岩体结构面对应力波传播及动态破坏影响研究

岩体内不连续结构面对爆炸应力波的传播具有重要影响,目前关于结构面充填物力学性质对爆炸应力波传播与动态裂缝扩展演化的影响机制尚不明确。通过构建包含不同类型结构面的岩体数值模型,研究了在地应力和爆炸动荷载共同作用下结构面充填物力学性质对爆炸应力波传播及动态破坏模式的影响,同时进行了含多组结构面煤岩爆破数值模拟。通过对爆炸损伤及各监测点应力分析表明,爆炸应力波在结构面处的反射作用随着结构面充填物力学性质的减弱而逐渐增强,而透射作用则随着结构面充填物力学性质的减弱而逐渐减弱。反射作用将导致结构面迎波面形成典型的“反射拉伸裂缝”“层裂裂缝”“末端转向裂缝”,进而加剧该区域岩体的破坏程度;透射作用会导致结构面自身破坏及在背波面处形成宏观径向爆炸裂缝。模型2~5(含结构面)中区域Ⅱ内(含结构面一侧)形成的“主裂缝”数量比区域Ⅰ(不含结构面一侧)增长60%~75%左右,模型3中爆炸裂缝扩展总长度最大。煤岩爆炸数值模拟结果表明,随着结构面数量的增加,其对爆炸裂缝扩展形态及爆炸效果起控制作用。研究结果可为工程爆破施工设计、冲击地压防治和岩爆灾害等提供一定技术支撑依据。

基于CT试验的岩石细观孔隙模型重构与并行模拟

由于岩石介质的非均质性、不透明性和多孔隙特性,在物理试验或数值模拟中真实体现其内部三维细观结构具有一定困难。采用CT扫描技术、边缘检测算法、滤波算法、三维点阵映射与重构算法,结合有限元并行计算,建立了可以反映岩体内部细观结构的三维非均匀数值模拟方法。通过对不同孔隙分布特征和孔隙率的玄武岩试样进行CT扫描,构建了三维细观巴西盘数值模型,研究岩石三维细观孔隙对其宏观破坏机制及力学性质的影响。数值试验结果表明:孔隙空间分布特征与孔隙率同时对岩石裂纹扩展模式与抗拉强度产生显著影响,孔隙的存在极大地削弱了玄武岩的抗拉强度;当孔隙率较低且孔隙分布稀疏时,次裂纹较少;当孔隙率较高时,次裂纹较多;采用数字图像处理技术统计计算了试样的孔隙率,并得到孔隙率与抗拉强度呈指数分布的规律。在重构模型中采用中值滤波处理可以提高数字模型的精度,运用所建立的数值模型,可以真实体现岩石的三维精细结构,为研究岩石细观结构对其力学行为的影响提供了一种有效方法。

浅析钢结构的保护措施

21世纪,钢结构仍作为主要的建筑结构类型之一。目前的许多大跨度、超高、超重型的建筑物,大都采用钢结构,而钢结构易腐蚀和耐火性较差也是诱导事故发生的原因。因此,钢结构的保护措施应予以高度重视。

玄武岩三维细观孔隙模型重构与直接拉伸数值试验

由于岩石材料的不透明性和多孔隙特性,通过传统的物理试验或数值模拟很难真实体现其内部三维细观结构.本文基于CT扫描技术、边缘检测算法、滤波算法、三维点阵映射与重构算法,构建了可以表征玄武岩试样内部孔隙结构的三维细观非均匀数值模型.结合并行计算进行直接拉伸数值试验,研究了内部孔隙结构特征对试样破坏机制及抗拉强度的影响.研究结果表明:加载初期在试样孔隙处产生初始裂纹,随着荷载的增加初始裂纹逐渐沿横向扩展最终形成宏观拉伸破坏裂纹,并且孔隙含量和分布位置对试样拉伸断裂的位置具有重要影响.随着孔隙率增高,试样破坏过程中的声发射数目和能量逐渐减小.拉伸破坏模式呈现脆性破坏特征,同时孔隙的存在削弱了试样的抗拉强度.

基于最小应变能密度因子断裂准则的岩石裂纹水力压裂研究

建立了考虑裂纹尖端非奇异项T应力的最小应变能密度因子断裂准则,研究了不同裂纹类型条件下T应力和泊松比对起裂角的影响,结果表明裂纹起裂角不仅与奇异项应力强度因子有关,而且还需要考虑非奇异项T应力和泊松比的影响作用.同时计算了含井筒对称双裂纹水力压裂模型的起裂角和临界水压,表明依据本文断裂准则计算得到理论解与实验结果吻合良好.在此基础上,利用该准则从理论上分析了临界裂纹区尺寸、T应力、比奥系数、侧压系数、泊松比等因素对水力压裂裂纹起裂特性的影响.参数分析表明:临界裂纹区尺寸、T应力和侧压系数对临界水压和临界起裂角有显著影响.临界水压随着泊松比增大而减小,而临界起裂角呈现相反变化趋势.比奥系数对临界起裂角没有影响,但是在高水压条件下对起裂角具有显著影响.