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。     

基于三维多晶离散元柱状节理岩体压缩特性研究

柱状节理玄武岩在强度和变形模量方面表现出高度的各向异性特征,明确其物理力学特性对工程安全具有重要意义。针对柱状节理岩体自然结构特征,建立包含柱间节理和柱内隐节理双重节理网络的三维Voronoi多面体离散元模型(三维多晶离散元模型);应用该模型探究单轴条件下柱状节理岩体的力学特性及破坏模式;进而开展特定倾角岩体在三向应力条件下的压缩破坏模拟。研究结果表明：数值模拟结果与试验结果吻合度较高,试样表现出3种典型破坏模式;三向应力条件下,应力–应变曲线具有较为明显的阶段性和各向异性,体积应变εV表现出扩容现象。当ε3方向卸荷后,柱状节理岩体的峰值强度及相应弹性应变量大幅减小,试样的脆性指数大幅增加,破坏模式呈现由卸荷面向中心延伸的脆性破坏,且在能量演化上表现为耗散能占比增加;微裂纹的演化过程反映出柱状节理岩体的劣化过程呈现渐进破坏特征,且中主应力对柱间节理面的滑移破坏有促进作用。     

基于SEM的大理岩单轴受压全过程细观损伤量化研究

设计基于SEM的大理岩细观损伤全程数字化跟踪试验方案,对四川锦屏大理岩试样进行了单轴压缩细观损伤的全程试验。基于数字图像处理技术,对微裂纹的萌生、生长及贯通过程进行定量分析,提取试样在受荷过程中微裂纹的面积、方位角、长度等基本几何数据。然后利用统计学理论对获取到的32组试样微裂纹的损伤全过程的细观信息进行了统计分析,得到在单轴压缩过程中大理岩试样微裂纹的方位角、长度和间距服从变参数的广义极限分布这一结论。     

地下巷道锚喷支护结构的可靠性分析

对于采用锚喷支护的岩石巷道，依据弹塑性小变形理论，提出应对支护结构进行概率极限状态优化，利用蒙特卡络方法，建立了巷道围岩稳定，锚喷支护结构的可靠性计算公式，从而为巷道围岩稳定性评估，支护设计提供可靠的理论依据。     

空洞裂隙对岩体强度影响的损伤力学分析

综合运用损伤力学理论与统计分析方法,结合岩石Mohr-Coulomb屈服破坏准则,建立岩石抗压强度与损伤因子之间的关系,进一步探讨岩石孔隙率对岩石抗压强度影响的理论关系.从砂岩试样抗压试验结果看,理论公式是可靠的.     

地下水位升降对红山窑水利工程膨胀砂岩地基变形的影响

通过对南京红山窑水利工程膨胀砂岩胀缩变形的现场试验研究,得到了试样在不同荷载作用下胀缩变形随时间的变化曲线以及地下水位升降对膨胀砂岩地基变形影响的一些基本规律,从而为确定红山窑水利枢纽工程地基处理方案提供理论依据。研究结果表明:地下水位升降对膨胀砂岩地基变形所以有着强烈的影响,其根本原因是含水量的变化。膨胀砂岩的胀缩变形与试样初始含水量及其含水量的变化密切相关,上部垂直压力的大小对膨胀砂岩的胀缩变形也有着强烈的影响。     

耐碱玻璃纤维混凝土复合弹性模量本构模型及其试验

为研究耐碱玻璃纤维掺量对混凝土弹性模量理论值的影响,基于复合材料理论和力学平衡方程,对弹性模量理论本构方程进行推导,提出单轴拉伸下耐碱玻璃纤维混凝土弹性模量表达式,采用室内单轴拉伸试验,进行0.5％、1.0％、1.5％等不同纤维含量混凝土试验,得到应力-应变试验曲线.对弹性模量理论值与试验曲线所得值进行分析,并拟合验证.结果 表明,理论曲线和实验数据拟合性较好,拟合相关系数均达到了0.95以上.因此,所构建的本构方程能够揭示耐碱玻璃纤维混凝土材料宏观应力-应变曲线变化规律,为实际混凝土工程计算提供理论支撑.     

红山窑船闸红砂岩初始损伤细观特性量化研究

为了研究红砂岩的初始损伤效应,对红砂岩进行细观损伤单轴压缩试验,同步多方位观测细观裂纹演化过程,利用数字图像相关技术处理不同含水率下红砂岩试样动态变形过程中灰度分布图,得到孔隙面积比、应变以及含水率之间的相互关系;探讨孔隙面积比与损伤变量之间的联系,进而推导了红砂岩损伤变量随含水率变化的计算公式,定量评价不同含水率下红砂岩的初始损伤程度.结果表明:红砂岩初始损伤效应显著,且随含水率的增大初始损伤呈对数增长,在研究岩体损伤特征时应当充分考虑初始损伤效应.     

岩石变形劣化全过程细观试验与细观损伤力学模型研究

 采用细观试验探究岩石变形劣化全过程是了解岩石变形破坏机制的重要手段。选取四川锦屏二级水电站深埋(2 525 m)隧洞围岩(大理岩),利用岩石变形破坏全过程细观力学试验系统,进行大理岩试样单轴压缩变形破坏全程的数字化试验,在SEM图像数字化处理基础上,对微裂隙的萌生、扩展及贯通过程进行数字化定量分析,统计试样在受压过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据。利用内变量热力学理论和摩擦弯折裂纹模型,分析微裂纹不同阶段的演化规律,建立微裂纹引起的非弹性应变与应力之间的定量关系,得到大理岩应力–应变关系计算曲线,并与试验结果对比,验证了本文理论模型的可靠性,从试验和理论两方面探究岩石试样单轴压缩过程中的破坏机制。     

岩石非线性蠕变损伤模型的研究

在非线性黏弹塑性流变模型的基础上,根据时效损伤和损伤加速门槛值的特点,建立了非线性蠕变损伤模型,并通过对锦屏二级水电站深埋长大引水隧洞板岩剪切流变试验验证了模型的正确性。研究表明,这种非线性蠕变损伤模型,不但能很好地反映岩石蠕变全过程,而且,也能合理地描述不同应力下板岩的初始蠕变损伤、稳态蠕变损伤和加速蠕变损伤。