广义破裂活动准则

岩石破裂及其后续活动是最基本的构造变形方式,然而,经典的破裂准则(Coulomb-Mohr准则、Griffith准则和以Byerlee律为代表的滑动摩擦律)在实际应用中存在不同方面的局限。文章在经典破裂准则的基础上,从产生破裂(扩张破裂和剪切破裂)的物理本质出发,结合广义剪切活动准则和长期的研究实践,通过理论分析,提出了“广义破裂活动准则”。该准则用统一的无量纲因子(破裂活动趋势因子)来表达扩张破裂活动和剪切破裂活动,可以用来定量判断任意介质、在任意三轴应力状态下、任意方位界面(包括先存薄弱面和非薄弱面)发生破裂活动的可能性以及破裂的类型,把Coulomb-Mohr准则、Byerlee律和Griffith准则统一起来,将破裂(fracturing)扩展到破裂活动(fracturing activity)。该准则在与破裂活动相关的资源勘探开发(如页岩气、干热岩等)、灾害(如地震与滑坡等)预测和防治中具有广阔的应用前景。

地下洞室围岩裂隙开裂判断方法及其应用

针对深部地下施工过程引起结构围岩损伤的现象,提出了可模拟裂隙开裂的新方法。根据断裂力学Griffith理论和经典的强度理论Mohr-Coulomb准则,得出材料在剪切和拉伸条件下裂隙开裂的判据;并且以离散元程序UDEC3.1为基础,应用其内嵌的FISH语言对软件进行二次开发,将该判据耦合到计算过程中。数值计算中,在UDEC块体(BLOCK)内部预设潜在节理面,根据潜在节理面的受力状态,依据判断准则判断节理面的开裂与否,节理开裂后利用其内嵌的节理模型(库伦滑动模型)模拟岩体中节理面的变形性质。把上述计算方法应用于某地下洞室群稳定性分析中,模拟在洞室开挖过程中,洞室围岩的裂隙扩展过程及其扩展状态,根据裂隙扩展情况来分析地下洞室围岩和结构的稳定性,有效的进行围岩支护,以确保洞室结构的稳定性;并将最终计算的位移结果与现场多点位移计的监测结果进行对比,二者吻合良好,验证了该计算方法的有效性。

不同骨料体积率的轻混凝土损伤-断裂分析

利用三点弯曲梁试验,对不同骨料体积率的轻骨料混凝土进行了断裂试验研究;同时,将混凝土损伤模块和随机骨料投放模块植入基于耦合判据(Coupled Criterion)的有限断裂模型中,首次应用于轻骨料混凝土断裂的数值模拟中。结果表明:该模型能够有效的模拟荷载-位移曲线的全过程,并且同时描述材料的损伤和断裂,同时预测裂纹的萌生与传播;通过能量分析,得出损伤能与断裂能随轻骨料体积率变化的规律。

寒区危岩主控裂隙扩展演化机制研究

危岩的失稳往往主控于主控裂隙扩展。为清楚了解危岩稳定性变化情况,主要针对寒区危岩主控裂隙扩展演化机制进行研究。基于能量密度因子理论,建立危岩受冻胀荷载和自重荷载共同作用下的复合型裂隙开裂判据,运用Griffith准则,推导了在单次冻胀应力和危岩自重应力下裂隙扩展长度关系式,以新疆天山倾倒式危岩为例,探讨了该危岩主控裂隙扩展演化规律。结果表明,危岩主控裂隙扩展演化是从平稳增长向指数增长演化扩展。在计算的4个阶段中,前3个阶段裂隙平稳扩展,裂隙扩展长度增速相对恒定且扩展长度均值约每次2.0mm,最后一个阶段裂隙扩展呈指数趋势增长且扩展长度超过每次4.0mm,危岩失稳的风险极速增大。以此为深入研究寒区危岩稳定性评价、裂隙扩展趋势预测以及危岩防治提供一定的理论依据。