基于SEM图像的辽河特细砂粒度分布及形态特征的研究

运用图像处理技术研究了辽河地区特细砂分布及形态特点,并对各砂样的投影面积、周长及Feret直径进行了进一步分析,以期掌握辽河流域特细砂的的整体概况,为今后的相关研究提供参考。

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。

不同荷载作用下煤岩裂隙扩展研究

我国是煤炭生产与使用大国,煤岩也是岩土工程中一种常见材料.研究岩石在受荷载作用下裂隙发展过程是解决岩石破坏机制的中心任务.本文介绍了如何利用扫描电镜对单轴以及三轴压缩后的煤岩试样进行观测,获得了煤岩破坏细观结构的照片.再基于Matlab的数学统计工具箱和区域生长算法,编制图像处理程序,得到煤岩破坏时裂隙的方位角、宽度、长度等信息.利用正态分布,对裂隙的方位角、长度进行统计分析,得到其期望与方差的无偏估计量.最后基于Monte Carlo理论,对煤岩破坏细观损伤过程进行模拟,并与试验数据进行对比,找出单轴与三轴压缩试验下煤岩破坏形式的区别.

不同含水率红砂岩静动态劈拉试验及细观分析

研究水-岩耦合作用下岩石力学特性及细观结构,对减少由地下水造成的深部岩体工程病害具有重要意义。采用直径为100 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置与电液伺服压力试验机,进行不同含水率下砂岩试件的动静态劈裂抗拉试验,而后对试件破坏断口进行电镜扫描观察,分析断口形貌特征,依靠SEM图像数字处理技术,进一步得出红砂岩拉伸破坏规律。试验结果表明:红砂岩的劈拉强度随含水率的增加而降低,有明显的遇水软化现象;相比于静态抗拉强度,动态抗拉强度大幅提升,且有显著的应变率强化效应;随着含水率的提高,砂岩试件拉伸破坏时,碎块数量逐渐增多,尺度逐渐减小;饱水岩样的动态劈裂拉伸破坏相比于干燥岩样表现出一定的塑性特征。对断口微裂隙的面积等信息进行定量化处理,分析动态劈拉破坏中的水-应变率效应,得出水在不同应变率下砂岩试样的动态劈拉破坏裂纹扩展中具有均衡作用;微裂隙数量与面积随应变率的提高有增加趋势,破坏断口细观形貌特征存在应变率相关性。

云南典型紫色泥岩微观结构的定量特征

通过扫描电子显微镜(SEM)对云南楚雄地区马头山组(K2m)、禄丰组(J1l)、妥甸组(J3t)紫色泥岩的微观结构进行观测,并用Matlab软件处理SEM照片,提取泥岩的颗粒孔隙量化结构信息,以定量表达泥岩颗粒和孔隙的结构特征。结果表明:禄丰组、马头山组和妥甸组泥岩的微结构分别呈蜂窝状、花瓣状和团粒状结构,团粒状(J3t)结构强度明显低于花瓣状(K2m)、蜂窝状(J1l)。三种泥岩的颗粒和孔隙大小不一,颗粒的均匀程度和孔隙的似圆性较差;三种泥岩颗粒分维数大小依次为J1l(1.74)>K2m(1.64)>J3t(1.34),说明J1l小粒径的颗粒较多,而大粒径的颗粒少,J3t大粒径的颗粒多,小粒径颗粒少。而孔隙分维数大小为J3t(1.88)>K2m(1.58)>J1l(1.35),说明妥甸组孔隙的联通性好,孔隙较均匀。

低温–动荷载耦合作用下砂岩破坏断口的形貌分析

利用增加了低温补偿装置的大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,进行不同负温等级下的砂岩实时动态抗压试验,而后对试件破坏断口进行电镜扫描观察,分析断口形貌特征,并对提取出的微裂隙进行量化处理,得出红砂岩的动态破坏规律。试验结果表明:冻结岩石的动态抗压强度随应变率的增加而提高,随冻结温度的降低而提高,表现出显著的率强化效应与低温硬化效应;低应变率下,断面以胶结物质断裂、脆性断裂为主要断裂模式,耗能普遍偏低;高应变率下,在前2种断裂模式的基础上断面局部出现韧性破坏特征,耗能等级偏高;提取断面裂隙网络,用图像数字处理的方法对断口的孔隙特征进行分析,得出孔隙数量、平面孔隙度、孔隙形状因子的变化规律;将岩石宏观力学性质与断口微观形貌相结合,并立足于微观尺度分析裂纹扩展规律。研究成果对寒区岩体的理论研究与工程实践具有一定参考意义。