岩石材料真实断裂参数确定及断裂破坏预测方法

现有岩石材料断裂参数的测试方法不统一,测试结果存在尺寸效应;另一方面,即使给出材料参数,对应的岩石材料断裂破坏预测全曲线也尚未能建立。基于边界效应基本理论,研究岩石真实材料参数(断裂韧度及强度)的确定,及由确定的材料参数预测结构断裂破坏这2个拟解决而尚未圆满解决的关键科学问题。考虑岩石颗粒大小对断裂破坏的重要影响,在修正的边界效应计算模型中,引入岩石平均颗粒尺寸,进而实现由处于准脆性断裂状态下的小尺寸岩石试件,确定岩石无尺寸效应材料参数的目的。基于确定的材料参数(断裂韧度与拉伸强度),建立可描述塑性–准脆性–脆性特性的完整的岩石材料破坏预测曲线;分别考虑和忽略虚拟裂缝扩展影响,确定出满足线弹性断裂力学条件下的理论最小岩石试件尺寸。通过几何相似试件、非几何相似试件、几何相似与非几何相似试件组合的试验验证,证明了所建立理论与模型适用于岩石材料的真实断裂参数确定以及断裂破坏预测的分析。     

由小尺寸试件确定混凝土的断裂韧度与拉伸强度

该文利用骨料最大粒径d_max=10 mm,试件高度W依次为60 mm、80 mm、100 mm、140 mm、160 mm,厚度B=40 mm的小尺寸三点弯曲梁试件,来确定无尺寸效应的混凝土断裂韧度K_IC与拉伸强度f_t。区别于现有尺寸效应模型关注于"绝对尺寸W",该文提出"相对尺寸W/d_max"的概念,分析了骨料颗粒对有限尺寸试件断裂破坏的影响机理,进而将骨料最大粒径d_max与离散度参数β引入修正的边界效应模型的解析表达式中,发展建立了离散颗粒断裂模型,进而给出了由实验室条件下小尺寸试件（W=60 mm~160 mm和B=40 mm）的峰值荷载P_max同时确定混凝土材料参数-K_IC和f_t的实用方法。进而分析了不同试件组合和不同峰值荷载时裂缝扩展量取值对材料参数确定的影响规律,建立了混凝土材料破坏的完整曲线,给出了满足线弹性断裂力学条件的混凝土试件理论最小尺寸,并基于确定的材料参数对各试件的峰值荷载进行了成功预测。。     

软土路基加固设计中几个关键问题的处理

以海南东环线建设过程中软土路基加固工程为背景,从工程建设的实际情况出发,考虑理论计算的实用性和可靠性,深入解决了软土加固设计中附加土压力的计算、地基受压层深度的确定两个关键问题,并详尽探讨和改进了现行CFG桩设计中,复合地基的沉降和承载力计算两个方面的计算方法.     

节理岩体裂隙扩展过程一种新改进的弹脆性模拟方法及应用

 通过改进原有的FLAC3D本构关系为弹脆性本构,并采用超细单元划分法,模拟和研究双裂隙岩石试件在单轴、双轴加载作用下的破坏过程。数值计算结果与前人试验所得到的相应结果具有良好的一致性。用此方法还模拟了4条2组不同倾向裂隙的破裂过程和椭圆形三维单裂隙的扩展过程,且三维数值模拟结果与前人试验也有很好一致性。最后,将该模型引入到某边坡开挖工程的裂隙扩展过程研究和稳定性分析中,取得较好效果。     

岩石中三维单裂隙扩展过程的试验研究和数值模拟

采用一种新型的透明性和脆性度良好的非饱和树脂材料,制作了一组含有不同倾角椭圆形三维内置单裂隙的试样。研究了单轴压缩条件下单裂隙的扩展与贯通过程,分析探讨其产生的条件和机理。试验结果表明：三维单裂隙试件破坏过程大致经历4个阶段。三维单裂隙的断裂比二维断裂复杂得多,产生多种不同形态的裂纹,如鱼鳍状裂纹、花瓣形裂纹等。在FLAC 3D软件框架内还建立了一种新的弹脆性破坏本构关系和分析法,并采用超细单元划分法建模,用以模拟三维裂隙扩展。数值模拟结果与本文和前人的三维裂隙试验对照,相符程度均良好,表明了新的数值模拟方法的有效性。当推广到双轴压缩试验模拟时,也与前人相关试验结果有很好的一致性。     

内水压下含中空裂隙新型材料的压裂试验及数值模拟研究

最新研制了一种完全透明、-10~ -15℃下拉压强度比达1/6.6的树脂材料,其与岩石特性的相似程度比前人有大幅提高。制作了内置单裂隙试件,所含裂隙为中空张开型。通过采用自主设计的注水设备和低温加载装置,开展了固定水压作用下,水压分别为2MPa、4MPa时的单轴压缩试验和水压2MPa时的双轴压缩试验。详细描述了试件的次生裂纹形态和裂隙扩展过程,分析其产生的条件与机制,对比了有水与无水条件下试件破裂规律的异同,并采用FLAC3D开展数值模拟研究。在FLAC3D自带均质流体模型基础上,引入改进的弹脆性本构模型,对损伤单元的力学参数和渗透系数进行二次定义,计算结果与文中试验相符程度良好,表明了新数值模拟方法的有效性,可以很好反映水压作用下裂隙岩体强度和稳定性的变化特征。