基于摩尔-库伦准则的岩石材料加(卸)载分区破坏特征

材料内一点的应力状态可以用摩尔圆来表示,而同一点的不同的应力状态可以用坐标系内应力圆的不断变化来表示,应力圆的变换主要可以分为"平移"、"翻转"、"半径扩大""半径缩小"4种方式,这4种方式几乎包含了岩石材料的所有加(卸)载过程;加(卸)载速率可以用来表征不同应力状态间的转化的快慢程度,加(卸)载速率并不是单纯的单位时间的变化快慢,可以是单位空间尺度的变化,如单位长度、单位深度等;基于摩尔-库伦准则对岩石材料"双向受压"、"双向受拉"和"一拉一压"3种状态下的加卸载过程进行了分析,并获得了与之对应的临界破坏方程,在此基础上,通过引入时间加权平均加(卸)载速率,进一步分析了岩石材料破坏与时间加权平均加(卸)载速率之间的关系,并以时间加权平均加(卸)载速率为基础对岩石材料破坏与否进行了分区;采用FLAC3D对7种不同加载路径下常规三轴数值模拟实验,模拟所获得材料发生破坏时最大主应力峰值与理论计算结果吻合度高达98%;同时又进行7种轴向与径向加载速率之比、4种加载速率条件下常规三轴数值模拟试验。结果表明,只有当轴向和径向加载速率之比处于一定范围时,材料才会发生破坏,加载速率与材料破坏时最大主应力峰值正相关,与最大主应力和最小主应力之比负相关。

基于摩尔-库伦准则级配碎石强度研究

为研究级配碎石抗剪强度的影响因素,设计了用于道路的基层和底基层的7种级配碎石,对这7种级配碎石在不同条件下进行了CBR试验和三轴剪切试验。试验结果表明:级配碎石的最大粒径、压实度以及含水率对抗剪强度以及摩尔-库伦参数都有一定的影响;CBR与摩尔-库伦参数之间没有明确的相关关系。

混凝土含损伤的摩尔-库伦强度模型试验研究

对100mm×100mm×100mm立方体混凝土试块,利用真三轴设备,在平面应变条件下进行静态加载试验.试验数据表明,在压剪破坏条件下,混凝土材料的峰值强度和残余强度都遵守摩尔-库伦强度准则,残余强度的内摩擦角高于峰值强度的内摩擦角,残余强度的内聚力低于峰值强度的内聚力.进一步分析认为,混凝土的抗剪切承载能力包含内摩擦力和等效内聚力,在到达峰值点和过了峰值点之后,实际内摩擦力达到残余强度公式的计算值;混凝土的等效内聚力随着剪切变形的增加逐渐衰减,即使在测量强度的加载过程也是如此;对应于峰值强度线与残余强度线的交点,存在一个大小轴平均应力临界值,在保持大小轴平均应力恒定的条件下进行加载,如果所述平均应力小于该临界值,则剪应力-剪应变关系曲线出现下降段,如果大于该值,则不出现下降段.

Hoek-Brown准则参数对边坡稳定性影响的敏感性分析

Hoek-Brown经验强度准则具有能够反应岩体的固有特点和非线性破坏特征,解释低应力、拉应力区及最小主应力对强度的影响等特点,已成为岩体工程中应用最广泛的准则之一。但是,在确定Hoek-Brown准则参数时主观因素影响较大。分析了Hoek-Brown准则中完整岩石经验常数mi、完整岩体单轴抗压强度σci、地质强度指标GSI、岩体弱化因子D等参数对内摩擦角、粘聚力c以及边坡安全系数F影响的敏感性,以期对Hoek-Brown准则参数取值提供帮助。

先进高强双相钢板破裂失效B-W预测模型

为研究先进高强双相钢不同型号板料的应力三轴度与断裂应变的断裂特性,建立不同应力状态下的应力三轴度与断裂极限应变B-W关系曲线,研究B-W曲线与钢种材料参数的关系,设计了4种先进高强双相钢的拉伸、剪切与胀形断裂试验,求解了应力三轴度和等效塑性应变,采用Hill′48正交各向异性模型和Modified Mohr-Coulomb破裂失效模型对拉伸、剪切与胀形断裂进行了数值模拟,建立了从剪切到双拉范围内的B-W曲线,并通过研究B-W曲线与材料参数的相关性,建立了B-W曲线与材料参数的表达式,以减少标定B-W曲线的困难。通过拉弯试验与仿真验证了所建立模型的准确性和有效性。

横观各向同性岩石的非连续强度准则

从横观各向同性岩石在不同加载方向下抗压强度与围压水平的线性关系和峰值强度的方向相关性出发,基于摩尔-库伦(Mohr-Coulomb)强度理论提出了可反映不同加载层理倾角下岩石强度与围压线性关系的非连续性强度准则,并结合试验数据与现有强度准则进行对比,验证了该强度准则的合理性。最后针对岩石强度各向异性性质的围压敏感性开展了分析,发现随着围压的提高,岩石各向异性特性逐渐减弱。

摩尔-库伦强度准则在水压致裂数值模拟中的应用

水压致裂的基本计算原理是以最大张应力准则为基础的。一般认为水压致裂过程中,孔壁在水压力的作用下只会发生拉张破坏。最近的实践表明,孔壁的破坏不仅会产生张性破坏还会产生剪切破坏。本文基于摩尔-库伦准则,通过理论推导得出水压致裂过程中孔壁不仅产生张性破坏,也产生剪切破坏,同时验证了摩尔-库伦准则在水压致裂孔壁破坏机理研究中的适用性;利用数值模拟的手段以莫尔-库伦准则来说明水压致裂应力测量中裂缝并不总是拉张破坏引起的,也有可能是剪切破坏,且起裂位置与应用最大拉应力准则时重合;由于围压对莫尔-库伦剪切破坏准则破裂应力有较大影响,因此即使同一种岩石在不同的应力状态下的破裂对应正应力也将不同,该研究为摩尔-库伦准则在水压致裂中的应用有重要的参考价值。

基于多孔介质理论的油井水泥石破坏准则

水泥石是一种由水泥骨架和孔隙组成的多孔介质,井下水泥凝固水化后,孔隙中还会有自由水存在,并且与地层相通,所以水泥石力学行为会受到地层孔隙水压和外部载荷的影响。为进一步揭示油气井实际工况下水泥石的力学性能,引入多孔介质力学理论,对水泥石力学性能进行三轴力学实验研究,获得相关参数,从而确定了考虑孔隙水压的水泥石摩尔-库伦破坏准则。实验以嘉华油井水泥作为研究对象,通过改变围压、排水条件以及孔隙水压获得水泥石的各项力学参数。结果显示,孔隙水压是影响水泥石破坏强度的重要因素;不考虑多孔介质力学的水泥石摩尔-库伦准则模型为非线性;考虑多孔介质力学理论的水泥石摩尔-库伦包络线为线性并获得准则公式。

层状型天然气水合物沉积物力学特性研究

为保障天然气水合物开采过程中储层的安全稳定,针对沉积物内水合物赋存方式对储层力学稳定性存在显著影响的问题,开展了天然气水合物沉积物三轴压缩试验研究工作,探讨了水合物位置和围压对水合物沉积物的强度和变形特性影响。结果表明:1)低围压下,试样应力应变曲线类型与水合物层位置无关,试样变形呈应变硬化现象;2)试样的破坏强度随围压增大和水合物层下移而增大;3)起始屈服强度、起始屈服模量及割线模量均随着围压增大表现为整体增大趋势,与水合物层位置之间的关系较为复杂;4)由摩尔-库伦准则分析可知,层状型水合物沉积物力学性质的差异主要体现为粘聚力对试样强度的影响。该研究对认识层状型天然气水合物沉积物的力学特性,评价层状型天然气水合物储层的开采稳定性具有一定的指导意义。

三轴加载条件下层理煤体的力学特性和破坏机制研究

为了探究围压和层理角度对煤体力学特性、变形破坏特征的影响,对不同层理角度煤样开展不同围压下的三轴加载破坏试验,并利用摩尔-库伦准则对煤体的破坏机制进行研究。研究结果表明:煤样峰值偏应力随围压增大的平均增幅随α的增大呈“V”型分布,0°煤样平均增幅最大为14.51%,45°煤样最小为6.72%;随着围压增大,0°和90°煤样的峰值应变不断增大,45°煤样的峰值应变逐渐减小;围压增大使得煤样由局部破坏向整体性破坏转变,破碎程度显著增加;利用摩尔-库伦准则对煤体的破坏机制进行分析发现:煤样的内摩擦角和黏聚力随层理角度增大先减小后增大;煤体在一定角度范围内沿结构面发生剪切破坏,超出这个范围产生复合破坏形式,逐渐趋向于完整岩石破坏。研究结果可为矿井围岩监测提供一定的参考和依据。

局部荷载作用下软土盾构隧道纵向沉降数值分析

基于摩尔-库伦准则,建立隧道衬砌与土体相互作用的三维有限元模型,模拟了软土盾构隧道下卧土层性能和隧道上方局部荷载对隧道沉降的影响,揭示了隧道的纵向变形规律.结果表明:隧道纵向沉降最大值与软土夹层弹性模量、纵向长度以及均布荷载集度呈线性关系;隧道沉降值随均布荷载作用长度和宽度增加而增大.

夏呀河多级滑坡三维稳定性模拟分析研究

研究目的:为了再现夏呀河滑坡滑动过程及其形成,对夏呀河滑坡进行三维地质模拟计算分析并与采用基于蒙特卡罗法的多级黄土滑坡可靠性分析结果进行对比研究。研究结论:研究结果表明:天然状态下,模拟计算的1、2、3、4级滑面的安全系数分别为1.27、1.30、1.56和1.73,说明在给定的滑动面空间形态和天然状态各岩土力学参数条件下,4个滑面都不会出现失稳现象;当岩土参数按照饱和状态参数模拟计算的1、2、3、4级滑面的安全系数分别为0.96、1.15、1.48和1.60,若将安全系数fs=1.2作为临界值,则在饱和状态下,1级滑面出现明显的失稳现象,2级滑面安全系数为1.15,处在失稳的边缘,3、4级滑面安全系数大于1.2,处于稳定状态。与采用基于蒙特卡罗法的多级黄土滑坡可靠性分析的结果基本一致。

地面微地震监测技术在红032井区克下组油藏中的应用

微地震监测技术是指将高灵敏度的地震传感器布放于注水井四周相应位置上，连续记录因压裂引起的地下质点位置改变而产生的微地震信号。根据摩尔-库伦准则，压力变化区会有诱发微地震发生，记录、定位这些微地震源，采用六分站地震仪监测得到的微地震点的空间分布及其三维视图描述人工裂缝轮廓，实时给出静态、注水前缘监测结果，对注水油藏的有效开发具有一定指导意义。

基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道地表沉降控制

目的为更准确地预测浅埋盾构隧道引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施.方法基于均质半无限空间假定,将浅埋单孔盾构隧道二向非等压初始地应力场分解为均匀应力场和单向应力场,利用弹塑性力学的Lame公式和Kiersch公式及摩尔-库仑屈服准则,定义了弹塑性解的位移边界条件.将控制地表沉降两大措施成功地应用于北京地铁十号线浅埋盾构隧道地表沉降预测及控制.结果得出适合浅埋隧道地表沉降预测的弹塑性计算式,对弹塑性计算式的分析显示,隧道围岩的弹性模量E和黏聚力c越大,地表沉降越小;泊松比μ、内摩擦角φ和膨胀角ψ越大,地表沉降也越大.提出通过减少围岩扰动和提高围岩性质两种控制盾构隧道地表沉降的方法.结论研究成果能较好地应用于浅埋盾构隧道的地表沉降预测及控制.

均布荷载下抛物线形FGM冻结壁弹塑性解

通过求解弹性状态下材料性质呈抛物线变化的FGM厚壁圆筒受均布荷载的解析解,并结合摩尔-库伦强度准则对冻结壁塑性状态下的应力分布进行了分析。将所得结果与均质冻结壁进行比较,总结出该类FGM冻结壁的受力特性。最后提出对冻结壁设计施工的建议。

黄土抗剪强度定量影响其动残余变形过程的试验研究

受动应力加载复杂性和自身物性参量非确定性的制约,定量描述土体动残余变形过程的细节特征难度较大。以动应力加载效应的拟静力化处理为基础,考虑摩尔-库伦破坏准则,建立能够综合反映土体动力耐受特性的应力比。以黄土为例的试验分析结果表明,动应力加载效应的处理方式能够有效简约土体动残余变形的复杂性;应力比与动残余应变之间的定量关系,可清晰反映黄土具有的起始动应力阶段、非线性动力变形阶段和孔隙压缩极限阶段的细节特征;基于抗剪强度的动残余变形分析,能够实现任意黄土动残余变形的综合对比。

2016年10月20日射阳M_S4.4地震的震源机制与地震序列的时空分布特征

基于江苏地区测震台网记录,采用CAP方法反演了2016年10月20日射阳M_S4.4地震的震源机制解和震源深度;利用HypoDD方法对射阳地震序列中M_L≥1.5地震进行了重新定位.结果显示:射阳M_S4.4地震的震源机制参数分别为节面Ⅰ:走向304°,倾角53°,滑动角0°;节面Ⅱ:走向214°,倾角90°,滑动角143°,震源深度约为14km.双差定位结果显示:此次射阳地震序列分布于洪泽—沟墩断裂与盐城—南洋岸断裂之间,在水平空间内,其震中分布的优势方向为NW60°,由SE向NW迁移;地震序列深度分布在6—23km范围内.根据所反演的震源机制参数和地震序列精定位结果,本文推测射阳M_S4.4地震的断层面解为震源机制解的节面Ⅰ,该地震可能是在区域背景应力场的作用下,沿NW向剪切破裂产生的左旋走滑地震事件.

隧洞松动圈厚度确定方法及支护设计

围岩松动圈测量是判断围岩整体稳定性、确定隧洞支护形式的关键所在。结合新疆某隧洞工程的具体实践,采用理论模拟计算和超声波测试方法,对Ⅲ类凝灰质砂岩隧洞的松动圈进行研究,并对松动圈厚度按照Mohr-Coulomb准则分别进行理论计算和数值模拟。大量采集洞周围岩波速,确定现场超声波测试松动圈厚度的判别方法,再将计算结果与现场超声波测试成果对比分析,从而指导设计进一步优化支护参数。

空气钻井地层适应性研究

空气钻井是一种特殊的欠平衡钻井技术,采用具有极大压缩性的空气作为循环介质,具有钻速高、成本低、环保性好等优势,应用越来越广泛。空气钻井地层适应性受地层出水、井壁失稳的制约。重点对空气钻井地层适应性进行研究。

引潮力诱发冲击地压的机理研究

通过对冲击地压发生的时间以及地域的统计分析发现,冲击地压发生的时间及地域与引潮力的变化有一定的相关性;为进一步探究此相关性,对引潮力诱发冲击地压的机理进行了研究。通过建立冲击地压发生的力学模型,采用库伦-摩尔准则分析法对引潮力诱发冲击地压的机理进行了研究,分别从5种情况对引潮力诱发冲击地压进行了分析,为冲击地压的预测与防治提供新的思路。