不同应力路径下灰砂岩力学特性与强度参数研究

基于常规岩石力学试验设备与自行研制的岩石空心圆柱扭剪试验系统,开展灰砂岩直剪试验、常规三轴压缩试验与空心圆柱三轴压缩(内外压相等与内外压不等)试验,研究不同应力路径下岩石的力学特性和强度参数。通过比较常规三轴压缩试验与空心圆柱三轴压缩(内外压相等)试验结果,验证了岩石空心圆柱扭剪试验系统以及采用空心圆柱试样进行试验的可行性,内外压不等的空心圆柱三轴压缩试验可以反映中间主应力对强度参数的影响。通过比较不同类型试验获取的灰砂岩强度参数,认为按D-P准则整理的岩石空心圆柱三轴压缩(内外压不等)试验数据,获取的强度参数能合理地反映应力状态和应力路径的影响。     

结构面剪切过程中声发射特性的试验研究

为研究结构面岩体在压剪荷载作用下的声发射特征和规律,利用水泥砂浆作为模型材料制作具有不同起伏高度的不规则锯齿形结构面,研究不同起伏高度、不同剪切速率和不同法向压力下声发射参数的变化规律和发生机制。试验结果表明:结构面剪切时理想的累积撞击曲线可以划分为平静期、缓慢上升期和急剧上升期3个阶段;随结构面起伏高度的增大,发生宏观剪切破坏时能量率峰值变大、累积撞击数变小;随剪切速率的增大,能量率曲线和撞击率曲线在剪切过程中波动性增强,能量率峰值、撞击率峰值和累积能量随剪切速率的增大有减小的趋势;声发射参数随法向压力变化规律性不强,但随法向压力的增大,破坏时对应的能量率峰值和累积能量有减小的趋势,撞击率峰值和累积撞击数有增大的趋势。研究成果可为声发射技术用于监测和预报现场结构面岩体的静力或动力剪切破坏提供指导。     

深埋隧洞板裂化围岩预应力锚杆锚固效应试验研究及机制分析

 采用高强石膏配制板裂化模型试样,选用铝棒制作预应力锚杆模型,通过一侧约束条件下的单轴压缩试验,研究板裂化模型试样的预应力锚杆锚固效应。试验结果表明：加锚试样的峰值强度、残余强度及弹性模量均有不同程度的提高,试样峰后侧向变形显著减小,且随着预应力值的增大效果更为显著;与无锚试件岩板压折、岩片弹射的失稳破坏现象相比,加锚试件保持了较好的完整性,局部发生岩板断裂、脱落现象;试样变形破坏过程中,锚杆轴向应力变化分为线性缓慢上升期、非线性增长期和急剧上升期3个阶段,锚杆轴向应力的变化规律反映了其自身工作机制及板裂化模型试样变形特征。分析锚固机制认为,预应力锚杆的施加不仅有效降低了预制裂隙尖端拉应力集中程度,体现出抑制裂隙扩展的止裂作用,而且将试样劈裂形成的岩板加固为整体,有效抑制了岩板向临空面的屈曲变形,进而提高了试样的临界失稳荷载值。最后,基于试验结果的认识,提出针对板裂化围岩的“及时支护、区域控制及重点加固”的锚喷支护控制策略。     

动载扰动后花岗岩物理力学特性研究

基于对动载扰动后的大部分岩体在一定时间内恢复原岩应力状态或承受因动载扰动而重新分布应力的认识,利用新提出的静动–静组合加载方式,开展一维动静组合加载前后花岗岩力学、渗透率、波速和声发射等特性的对比性试验,为研究深部工程岩体在动载扰动下物理力学特性的演化规律提供一种新的思路。研究结果表明:(1)动载扰动后,基于超声波速定义的损伤变量随着轴向静压的增加逐渐增大,随频率的增加先减小后增大,最大损伤程度可达16%。(2)岩样气体渗透率及泊松比整体大于未扰动岩样的试验结果,随轴向静压的增加逐渐增大,随频率的增加先减小后增大,对高轴压水平表现出较强的"敏感性"。(3)岩样强度及弹性模量总体小于未扰动岩样的试验结果,随轴向静压的增加逐渐减小,随频率的增加在不同轴压水平下呈现不同的结果。(4)动载后单轴压缩过程中能量释放与未扰动岩样相比缺少能量释放初期及能量释放潜伏期,直接进入了能量释放活跃期,该阶段持续时间延长,且结束时的相对应力及能量释放峰值对应的相对应力存在"滞后现象"。     

不同位置和尺寸的裂隙对岩体破坏影响的试验研究

为研究节理裂隙岩体中节理位置和尺寸对岩体综合抗剪强度的影响,以水泥砂浆作为模型材料,通过在试件的不同位置预制相同长度的节理裂隙和相同位置预制不同长度的节理裂隙,进行不同法向压力下3种具有不同起伏角的节理面剪切试验。试验结果表明:当节理位置和长度一定时其抗剪强度随法向压力增加而增加;对于同一节理裂隙,当其位于试件中间时抗剪强度和黏聚力最小,位于试件后端时抗剪强度和黏聚力最大,位于试件前端时介于两者之间;内摩擦角随节理位置的变化规律不明显;当节理裂隙位置固定时,节理裂隙越长,抗剪强度和黏聚力越低,且抗剪强度随节理长度的增加呈近乎线性的减小。节理位置和尺寸对综合抗剪强度的影响可能由于节理、岩桥的强度参数及岩桥内部损伤劣化程度共同作用所致,现场节理岩体的抗剪强度取值应考虑节理的位置影响。     

低能宽束离子源的研究进展

低能宽束离子源是离子束沉积、刻蚀和表面改性系统的核心部件,综述了考夫曼、射频等离子体、电子回旋共振等离子体、无栅网等四种离子源的等离子体的产生方式,对结构重点进行了分析,并从参数性能上进行了比较.稳定性好、与反应气体兼容的特点使射频和电子回旋共振离子源在低能离子束系统中取得了广泛应用,由于结构简单,束散角大,无栅网离子源目前仅限应用于薄膜沉积和薄膜改性等.     

考虑三维片理效应的板岩巴西劈裂试验研究

含片理板岩在物理力学特性方面表现出明显的各向异性。综合考虑片理角度(?)和加载方向(θ)两个影响因素开展板岩巴西劈裂试验,对片理面的三维结构效应进行深入研究。结果表明:(1)片理面三维结构效应对板岩力学强度和破坏特征有显著影响,不同片理角度条件下巴西劈裂强度随加载方向的变化趋势有明显差异。(2)在片理角度较小或较大的情况下,即0°≤?≤15°或75°≤?≤90°,破坏面的三维空间效应不明显,圆盘正反两面的宏观裂纹具有一定的相似性;当?和θ均位于[30°,60°]内,2种因素的耦合作用使破坏面呈现三维空间分布的特点,圆盘正反两面的宏观裂纹呈现近似反对称的位置关系。(3)板岩在巴西劈裂试验中的储能能力与片理角度呈负相关关系,与巴西劈裂强度呈正相关关系。(4)片理角度对巴西劈裂强度的影响更显著,加载方向对破坏形式的影响更显著。随片理角度增加,巴西劈裂强度和能量的各向异性比均呈现增大的趋势,即各向异性越来越明显。研究成果可为横观各向同性岩石张拉力学特性分析提供参考和试验依据。     

花岗岩脆性破坏特征与机制试验研究

为了研究花岗岩脆性破坏特征和机制,进行不同围压下的三轴压缩试验,并对花岗岩破裂面断口进行电镜扫描测试,分析不同围压下花岗岩断口的微观形貌特征,最后讨论花岗岩脆性破坏机制。试验结果表明:在研究的围压范围内,花岗岩表现为典型的脆性破坏,随围压升高未出现脆–延转换特征;围压作用下除倾斜剪切破坏面外,还有"Y"型破坏形态;峰值前有无塑性变形产生以及发生塑性变形的范围和程度是决定花岗岩发生脆性破坏的主要原因,而岩石矿物成分和微观结构的差异性是其内在机制;峰值后应力降的大小和速度是花岗岩脆性破坏程度的外在表现,宏观裂纹的贯通速度决定峰值后应力降大小,岩体内积聚的能量大小是造成裂纹贯通速率快慢差异的内在因素,宏观断裂面是否完全贯通是应力降大小的决定因素。     

大理岩剪切裂隙渗流特性

针对高水头抽水蓄能电站、高坝枢纽工程和深埋隧洞工程的建设和运行中,由于高水压造成的突涌水及岩体失稳问题,以大理岩为例,研究了大理岩剪切裂隙渗流规律.试验结果表明:径向渗流试验中,渗流过程符合达西定律,水头压力与流量呈线性关系;裂隙面中局部张拉破坏的特征对渗流起到了阻碍作用;法向力对裂隙渗流的影响显著,在法向应力从14 MPa升至19 MPa过程中,渗流通道随法向力的增加出现了闭合现象,裂隙中形成了大面积死水区,渗流特性表现出突变.     

结构面剪切破坏特性及其在滑移型岩爆研究中的应用

 从锦屏二级水电站深埋隧洞施工中发现结构面的剪切滑移可能诱发极强岩爆,因此为研究结构面对滑移型岩爆的控制机制,利用水泥砂浆作为模型材料制作了3种不同起伏高度的不规则锯齿形结构面并进行了直剪试验,研究了不同起伏高度、剪切速率和法向压力下的结构面的强度特征和破坏机制,并对现场的滑移型岩爆进行了初步的机制分析。研究结果表明,每种起伏高度的结构面的峰值抗剪强度和残余强度均随法向压力增大而增大;随着起伏高度的增加,结构面的抗剪强度、内摩擦角逐渐增加;随着剪切速率增加结构面抗剪强度具有先增加后减小的趋势;不同工况下结构面的破坏机制可归纳为锯齿的滑移错断机制、结构面上下盘的拉伸断裂机制和上盘前端下盘后端的冲击断裂机制,结构面的起伏高度越大、法向应力越高,冲击断裂的规模越大;现场结构面的应力集中程度、结构面面壁凸台的尺寸、强度和位置等决定了滑移型岩爆发生的等级、爆坑深度。