含雁列式断续节理的岩质边坡失稳机制模拟研究

岩质边坡的阶梯状破坏是一种常见的失稳破坏类型,其稳定性主要受岩质边坡内部的不连续结构面和岩桥控制。为了探究雁列式裂纹间相对位置的复杂变化对节理岩质边坡阶梯状破裂面形成的影响,基于零厚度黏聚力(Cohesive)单元,采用重力增加法开展了考虑裂隙倾角、岩桥倾角、岩桥长度的含雁列式裂纹岩质边坡阶梯状破坏数值模拟。通过对于模拟结果的编程处理,实现了节理岩质边坡破坏过程中的声发射模拟,结合岩质边坡破坏过程的应力、位移云图,进一步分析了节理岩质边坡阶梯状破裂面形成的演化过程与力学机制。研究表明:节理岩质边坡模型的破坏模式可分为持续破坏型和渐进破坏型,渐进破坏模式的出现主要与裂纹倾角和岩桥倾角有关;岩质边坡阶梯状滑裂面的形成是一个岩桥从下至上逐渐贯通的过程,其破坏过程分为等速变形阶段和加速变形阶段;随着裂纹倾角的增加,岩质边坡的岩桥贯通所需要的荷载逐渐增加;随着岩桥长度的增加,岩质边坡内部岩桥破裂贯通所产生的声发射事件数和裂纹扩展总长度逐渐减小;相比于裂纹倾角和岩桥长度,岩桥倾角对于节理岩质边坡中岩桥贯通与阶梯状破裂面形成的影响较小。本文研究了多种工况下含雁列式断续节理岩质边坡的失稳机制,以期为该类型岩质边坡的稳定性评价与失稳防控提供一定的理论参考。

三轴循环加卸载下煤岩损伤的能量机制分析

由于煤岩的变形破坏是一个十分复杂的损伤演化过程,因此有必要深入研究各种加载模式下煤岩损伤演化过程的能量转化机制。通过岩石三轴循环加卸载试验,分析了不同围压作用下煤岩的损伤演化行为。实验研究表明,在循环加卸载情况下,煤岩表现出明显的循环滞后环,且随应力的增大煤岩的损伤耗散能增大。在低围压下及单轴压缩下,煤岩的弹性模量随循环应力增大而下降,但在高围压下煤岩的弹性模量没有随循环应力增大而下降。这表明围压的作用引起了煤岩损伤机制的变化。为此给出了基于能量分析的损伤变量定义及其演化规律,克服了传统的基于弹性模量定义的损伤变量的不足,可以较好地描述不同围压作用下的煤岩损伤演化程度。

二维数字图像分形维数的计算方法

许多情况下分形维数的计算是通过对二维数字图像的分析得到的.针对二维数字图像的特点,探讨了采用盒维数计算其分形维数的方法.数字图像盒维数的计算是基于对像素矩阵的分析进行的,具有数字化的特点,其计算结果的精度与图像大小有较大关系.数字图像盒维数描述了由离散像素点构成的数字图像中关心区域的分布特点,但其物理意义还应结合数字图像所赋存的物理意义加以分析.

深部开采中的强扰动特性探讨

深部岩体具有高地应力、高地温、高渗压的独特赋存环境,其采动影响远较浅部复杂。通过将深部岩体的赋存环境和深部开采的扰动特征两方面相结合,系统分析了深部岩体开采中的强扰动特性。首先对扰动激励的动静组合特点进行了分析。根据深部开采中的应力变化路径,给出了不同深度类型下原岩应力状态以及扰动应力状态的分布区域,揭示了深部开采中应力变化更加复杂的必然性,并初步给出了考虑赋存深度、开采工艺、岩体重度、残余应力以及采动速度影响的岩体卸荷速率计算公式。根据深部开采中的动力扰动类型和波动传播规律,分析指出了深部岩体中的流体压力传播特征,揭示了深部动力扰动时间延长和扰动范围扩大的特点。然后基于扰动状态概念(DSC)对扰动影响水平进行了分析。通过对深部岩体能量蓄积、能量耗散以及释放规律的分析,定义了基于能量特征的扰动函数,可以籍此构建基于DSC的深部岩体统一本构模型,并定量描述深部岩体扰动的大小。最后定性描述了深部岩体开采中开挖扰动区的分布特点以及相应的应力应变状态,将其划分为原岩弹性区、开挖损伤区(EDZ)以及开挖破碎区,其中开挖损伤区又可分为峰前损伤区、塑性流变区、外部损伤区。并初步给出了开挖损伤区大小的计算公式,讨论了各项参数的意义及影响因素。研究表明,深部岩体的高应力状态以及复杂的多场多相耦合环境使其在更大范围内受到扰动的影响,EDZ的范围将显著增大,并表现出复杂的时空演化特征。利用扰动状态概念(DSC)建立的扰动函数,以及基于能量分析建立的开挖损伤区(EDZ)大小计算公式,可以定量刻画深部扰动的程度,分别反映了深部扰动激励增大和扰动影响增大的特点。

砂岩拉伸过程中的能量耗散与损伤演化分析

岩石作为一种非均质的复杂地质材料,其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。借助先进的试验测试系统,可以对岩石进行直接拉伸试验,从而在现有大量压缩试验的基础上进一步完善对岩石基本力学行为的研究。通过砂岩的循环拉伸试验研究发现,拉伸过程中外载所做的总功除了引起岩石弹性变形能的增大外,还有一部分被耗散掉从而导致岩石发生不可逆的损伤。在对能量耗散进行分析的基础上,可以建立岩石的损伤演化方程,并通过试验测定相应的参数指标。试验研究和理论分析表明,基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以较好地描述岩石的损伤演化过程。

层状盐岩中裂纹扩展规律的细观实验研究

层状盐岩力学行为的研究是地下盐岩储库建设的科学基础。借助可以进行原位加载下实时观测的SEM实验系统,对载荷作用下层状盐岩开裂破坏时的裂纹扩展规律进行研究,并从能量耗散及释放的角度探讨层状盐岩破坏的细观机制。观察发现,层状盐岩中岩盐与泥岩夹杂的细观结构有着较大差异,从而影响着盐岩的宏观力学行为。层状盐岩中裂纹扩展路径一般不是沿着岩盐与夹杂的界面,而是在岩盐或夹杂中扩展。且当裂纹在泥岩夹杂中扩展时,能量耗散明显,形成不规则的裂纹,其分形维数大于1,并有可能出现分叉,此时盐岩承载能力较弱,外载做功还较小时就会导致破坏;当裂纹在岩盐中扩展时,伴随较多的弹性能快速释放,形成较平直的裂纹,其分形维数近似为1,并有可能出现较大张开,此时盐岩承载能力较强,吸收外载做功的能量较高。

灰岩拉伸过程中细观结构演化的分形特征

岩石损伤演化的本质在于内部微细观结构发生了不可逆的劣化,它会在岩石表面体现出来。通过带扫描电镜的伺服试验机对岩石进行了拉伸试验,实时采集了岩石变形破坏过程中表面细观形貌的SEM照片。试验表明岩石在变形破坏过程中表面形貌将发生不可逆的演化直至最终出现宏观拉伸裂纹。针对SEM照片,借助数字图像处理的方法进行了阈值分割及边缘检测,计算出SEM数字图像的分形维数作为描述岩石表面细观形貌的参数。研究表明,随着载荷的增大,岩石表面的分形维数也逐渐增大,岩石的损伤程度加剧。

试验机弹性储能对岩石力学性能测试的影响

在材料试验机上进行岩石力学性能测试时,如何准确测量岩石的变形是整个测试分析的基础.为了具体考察试验机刚度对岩石变形测量的影响程度,在两台不同的试验机上进行了岩石的单轴压缩试验,通过对加卸载过程中试验系统及岩石能量变化的分析,详细研究了试验系统弹性储能对岩石变形测量的影响,进而给出了基于试验机刚度的修正计算方法,来确定岩石在测试过程中的变形.

岩石损伤检测技术的研究进展

岩石损伤变量的测定是岩石损伤力学分析研究的基础,岩石损伤理论付诸岩石工程实践必须解决岩石损伤检测的问题。总结当前国内外的岩石损伤检测方法,可将其分为结构分析法和性能测试法,具体包括扫描电镜分析、计算机断层扫描检测、应力应变测试、声波探测、声发射测试以及红外辐射探测等。在采用不同的测试技术时,必须谨慎考虑损伤与相应物理力学描述之间的耦合关系,尽可能使得所定义的描述能真正反映损伤变量的值。具体应用时应该在符合热力学原理的前提下尽可能选择易于测量且利于分析的损伤变量描述形式及相应的检测技术。

实验室数据库管理的设计与实现

随着高校体制改革的深入，高校实验室亟需规范管理、提高效率，实现实验室信息资源的数字化、网络化管理成为实验室管理的发展趋势。在实验室信息化的建设中，开发合理的实验室管理信息系统(LIMS)是当前的研究重点。本文介绍了基于分布式关系型数据库的实验室管理信息系统。该系统有效地将实验室各种信息数据及其关系保存在实验室服务器上，并具有良好的操作发表主安全性。经过实践表明，数据库管理是一种科学高效的实验室管理方式。

孔隙煤岩损伤破坏行为的数值模拟

利用ANSYS有限元软件,构建了孔隙煤岩细观单元的二维数值计算模型;提出了一种针对孔隙煤岩复杂几何模型的网格优化措施,实现了整体映射网格与局部自由网格相结合的划分方法,提高了生成单元的质量以及求解效率;借助单元生死技术模拟了孔隙煤岩的脆性损伤破坏过程,研究了孔隙率及孔隙形态对煤岩整体力学行为的影响。研究表明,孔隙煤岩的损伤破坏行为和孔隙率、孔隙位置、孔隙形态等几何参数有关。孔隙集中的区域会出现应力或应变集中的现象,随着孔隙率及孔隙长短轴比增大,煤岩细观单元损伤现象更加明显,弹性模量下降,煤岩强度急剧下降,且损伤阈值也有所下降。

岩石变形破坏过程的热力学分析

岩石在变形破坏过程中始终不断与外界交换着物质和能量,岩石的热力学状态也相应的不断发生变化。根据非平衡热力学理论,从理论上解释了岩石变形破坏过程的能量耗散及能量释放特征。在岩石的变形破坏过程中,热量供给和岩石体积元的形状及位置变化作为岩石体积元内塑性硬化、微缺陷形成等的能量源,导致弥散在岩石内部的微缺陷不断演化,从无序分布逐渐向有序发展,形成宏观裂纹,最终宏观裂纹沿某一方位汇聚形成大裂纹导致整体失稳(灾变)。从力学角度而言,它实际上就是一个从局部耗散到局部破坏最终到整体灾变的过程。从热力学上看,岩石(岩体)这一变形、破坏、灾变过程是一种能量耗散的不可逆过程,包含能量耗散和能量释放。岩体总体灾变实质上是能量耗散和能量释放的全过程,而灾变瞬间是以能量释放作为主要动力。

力学实验室网络信息平台的组建

力学实验室信息组成对安全性、交互性要求高,合理组建网络信息平台是实现其信息交流网络化的关键.本文介绍了以校园网为基础组建内联网(Intranet)的方案.实践表明,使用该方案组建力学实验室的信息平台,解决了资源共享与信息安全的问题,是一个行之有效的网络信息平台组建方案.

滚动问题中摩擦力的判断

刚体滚动时摩擦力的判断是工程力学中极易引起学生困惑的问题.在对摩擦力产生原因进行分析的基础上,确定了刚体纯滚动时静摩擦力的计算公式和判定方法.刚体作纯滚动时静摩擦力所作总功为零,仅实现刚体平动动能和转动动能之间的相互转化,其方向总是阻碍主动力引起的物体运动趋势并使其向另一种运动转化;刚体作有滑滚动时滑动摩擦力所作总功为负,其方向与刚体滑动方向相反,并实现刚体平动动能和转动动能之间的相互转化.

素质教育下高校课堂教学方法的探索

课堂教学作为高等学校培养人才的基本形式,关系到素质教育能否在高校落实和推进。为了克服传统教学方法的不足,高校教师必须将传授知识与培养学生能力有机结合起来,通过充分调动学生学习的主动性和积极性,灵活运用联系的教学方法,围绕分析解决问题的思路,充分运用现代化的教学手段来提高课堂教学效果,培养具有创新能力的高科技人才。

煤岩体破裂过程中声发射行为及时空演化机制

利用MTS 815试验机和声发射监测系统对单体岩石、单体煤和煤岩组合体进行单轴试验下的声发射测试,找出三者之间破坏机制的差异,从而为现场微震监测提供指导。试验结果表明,随着荷载的增加,单体岩石、单体煤及煤岩组合体的累积声发射数都增加,并且煤及煤岩组合体单位体积的声发射数要比岩石的声发射数高1个数量级,这主要是煤的强度较低且内部结构松软破碎所致。通过区分不同时段的声发射特征,得出三者破坏存在本质差异:随着荷载的增加,岩石的时段声发射数逐渐增多,煤的时段声发射数逐渐减少,而煤岩组合体的时段声发射先逐渐增加后逐渐减少。岩石的抗拉强度最高,煤的最低,而煤岩组合体的位于单体岩石和煤之间。对于煤岩组合体,岩石内部的声发射数约占声发射总数的10%～30%,煤体占70%～90%;并且声发射的空间分布主要受煤体结构及原生裂隙的影响。

岩石破坏的能量分析初探

从能量的角度出发,分析研究了岩石的变形破坏过程,揭示了这一过程的能量耗散及能量释放特性。理论及试验研究表明,在岩石变形破坏过程中,能量起着根本的作用。岩石的失稳破坏就是岩石中能量突然释放的结果,这种释放是能量耗散在一定条件下的突变。从力学角度而言,岩石的变形破坏过程实际上就是一个从局部耗散到局部破坏最终到整体灾变的过程;从热力学上看,这一变形、破坏、灾变过程是一种能量耗散的不可逆过程,包含能量耗散和能量释放。现有的力学理论体系主要是强调能量耗散结构和局部破坏过程,而岩石的灾变是以能量释放为其主要特征,所以有必要综合考虑能量耗散及能量释放对岩石变形破坏的影响。试验研究也揭示了应力–应变强度不能很好地描述岩石的破坏这一特性,在大体相同的应力–应变曲线下,试件的破坏形式不同,能量释放量完全不同,因此,从能量的观点可以更好地描述岩石的变形破坏。

岩体变形破坏过程的能量机制

叙述岩体单元变形破坏过程中能量耗散与强度、能量释放与整体破坏等概念。在循环压缩载荷下,实测岩石的能量耗散及损伤,数据拟合表明,基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以较好地描述岩石的损伤演化过程。在循环压缩载荷下同时实测不同加载速度及不同载荷水平下岩体内可释放应变能、耗散能、卸荷弹性模量及卸荷泊松比的变化规律,给出复杂应力条件下卸荷弹性模量的变化公式。基于可释放应变能建立岩体单元的整体破坏准则,该准则与大理岩的双压试验结果符合得比较好。对工程中常见的层状岩体,提出基于畸变能与广义体积膨胀势能而建立的层状岩体破坏准则,该准则与层状岩的双压试验也符合得比较好。

岩石变形破坏过程中的能量耗散分析

岩石作为一种复杂的非均质地质材料,其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。岩石在变形破坏过程中始终不断地与外界交换着物质和能量,是一个能量耗散的损伤演化过程。采用损伤演化方程可以从宏观上描述损伤变量以及与其相伴的广义热力学力——损伤能量释放率的变化规律。进一步通过细观损伤力学的研究,可以揭示岩石变形破坏过程中能量耗散的内在机制。围绕这一基于能量耗散的岩石力学研究思路及其相关进展,最终将建立基于损伤演化及能量耗散的宏-细-微观多层次耦合的岩石力学体系,这有助于更准确地解决岩石工程领域中更多的力学分析问题。

甘肃北山地区深部花岗岩的热开裂试验研究

通过岛津SEM全数字液压高温疲劳试验系统,实时观察不同温度下北山花岗岩的热开裂过程,获得北山花岗岩的热开裂临界温度为68℃～88℃。在较低温度时,北山花岗岩热开裂以沿颗粒热开裂为主;在较高温度时,热开裂以穿颗粒热开裂及沿颗粒穿颗粒混合热开裂为主。热开裂不仅受到矿物颗粒的热膨胀性质不匹配及热膨胀各向异性的影响,还受到矿物颗粒的物理、力学、热学性质及矿物颗粒形状结构的影响。而花岗岩内流体包裹体也可能是影响北山花岗岩热开裂的一种重要因素,这是种新的影响机制。在微细观层次对热开裂模式进行分类,并由热开裂的分形模型定量解释沿颗粒和穿颗粒热开裂等发生的难易程度。当温度升高超过250℃时,北山花岗岩有可能存在热熔效应,这导致热开裂裂纹数有减少趋势,并且温度与其对应的热裂纹数量的统计关系符合Gauss曲线关系。