随机卸荷岩体裂纹流变断裂模型与数值模拟

针对卸荷裂纹发生的随机性,发生时间的滞后性特点,采用岩石断裂力学和流变力学,结合Monte-Carlo方法描述岩体裂纹的随机分布,研究随机卸荷裂纹扩展的时效特性,建立随机卸荷岩体裂纹流变断裂模型及数值方法,并提出卸荷岩体裂纹止裂判据。以最小应力σ3卸荷为例,探索不同卸荷条件下,随机卸荷裂纹的萌生、流变扩展规律。研究结果表明:随着最小应力σ3的卸荷,岩体裂纹瞬态扩展和流变扩展都增强;最小主应力接近0 MPa时,对最小主应力较小的扰动变化,将导致卸荷裂纹的成倍增加。卸荷岩体裂纹的流变断裂与岩石流变过程相似,呈现出衰减流变阶段和定常流变阶段2个阶段。随机卸荷岩体裂纹流变断裂模型合理地解释了岩体裂纹的延迟起裂、流变扩展和止裂,为研究卸荷岩体变形损伤特性提供了细观层面上的理论依据。

岩体裂纹扩展断裂理论与试验研究进展

岩体裂纹扩展与断裂一直以来是岩石力学与工程领域研究的热点,从理论和试验两个方面梳理了有关岩体裂纹扩展与贯通的研究成果。在理论研究方面,经历了从单裂纹到多裂纹、从单轴应力到三轴应力作用的研究深度与过程,国内外研究学者基于弹性理论、塑性理论、损伤理论等在裂纹岩体扩展、贯通、相互作用等方面取得了长足进步;在试验研究方面,通过单轴、双轴、三轴压缩试验与剪切试验等研究方法,进行了裂纹岩体扩展等方面研究。但理论与试验研究多集中于均质、表面裂纹缺陷岩体研究及理论与试验研究本身存在的缺陷,对复杂因素交互作用下的岩土工程问题分析较为困难。理论研究是岩体裂隙扩展断裂的基础,试验研究是对理论研究结果的检验和佐证,非均质岩体在三轴应力作用下、多因素交互作用下,内部裂纹的扩展、贯通特征与理论研究是今后研究的一个重要发展方向。

含裂纹岩体模型应力场的理论及数值计算

为探究一种获得含裂纹岩体应力场的新方法,采用理论推导、Matlab编程、有限元模拟相结合的方法,将含有裂纹缺陷的岩体简化为平面应力状态下含有I、II型复合单裂纹的力学模型,利用复变函数解法求得该模型应力场的理论解;基于此理论解,通过Matlab编程求得此岩体模型的应力场并使之可视化;再利用有限元软件Abaqus对相同模型进行模拟运算并得出其应力等值线图.通过对比,发现两者具有高度的相似性,证明了基于理论分析基础上的Matlab编程可视化应力场方法的可行性,可以为工程模拟提供一种新的参考和思路.

有限覆盖无单元法在多裂纹岩体断裂特性数值分析中的应用

考虑基于有限覆盖的流形方法和以Galerkin插值技术为基础的无单元方法的各自优点,将所提出的有限覆盖无单元法推广应用于多裂纹岩体断裂特性等非连续问题的数值计算与分析。在简要阐述有限覆盖无单元方法基本原理的基础上,首先对含有单条裂纹的岩体进行了计算与分析,通过与其他方法的比较验证了所建议方法的有效性和合理性,进而对含有多条裂纹的复杂岩体的断裂特性及其裂纹的扩展过程进行了数值模拟与预测。

类岩材料多裂纹体断裂破坏试验及有限元分析

在伺服控制双轴加载系统下对预制的不同角度多裂纹水泥试件进行了单轴和双轴加载试验 ,其中的双轴加载采用两种不同的侧压。另外借助有限元计算得出了试件的全场应力 ,进而计算出试件中裂纹尖端的应力强度因子。试验和计算结果都表明 ,不同的裂纹角度对试件的断裂破坏强度有明显的影响 ,并对其原因进行了研究 。

外载条件对砂岩Ⅱ型断裂韧度影响的试验研究

岩体裂纹的萌生、扩展与其本身固有的性能有关,而断裂韧度是度量岩体(材料)在平面应变状态下抵抗裂纹失稳扩展的能力,与外力以及裂纹几何形状无关。但是,在断裂韧度的试验测试过程中,采用不同的测试方法、试验条件,其测出的岩石断裂韧度并不一致,特别是Ⅱ型断裂韧度KⅡc,其取值在一定范围内震荡。通过对细砂岩巴西圆盘和半圆盘三点弯曲试验来进行断裂韧度KⅡc的计算,并分析了断裂韧度量值、裂纹起裂角度的差异性及其诱因。研究成果可为岩石断裂及裂隙扩展致灾机理认识提供进一步的参考。

基于扩展有限元的渗流作用下岩石裂纹扩展研究

基于弹性力学和断裂力学的理论对裂纹的起裂准则、扩展长度进行了理论分析。使用扩展有限元方法建立裂纹岩体模型,针对单裂纹在渗流应力状态下的扩展规律进行了数值模拟,对渗流-应力耦合下的裂纹扩展规律进行了研究。

大直径钻孔卸压锚固层局部充填强化技术探究

为解决大直径钻孔卸压与围岩变形控制相冲突的问题,采用预制混凝土柱对大直径卸压钻孔锚固层范围进行了局部充填强化处理。以义桥煤矿3307工作面为研究对象,运用PFC;数值模拟软件研究了回填钻孔与未回填钻孔情况下钻孔周围岩体的裂隙发展趋势,模拟结果表明:钻孔回填后可以有效抑制周围岩体裂隙的发展和贯通性主裂纹的产生,钻孔周围岩体裂纹数量相比未回填时降低181%。现场试验结果表明:钻孔回填后巷道两帮最大移近量降低112%,顶底板最大移近量降低32%。研究结果表明,对钻孔局部充填混凝土柱可以有效减缓巷道围岩变形,提高围岩的整体稳定性。