岩样失稳回跳与直剪试验机-岩样系统失稳回跳关系研究

研究了岩样及直剪试验机-岩样系统的弹性回跳不稳定性。将试验机简化为具有一定高度和剪切模量的钢块,利用梯度塑性理论得到了直剪试验机-岩样系统的剪应力-剪应变的理论关系。当不考虑钢块的高度时,这一关系便蜕化为岩样的剪应力-平均剪应变的理论关系。如果试验机-岩样系统回跳,那么岩样可能失稳回跳,也可能不失稳回跳;当钢块高度及剪切模量比值越大,试验机-岩样系统越容易发生失稳回跳。当这一比值较大时,纵然岩样不回跳,系统也会回跳;当这一比值较小时,只有当岩样回跳,系统才会回跳;当系统不回跳时,试样必不回跳。试样回跳,必然导致系统回跳;如果试样不回跳,则系统可能回跳,也可能不回跳。理论结果可解释若干常见的实验现象。

基于应变梯度理论的岩石试件剪切破坏失稳判据

研究了由于剪切局部化而引起的岩样系统的失稳判据。将剪切带比拟为“试件”,而带外弹性体则被比拟为“试验机”。岩样系统是否将发生剪切失稳破坏,关键取决于:岩样高度、剪切弹性模量、剪切降模量、岩石材料内部长度参数及剪切带倾角。一旦岩样系统满足Ⅱ类变形的条件,则岩样系统必发生剪切失稳破坏。采用笔者提出的理论公式,可以用来分析和预测矿柱岩爆的倾向性。根据剪切应变梯度塑性理论来分析岩样单轴压缩剪切破坏问题的优越性在于:不仅考虑了局部化带的宽度,得到了局部化带内应变的分布规律,而且局部化带就是剪切带,比较符合岩样单轴压缩破坏的实际情况。

矿柱失稳破坏的力学模式研究

矿山开采时,在采空区中所预留的矿柱内部最容易出现应力集中,产生显著的应变能积累,从而导致突然失稳破坏,产生严重的冲击矿压(矿震),是矿山安全生产的重大隐患。重点关注了矿柱(无论竖直还是水平)的稳定性,认为压机-岩样加载系统这一力学模型比较适合描写矿柱的失稳行为,并用之解释了国内典型矿山中矿柱系统失稳破坏的灾变特征。