单轴加载下含共面双节理双层复合类岩试样的力学行为与破坏特征

为研究节理与层理面对裂隙层状岩体裂纹演化的共同作用,对不同层理面倾角下,含多角度共面双节理的双层复合类岩试样进行单轴压缩试验和数字图像相关试验。由试验结果可知,层理面和节理对应力−应变曲线特征和强度参数有显著影响。试件的破坏模式分为4种不同类型。层理面的存在抑制了岩桥区域裂纹的贯通,层理面倾角的变化对裂纹扩展路径和破坏模式的转变有较大影响。对于层理面倾角为30°和45°的试件,节理倾角越大,层理面对试件破坏特征的影响越小。此外,观测到一种从层理面上萌生并且更容易在试件上层扩展的拉伸裂纹。

单轴压缩下多裂隙类岩石材料强度试验与数值分析

采用伺服控制单轴加载系统对预制多裂隙水泥砂浆试件进行加载试验,探索裂隙角度和分布密度对多裂隙类岩石材料断裂破坏强度的影响规律。对试验数据整理分析,应用FLAC3D建立应变软化模型,进行数值模拟。试验数据和数值分析结果表明,裂隙分布密度相同时,裂隙倾角对试件断裂破坏强度的影响比较显著,25°附近取得最小值;裂隙角度相同时,裂隙分布密度对试件断裂破坏强度的影响与裂隙倾角有关,角度较小时,影响比较显著,随着角度的增大,影响越来越弱。试验所得结论,对于预测地下工程中多裂隙情况下围岩强度变化规律提供了依据。

单压下类岩材料有序多裂纹体的宏观力学性能

用高强度白水泥及石膏等类岩材料有序多裂纹模型进行了大量单向加压实验，得出了单压时宏观等效强度σｅ，等效弹性模量Ｅｅ及泊松比μｅ随裂纹群倾角α的变化规律．在一定程度上考虑了裂纹密度对宏观力学性能的影响．综合实验结果与理论分析，给出了多裂纹体强度特征曲线σｅ－α．

单轴压缩下预制2条贯通裂隙类岩材料断裂行为

在伺服控制单轴加载试验机上,对采用养护前期拔出预埋插片方式制作的含2条贯通裂隙类岩石试件进行压缩试验;基于滑动裂纹模型理论,并结合试件破坏全应力-应变曲线和贯通破坏面颗粒体破坏形态分析裂隙试件断裂破坏机理。滑动裂纹模型表明:驱动裂纹相对错动的有效剪力是裂隙倾角α和裂隙面摩擦因数f的函数。试验中发现:裂隙试件发生破坏时,依据裂隙倾角和岩桥倾角的不同,将会出现单裂隙微裂纹贯通破坏、预制裂隙贯通破坏和无微裂纹发育的脆性破坏;根据裂隙试件岩桥区受力特征的不同,预制裂隙发生贯通破坏时,将呈现拉伸破坏、剪切破坏和拉剪复合破坏3种模式,岩桥区贯通面上颗粒体破坏形态随之依次呈现无摩擦、完全摩擦和部分摩擦痕迹。

不同pH环境下黏土类岩崩解过程分形演化规律

基于分形的相似性原理和质量守恒定律,分别探讨了岩石颗粒的细观分数倍崩解过程及粒组宏观分布模拟崩解方法,得到了基于颗粒数量统计的岩石崩解分形描述的关联分维计算公式.在此基础上,以黏土类岩为研究对象,分析了不同pH环境下岩石颗粒崩解过程的分形演化规律.结果表明:初次崩解时溶液pH值越小颗粒分形维数越大,pH值越小分维数趋于稳定所需循环次数越少;酸性溶液对颗粒崩解分维数的增长起到加速作用,碱性溶液对颗粒崩解分维数的增加具有阻碍作用且循环多次后分维曲线才渐趋稳定,但任何溶液条件下黏土类岩崩解的颗粒分形维数最终趋于相等.

加锚多组有序裂隙类岩体单轴破断试验分析

为研究锚杆对多组有序裂隙岩体的作用机制,以水泥砂浆预制多组有序裂隙类岩体,采用玻璃纤维塑料筋材(GFRP)模拟锚杆,对预制的类岩体进行全长锚固,制作多组不同锚固条件下的试件。将预制试件在RMT-150伺服试验机进行单轴压缩破断试验。根据试验结果提出了主控裂纹的概念,认为主控裂纹的贯通导致了试件强度的弱化。分别从细观上研究了锚杆对多组有序裂隙类岩体主控裂纹的起裂、扩展和贯通影响机制;从宏观上研究锚杆对多组有序裂隙岩体峰值强度、残余强度以及抗变形能力的影响。研究发现:锚杆锚固后多组有序裂隙类岩体主控裂纹由纵向—倾斜—横向贯通为主的扩展、贯通模式转变为横向—纵向—倾斜的模式,主控裂纹路径更长且贯通过程受到锚杆锚固限制,具体表现为锚杆锚固改变了裂纹尖端的应力强度因子使得类岩体试件抗变形能力更大、试件的峰值强度和残余强度更高。但并非加锚密度越大,类岩体强度越高,适当的加锚密度才能获得更好的支护效果。

花岗岩类岩体与金矿床成因关系的探讨

花岗岩类岩体与金矿床存在着密切的空间联系，其成因关系一直是矿床学界争论的焦点，目前传统的岩浆热液成因观点仍居统治地位。随着地质资料的积累，高温高压实验技术，尤其是金矿床同位素定年技术的进展，传统观点受到了严峻挑战。成岩成矿的时代与时差、成矿流体的来源和成矿物质的来源等确定金矿床成因类型关键因素的综合研究表明，有密切空间关系的金矿床与花岗岩类岩体之间，在多数情况下两者并无直接的成因联系，金矿床不是岩浆热液成因，而是与大气降水或建造水有关的改造成矿作用的产物。

含裂隙类岩试样疲劳劣化试验研究

利用电液伺服加载系统,采用单轴压缩等幅疲劳试验方式,对含预制裂隙30°、45°、60°及90°的类岩试样进行循环加载试验,借助疲劳损伤在线监测辅助试验系统、动态信号测试分析系统及超声波测试仪器对试样疲劳劣化过程进行损伤参数、轴向应变和声学参数的试验研究。研究发现:基于系统分析方法和信号处理技术,得到对损伤过程反应敏感的损伤参数A值,由A值曲线可以描述出模型试样疲劳劣化的三阶段变化规律:疲劳裂纹萌生阶段、疲劳裂纹扩展阶段及疲劳裂纹快速扩展阶段。对循环荷载作用下试样轴向应变—循环次数比曲线进行分析,可以将试样的疲劳劣化过程分为:初始变形阶段、等速变形阶段及加速变形阶段。试样超声波纵波波速随疲劳损伤的发展呈较明显的倒S形三阶段衰减规律,纵波波速随预设裂隙倾角的增大而减小。文中通过三种不同测试方法测得的试样疲劳劣化三阶段基本对应。此外,模型试样波形包络线及波形相关系数随疲劳损伤累积反应较敏感,但首波波幅变化不够稳定。研究结果可对长期交通荷载作用下的岩质边坡疲劳劣化机理及在役边坡工程服役寿命预测提供理论依据。

含裂隙类岩材料疲劳损伤过程声学特性研究

采用单轴压缩等幅疲劳试验方式,对含预设裂隙的类岩模型试样、相应加锚模型试样及完整试样进行循环荷载试验,对试样进行实时超声波速、波形、时域波幅的测量及分析。结果表明:超声波速随裂隙倾角增大而减小,裂隙倾角0°试样波速最大,裂隙倾角90°试样波速最小;纵波波速随疲劳损伤的发展呈较明显的倒S形三阶段衰减规律,锚固试样波速衰减曲线比无锚杆试样平稳;波形在疲劳损伤过程中从近似半圆形逐渐发生畸变,波形相关系数随疲劳损伤累积呈下降趋势;时域幅值变化不稳定,锚固试样的时域幅值大于相同情况下无锚杆试样。

预制双裂隙类岩材料断裂特性的无网格法数值模拟

在伺服控制单轴加载试验机上对预制两裂隙类岩试件进行压缩试验,观测试件的破坏模式及宏观裂纹的扩展路径。在简要阐述无网格法基本原理的基础上,将基于加权移动最小二乘法的无网格法应用于含裂隙类岩材料断裂特性的数值模拟,对含预制双裂隙类岩试件的断裂特性及其裂纹扩展路径进行数值计算与分析,给出裂尖应力场及位移场的变化关系,并将数值计算所得的裂纹扩展路径与实验结果进行比较,验证该方法的正确性与精确性。

准动态单轴压缩中类岩材料波速变化试验研究

为了解岩石内部的损伤程度和微裂纹发展状况,对单轴准动态荷载下石膏试样应力状态和纵波速度的关系开展了试验研究.在轴向荷载作用下,分别对石膏试样的纵向和横向进行了声波测试.结果表明：低强度石膏试样的应力声速曲线特征明显,其峰值后曲线可以划分为4个阶段,各阶段声速变化与试样的损伤破坏相一致,与应力应变曲线的各变化阶段也能很好对应,且试样的应力波速关系在轴向和横向表现出相似的变化特征.石膏试样的损伤阈值出现在应力为抗压强度60％ ～ 80％时,从应力应变曲线看,损伤阈值出现在试样由弹性变形向塑性变形转变的阶段.

不同强度顶爆下含锚固硐室Ⅲ类岩体塑性变化规律研究

为了进一步提高锚固硐室的抗爆能力,利用数值分析方法研究了不同强度顶爆下含锚固硐室Ⅲ类岩体的塑性变化规律。在试验动载作用下,整个模型主要在爆腔周围产生了半径大约42 cm拉剪屈服,并在侧墙上部其他区域岩体发生受拉屈服。随着动载强度加强,拉剪屈服区域以爆腔为中心呈球形向四周辐射,并逐渐向拱腰发展,且拱腰处的拉剪屈服区域逐渐向两边大约45°方向扩展,与硐室两侧发展下来的拉剪屈服区域相连接;受拉屈服区域也逐渐从两边向中间扩展,并且底板中间受拉区域逐渐从上向下、从中间向两边发展。

剪切变形环境中花岗岩类岩体膨胀应变特征及其控矿作用

剪切变形环境中花岗岩类岩体膨胀应变特征及其控矿作用吕贻峰（中国地质大学，武汉４３００７４）根据岩体侵位与区域性构造活动的相对时间关系，分为构造期前、同构造期和构造期后侵位岩体三种情况。构造期前侵位岩体受后期区域构造的改变而发生十分明显的变形，常形成长...

不同裂隙形式类岩体单轴压缩破坏特征研究

采用水泥砂浆制作具有不同倾角、不同裂隙形式和不同岩桥间距的预制裂隙类岩体试样,开展单轴压缩试验。基于滑动裂纹理论,分析在单轴压缩作用下类岩体破坏受力特征和破坏形式。结果表明:裂隙形式、裂隙倾角和岩桥长度等参数变化对试样强度和破坏形式有较大影响,且在不同破坏模式中起主要作用的控制性参数不一样;对于不同倾角的单裂隙和平行双裂隙试样在单轴压缩破坏形式基本类似,当倾角在0°~90°变化时,它们的峰值强度随倾角的变化趋势呈下凹型,当岩桥倾角为45°时试样的峰值强度最低;对于不同岩桥长度不共面断续裂隙试样,试样的抗压强度会随着岩桥长度的增大而逐渐增大,而对于共面断续裂隙试样裂隙岩桥长度为20mm左右时最容易被破坏。

类岩材料多裂纹体断裂破坏试验及有限元分析

在伺服控制双轴加载系统下对预制的不同角度多裂纹水泥试件进行了单轴和双轴加载试验 ,其中的双轴加载采用两种不同的侧压。另外借助有限元计算得出了试件的全场应力 ,进而计算出试件中裂纹尖端的应力强度因子。试验和计算结果都表明 ,不同的裂纹角度对试件的断裂破坏强度有明显的影响 ,并对其原因进行了研究 。

含齿形裂隙类岩石材料单轴压缩试验研究

为研究含齿形裂隙岩石在单轴压缩下的破坏特征及强度特性,制作了含不同裂隙倾角和起伏角的齿形裂隙类岩石材料试件,并采用岩石力学伺服试验机进行单轴压缩试验。试验结果表明:(1)试件主要产生拉伸、剪切和拉剪复合裂纹,且根据裂纹的扩展路径可划分为A型(拉伸破坏)、B型(剪切破坏)、C型(复合破坏)3种破坏模式,裂隙倾角对试件最终破坏模式影响显著;(2)当裂隙倾角较小时,试件应力—应变曲线为多峰曲线,随着裂隙倾角的增大,曲线呈单峰形式,表现为延性减弱,脆性增强,而裂隙倾角相同但起伏角不同的试件应力—应变曲线大致相同;(3)当裂隙起伏角相同时,试件当量峰值强度随裂隙倾角的增大呈先减小后增大的规律,且裂隙起伏角对试件当量峰值强度的影响小于裂隙倾角。

张开度影响的水平裂隙类岩试件破断试验与分析

为探究张开度影响的水平裂隙岩体破断机理,利用水泥砂浆制备不同张开度水平单裂隙类岩体试件,基于RMT-150B岩石力学试验机对制备的类岩体试件进行单轴加载试验。结果表明:同一预制裂隙长度下,随着裂隙张开度的减小,微裂纹萌生位置由预制裂隙中部向尖端转移。为验证此现象,基于PFC数值仿真平台的平行黏结接触单元构建了裂隙体数值模型进行分析,在数值计算边界条件与试验测试环境相一致的条件下,得到了与试验测试结果相一致的微裂纹起裂模式与破断特征。为进一步探究水平裂隙岩体微裂纹起裂扩展机制,结合微裂纹起裂扩展过程中数值模型颗粒位移场演化规律,基于裂纹面变形屈服特征,提出了固支梁简化计算力学模型,对不同张开度下水平裂隙岩体出现的微裂纹起裂扩展机制进行了分析和阐释。

围压作用下类岩材料动态力学特性研究

为了研究动荷载作用下不同围压水平对类岩材料混凝土力学特性的影响。从混凝土细观结构出发,建立混凝土随机骨料塑性损伤模型,根据混凝土破坏强度的数值试验确定方法,施加冲击荷载,计算了不同围压水平下混凝土的破坏强度和破坏位移,分析了不同围压水平下的破坏形态。结果表明:混凝土属于围压敏感性材料,加载速率不变,随着围压的不断增大,混凝土的动强度、破坏位移以及残余强度也在不断提高,两者成线性增长关系;围压不变,随着加载速率的提高,混凝土的动强度和破坏位移非线性提高,残余强度基本不变。围压大小不同,混凝土材料内部应力分布不同,导致混凝土的破坏类型发生变化,反映出破坏面形状和大小不同。该模型可以比较好的模拟围压作用下混凝土的动力特性。

张开度影响的裂隙类岩试件破断试验与数值模拟

为深入揭示裂隙张开度和裂隙倾角复合因素影响下裂隙体破断模式与力学响应规律,对室内制备的不同张开度单裂隙类岩体试件进行单轴压缩试验。试验结果表明:预制裂隙倾角越小,裂隙体峰值强度受张开度影响越大;同一裂隙倾角下,裂隙体峰值强度随裂隙张开度增大而减小;随预制裂隙张开度的增大,裂隙体峰值强度最小值对应裂隙倾角由45°向0°偏移;裂隙体弹性模量与裂隙倾角呈正相关性,与裂隙张开度呈负相关性。为进一步揭示裂隙张开度与裂隙倾角复合因素对裂隙体微裂纹演化规律的影响机制,基于PFC2D数值仿真平台构建不同张开度与倾角的单裂隙数值分析模型,在相同加载条件下进行数值模拟试验,结合裂隙面邻域内颗粒间接触力链演化规律,从裂隙面挠曲变形角度揭示了裂隙倾角和张开度复合因素影响的裂隙体力学响应规律。

含预制缺陷类岩体模型破断试验与分析

为了探究内部缺陷形状由裂隙至圆孔的变化对类岩体脆性材料破断模式与特征的影响,构建了含缺陷的单轴压缩力学模型,并利用水泥砂浆材料制作类岩体试样,系统地研究了缺陷形状由裂隙至圆孔变化过程中含缺陷试件的强度变化特征和裂纹演化扩展机制。结果表明:当荷载方向与缺陷长轴垂直时,缺陷周边应力集中在长短轴端点处且与缺陷无关;缺陷对试样峰值强度影响较为明显,在缺陷形状由裂隙向圆孔变化的过程,峰值强度降低幅度逐渐增大;缺陷变化对试样的裂纹起裂与裂纹扩展的影响不显著;缺陷试样的最终破坏模式可划分为剪切破坏和拉-剪混合破坏,当m值大于0.60时破坏模式为剪切破坏,当m值小于0.33时破坏模式为拉-剪混合破坏。