真三轴压缩下石英云母片岩力学特性研究

石英云母片岩是深部地下工程中常见的一种层状岩石,许多地下工程灾害的发生都与其失稳破坏有关。为探明其力学性质,为深部地下隧道(洞)建设提供依据,对不同加载角度下新鲜不含石英脉、风化含石英脉、风化不含石英脉3种石英云母片岩进行真三轴压缩试验,结合声发射监测手段研究片理、风化程度、石英脉对其力学性质的影响。试验结果表明:3种石英云母片岩的强度、特征应力和弹性模量随β角(最大主应力方向与片理的夹角)增加呈先减小后增大趋势;新鲜无石英脉试样的强度、特征应力和弹性模量最高,风化含石英脉试样次之,风化不含石英脉试样最低。根据室内试验结果,总结了石英云母片岩等层状岩体隧道(洞)施工过程中应注意的开挖与支护问题和具体应对措施。

天然弱面岩体真三轴压缩下声发射机制研究

模拟地下岩体的受力状态，对天然弱面岩体进行真三轴压缩下声发射实验，将天然弱面岩体的声发射与强震对比研究，并从ＡＥＲ、ＥＲ特性找出规律，对解释地震发生机制、岩石失稳有积极意义。

真三轴压缩下大理岩强度、变形与损伤特征数值

为研究真三轴条件下岩石的力学行为,采用离散元颗粒流程序,探析不同应力路径下大理岩试样的变形破坏过程、微裂纹演化机制及其中间主应力效应。结果表明:平行黏结模型能较准确地反映大理岩真三轴压缩下力学特性和破坏模式;中间主应力对峰值强度、弹性模量、破坏角和破坏模式演变的影响较为显著;八面体理论可较好地拟合出大理岩真三轴压缩中的破坏应力,所得的破坏强度包络线具有明显线性特征;结合应力-应变曲线形状,该大理岩在压缩过程中裂纹扩展可划分为4个阶段,即线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段;随着中间主应力增大,应力-应变曲线峰后段的脆性破坏特征变强,试样从拉伸破坏向拉剪混合破坏转变,且中间主应变符号由拉转向压,岩石损伤演化与中间主应力间呈现出“对勾”型趋势。

广义双剪应力强度理论对真三轴压缩混凝土的应用

针对Ｈ．Ｇａｃｈｏｎ有关混凝土真三轴压缩试验的结果，经分析后认为：混凝土真三轴压缩时适用修正后的广义双剪应力强度理论，并提出了建立强度条件的方法；确定了具体的强度条件。

真三轴压缩下砂岩的能量和损伤分析

为了探究真三轴压缩下砂岩的能量和损伤演化规律,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统进行真三轴一次加卸载试验和真三轴压缩试验,对真三轴压缩应力-应变演化规律进行研究,探讨三向主应力加、卸载的对岩体的影响,利用图形面积积分法分别计算了真三轴压缩的弹性能密度、耗散能密度与输入能密度,分析三者随最大主应力卸载水平增加的规律及其相互之间的关系,进一步研究真三轴压缩过程中损伤演化规律,并对冲击地压倾向性判定条件弹性能量指数进行讨论。研究结果表明:真三轴压缩下最大主应力增大,使砂岩内部应力调整,从而引起中、小主应力方向应变变化,从能量角度定义该现象为能量“诱增”;划分了三个方向主应力加、卸载的种类,将加载分为损伤加载(最大主应力加载)与保护加载(中、小主应力加载);将卸载分为常规卸载(最大主应力卸载)与损伤卸载(中、小主应力卸载);真三轴压缩下中间主应力方向约束应力较大,使得该方向“诱增”弹性能密度比例高于最小主应力方向“诱增”弹性能比例;真三轴压缩下最大主应力方向应力提升,砂岩的弹性能密度、耗散能密度均与输入能密度之间存在线性函数关系,提出了真三轴压缩的能量分析方法,进一步得到了砂岩的储能极限,与单轴压缩相比,其储能性有较大提升;真三轴压缩下砂岩损伤变量在塑性阶段之前岩石损伤呈近似线性变化,随着最大主应力增加,损伤变量呈非线性演化趋势。

可燃冰沉积物宏细观力学特性真三轴试验离散元模拟

为了研究孔隙填充型可燃冰沉积物在复杂应力状态下的力学特性,采用三维离散元法对孔隙填充型可燃冰沉积物试样进行在不同平均应力、不同中主应力系数下的真三轴压缩模拟试验,研究平均应力和中主应力系数对宏、细观力学性质的影响以及细观力学机制的演化与宏观力学特性的联系。结果表明:平均应力的取值主要影响可燃冰沉积物的峰值强度;大、中、小主应力以及大、中、小主应变受到中主应力系数的取值影响较大,其变化趋势与颗粒接触的强接触组构主值表现出良好的相似性;在三向应力不等的情况下,可燃冰沉积物的破坏强度符合Lade-Duncan准则;随着中主应力系数逐渐增大,XY平面上的法向接触力更倾向于朝着中主应力方向发展。

真三轴条件下单裂隙砂岩破坏过程的颗粒流模拟

采用颗粒流程序从细观角度对在真三轴条件下含单裂隙砂岩的裂纹扩展贯通模式、破裂机理展开研究,重点讨论了不同中主应力对单裂隙砂岩裂纹扩展和其力学特性的影响.研究结果表明:在真三轴压缩条件下,中主应力有助于增大含裂隙砂岩的强度,但过高的中主应力会加快裂纹的扩展、贯通,从而形成宏观破裂面;当中主应力的作用方向与裂隙走向垂直时,裂隙岩石的破坏模式为垂直于裂隙走向形成宏观剪切破裂面,含裂隙砂岩在真三轴压缩条件下的破坏主要为伴随拉破坏的剪切破坏机制.

四体构件真三轴数值试验底板冲击失稳研究

针对深部地下工程底板冲击失稳的相关特点,提出了采用四体构件模拟煤岩体结构,运用FLAC3D数值软件模拟试件真三轴压缩过程,通过不同中间主应力系数和卸载路径模拟深部开采环境,从构造应力和能量角度出发,分析了深部开采底板冲击相关特点。结果表明:当从最小主应力方向卸载时,卸载后到底板冲击发生所经历的时间较卸载中间主应力时长;不同的卸载方向导致底板冲击所经历的时间步与中间主应力系数呈指数关系,当卸载最小主应力时,煤层开采到发生冲击所经历的时间步与中间主应力系数成指数关系上升,而卸载中间主应力时反之;发生冲击的岩体经历了脆—延—脆—塑的转化过程。

真三轴条件下等效围压对煤岩力学特性影响试验研究

为研究水平应力加载下煤岩的强度及变形特征,在试验室开展了不同应力条件下真三轴压缩破坏试验。试验结果表明:试件的三轴压缩峰值强度随最小水平应力和垂直应力的增大而增大,为比较复杂应力水平下煤岩力学特性,定义"等效围压"表述应力状态,得到试件峰值强度及峰值应变均随等效围压的增大呈线性增大;煤岩破坏产生的裂隙数量随着等效围压增大而增多;试件破坏程度随着等效围压的增大而增强且破断角随等效围压增大成二次函数递增。煤体所处应力水平影响其力学特性,试验结果对于煤岩深部高效开采及安全生产有重要的理论支持和实践意义。

真三轴压缩及卸载条件下充填体力学特性研究

对于采用充填采矿法的矿山,充填体是井下采场的重要组成部分,在先采矿房并充填完成后再回采矿柱的充填采矿工艺过程中,充填体受原生地应力及矿体开挖的扰动、卸载作用。基于充填开采工艺过程中的应力变化路径,开展充填体真三轴压缩及卸载试验,分析充填体失稳破坏过程及声发射响应特征,研究充填体力学特性。结果表明:真三轴压缩条件下充填体试件的破坏形式主要以拉伸破坏为主,表现出更好的弹性,峰值强度和弹性模量随养护时间的增加和围压的增大而增大;单向卸载条件下,充填体试件峰值强度较真三轴压缩条件下的峰值强度降低约17.74%,峰值强度随围压的增大而增大,弹性模量随围压的增大而减小,泊松比随围压的增大先增大后减小;双向卸载条件下,充填体试件快速失稳破坏,峰值强度较真三轴压缩条件下的峰值强度降低约17.76%,充填体试件的峰值强度、弹性模量、泊松比均随围压的增大而增大;充填体试件在双向卸载条件下比单向卸载条件下产生的变形更大,破坏强度也更低。

三维应力作用下岩体层面效应分析

为得到层状岩体在真三轴压缩情况下的强度变形特征,利用数值分析方法建立计算模型,得到不同结构面倾角β下试样的应力和变形响应,结果表明,(1)加载初期,结构面倾角β=0°和β=90°试样对应的初始弹性模量最大;随着试样变形的增大,对应的弹性模量以β=90°、60°、0°的顺序逐渐减小;β=90°和β=0°试样发生破坏的脆性特征比较明显;(2)随着围压σ3=σ2的增大,压缩强度σ1不断增大;围压对强度极值发生的位置影响不大;(3)最小主应力与结构面走向平行情况下,随着中间主应力σ2的增大,试样压缩强度呈现先增大后减小的趋势;随着最小主应力σ3的增大,σ1逐渐增大;当σ3较小时,二者符合线性关系;随着σ3的增大,二者的关系逐渐呈现非线性特征;并且结构面滑移破坏型试样的非线性特征更加明显;(4)最小主应力与结构面走向垂直的情况下层状岩体的压缩强度与中间主应力和最小主应力的关系均呈现显著的线性特征。

岩石压缩破坏强度的一种理论估值方法

依据简单加载试验结果可靠地预测复杂载荷条件下岩石的破坏强度仍是一项挑战性任务。以Mohr-Coulomb准则力学模型的能量描述为基础,提出一种应用单轴压缩试验估值岩石压缩破坏强度的理论方法。包括由破坏面上一点弹性变形能与裂纹表面能守恒关系给出的压缩破坏临界能量条件,以及在常剪切弹性模量和体积变化服从体积应力幂指数律条件下,从临界能量条件导出的岩石真三轴压缩破坏强度判据。不同于已提出的各种岩石破坏准则,这个判据考虑到了岩石的变形和开裂特征。3个材料参数不由强度试验数据的拟合确定,而是单轴压缩试验信息的计算结果。应用实例分析表明,它的强度预测结果达到了Hoek-Brown经验强度准则关于试验数据最优拟合的精度水平。