大理岩等围压三轴压缩全过程研究Ⅱ:剪切断裂能分析

通过对等围压三轴压缩和峰前峰后卸围压过程岩石试样的不同破裂形态和宏观破坏角的对比分析,结合大理岩应力-应变全过程中的分叉行为,提出剪切断裂能的计算方法,分析了剪切断裂能的发展过程,揭示了峰前卸围压破裂强烈的原因。

三轴压缩下大理岩剪切断裂能的测定

本文采用山东掖县大理岩岩样,在800t高温高压伺服三轴流变仪上,对大理岩在室温和不同国压条件下进行连续加载和循环加载实验,并用Rice提出的滑动弱化模型,分别对大理岩在上述围压和加载条件下的剪切断裂能进行测定和计算,得到了在不同围压下大理岩剪切断裂能的变化情况,以及加载方式对大理岩剪切断裂能造成的影响,并对所得结果进行了初步分析和讨论.

混凝土剪切断裂能与分形维数关系的研究

混凝土断裂试件断口蕴涵着丰富的力学信息,而传统的欧几里得几何难以对复杂的断口形貌进行描述.本文引入分形几何理论对断口形貌进行研究,结合宏观的断裂参量进行数值分析,从而找到了混凝土断裂微观现象与宏观力学量联系的桥梁.本文分析了混凝土四点剪切加载试件的断裂性能,计算了断裂韧度、断裂能等相关参数,并通过扫描电子显微镜对断口形貌观测,运用分形理论计算了此类断口的分形维数,分析了 型断裂断裂能和分形维数之间的关系.

花岗岩冲击剪切力学行为的试验及数值模拟研究

为探究动态剪切荷载作用下岩石的力学特性,采用冲击直剪方法,对立方体花岗岩试样进行了不同正应力和冲击速度条件下的动态剪切试验。分析了花岗岩的冲击剪切变形演化过程,讨论了正应力和冲击速度对花岗岩剪切变形和破坏模式的影响。然后,采用颗粒流程序模拟了花岗岩的冲击直剪试验,从细观角度探讨了花岗岩剪切变形破坏的演化机制。结果表明,冲击剪切荷载作用下,试样剪切变形过程中正应力持续变化,剪应力峰值对应的正应力可达到初始值的数倍。得到了回弹型和断裂型两类剪应力−剪切位移曲线,随着初始正应力的增大,峰值剪应力增大,峰值剪切位移和最大剪切位移减小;随着冲击速度的增大,峰值剪应力和最大剪切位移均增大。花岗岩的断裂包含主断裂面和多条翼裂纹,随正应力和冲击速度的增大,花岗岩的轮廓由起伏变得平直,断裂面由粗糙变得平坦,这与断裂后的摩擦滑移有关。花岗岩试样的起裂源于内部,并沿剪切方向扩展至试样边界,起裂方向与剪切面的夹角与接触力集中区的倾角一致。该研究可为岩石的动态剪切力学参数测试提供新的方法参考,也有助于揭示岩石冲击剪切断裂的动力诱灾机制。

高温中胶合木构件胶缝界面剪切断裂能研究

在氮气保护、温度为20~250℃条件下,开展了120个杨木、花旗松和落叶松-间苯二酚-酚醛树脂(PRF)胶缝界面剪切断裂能试验研究.结果表明:界面剪切断裂能随着温度的升高而降低;当温度为150℃时,由于PRF胶黏剂进一步固化,因此木材-胶黏剂胶缝界面性能提高;当温度高于150℃时,密度较低的杨木和花旗松-PRF胶缝界面断裂能试件的破坏位移下降明显,密度较高的落叶松-PRF胶缝界面断裂能试件的破坏位移相对稳定;20℃时杨木、花旗松和落叶松-PRF胶缝界面的剪切断裂能分别为4.68,5.05,5.37 N·mm-1,100℃时胶缝界面裂缝尖端塑性变形增加,剪切断裂能较初始值分别增加7.2%,6.6%和14.8%,250℃时界面剪切断裂能分别降至0.44,0.46,1.63 N·mm-1.

阿尔金断裂两侧构造单元的对比及岩石圈剪切机制

中亚最大的阿尔金走滑断裂系构成了青藏高原的北部边界,阿尔金北缘断裂及阿尔金在行走滑断裂(阿尔金主断裂)所夹持的阿尔金地体自北往南由敦煌地块、北阿尔金加里东俯冲杂岩带、中阿尔金地块及南阿尔金加里东俯冲-碰撞杂岩带组成,研究表明这些单元分别可与阿尔金主断裂带东侧的阿拉善地块、北祁连俯冲杂岩带、中-南祁连地块及柴达木北缘加里东俯冲-碰撞杂岩带相对比。特别通过南阿尔金与柴达木北缘榴辉岩带的详细对比,发现它们具有相似的地质背景、产状、矿物组合、岩石地球化学、原岩特征、温度压力条件、退变质作用和围岩特征以及非常接近的峰期变质时代(500～503 Ma和495 Ma),可能构成了中国又一条被巨型走滑断裂所切割的高压-超高压变质带(?),并为阿尔金断裂带左行走滑400 km的确定提供了科学依据。天然地震探测剖面显示阿尔金主断裂由近直立低速低密度的物质组成,与低角度向南倾的阿尔金北缘断裂之间夹持由高速高密度组成的阿尔金地体。阿尔金北缘断裂与阿尔金主断裂在80km深度处交汇,并继续向南陡倾下插到150 km,反映出塔里木地块向南陆内俯冲于阿尔金山及柴达木盆地之下。代表上地幔物质剪切流动矢量的高强度各向异性,显示了剪切作用可抵达上地幔,阿尔金断裂的岩石圈剪切作用可能与塔里木地块往?

塔北哈拉哈塘地区剪切断裂系统构造特征及其对油气分布的控制

塔北哈拉哈塘地区发育多组北东、北西向主干断裂组成的剪切断裂系统，本文在剪切断裂地球物理识别的基础上，分析了研究区内剪切断裂系统构造特征及其对油气分布的控制。研究区内剪切断裂发育9种典型构造样式。平面上，整体为共轭剪切断裂，分支断裂延伸较短，与主干断裂呈小角度相交；单条剪切断裂带具有一定的分段性，不同部位具有不同的构造样式和平面组合。纵向上，哈拉哈塘地区剪切断裂系统具有分层变形的特征，可以划分为下、中、上3个构造层。下构造层为寒武系一奥陶系，为纯剪作用下形成的共轭剪切断裂系统；中构造层为志留系一二叠系，为受下构造层控制的张剪作用下形成的断裂；上构造层为三叠系及其以上地层，为受中下构造层控制的张剪作用下形成的雁列式分布的正断层。这种分层变形特征主要受控于区域古构造应力场的变化。哈拉哈塘地区剪切断裂系统的构造特征决定了该区油气分布具有“多层系含油、沿断裂富集”的特征。

先进高强度双相钢汽车板剪切断裂实验

通过翻边实验和槽型件实验,研究了先进高强度双相(DP)钢在小半径拉弯成形中的断裂特性.翻边实验表明,高强度DP钢强度级别越高越容易发生剪切断裂.槽型件实验与仿真表明,高强度DP钢的断裂特性与压边力大小关系密切,压边力大则弯曲圆角处容易发生剪切断裂;压边力小则易在侧壁上发生颈缩断裂.先进高强度DP钢最终的断裂模式是剪切断裂和颈缩断裂相互竞争的结果,任一断裂条件先达到则板料发生该种断裂.

FLAC3D中锚杆剪切断裂的数值实现与应用

针对地下工程中锚杆剪切断裂这一常见问题,提出锚杆在剪切荷载作用下的全过程形变力学模型,并基于FLAC^3D软件平台,采用FISH语言将该力学模型嵌入PILE单元,得到修正的PILE结构单元。分别采用原始PILE单元与修正PILE单元,进行锚杆剪切试验与单弱面层状岩体隧道锚杆支护的对比分析。结果表明:修正单元可以实现锚杆在剪切荷载作用下的塑性变形与断裂,即当剪力达到抗剪能力极限值时,锚杆进入塑性残余变形阶段;当剪切应变达到极限剪切应变时,锚杆剪切破断,杆体的轴力和剪力突变至0并保持恒定;在进行围岩稳定性分析时,对于承受较大剪力的锚杆而言,无需考虑锚杆的剪断效应会同时夸大锚杆的抗拉与抗剪支护能力;单弱面层状岩体中,锚杆剪断会弱化支护系统对围岩形变的约束能力,但锚杆的剪断位置以及约束能力减弱的程度与层理面的倾角有关。

云南崇山剪切断裂系显微构造特征及其^(40)Ar-^(39)Ar年代学约束

野外构造解析和显微构造分析表明:崇山剪切断裂系北部的崇山剪切断裂带为一条左旋走滑剪切带,变形温度为300～550℃,为绿片岩相至低角闪岩相;而南部的临沧剪切带是一条带有NWW-SEE向地壳缩短变形的左旋走滑剪切带,普遍为绿片岩相,变形温度为300～450℃,存在向SE的推覆事件。对采自崇山和临沧韧性剪切带内糜棱岩样品中矿物的40Ar-39Ar年代学研究表明:崇山韧性剪切带凤庆至小湾公路26km处02DX-139样品中黑云母40Ar-39Ar坪年龄为28.3±0.1Ma,临沧韧性剪切带双江粟义剖面02DX-51样品白云母给出了31.5±0.2Ma的坪年龄。崇山-临沧剪切断裂带变形运动学和变形时序与哀牢山-红河剪切断裂带具有很好的一致性,这为理解滇西地区新生代构造演化和亚欧-印度块体的拼合效应及南海海盆的打开提供了新的信息。

混凝土大坝接缝灌浆的剪切断裂过程及其断裂韧度测定

为了评定混凝土大坝接缝灌浆质量及其稳定性,需要研究接缝灌浆发生剪切断裂的断裂特性并测定其相应的剪切断裂韧度。本文采用两端预留缝半边受力试件,进行了混凝土大坝接缝灌浆材料的剪切断裂试验,利用混凝土的导电特性对有限宽两端预留缝半边受力试件的断裂性能进行研究。结果表明,两端预留缝剪切断裂试件可以用来进行接缝灌浆材料的断裂试验及测定接缝灌浆材料的断裂韧度;剪切起裂点可能出现在灌浆缝与受压端的交界处,也有可能出现在灌浆缝与自由端的交界处;灌浆缝剪切断裂是一个逐渐扩展的过程,裂缝沿着灌浆缝直线或者曲线扩展;接缝灌浆材料的断裂韧度对试件高度和宽度存在尺寸效应,而对初始缝高比的尺寸效应不明显;接缝灌浆材料的导电性能随荷载和位移有显著的变化,可以用来确定该型试件剪切断裂的临界荷载。

脆性岩石高温剪切(Ⅱ型)断裂的微观机理

采用剪切盒和扫描电镜实验研究脆性岩石的高温剪切(Ⅱ型)断裂特征及微观机理,并通过密度、单轴压缩实验研究岩石高温的物性和力学性能。实验表明:在高温加载下,胶结物材料的干脱和岩石内部微裂纹的形成、发育,这两种因素共同影响着岩石的弹性模量、抗压强度、断裂峰值荷载,前者占主导地位起强化作用,后者占主导地位起弱化作用,临界温度为250℃。在高温剪切盒加载下,岩石发生沿原裂纹面断裂破坏,裂纹核随着温度增加而增大,断口多为穿晶断裂。晶面上具有多而密的平行线条纹和较多的岩屑等典型的剪切破坏特征,表明岩石破坏为剪切断裂(Ⅱ型)。

碳纤维表面处理对层间剪切断裂形貌的影响

用气相氧化法对碳纤维进行表面处理,可使碳纤维复合材料()的层间剪切强度()提高CFRPILSS -。这归因于纤维表面增加了化学官能团和比表面积。同时,由于碳纤维()与基体之间粘接得40%76%CF到改善,使单向()-的剪切断裂形貌变为拉剪。这可用扫描电子显微镜()观察剪断形貌得UDCFRP SEM到证实。

内爆压缩加载下抗氢钢圆管剪切断裂研究

介绍了对HR 2抗氢钢圆管在内爆压缩加载过程中的剪切断裂现象的初步研究结果。利用脉冲X光动态照相观测到抗氢钢圆管在压缩过程中发生了断裂 ;在回收破片中存在大量典型的剪切断口 ,对剪切断口进行了初步宏观分析。金相细观分析观察到HR 2抗氢钢中晶粒形状沿径向的变化规律 ;同时观察到了裂纹尖端的绝热剪切带及带内的微孔洞。

高应变率压缩加载下LY12铝圆管的剪切断裂研究

通过回收破片的断口观察和金相分析研究了LY1 2铝圆管在高应变率压缩过程中的剪切断裂现象 ;回收破片具有典型的剪切断裂特征 ,断口与径向近似成 45°夹角 ,断口观察发现断口面经历过径向摩擦 ;破片金相分析表明 ,绝热剪切带和裂纹首先在圆管内壁附近产生 ,然后沿最大剪应力线向外壁扩展。利用数值计算给出了圆管在内爆压缩加载下管壁内微元的应力、应变历史 ,为分析LY1

砼四点剪切(Ⅱ型)断裂的数值研究

有关Iosipescu 四点剪切实验的争论很多，国内外的研究者提出了各种各样的结果。本文用有限元的方法对大量的各种尺寸和加载方式的砼四点剪切试件进行了详细的分析。通过对裂尖及两裂尖之间韧带区域的应力场的分析,发现增加试件高度或缩短加载点与裂纹面的距离将更有利于四点剪切加载下砼的Ⅱ型破坏。但裂纹长度的增加的影响并不一定有益于砼试件的Ⅱ型破坏。

断裂剪切带厘米级磨砾和纳米级磨粒的发现、命名及其油气地质意义

上世纪70年代初,在江苏江宁逆断层中发现了厘米(cm)级磨砾,这种磨粒通常在韧脆性断裂剪切带中都可能找到。80年代末,对美国加州深钻岩芯进行扫描电子显微镜观测时,在晚中生代花岗质糜棱岩滑移叶片中发现了纳米(nm)级超微球粒结构,球粒(2-5 nm)紧密聚集、定向明显。因其形成同滚动、研磨和剪切作用过程有关, 故将球形微粒称“磨粒”。嗣后,在陕北和黄海深钻岩芯石炭—二叠系泥岩滑移叶片中,也发现类同现象(微米-纳米级)。近年来又在郯庐断裂、日本中央构造线大型断裂带,以及南京幕府山寒武系至三叠系不同地层的各种剪切滑移构造中都发现了nm级磨粒构造。泥岩中含磨粒滑移层具有涂抹效应,起到油气封盖作用,这在陕北油气田已得到了验证。对其磨粒构造蕴藏的丰富地质信息,特别是在微观动力学方面(包括动热变质作用、流体渗散作用、颗粒自旋作用和地质催化作用等)应作进一步研究。

Ⅱ型荷载下混凝土剪切断裂的测试研究

有关混凝土的断裂行为己被广泛研究,但很少是针对剪切断裂的情况.本文采用 型(四点剪切)加载,进行一系列测试,研究了混凝土单边预制裂纹(SEN)直梁剪切断裂的技术和条件.初步实现了混凝土的剪切断裂,测得混凝土的 型断裂韧度因子K C.实验结果显示,试件的几何尺寸越大,养护的龄期越长,实验效果越理想,在这两个因素中,试件尺寸的影响更明显.此外,混凝土的配合比与粗集料对测试结果也有重要影响,而细集料的影响似乎并不明显.同时,文中对实验结果进行了详细的分析,最后,得出一些具有工程实用价值的结论.

带环向切口金属杆的扭转剪切断裂

扭转圆杆的环向切口根部存在高度集中的剪切应力,Ⅲ型应力强度因子是裂纹端部应力场奇异性的度量。为探求带环向切口的受扭金属圆杆最大承载力的计算方法,通过对不同切口尺寸杆件的扭转剪切断裂实验,由各试件的预制切口尺寸和实验中测到的最大转矩分别计算相应的应力强度因子;利用非线性断裂理论推导出计算带环向切口裂纹扭转杆承载转矩的计算公式,将理论计算数值与实验结果进行比较,表明铸铁比碳钢试验结果更接近理论计算值。

碾压混凝土层面的剪切断裂分析

提出把碾压混凝土直剪试验与有限元计算相结合的剪切断裂模型，这种模型考虑碾压层面上非均匀分布应力与包含应力－位移软化阶段效应，由此确定的抗剪断强度参数较传统试验值提高约３０％，更为符合实际情况。