地应力场，岩爆及围岩变形的监测预报，并对华蓥山隧道岩溶涌突水的特征，原因及对隧道的影响进行了研究：提出了岩爆和涌突水的防治措施，并予以实施。     

砚北煤矿地应力测量及其特征分析

为了弄清华亭矿区砚北煤矿矿井动力现象和巷道剧烈变形破坏的机制与特征，采用空心包体应力解除法，对砚北煤矿进行了地应力测量。结果表明，该区地应力以水平压应力为主，具有明显的构造应力特征，实测最大主应力为14．49～16．88MPa，方向与测点处构造形态基本一致，即基本与煤岩层走向垂直；从应力的绝对值看，该区地应力场属正常偏高情况，而不属于高应力区域，但最大与最小主应力的差值较大(差值为9．85-10．51MPa)。地应力场表现出明显的不均匀性，其大小和方向有较大差异，这是该地区地质环境及演化、地质构造特征和煤岩特征等共同影响的结果。     

大型钢柱、实腹钢梁焊接后扭曲变形与校正工艺

简单介绍了焊接残余应力、焊接变形以及影响焊接应力分布和大小的因素、现阶段防止焊接变形的措施以及火焰矫正法。     

某平面异形的隔震结构抗震分析

云南某中学结构平面凹凸不规则楼板展开长度超过规范规定,为了满足建筑功能要求,建筑物不允许留永久施工缝.结构整体隔震设计时,由于上部结构楼板不连续造成局部薄弱连接板.现行规范中并未对此类结构给出相关设计方法,只能通过增加板厚加强配筋等方式满足建筑要求.通过YJK和ETABS2016两个结构软件对结构楼板设计进行分析计算,...