不同裂隙相对张开度下类岩石材料断裂试验与破坏机理

在伺服控制单轴加载系统下对含有1条水平裂隙的类岩石试件进行加载试验,在对实验过程及现象深入分析的基础上,结合数值分析结果,探索单压条件下含有1条水平裂隙的类岩石材料断裂破坏机制。为描述裂隙形态,引入相对张开度β,并规定其为裂隙张开度与裂隙长度的比值。结果表明:以β=0.005为分界点,根据β的变化,裂隙体呈现出裂隙尖端屈服破坏和裂隙中部受拉破坏2种不同的破坏模式;当β较小时,水平裂隙尖端邻域应力分布状态可以根据裂纹尖端附近渐进应力解析解折减后计算;当β较大时,水平裂隙中部材料受横向拉伸时微裂纹出现,此时裂纹尖端附近渐进应力分布理论不再适用。

节理岩体断裂破坏强度计算及工程应用

由于地质构造的影响 ,节理岩体通常处于压剪应力状态 .本文根据压剪应力场中节理裂隙扩展断裂破坏机制 ,通过附加张应力研究了节理扩展相互作用对岩体断裂强度的影响 ,推导出了节理岩体的断裂破坏强度计算公式 ,并将该强度模型用于指导一大型山体隧道工程的设计和施工 ,取得了显著效果 .

水库蓄水土质岸坡拉剪断裂破坏机制研究

基于土体结构特征从土体宏微观变化、岸坡变形、掏空等方面解释了水库蓄水期间土体浸泡软化机制。采用断裂力学方法推导求证了土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏机制,并将土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏进一步分为基座软化拉剪破坏模式和基座掏空拉剪破坏模式,给出了两种破坏模式的地貌演绎过程。通过建立两种破坏模式的物理模型和力学模型,从断裂力学角度推导出了潜在坍塌体裂缝尖端应力强度因子表达式。算例分析表明,土质岸坡破坏表现为显著的浸泡拉剪断裂破坏模式,并讨论了潜在坍塌体长度、高度、裂缝角度以及裂缝垂直长度对应力强度因子的影响。土体断裂韧度较小,导致岸坡坍塌体规模不大,土质岸坡的浸泡软化整体滑移破坏往往是滞后的,通常岸坡先局部软化,基座变形后发生塌岸破坏,后续上覆岸坡失去支撑发生整体式滑移。

温度和应变率对原位合成钛基复合材料动态压缩性能及破坏机制的影响

使用分离式Hopkinson压杆（SHPB）系统,在温度293~973K、应变率6 000~10 000s^-1下,对原位合成TiC颗粒和TiB晶须混合增强钛基复合材料（TMCs）的动态压缩性能进行了研究。试验结果表明：在373~573K、673~773K和873~973K范围内TMCs流变应力随温度的增加而显著减小;在较低温度（低于373K）和较低应变率（6 000~8 000s^-1）下,TMCs呈现小幅的应变率硬化特征,而在较高温度（573K及以上）时各应变率下TMCs均存在应变率软化特征,且温度越高材料应变率软化效应越明显。材料失效/断裂机制分析表明：应变率软化机制主要是绝热软化及其产生的绝热剪切带（ABS）中微裂纹的形成和扩展的综合作用;在较高的应变率和较大应变下ABS中会产生微裂纹,温度较低时TMCs塑性不足以抑制或阻碍微裂纹的扩展,从而导致TMCs在宏观上迅速破坏;材料破坏时以钛合金基体塑性断裂为主,但在局部伴随部分增强相脆性断裂。

预制裂隙岩石裂纹扩展相场模拟方法研究

裂隙岩石变形破坏是其内部裂纹萌生、生长和聚合成宏观裂隙的结果。为了模拟裂隙岩石复杂断裂破坏过程,基于传统的相场断裂模型,通过拉、拉剪和压剪应变能密度分解,提出一种新的相场模型。根据Mohr-Coulomb准则分别定义剪切应力和压剪应变能,推导位移场和相场耦合控制方程,采用有限元方法进行空间离散和交错求解算法进行相场理论数值求解。通过对比基准算例的相场模拟结果与解析解,验证编制的相场有限元程序的准确性。然后,基于黄砂岩试验数据确定模型参数,运用该程序对单预制裂隙岩石(α=30°)和双预制裂隙岩石(α=30°,β=30°和α=30°,β=60°)单轴压缩试验进行模拟,再现了裂隙岩石所产生的张拉、剪切和混合裂纹生长和扩展模式,与试验结果吻合较好。因此,改进的相场模型能够模拟裂隙岩石裂纹起裂及后续扩展的动态演化过程。