单轴压缩条件下含圆形孔洞脆性岩石的断裂演化（英文）

应用物理模型和声发射技术,研究预制圆形孔洞脆性岩石的断裂演化过程。结果表明:在单轴压缩条件下,含单圆形孔洞岩样的破坏主要表现为在孔顶底产生平行于加载方向的拉伸劈裂裂纹,在孔两侧产生压缩裂纹,在孔的周边产生远场裂纹,而且其断裂破坏具有尺寸效应;对含有半长圆孔的开挖花岗岩样,首先在圆孔两侧壁产生压应力集中,诱发产生剪切裂纹的初始、扩展和贯通。对含有多个平行孔洞的岩样,其破坏主要是相邻圆形开挖产生的拉、压、剪共同作用的结果。结果表明,拉、压应力是造成含圆形孔洞试样断裂的关键因素。

SH波对直角平面区域内圆形孔洞的散射与地震动

研究了以任意方向入射的平面SH波对直角平面区域内圆形孔洞的散射与地震动问题。首先,利用复变函数法、多极坐标移动技术及叠加原理,构造了一个可以预先满足直角平面区域自由表面上应力自由边界条件的圆孔对SH波散射的波函数;其次,利用镜像法,将直角平面区域内的波场镜像于半无限空间,并得到了满足边界条件的总波场;最后,作为对抗暴抗震问题的研究,通过算例考虑了圆孔的动应力集中和地表的动位移.结果表明,圆孔的动应力集中和地表的位移幅值取决于入射波频率、角度和圆孔的位置。

基于有限元/离散元耦合分析方法的含预制裂隙圆形孔洞试样破坏特性数值分析

为了揭示结构面作用下深埋高应力硐室围岩的破坏机制,采用有限元/离散元耦合分析方法(FDEM)对含预制裂隙圆形孔洞硬岩试样建立数值模型,研究不同预制裂隙(结构面)位置、长度以及倾角下试样孔洞周边裂纹扩展规律及其力学破坏特性,针对各种情况提出了相应的支护措施。研究发现,(1)在无预制裂隙作用条件下圆形孔洞顶底部首先出现张拉裂纹,随后在孔洞两侧相继出现劈裂裂纹并逐渐贯通,近似于开挖面附近的板裂化破坏;(2)若洞壁一侧存在已揭露裂隙该侧岩体整体呈剪切滑移型破坏,若洞壁一侧存在未揭露裂隙该侧岩体的破坏模式为张拉–剪切型破坏,未揭露预制裂隙试样的破坏程度更为剧烈且更容易诱发岩爆;(3)对于孔洞上方的预制裂隙,无论揭露与否最终都会产生局部性顶板垮落或崩塌;(4)随着预制裂隙长度的增加,圆形孔洞上方岩体由短裂隙时的局部性垮塌最终转变为全局式垮塌;(5)对于孔洞一侧预制裂隙,试样破坏过程所释放的动能(破坏程度)随裂隙倾角的增加呈现先增大后降低的趋势,对于孔洞顶部预制裂隙,试样的破坏剧烈程度随裂隙倾角的增加呈现单调递增趋势。研究结果可为含裂隙或断层岩体地下工程开挖、支护设计及其稳定性分析提供指导。

SH波在多个浅埋圆形孔洞附近的多个含孔半圆形凸起地形处的散射

为研究地震时局部地形与附近浅埋结构的作用,文中使用"分区"思想,复变函数法和移动坐标的方法,建立多个浅埋圆形孔洞附近的多个含孔半圆形凸起地形对SH波的散射的数学模型,并通过算例给出含孔半圆形凸起地形的地表位移,讨论了浅埋圆孔的深度、含孔半圆形凸起间距及浅埋圆孔间距对地表位移影响。

软性填充物对椭圆形孔洞周区应力场影响的二维分析

采用有限元方法建立了带椭圆形孔洞的矩形板的应力分析模型.首先计算了未填充和填充2种情况下椭圆孔洞尖端的应力集中系数;然后计算了2种情况下沿x轴方向和y轴方向的σx分布.计算结果表明,随着椭圆的长短轴之比的增大,椭圆孔对周区应力场的影响力度增大,沿x轴方向的影响范围减小,沿y方向的影响范围增大.与未填充的情况相比,软性填充物能够降低椭圆孔洞尖端的应力集中系数,显著减小椭圆形孔洞对周区应力场影响的范围.

SH波对双相介质界面附近圆形孔洞的散射

建立了求解平面SH波对双相介质界面附近圆形孔洞散射与动应力集中的一种分析方法。利用复变函数与多极坐标的方法构造了一个Green函数,它是在含有圆形孔洞的弹性半空间的水平面上任一点上作用时间谐和的出平面线源荷载的位移解。利用“契合”模型,并根据界面上位移连续性条件,建立了求解SH波对双相介质界面附近圆形孔洞散射的具有弱奇异性的第一类Fredholm型积分方程。给出了圆孔周边上动应力集中系数的表达式。作为算例,分析了在界面一侧或界面两侧附近具有圆形孔洞时SH波的散射,并讨论了入射波波数、不同的材料组合以及孔心至界面的距离对动应力集中的影响。

粘弹性饱和介质中圆形孔洞的动力响应

本文研究分析了粘弹性饱和介质中圆形孔洞在轴对称荷载和流体压力作用下的动力响应问题。利用Carcione提出的本构模型来描述介质的流变和松驰性质。通过引入势函数 ,在拉普拉斯变换域中得到应力、位移和孔隙水压力的解析表达式。运用拉普拉斯数值逆变换得到数值结果 ,分析讨论了反映介质粘弹性性质的参数在不同荷载条件下对计算结果的影响。分析表明介质的粘弹性性质对应力、位移和孔隙水压力的消散有很大影响。

含双圆形孔洞砂岩单轴压缩力学特性试验研究

孔洞作为岩石内部微缺陷的基本形式之一,其破裂演化机制是岩石力学领域研究的重要课题。对预制双圆形孔洞的板状砂岩试样进行室内单轴压缩试验,研究孔心距2b和倾角?对砂岩强度、变形特征及破裂演化过程等的影响规律。试验结果表明:随孔心距2b的增大,试样的峰值强度和弹性模量均表现为先增大后又减小的特征,孔心距2b分别为22 mm和27 mm时峰值强度和弹性模量达到最大值;随倾角?的增大,峰值强度和弹性模量整体表现为先减小后增大的趋势,倾角?等于60°时峰值强度和弹性模量达到最小值。双圆形孔洞的初始破坏均表现为孔洞内壁塌落破坏,而孔心距2b和倾角?对起裂应力水平、孔洞搭接方式及破裂演化过程均具有重要的影响。

预制双圆形孔洞砂岩强度与变形破坏特征

岩石材料由于其天然形成过程的复杂性,内部赋存了大量的微裂隙、孔洞等缺陷。为研究岩石孔洞之间的相互作用机制及孔洞对岩石力学行为的影响,分别对不同次孔洞直径和不同孔洞几何布置的双圆形孔洞砂岩试样进行单轴压缩试验,以获得其强度、变形及破裂演化规律。试验结果表明,随着孔心连线与水平方向倾角α的增大,试样峰值强度和弹性模量均呈先减小后增大的趋势,在α为30°和90°时分别达到最小值和最大值;随着次孔洞直径d的增大,峰值强度和弹性模量均呈逐渐减小的趋势。双圆形孔洞砂岩的破坏形式受到倾角α和次孔洞直径d的影响,主要表现在起裂形式、主孔洞破裂形式及主次孔贯通模式三个方面。随着倾角α的增大,主次圆孔间的相互作用先逐渐增强后又有所衰减,而随着次孔洞直径d的增大,主次圆孔间的相互作用逐渐增强,这在双圆孔的贯通模式上得到了很好的印证。

半无限空间中圆形孔洞周围SH波的散射

建立了求解在含有圆形孔洞的弹性半空间中SH波散射与圆形孔洞附近动应力集中问题的解析方法。利用SH波散射的对称性和多极坐标的方法 ,构造了一个可以预先满足半空间自由表面上应力自由边界条件的圆形孔洞对SH波散射的波函数。利用这一波函数 ,则可将该问题转化成对一个圆形孔洞散射的求解问题。该问题的解答最终又可归结为对一组无穷代数方程组的求解问题 ,并可利用截断有限项的方法对其进行计算。最后给出了有关圆形孔洞附近动应力集中问题的算例和数值结果 ,并讨论了波数与圆孔至自由边界距离变化对动应力集中的影响。

SH波入射时多个半圆形沉积谷地附近浅埋圆形孔洞的动力分析

本文采用辅助函数的思想,利用复变函数和多级坐标的方法给出了SH波入射条件下多个半圆形沉积谷地附近浅埋圆形孔洞动力分析问题的解答。将整个求解区域分割成两部分来处理,区域I为多个半圆形沉积谷地,区域II为浅埋圆形孔洞附近带半圆形凹陷的半无限弹性空间。在区域I和II中分别构造位移解,并在二个区域的“公共边界”上实施位移应力的连续条件,建立求解该问题的无穷代数方程组。最后,本文给出了算例和数值结果,并对其进行了讨论。

被相交裂纹消弱且含圆形孔洞的弹性平面问题

该文讨论了被相交裂消弱且含圆形孔洞的弹性平面问题．对此问题，文中利用复变函数理论并结合分拆函数法，把问题化为人们极为熟悉的Ｒｉｅｍａｎｎ这值问题的求解．由此，文中给出问题的封闭形式解．

含圆形孔洞和裂隙岩体的单轴压缩试验及数值模拟

为了研究含预制圆形孔洞与裂隙的距离等对圆孔节理和单一裂隙的岩体模型的轴向应力-应变曲线、抗压强度的影响,对人工制作的岩体进行了单轴压缩试验和数值模拟。研究结果表明:(1)裂隙到圆形孔洞的距离m的变化与岩体应力-应变曲线规律无关,m为0 mm条件下最容易达到峰值强度。(2)总体上在m处于0~5 mmm范围内,抗压强度随m增加而递减,在5~15 mm范围内,抗压强度随m增加而递增。(3)距离m的大小会影响裂缝沿对角线发展或是竖向发展。

开有圆形孔洞的框支剪力墙转换梁的设计分析

在总结普通钢筋混凝土开孔梁经验的基础上,本文对开有圆孔的框支剪力墙转换梁的设计方法进行了初步研究,并结合有限元分析和实际工程对此类构件的受力性能和构造方法进行了阐述,可供同类工程设计参考。

含预制椭圆形孔洞砂岩强度及破坏特征试验研究

通过对含预制椭圆形孔洞板状砂岩试样进行单轴压缩试验,研究了椭圆长轴与短轴之比k及石膏充填作用对岩样强度和破坏特征的影响规律.研究表明,含孔洞岩样的强度和变形参数相对于完整试样均有不同程度的降低,而石膏充填后试样的峰值强度和弹性模量均有所提高,但峰值应变无明显变化规律;无论充填与否,试样峰值强度均随着k值的增加均呈指数形式降低;充填作用对岩样宏观破坏模式无明显影响,岩样最终均以剪切破坏为主,主破裂面沿对角线分布;相对于无充填的岩样,石膏充填后的岩样破坏时宏观裂隙数目增多,破坏程度加剧.

椭圆形孔洞对砂岩试样强度及变形特征影响研究

通过在板状砂岩内预制单一椭圆形孔洞,并利用DDL500型岩石力学伺服试验系统进行单轴压缩试验,考察了椭圆形孔洞长轴与轴向荷载间夹角α对砂岩试样强度及变形特征的影响规律。研究结果表明:含椭圆形孔洞砂岩试样的峰值强度随α角的增大呈现先减小后增大然后又降低的变化规律,在α为60°时降至最低;脆性岩石峰值强度随α角的整体变化规律与随单一裂隙倾角的变化规律类似,但由于2种缺陷几何形态上的差异性,其具体变化又稍有不同;随着α角从0°变化到90°,含椭圆形孔洞砂岩试样最终破坏模式可分为剪切破坏、拉剪混合破坏和张拉破坏3种。

含预制椭圆形孔洞大理岩变形破坏力学特性试验研究

通过对含预制椭圆形孔洞板状大理岩试样进行单轴压缩试验,研究椭圆长短轴比m及倾角?对大理岩力学特性的影响,并借助数字图像相关技术(DIC)记录并分析试样的变形破裂过程。研究发现,含椭圆形孔洞试样的峰值强度、弹性模量和起裂应力水平都随倾角的增大而增大,且对倾角和长短轴比的变化都有不同的敏感性,其中峰值强度对倾角变化的敏感程度随长短轴比的增大而增大。含椭圆形孔洞试样的最终破坏模式随倾角的增大可分为拉–剪混合破坏和剪切破坏2种,而孔洞长短轴比的变化对裂纹搭接及岩样破坏形态的影响较小。含椭圆形孔洞岩样在峰值前后的变形破裂特征能够通过观测试样表面应变场得到清晰地表征,其中局部高应变区预示着裂纹的起裂和扩展。基于局部化特征,提出一种含孔洞缺陷岩石起裂应力的测量方法,当含椭圆形孔洞试样起裂应力水平达到39.83%～76.18%时,试样处于拉伸裂纹临界起裂状态。

双相介质椭圆形孔洞及界面裂纹对SH波的散射

采用复变函数法、格林法和保角映射法研究了双相介质半空间界面裂纹及其附近椭圆形孔洞对水平剪切(SH)波的散射,给出了椭圆形孔洞的动应力集中系数和界面裂纹尖端动应力强度因子的分布情况.首先,将理论模型沿垂直界面剖分为两个直角平面模型,利用保角映射法和镜像叠加原理构造直角平面中平面波场及椭圆形孔洞产生的散射波场;其次,根据界面上的应力和位移连续性条件,利用界面契合技术和裂纹切割技术将两个直角平面契合成含有界面裂纹的双相介质半空间;最后,通过具体算例给出了不同参数条件下椭圆形孔洞的动应力集中系数及界面裂纹尖端的动应力强度因子的分布情况.结果表明:入射角度、入射波数、材料参数、裂纹长度等因素会对动应力集中系数及动应力强度因子的分布产生影响.

含有直线裂纹的直角域中椭圆形孔洞对SH波的散射

利用Green函数法、复变函数法及保角映射技术研究SH波作用下直角域内直线裂纹对椭圆形孔洞动应力集中系数的影响。采用保角映射法和镜像叠加原理构造一个能自动满足直角平面2个自由表面应力自由边界条件的散射位移场,并取含有椭圆形孔洞的直角域中任意一点承受时间谐和的出平面线源载荷作用下的位移基本解作为适合的Green函数。利用裂纹"切割"技术构造裂纹,求解出裂纹与椭圆形孔洞共存时的位移场和应力场。具体算例中给出椭圆形孔洞动应力集中系数分布情况并对结果进行分析和讨论。结果表明裂纹的长度、方位角、距孔洞的距离等参数均对动应力集中系数的分布有影响。

含椭圆形微孔洞SiC陶瓷的单轴压缩力学性能仿真

定义了不同尺寸的椭圆形微孔洞缺陷并引入到校准后的SiC陶瓷离散元模型中,采用单轴压缩仿真方法研究了微孔洞倾角、长径比和面积对SiC陶瓷压缩性能的影响。结果表明:微孔洞的存在降低了试样的抗压强度和弹性模量,提高了泊松比。在较小的倾角下,微孔洞长径比越大,试样的抗压强度和弹性模量越小,泊松比越高;随着倾角的增大,长径比对抗压强度、弹性模量和泊松比的影响逐渐减小,当倾角增大至60°以上后,抗压强度、弹性模量和泊松比均接近于无缺陷试样的。随着微孔洞面积的减小,长径比和倾角对试样抗压强度的影响逐渐减弱;当微孔洞长径比为1或倾角为90°时,增大微孔洞面积对抗压强度的影响不大。