深部试验隧洞围岩脆性破坏及数值模拟

围岩破坏模式和机制的深入认识和把握、围岩破坏程度的合理评价对于深部地下工程围岩稳定性的分析和调控至关重要。锦屏二级水电站深部地下试验隧洞即为针对该问题而建设的国际上埋深最大(2500m)的地下试验隧洞之一。通过大理岩室内试验结果的分析,深入研究和认识大理岩基本工程力学特性。基于此,分析试验洞开挖后围岩的破坏模式和机制,应用脆性岩体本构模型(RDM)、数值模拟方法和FAI评价方法分析开挖后围岩脆性破坏的范围和深度,并与现场揭露情况进行对比。分析结果较好地体现高应力条件下大理岩的脆性破坏特征,达到对围岩破坏程度合理把握的目的,为引水隧洞开挖期间支护参数的设计和施工处理措施的制定奠定坚实的基础。

花岗岩隧道脆性破坏的温度效应研究

目前深埋硬岩隧道的岩爆等脆性破坏研究还较少考虑到温度的作用效应。采用精细网格数值模型,提出热-脆性-精细力学计算方法,应用能反映高地应力下硬岩脆性破坏特点的岩体劣化模型,结合能量计算指标,开展了不同温度作用下隧道硬岩脆性破坏的热力耦合分析。以瑞典APSE花岗岩隧洞岩柱为例,进行不同地温下隧道破坏区、能量释放值和应力指标的定量化对比研究。研究结果表明,隧道地温的增加将使岩体产生附加温度应力,进而增大其脆性破坏程度,计算结果与隧道现场的破坏规律基本一致。热-脆性-精细力学计算能合理描述硬岩的损伤和渐进破坏过程,计算结果较好地揭示了花岗岩等硬岩深埋隧道脆性破坏的温度作用效应,对于高应力、高地温下深部工程的稳定性评价具有指导意义。

地下洞室围岩脆性破坏时的应力特征研究

在高应力作用下,岩爆、钻孔崩落、片帮都是地下空间硬脆围岩中常见的破坏现象,这三类现象本质上均可归于完整岩体的脆性破坏,它们分别反映了高应力作用下完整岩体不同的破坏程度。通过对前人关于岩爆判据、钻孔崩落判据和片帮应力强度比判据研究成果的类比分析可知,这些脆性破坏现象在破坏时具备相同的应力背景条件。脆性破坏的应力条件可以用地下空间周边切向最大应力与岩石单轴抗压强度之比(σθmax/σci)或者工程区最大主应力与岩石单轴抗压强度之比(σ1/σci)来描述,两种指标本质上反映了相同的应力背景条件。对于σθmax/σci,σθmax/σci=0.4±0.1是发生脆性破坏的应力临界条件;对于σ1/σci,σ1/σci=0.15±0.05是发生脆性破坏的应力临界条件。大量的工程实例和基于Hoek-Brown强度准则的力学分析也证明了这一背景条件的正确性。这里两种指标都取了一个范围,主要是由于不同的岩体分级、岩性和工程地质条件会对指标的界定产生较为显著的影响。

开放型岩桥裂纹贯通机理及脆性破坏特征研究

端部开裂的裂隙岩体内部岩桥贯通是导致岩体突发失稳破坏的主要原因,脆性破坏特征明显。利用声发射仪和岩石力学刚性试验机,对不同长度开放岩桥开展单轴压缩试验,结合高速摄像机记录信息,分析了开放岩桥裂纹起裂、扩展、贯通规律及脆性破坏过程力学特性和声发射特征,并通过三维断裂力学理论揭示了开放岩桥裂纹起裂扩展贯通机理。研究结果表明:与闭合裂纹相比,开放裂纹岩桥主裂纹从下部预制裂纹内尖端起裂,往上部拐折扩展贯通岩桥和上端面,贯通过程岩桥发生逐次多级破坏,次裂纹主要沿主裂纹拐折处起裂扩展贯通岩桥及下端面;应力曲线表现出峰前"波动上升"和峰后"滞留–突降"特征,声发射参数"多峰值"现象明显,阶段性和突发性特征突出;同时,三维理论分析表明裂纹起始扩展方向与岩桥长度无关,沿最大压应力方向扩展。研究所得开放岩桥裂纹扩展贯通特征可为裂隙岩体突发失稳破坏过程提供理论依据。

钢结构脆性破坏浅析

结合工程事故,分析了钢结构脆性破坏的形式特征、影响因素,并针对工程实际中存在的隐患,提出防止钢结构脆性破坏的措施.

单轴压缩下混合片麻岩脆性破坏特征分析

岩石单轴压缩变形试验是地下工程勘察中的基本力学试验。本文根据混合片麻岩单轴压缩变形试验的峰前应力—应变曲线,把其破坏过程分为裂纹闭合阶段、线弹性变形阶段、裂纹稳定扩展阶段和裂纹非稳定扩展阶段,并采用滑点回归分析技术得到了混合片麻岩各阶段裂纹临界应力值,即:裂纹闭合应力为23MPa,裂纹起裂应力为45MPa,裂纹损伤应力为86MPa,最后进行了单轴压缩下混合片麻岩脆性破坏过程细观模拟分析,为工程支护设计和围岩破坏机理分析提供参考。

含裂纹与孔洞缺陷介质的脆性破坏行为

在经典的断裂力学理论中,有关裂纹扩展的研究只涉及裂纹尖端引起应力集中所导致的裂纹扩展问题,不仅不能用于研究非均质介质中的裂纹扩展,也难以考虑多裂纹扩展中的相互作用过程。然而,对于岩石、混凝土等非均匀脆性介质而言,缺陷并不仅仅是以尖锐裂隙的形式出现,它也可能是孔洞或其它弱介质缺陷。裂纹的不规则扩展和缺陷之间的相互作用是非均匀脆性材料破坏的主要形式。因此,开展含裂纹和孔洞缺陷介质破坏行为的研究,是当今固体力学,特别是岩石力学研究的重要课题之一,具有重要的学术和工程意义。 本文首先基于缺陷的纵横比,给出了裂纹与孔洞缺陷的基本概念和相应的定义,并对其按几何形状、赋存条件等进行了分类;同时结合本研究的实验材料,解释了裂纹与孔洞缺陷对弹性性质和闭合压力的影响,探讨了裂纹与孔洞缺陷的尺度效应。 在此基础上,通过物理试验和数值试验,对含不同分布、不同角度、不同尺度的裂纹和孔洞缺陷试样的破坏行为进行了较为系统的研究。通过自行设计研制的试验系统,对160多个香港花岗岩和类砂岩脆性介质试样进行了单轴和双轴加载试验。观察记录了试样中的裂纹扩展、贯通全过程以及整个加载过程中载荷-位移曲线。同时。

基于非线性黏弹性理论的含缺陷PE管的脆性破坏

现阶段聚乙烯管道脆性破坏失效研究,多采用线弹性断裂力学理论进行分析,鲜有考虑管材非线性黏弹性力学行为。针对这一问题,基于非线性黏弹性理论,将材料黏弹性参数用Prony级数表示,在适当假设简化下推导了变载荷含缺陷黏弹性体能量释放率的一般表达式。结合含轴向表面裂纹PE管的脆性破坏工程案例,给出其理论模型及相应计算结果,为研究PE管道脆性断裂现象提供理论依据。

基于CT扫描的致密砂岩脆性破坏裂纹扩展规律研究

岩石在荷载作用下产生宏观破坏,其破裂面细观形态变化可以直接地反映出结构破坏特征。目前,常采用扫描电镜法、透镜法和CT扫描技术对岩石细观结构进行表征。运用CT扫描技术对典型脆性岩样单轴压缩破坏后破裂面及全断面进行扫描,获取全断面的细观形态,分析和总结了典型脆性岩样破坏细观裂纹扩展的发展规律:每一条独立裂纹都以一恒定曲率半径系数K随层位向试样内部扩展,直至裂纹曲率半径趋近于无穷。此时若无其他因素影响,其曲率半径则不会再随层位继续扩展;并通过分析定义出岩石脆性破坏状态时裂纹的聚集域和非聚集域,同时根据能量守恒定律得出了衍生裂纹及新次生裂纹产生的判据。

基于两种数值模拟方法的围岩脆性破坏特征对比分析

围岩脆性破坏是一种常见的破坏形式。不同数值方法模拟的结果往往不同。因此,有必要研究不同方法对于模拟围岩脆性破坏特征的适用性。首先,在连续方法中,推导了改进应力跌落模型中残余应力的计算公式,解除了传统应力跌落模型中强度参数变化量的关联性,并通过模拟单轴压缩试验进行了验证。然后,采用连续方法(方法 1)及连续-非连续方法(方法 2)模拟了静水压力条件下圆形隧道围岩脆性破坏特征。最后,以太平驿隧道为工程背景,采用两种方法模拟了非静水压力条件下围岩的脆性破坏特征。研究发现,在静水压力条件下,采用两种方法均可获得与现场观测或室内试验类似的结果,但采用方法 1获得的破坏区范围更大。在非静水压力条件下,虽然方法 1的结果与太平驿隧道围岩脆性破坏的现场观测结果有相似之处,但方法 2的结果与现场观测结果更为接近。上述结果可能是由于在方法 1中,围岩破坏后仍为连续介质,有利于岩块之间的应力传递,从而利于破坏区的发展;在方法 2中,围岩开裂后转变为非连续介质,接触力和摩擦力反映了岩块之间的相互作用,消耗了系统能量,从而限制了开裂区的发展。

钢结构脆性破坏事故分析

钢结构脆性破坏事故分析王元清（清华大学土木工程系１０００８４）钢结构的破坏通常可分为塑性和脆性两种形式。其中脆性破坏是结构极限状态中最危险的破坏形式之一，这主要由于它的发生往往很突然、没有明显的塑性变形，而且构件破坏时的承载能力很低，带来的损失也十分...

钢结构构件在高应力集中区脆性破坏倾向性

含高应力集中钢结构构件的厚度是影响其发生脆性破坏的一个重要因素，它的影响是和其应力集中区的复杂应力状态相联系的。本文介绍含缺口的受拉钢构件应力应变关系在不同厚度和缺口曲率半径情况下的变化及其对构件发生脆性破坏可能性的影响。

岩体脆性破坏的破坏准则及对Druker－Prager准则修正的探讨

本文基于对Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则的几种不同表述形式，从其主应力空间的曲面形状提出了对Ｄｒｕｋ－ｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ条件的修正，并推导了与修正的Ｄｒｕｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ条件相关联的岩体本构模型，对推动岩石力学理论研究及应用具有重要意义。

冻土脆性破坏统计理论及尺寸效应

在一定条件下,冻土具有明显的弹性属性,可以把冻土近似为线弹性材料,且属脆性破坏。基于这一考虑,应用Weibull脆性破坏统计理论,讨论了冻土破坏强度的统计特性及断裂韧度(K_(IC))的尺寸效应,通过试验,获得了冻结粉质壤土的K_(IC)尺寸效应系数,这样便可用室内小尺寸试件求得的断裂韧度去理论预测大比尺冻土的断裂韧度,应用试验测定的尺寸效应系数进行理论预测,与实测结果相比较,二者符合得很好。

钢框架梁柱节点脆性破坏的分析与改进

对钢框架焊接节点发生脆性破坏的原因进行了分析,综合国内外研究成果提出了节点构造改进方法,从而有效地增加结构的耗能能力和延性,抗震性能大为改善。

小偏压柱脆性破坏机理研究

考虑试验机刚度的影响，建立了钢筋混凝土柱以脆性形式破坏的判别式，阐明了受压柱的脆性破坏对加载系统所产生的效应。这一效应可能会对近年来多次发生过的建筑物突然倒塌现象的内在机制作出正确描述。

对钢结构脆性破坏的认识

历史上,钢结构的脆性破坏屡有发生,尤其是在焊接结构大量取代铆接结构的过程中,脆断发生频率高。文章对钢结构脆性破坏的破坏形式、破坏特征及破坏原因进行了描述,并提出了防止钢结构脆性破坏的一些措施。

不发生脆性破坏的钢筋砼梁跨高比限值

本文对钢筋砼梁高比限值进行分析，提出了不发生脆性破坏时跨高比限值的计算公式，并给出相应的设计实例。

应用CT技术研究砂岩脆性破坏裂纹扩展规律

本文以致密砂岩为研究对象,先对其进行单轴压缩,后应用CT技术对发生脆性破坏后的试件进行扫描,通过分析扫描图像得到其裂纹的扩展规律。研究表明,每一条独立裂纹都以一恒定曲率系数K随层位向试样内部扩散,直至裂纹曲率趋近于无穷。当裂纹扩展达到稳态,若无其他因素影响,则不会再随层位继续扩展。通过分析,定义出岩石脆性破坏状态时的裂纹聚集域和裂纹非聚集域。同时,根据能量守恒定律,得出了衍生裂纹及新次生裂纹产生的判据。

加载方向对海冰脆性破坏时单轴压缩强度的影响

对渤海的柱状海冰开展了系统的现场单轴压缩试验。在试验过程中,分别采用垂直于(水平加载)/平行于(竖直加载)冰晶的两种加载方向。同时,通过改变加载速率的方式研究了应变速率对压缩强度的影响。在测试结果中,结合试样的应变、应力以及裂纹特征分析了脆性破坏模式下海冰单轴压缩强度特征。试验结果表明:平行于冰晶方向的加载强度约为垂直于冰晶方向强度的3倍,并且两种加载方向的海冰单轴压缩强度均随加载速率的提高而降低。破坏模式的分析表明:脆性破坏主要由裂纹的发展所主导。随着加载速率的提高,海冰的破坏过程由单次破碎向多次破碎转变从而弱化了压缩强度。由于裂纹更容易在晶界处发展,不同加载方向下的裂纹特征以及最终的破坏模式有所区别。水平加载下的破坏模式以剪切形式为主,而竖直加载时主要发生柱状冰晶的屈曲破坏。屈曲破坏更容易发生在冰晶内部而表现出较高的压缩强度,因此竖直压缩强度更高。