泥岩试件改性前后拉破坏实验研究

为了研究泥岩在拉应力作用下的变形破坏过程,采用巴西劈裂实验和白光数字散斑相关方法,对泥岩在拉应力作用下的破坏过程进行观测,利用水泥对泥岩进行改性,研究了改性泥岩拉破坏过程的变化规律,并从微观角度分析了改性前后泥岩的拉破坏过程。结果表明:(1)改性后的泥岩试件,经过24 h养护,抗拉强度随水泥含量的增加以线性趋势增加。(2)改性前,拉应力较小时,泥岩内部形成局部变形区;随着拉应力的逐渐增加,局部变形区的面积逐渐增加,相邻的局部变形区相互合并,形成更大的局部变形区;载荷为峰值载荷的58.2%时,局部变形区演化成应变局部化带;最终应变局部化带发展成宏观裂纹,试件发生破坏。(3)水泥改性泥岩时,泥岩中聚集体间孔隙大部分被填充,抗拉强度提高。(4)水泥改性泥岩后,随着水泥含量的增加,局部变形区演化成应变局部化带的位置逐渐向峰值载荷移动。(5)水泥提高了泥岩的胶结程度,拉应力超过抗拉强度时,弹性能短时间内释放出来,使宏观裂纹迅速扩展。

地震边坡超低摩擦效应启滑机理分析

为研究地震作用下含结构面边坡的超低摩擦效应及启滑机制,将含单一结构面边坡简化为等效质量-粘弹性模型,采用理论分析与数值模拟相结合,以结构面法向应力状态及滑体与基岩的相对法向速度和位移为研究对象,得到了地震作用下基岩-滑体相对法向速度和位移以及结构面法向应力变化规律,揭示了含单一结构面边坡系统超低摩擦效应的实质。结果表明:地震载荷的波动造成滑体与基岩法向相对位移正负交替,结构面法向动应力正负变换,当结构面法向动应力为负时,系统出现超低摩擦效应,坡体发生累进性变形破坏。

玄武岩纤维增强水泥砂浆的拉破坏试验研究

为了研究玄武岩纤维(BF)增强水泥砂浆在拉应力作用下的变形破坏过程,利用巴西劈裂试验和数字散斑相关方法,研究了BF增强水泥砂浆在拉破坏过程中变形场的演化。结果表明:(1)BF含量相同时,试件的抗拉强度随养护时间的增加先增加后减小;(2)养护时间相同时,抗拉强度随玄武岩含量的增加先增加后减小;(3)当拉应力较小时,试件内部存在局部小变形区;拉应力增加,局部小变形区面积增加,相邻的局部变形区相互合并,形成更大的局部变形区;局部大变形区相互合并形成应变局部化带;最终应变局部化带发展成宏观裂纹;(4)相同养护时间,BF含量小于0.1%时,BF含量增加,应变局部化带的形成位置逐渐向峰值载荷移动;(5)BF提高了水泥砂浆颗粒间的连接强度,使抗拉强度提高;试件破坏时,硅酸盐化合物先破坏,BF后破坏。

动力弹射型岩爆发生机理及反馈机制

为研究动力弹射型岩爆发生机理和破坏特征,结合岩爆现场实录资料及理论分析,建立模拟动力弹射型岩爆的变截面杆模型,提出系统相对稳定度的概念,并分析了影响系统相对稳定度的参数,建立岩爆体应变率的反馈环,最后实验模拟了岩爆过程.结果表明,岩爆是由于隧洞围岩局部应力集中造成的,弹性体与岩爆体体积比、弹性体弹性模量与岩爆体软化系数之比均与系统相对稳定度呈负相关,岩爆发生的过程是一个正反馈调节的过程,在岩爆发生前,弹性体与岩爆体应变能持续累积,岩爆发生时瞬时释放,造成碎块弹射.分析结论与实验结果为研究动力弹射型岩爆的发生机制提供了参考.

水泥改性泥岩受压破坏的变形场演化规律研究

为了研究硅酸盐水泥改性泥岩的受压破坏过程,利用普通硅酸盐水泥对重塑泥岩试件进行改性处理,通过变形场测试系统观测了改性前后泥岩在单轴压缩过程中变形场的演化过程。研究结果表明:改性后重塑试件,载荷较小时,试件表面发生应力集中;载荷增加,局部变形区的面积增加,并且相邻的局部变形区相互合并形成应变局部化带;加载曲线上载荷接近峰值时,应变局部化带演变成宏观裂纹;随后,宏观裂纹扩展导致试样发生破坏;含水量为30%的泥岩,改性前发生剪胀破坏,以5%硅酸盐水泥改性后发生劈裂破坏。

不同粒径砂粒水泥胶结体物理力学性质研究

为研究颗粒大小对砂粒胶结体物理力学性质的影响,采用宏细观相结合的试验手段,利用激光共焦显微镜对不同粒径砂粒松散体进行了细观观测,结合数字散斑相关方法(DSCM)与破碎体统计方法对不同粒径砂粒水泥胶结体单轴压缩下的力学性质及破坏形态进行了分析,基于微观试验结果提出了多边形胶结颗粒接触模型。结果表明:当砂粒粒径≥30目时砂粒之间面接触与点接触共存,当砂粒粒径≤40目时砂粒之间以点接触为主;不同粒径砂粒水泥胶结体的峰值载荷及弹性模量均随粒径的减小而减小;砂粒粒径较大的胶结体碎块以板状与柱状为主,砂粒粒径较小的胶结体碎块以柱状和块状为主;提出的多边形胶结颗粒接触模型较好地解释试件力学参数随砂粒粒径的变化规律,为离散元数值模拟提供参考。

地震载荷作用下岩质边坡应力状态调整与破坏规律分析

地震载荷导致岩质边坡内部应力状态调整,引发溃崩、抛射等多种破坏形式。通过对静态与地震载荷作用下岩质边坡内部单元体及结构面应力状态分析,研究了边坡内部应力状态调整规律。以岩石抗拉强度准则和摩尔-库伦强度准则为判据,推导出用于描述完整岩石和含结构面岩体破坏规律的公式。结合地震动力学理论,得到了边坡在地震作用下坡肩拉破坏与坡脚剪破坏的破坏机制,讨论了含结构面边坡的启滑条件与动态滑移过程。地震载荷施加于单元体上的附加应力正负交替,主平面轴动态旋转,边坡不同部位岩体出现拉、压不同的应力状态,破坏形式具有成层性,地震载荷扩大了诱发滑坡的结构面倾角范围。实例分析表明,应力状态分析方法能较好地反映边坡震害演化过程,为边坡震害分析与防治提供新思路。

采场老顶岩梁破断过程

为研究采场老顶岩梁破断过程,将初始来压前后的采场老顶岩梁简化为固支岩梁与悬臂岩梁.采用花岗岩作为试验材料对采场初始来压和周期来压的老顶岩梁进行了试验模拟,结合自主研发的基于拉张破坏准则的有限元开裂包对岩梁破断进行了数值分析.结果表明:固支岩梁在均布载荷下,破坏过程分为两个阶段:裂纹首先在端部萌生阶段和岩梁中间区域裂纹萌生阶段;固支岩梁端部裂纹的扩展方向与岩梁的高度和长度比值有关,而中部裂纹扩展方向始终垂直于轴线方向;悬臂岩梁的裂纹只产生在端部,裂纹的扩展方向与岩梁的长度和高度的比值有关;随着固支岩梁的裂纹逐渐扩展,岩梁的固支部分减少,不平衡力增加,岩梁的裂纹扩展速度加快.

露天矿边坡工程系统演化过程

露天矿边坡工程系统演化过程中,常会发生崩塌、滑坡及大变形等灾害。在分析边坡工程系统特征的基础上,分析了边坡工程系统的结构、边界、环境;阐述了边坡工程系统的演化过程及其演化特征;提出了边坡工程系统的演化控制变量及灾害控制思路。

花岗岩单轴压缩侧向变形及脆性破坏机制实验研究

为研究花岗岩侧向变形及脆性破坏机制,对花岗岩试件进行单轴压缩实验。利用动态应变采集系统、数字散斑相关方法(DSCM)和显微观测手段,记录并分析花岗岩试件在单轴压缩过程中的宏观侧向应变、局部侧向应变以及破裂面形貌,并与水泥砂浆试件的破坏过程对比,讨论了花岗岩脆性破坏机制。实验与分析结果表明:(1)花岗岩试件在加载初期发生侧向收缩变形,产生并发展于压密阶段,消失于线弹性阶段初期,这主要由于试件内部裂纹闭合造成的;此后,宏观侧向应变持续增长,当侧向应变与轴向应变之比接近0.5时试件破坏;(2)在峰值载荷前很长一段时间内,局部侧向应变在一定范围内波动,临近试件破坏时局部侧向应变最大值和最小值均出现较大幅度的波动,二者差值迅速增大,试件不均匀程度增大,最终导致试件破坏;(3)在峰值载荷前有无塑性屈服阶段是峰值载荷后脆性破坏程度的重要影响因素,而宏观裂纹的贯通程度是峰值载荷后应力降大小的决定因素。

巴西圆盘泥岩试件裂纹扩展及应变演化实验研究

为了研究准静态加载条件下岩石试件巴西劈裂裂纹扩展规律,采用MTS试验机进行准静态加载,同时用高速摄像机记录裂纹扩展过程。采用白光数字散斑处理软件对摄像机记录的照片进行处理,得到试件裂纹扩展过程中应变场的演化情况。通过实验和分析可以看出,由于端部效应及加载方式的原因,因此裂纹起裂点在底部加载部位;泥岩试件表面裂纹的平均扩展速度为252m/s;岩石的非均质性即内部微缺陷、微裂纹使得泥岩试样的开裂并不是沿着中心直径方向,而是偏离一定的角度,初始偏离角度约为17°。裂纹扩展过程可以划分为三个阶段:泥岩试件宏观变形阶段(宏观无裂纹)、宏观裂纹稳定扩展阶段、宏观裂纹动态张裂阶段。同时,在裂纹扩展过程中,表面第一主应变场、水平位移场等变化明显,在开裂部位第一主应变最大。通过对圆盘泥岩试件裂纹扩展实验研究,可为研究岩石破裂及其演化规律提供依据。