岩石破裂过程中电阻率变化机理的探讨

受压岩石在破裂过程中 ,视电阻率会出现明显的变化 ,其异常形态与实验条件有很大的关系 .实验中对磁铁石英岩样品施加了单轴压缩 ,岩石的破裂经反复加载和卸载实现 ,并在岩样的裂隙中注入了食盐溶液 .在实验的各阶段 ,对样品的主剖面重建出一系列内部真电阻率分布的图像 ,揭示了介质内的微细结构 ,从而探讨了视电阻率变化的原因 .实验发现 ,岩石中裂隙的存在及所含液体的饱和状态 ,是岩石在主破裂前控制电阻率变化的两个最重要的因素 ;低应力状态属常态导电过程 ,孔隙度的变化是主要因素 ;高应力状态属裂隙表面导电机制 ,随着破裂面在岩体内部出现 ,水和孔隙有了完全贯通的平面 ,多种导电机制都得以发挥作用 .此外 。

岩石破裂过程中的超低频电磁异常

震前电磁场和大地自电位的异常是重要的地震前兆现象.在零磁空间对超低频段的磁场和自电位的变化进行了岩石破裂的实验研究,细致地揭示出电场、磁场出现异常变化的全过程,对深入认识超低频电磁信号的微观机理具有重要的意义.实验发现,岩石受力后应变、电位和磁场的缓慢变化在空间分布上是首先在近破裂源处出现,继而随裂纹的发展而改变位置;在时间序列上先出现自电位异常,然后是超低频磁场的变化;在异常形态上,超低频电磁信号呈现出早期、中期、晚期3个阶段的明显差异.研究表明,岩石微破裂引起裂隙尖端处的电荷分离. 静电荷在局部区域的积累和运移,导致了自电位的脉冲状变化;而在主破裂阶段,积累电荷的急速运动形成瞬间电流,激发了脉冲式的磁场异常.本文详细介绍了这一综合实验的技术步骤和观测结果,并对地震电磁前兆的微观机理进行了探讨.

细观非均匀性对岩石破裂过程和微震序列类型影响的数值试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA2D系统 ,研究了岩石介质细观非均匀性对宏观力学行为的影响和微震序列特征 .通过对不同均质度系数m =1.1,1.5 ,2 ,3,5的 5个样本进行破裂过程的模拟 ,发现均质度不同会产生不同地震序列类型 ,主要有 :前震 -主震 -余震型、主震型和震群型 .此外 ,对 5种不同均质度系数的岩石样本破裂过程的模拟表明 ,岩石介质的非均匀性不仅对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响 ,而且也显著地影响试样破裂模式 .随着均质度系数的提高 ,主破裂呈现脆断模式 .同时介质的细观结构随机性 ,也对试样宏观破裂模式产生重要影响 .

基于声发射及其定位技术的岩石破裂过程研究

应用声发射及其定位技术,采用实验手段研究了不同加载方式(单轴加载、巴西劈裂及三点弯曲条件下)不同尺寸岩石以及不同岩样破裂失稳过程。实验结果表明,在岩石弹性变形阶段,声发射事件定位位置为岩样内部的应力集中位置;随着加载的进行,声发射仪器精确地定位出其裂纹初始位置、扩展方向,并直观地反映出其内部裂纹稳定扩展过程。从巴西劈裂实验的声发射事件定位结果可以看出,初始裂纹产生的位置具有随机特性,且初始裂纹产生是诱发岩石破裂失稳的首要因素。岩样尺寸影响其破坏模式,受加载过程裂纹初始时序不同影响其声发射活动规律表现不一致;不同岩样声发射活动随应力变化呈一定的规律性,其中砂岩在加载过程其声发射活动具有突跳特性,这主要与岩石均质程度相关。声发射定位结果直观地反映岩样内部裂纹初始、扩展的空间位置,这对于深入研究岩石破裂失稳机制具有一定的意义。

岩石破裂过程分析系统并行计算方法研究

岩石工程灾害与岩石破裂过程失稳密切相关。大型岩石工程破裂过程数值分析需要高效、准确、强大的计算能力支持。一般传统串行计算方法难以满足要求,大规模并行计算是解决这一难题的有效途径。岩石破裂过程分析系统是研究岩石破裂过程的一个重要数值分析工具。在岩石破裂过程分析系统串行单机版的基础上,结合现代有限元方法和数值计算方法,在消息传递并行环境下,利用区域分解和主从编程模式,采用分布存储稀疏线性迭代并行求解方法,在Linux机群上实现应力分析模块中有限元计算的并行处理。通过Windows和Linux协调处理策略,有效地把原有的前后处理功能和机群系统强大的计算能力结合起来,建立岩石破裂过程分析RFPA3D-Parallel并行分析系统。算例结果表明,并行程序具有很高的加速比和并行效率,能够快速完成三维条件下300万单元的大规模岩石破裂过程分析。应用RFPA3D-Parallel并行分析系统模拟地壳介质中广泛存在的龟裂现象,再现非均匀介质破坏和裂纹演化过程,从而显示该系统广泛的应用前景。

岩石破裂过程分析系统中的应力并行求解

岩石破裂过程分析和一些相关的岩石工程计算问题迫切需要高效、准确、强大的计算能力的支持,用来解决普通微机已经无法满足的大规模计算需求。在岩石破裂过程分析系统单机版的基础上,结合现代有限元方法,利用超大规模并行计算技术,实现了应力分析模块中有限元计算的并行处理。计算实例表明,并行有限元程序具有很高的加速比,在机群上能够快速完成三维条件下近千万个自由度的应力分析求解,为实现岩石破坏过程分析系统的大规模科学计算提供一定的参考价值。

岩石破裂过程分析系统在矿山的实际应用

在矿山工程中,岩体或矿体因开挖或开采,会引起围岩的应力重新分布,造成应力集中而发生破坏,给矿山生产建设带来严重的安全问题。因此,针对矿山工程中因矿岩体的开挖或开采产生的围岩稳定性问题进行分析和研究,找出危险部位,制定防控措施是非常必要的。阐述了应用岩石破裂过程分析系统对唐钢石人沟铁矿采矿工程围岩稳定性进行的分析和研究,制定了安全采矿方案,成功地指导了矿山的生产实践。

灾变理论在岩石破裂过程试验研究中的应用

本文运用灾变理论,对试验机—试样系统的稳定性进行了理论分析,不仅讨论了失稳这个概念本身,而且更详尽地讨论了失稳临界点附近非连续性态的特性;并用精心设计的实验验证了失稳的阶段性,以及岩石破裂全过程在失稳加载情况下同样存在的客观性。

岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型

从岩石细观非均匀性的特点出发,应用弹性损伤力学、B iot渗流力学理论,对岩石破裂过程渗流-应力-损伤耦合模型进行了描述.算例表明,该模型能较好的模拟出岩石材料在水压和载荷作用下裂纹扩展路径不规则发展及稳态、瞬态渗流过程,裂纹扩展对渗流路径和流动过程起到明显的控制作用.

含孔洞岩石试样三维破裂过程的并行计算分析

岩石破裂过程中裂纹的萌生、扩展、贯通和相互作用都呈空间三维分布,采用三维数值模拟才能更真实地模拟岩石的破裂过程。基于东北大学的大规模并行计算环境,利用RFPA3D-Parallel程序进行了含孔岩石试样在单轴、双轴和三轴加载条件下破裂过程的数值模拟。数值模拟表明:①数值模拟再现了单轴载荷作用下孔洞周边裂纹区的分布规律,这证实了数值模拟程序的正确性;②在双轴压缩载荷作用下,试样的承载能力的提高非常有限,含孔试样的破裂模式为劈裂破裂,破裂面大致平行于加载平面;③在三轴压缩条件下,试样的承载能力大幅度提高,试样的破裂模式与最大主应力的作用方向有关,在平行于孔轴的高压应力和侧向约束条件下孔周围岩才会发生分区破裂。

岩石破裂全过程分析软件系统RFPA^(2D)

岩石破裂全过程分析软件系统ＲＦＰＡ２Ｄ唐春安赵文（东北大学岩石破裂与失稳研究中心沈阳１１０００６）数值计算已被学术界和工程界广泛接受作为一种力学状态的分析工具，用于岩石力学数值计算的有限元、边界元、离散元、刚体元、流形元、有限差分等数值计算方法，促进...

脆性岩石破裂演化过程的三维细胞自动机模拟

在三维条件下定义了实体细胞自动机的基本组件,综合运用弹塑性理论、细胞自动机自组织演化理论、统计原理以及岩石力学理论等,建立了模拟岩石三维破裂过程的张量型细胞自动机模型,并开发了相应的数值模拟软件EPCA3D。利用EPCA3D对脆性岩石进行单轴压缩破裂过程模拟,通过破裂模式、岩样内部破裂情况、全应力-应变曲线和声发射曲线等的分析,揭示岩石破裂的机制。结果表明,EPCA3D能够较好地模拟非均质岩石在载荷作用下微裂纹的萌生、扩展和贯通的全过程。利用该模拟系统,采用应力-应变线性组合的加载控制方式,研究了不同围压对岩石全应力-应变曲线的影响。研究结果表明:对于脆性非均质岩石,低围压下容易表现为II类行为,且强度较低;高围压下容易表现为I类变形行为,且强度较高。

岩石受拉破裂过程及其导水性研究

运用岩石破裂过程分析RFPA系统对单轴拉伸试验下硬岩、软岩两个试件的破裂过程进行了数值模拟,主要研究了硬岩、软岩的破裂失稳特点和导水性。试验结果表明硬岩达到应力峰值时,发生突然失稳,开始导水;软岩在拉伸作用时不会出现突发性失稳现象,而是达到极限应变时才开始破断、导水。由试验结果得出应力变化信息对于硬岩、应变变化信息对于软岩的拉伸破断和导水性具有积极的预报价值。

岩石破裂过程中电磁辐射现象实验研究（预研）

1立项依据对大的地震来临之前的各种电磁异常现象已有大量的记录和报道，但多是事后总结和认定的，对于其与地震发生之间的必然联系还存在较大疑问，且背后的物理机理和过程尚不清楚。不同强震之前出现的电磁异常信号类型、先于地震出现的时间、

岩石变形劣化全过程细观试验与细观损伤力学模型研究

采用细观试验探究岩石变形劣化全过程是了解岩石变形破坏机制的重要手段。选取四川锦屏二级水电站深埋(2 525 m)隧洞围岩(大理岩),利用岩石变形破坏全过程细观力学试验系统,进行大理岩试样单轴压缩变形破坏全程的数字化试验,在SEM图像数字化处理基础上,对微裂隙的萌生、扩展及贯通过程进行数字化定量分析,统计试样在受压过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据。利用内变量热力学理论和摩擦弯折裂纹模型,分析微裂纹不同阶段的演化规律,建立微裂纹引起的非弹性应变与应力之间的定量关系,得到大理岩应力–应变关系计算曲线,并与试验结果对比,验证了本文理论模型的可靠性,从试验和理论两方面探究岩石试样单轴压缩过程中的破坏机制。

岩石破裂全程数字化细观损伤力学试验研究

设计基于扫描电镜(SEM)的岩石破裂全过程数字化细观损伤力学试验方案,实现了岩石破裂全过程的显微与宏观实时的数字化监测、控制、记录及分析的岩石力学试验。应用于四川锦屏大理岩预制裂纹试样中进行单轴压缩破坏全程的数字化试验,对微裂纹的萌生、生长及贯通过程进行数字化定量分析,得到试样在受荷过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据,从宏细观角度描述了岩石试样单轴压缩过程中的破坏机制,并分析得出试样单轴受压破坏过程中虽然微裂纹在某些区域集中,但在整个试样中微裂纹的统计分布依然是服从某一指数分布的这一结论。试验研究结果证明了该试验方案的科学性和先进性。

单轴压缩下含预制孔花岗岩试样破裂过程数值模拟

应用RFPA软件,对含不同尺寸的方孔、圆孔花岗岩试样进行单轴压缩加载模拟实验,研究预制孔试样破坏规律。结果表明:RFPA2D数值模拟结果与实验室内的试验结果基本一致;试样主要表现为拉剪破坏,并且随孔径的增大,破坏越来越明显;圆孔试样裂纹容易在圆孔的顶底板中点和两侧中央处破坏,方孔试样容易于方孔的顶板中点和方孔棱角处破坏;圆孔比方孔有更强的承压能力,充分验证了深部矿山曲墙拱形断面比折线形断面有更强的适用性。该数值分析结果可为同类采场设计提供一定的参考依据。

考虑弱层置换的岩石边坡稳定性分析

锦屏一级水电站左岸边坡地质结构复杂,岩体存在大量深部裂隙、低波速松弛岩体、煌斑岩脉X及f2、f5断层,严重影响边坡的稳定性。采用基于强度折减法的岩石破裂过程分析RFPA方法对边坡典型部位在开挖后以及其对应弱层置换工况下的破坏全过程进行计算和分析,计算结果表明,f5断层在进行置换加固处理后,边坡安全系数较未置换弱层前提高了0.403,说明在岩质边坡开挖和支护前优先进行深部软弱结构置换处理,可以大大提高工程结构的安全储备。同时,RFPA强度折减法不仅能直观再现边坡潜在滑裂面从萌生到扩展直至贯通导致边坡整体失稳的全过程,而且可以得出边坡安全系数。研究结果对于边坡工程实施前稳定性评价和施工工序具有一定的参考价值。

压缩作用下岩石预置裂隙贯通机制的研究

运用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D),结合室内实验研究了预置双裂隙试样在不同岩桥倾角影响下的破坏过程及裂隙的贯通机理。对单轴加载下岩桥断裂特征的研究表明:随着岩桥倾角(0°~90°)的增加,贯通模式呈现由压剪混合贯通过渡到剪切贯通最后到拉伸贯通的趋势。从贯通强度和能量的角度,分析了岩桥倾角分别为0°、30°、60°、90°下的贯通模式,研究了岩桥长度、非均匀性对裂纹扩展的影响。结果表明:岩桥倾角为0°时,贯通强度最高;岩桥倾角为60°时,贯通强度最低;随着岩桥长度(8mm^42mm)的增加,贯通由简单模式过渡到复杂贯通最后到未贯通;当均匀性系数较小(m=3),即均匀程度较低时,裂纹往往沿着强度较弱的部位进行扩展,裂纹路径较为曲折;当均匀程度较高时(m=7、m=15),主裂纹路径较为集中,宏观上表现为越来越光滑。

水压致裂过程的弹塑性细胞自动机模拟

利用自行研发的弹塑性细胞自动机模型和模拟系统,建立了非均质岩石水压致裂过程的细胞自动机模拟方法.该方法能够反映流体在水力梯度作用下进入新生微裂隙、形成新的流体渗流边界而对该边界产生张拉效应,并引起微裂隙的进一步扩展、贯通,最终形成宏观裂纹的过程,可以方便地进行水压致裂过程中边界条件和水力参数的动态更新.同时,研究了不同均质度和井筒内径对水压致裂行为的影响.结果表明,随着井筒内径增加,极限水压力降低,而破裂模式基本相似,模拟结果与典型实验现象吻合较好.