水岩作用下岩石亚临界裂纹的扩展规律

采用双扭试件,利用常位移松弛法,分别进行自然状态以及水岩作用下大理岩和混合岩的亚临界裂纹扩展实验,获得2种环境下岩石裂纹扩展速率v与应力强度因子KI的关系,并计算得到亚临界裂纹扩展参数A和n。通过对比,研究水对岩石亚临界裂纹扩展规律的影响。研究结果表明:对于大理岩,其A为自然状态下的8.07×1016倍,n由自然状态下的48.33下降到8.28;对于混合岩,其A为自然状态下的5.45×109倍,n则由自然状态下的60.20下降到21.86,说明对应于同一应力强度因子水平,水作用下的岩石亚临界裂纹扩展速度要快;水的存在使得岩石的断裂韧度KIC明显降低,对于大理岩,自然状态下的KIC为3.0316MN/m3/2,水岩作用后KIC为2.2070MN/m3/2,下降27.19%;对于混合岩,2种状态下的KIC分别为2.0877和1.9398MN/m3/2,下降7.08%。该实验结果可为复杂矿岩的稳定性分析提供可靠依据。

岩石断裂韧度与抗压强度的相关规律

利用Instron1342型电液伺服材料试验机,采用单轴压缩试验和双扭常位移松弛试验对大理岩、上盘二辉橄榄岩、下盘二辉橄榄岩、矿石、混合岩5组岩石的试件进行力学参数测试,获得相应的抗压强度、Ⅰ型断裂韧度等试验数据。以试验数据为依据,分析这5组岩石的Ⅰ型断裂韧度与抗压强度的关系。研究结果表明:随着抗压强度σc的增加,Ⅰ型断裂韧度KⅠC相应增大,且呈很好的线性关系,其关系式为:KⅠC=0.0265σc+0.0014,其相关系数R2为0.94。基于该关系式,可由易于测试的抗压强度估算Ⅰ型断裂韧度。

岩石亚临界裂纹扩展试验及门槛值研究

利用Instron1342型电液伺服材料试验机,采用常位移松弛法对大理岩、花岗岩双扭试件进行了亚临界裂纹扩展试验研究,获得了其裂纹扩展速率V与应力强度因子KI的关系(KI—V曲线)及I型断裂韧度,分析了不同岩石中裂纹亚临界扩展的规律,确定了岩石亚临界裂纹扩展的停滞速度和门槛值K0。研究表明:采用常位移松弛法所测岩石的lgKI-lgV关系都有很好的线性规律,即岩石的亚临界裂纹扩展速率与裂纹尖端应力强度因子服从幂函数关系,这与Charles理论相符。二种岩石的K0/KIC值的变化在0.706～0.870之间。所测数据为岩土工程稳定的时间相依性研究提供了基本数据。

低应力条件下水对斜长岩蠕变性能的影响

利用RYL-600微机控制岩石剪切流变仪,采用分级增量循环加、卸载方式,对金川有色金属公司Ⅱ矿区斜长岩在风干和饱和水2种条件下进行单轴压缩蠕变试验,获得相应的蠕变试验曲线。以试验结果为依据,探讨饱和水对斜长岩蠕变特性的影响。试验结果表明:在同一应力下,饱和水试件的蠕变曲线及蠕变速率曲线均位于干燥试样相应曲线的上方,即在相同载荷作用下,饱和水试件产生相应的变形要大,说明水能加速变形,且饱和状态的比干燥状态蠕变速率达到稳定阶段所经历的时间较长,这与实际结果相一致。

基于压缩载荷下微裂纹扩展的微观力学岩石弹塑性损伤模型研究

建立基于微裂纹扩展的岩石弹塑性损伤微观力学模型。压缩载荷下微裂纹尖端翼裂纹稳定扩展表征岩石的微观损伤,基于应变能密度准则用Newton迭代法求复合型断裂的翼裂纹扩展长度,并采用微裂隙统计的二参数Weibull函数模型反映绝对体积应变对微裂纹分布数目影响,进而用翼裂纹扩展所表征的应力释放体积和微裂纹数目来表示含有微裂隙的岩石损伤演化变量;宏观塑性屈服函数采用Voyiadjis等效塑性应变的硬化函数,反映塑性内变量对硬化函数的影响;建立岩石的弹塑性损伤本构关系及其数值算法,并用回映隐式积分算法编制弹塑性损伤模型的程序。分析弹塑性损伤模型的基本特性和围压对岩石损伤的影响,并从围压和短微裂隙长度等因素分析弹塑性损伤模型的岩石的损伤和宏观塑性特性。以2个单轴压缩岩石试验为例验证该模型。结果表明:所提出的弹塑性损伤模型与数值和试验结果比较吻合。

硬岩矿柱纵向劈裂失稳突变理论分析

应用断裂力学理论讨论硬岩矿柱初始裂纹在上覆岩层作用下贯通形成层状结构的机理,指出裂纹间相互作用引起裂纹的失稳扩展,从而相互连接形成层状结构。在此基础上,应用能量原理及突变理论推导矿柱失稳的临界载荷及临界应力,提出矿柱发生失稳的屈曲模型。研究结果表明:矿柱发生失稳与分裂岩层的屈曲破坏有关;而岩层的屈曲除与岩石的材料参数有关外,还与分裂后的厚度即裂纹的分布有关;算例计算值与实际经验值相一致,可为合理安排开采顺序、布置采场等提供依据。

地下洞室围岩劈裂破坏判据及数值模拟研究

对地下洞室围岩劈裂破坏的形成机理和裂纹扩展演化模型进行探讨。根据断裂力学原理,考虑原裂纹对翼型裂纹的影响,推求压剪应力状态下翼型裂纹尖端的应力强度因子K Iwing演化方程。以金川三矿区为工程背景,根据实测的岩石力学相关参数和地质条件,数值模拟其围岩的劈裂破损区。当翼型裂纹应力强度因子K Iwing达到岩石的Ⅰ型断裂韧度KIC时,地下洞室围岩裂纹发生劈裂贯通的破坏判据,用FISH语言将劈裂破坏判据编程内嵌到FLAC3D中确定围岩的劈裂范围。研究结果表明:数值模拟结果可为地下工程的稳定性评价及支护设计提供参考。

水对亚临界裂纹扩展的影响

利用Instron1342型电液伺服材料试验机,采用双扭常位移松弛法对花岗岩试件在空气中及饱和水两种条件下进行了亚临界裂纹扩展试验研究,获得了相应的裂纹扩展速率V与应力强度因子KI的关系(KI-V曲线)及亚临界裂纹扩展参数,讨论了两种环境下裂纹亚临界扩展的规律,并对两种环境下亚临界裂纹扩展参数进行了对比分析。研究表明:采用常位移松弛法所测试的两种条件下的lgKI-lgV关系都有很好的线性规律。在双对数坐标空间中,含饱和水试件的lgKI-lgV曲线位于空气中试件lgKI-lgV曲线的左上角,曲线斜率减小,而截距增加。在同一应力强度因子水平上,含饱和水试件的裂纹扩展速度大,说明水能加速亚临界裂纹扩展,与实际相一致。

DNA分子链的初始高度及其压弹性的原子力显微镜研究

用接触和轻敲两种模式下的原子力显微术研究了空气中的DNA分子,探讨了成像模式对高度测量的影响,考证了DNA的初始高度。结果表明:文中所得DNA初始高度与理论值较接近。在参照DNA初始高度的基础上,通过检测DNA双链的弹性形变量,研究了DNA分子在直径方向的压缩性质。结果表明:空气中固定在云母表面的DNA分子具有很好的压弹性,在外力作用下DNA的径向形变可达到60%以上;当外力撤销后,其形变可以不同程度地恢复。分析了25段DNA分子上125个点的高度与成像力的关系,并由此初步估算了DNA分子的弹性常数。

生物分子LB膜表面结构与物化性质的原子力显微镜分析

LB膜以其广泛的应用价值而备受关注,而其各种性质的表征是推动其应用的源动力,原子力显微镜以其优秀的时空分辨能力、力学操纵能力而在众多表面表征技术中显得尤为突出。文章在详细介绍原子力显微镜基本探测原理的基础上,全面总结了原子力显微镜技术在LB膜参量,如表面精细结构、静电荷分布、磁畴分布、膜分子间相互作用等分析中的应用,并探讨了该技术在膜表面表征中存在的技术问题,对膜参量表征技术的发展和应用前景进行了展望。