基于声发射定位的自然裂隙动态演化过程研究

利用MTS815岩石力学试验机和PCI-II声发射三维定位实时监测系统对取自锦屏II级水电站交通辅助洞的含自然裂隙大理岩岩样进行单轴压缩条件下的声发射(AE)测试,并结合AE振铃数实现对不同空间分布类型自然裂隙时空演化过程的精确定位和追踪。试验结果表明:含自然裂隙大理岩岩样受压破坏过程中的局部渐进特征显著,AE累计数曲线的上升与试验的加载过程和岩样内部的应力调整关系密切;单一型和平行型自然裂隙空间分布形式相对简单,在压应力水平较低时AE大事件(振铃数>20)随着压应力的渐增沿自然裂隙面展布,当压应力接近峰值强度时,AE大事件在裂隙面末端部位大量集聚,并朝着最终的实际破裂方向扩展;含交叉型自然裂隙岩样体内的AE大事件在初始压密阶段分布相对均匀,但随着压应力的持续增加,裂隙面附近的AE数量逐渐增加,并向裂隙面的交叉部位集聚;混合型自然裂隙结构最复杂,但仍不难根据AE大事件的空间分布确定岩样内部的软弱部位及相应的应力场变化规律。以上试验和分析结果对于深入研究岩体破裂失稳机制具有一定的意义,也可为现场微震监测提供指导。

不同频率循环荷载下大理岩动力学特性试验研究

利用MTS 815岩石力学试验系统,对大理岩进行了单轴压缩和不同振动频率、不同动应力幅值的循环加卸载试验,探讨循环荷载的振动频率和动应力幅值对大理岩的动弹性模量和动泊松比的影响.研究结果表明,在不同应力幅值的循环荷载作用下,大理岩的动应力-动应变曲线不完全重合,形成了滞回环;随着动应力级别的提高,滞回环面积增大,能量耗散增加;随着循环周次的增加,累积不可逆变形增大.当动应力幅值的范围分别处在岩石弹性变形阶段和塑性变形阶段时,振动频率和动应力幅值对动弹性模量和动泊松比的影响不同.随着循环应力级别的提高,动弹性模量减小,而动泊松比呈现出逐渐增加的趋势;当动应力幅值处在岩石的屈服点以上时,随着振动频率的增大,动泊松比增加、动弹性模量减小.

裂隙岩体内3维裂隙体的分形描述

针对裂隙岩体研究过程中的裂隙定量化描述及其与强度参数间的对应关系等问题,通过对完整煤岩进行预加载而获取含裂隙的裂隙岩体试件。基于此,对其试件进行CT扫描探测并重构裂隙岩体模型,以获取表征其分布特征的点云数据,然后利用分形理论,采用立方体覆盖法对岩体内3维裂隙体进行定量化描述,并对CT扫描后的裂隙岩体试件进行单轴抗压试验,进而分析其定量描述指标与强度参数间的关系。结果表明:通过CT扫描获取的3维裂隙体点云数据能够很好地表征其空间分布特征;岩体内3维裂隙体具有自相似性,是一种自然分形,其分形维数能够作为其定量描述指标;在统计意义上,裂隙岩体定量评价指标的分形维数与其单轴抗压强度呈对数关系,且随着裂隙复杂程度的提高,其强度参数呈降低趋势。

层状大理岩间接拉伸试验及断口形貌和断裂机理分析

通过MTS815试验系统、激光扫描仪和SEM电镜对锦屏Ⅱ级水电站交通辅助洞的盐塘组互层状大理岩进行间接拉伸试验研究、断口形貌测试和细观断裂机理分析。结果表明:拉应力的作用方向与层理面的夹角显著影响岩石的抗拉强度及破坏机理,当拉应力平行层理面时,岩样的平均抗拉强度约为6.32 MPa,断口形貌较为粗糙,表面分维约为D=2.14~2.17;而当拉应力垂直层理面时,岩样的平均抗拉强度仅约2.57 MPa,断口形貌较为平缓,表面分维约为D=2.07~2.10。对于同一种岩石,断口形貌特征与其抗拉力学性能具有明显的对应关系,即断裂表面越粗糙,其分形维数越大,对应的抗拉强度也越高,反之亦然。通过SEM揭示了产生这种现象的细观断裂机理,当拉应力垂直层理面时,岩石主要发生沿晶断裂,穿晶断裂相对要少些;而当拉应力平行层理面时,岩样的断裂模式主要为沿晶和穿晶耦合断裂。研究表明,不同的微细观断裂模式是层状大理岩断口形貌迥异和力学性质差异的根本原因。

金沙江下游金坪子Ⅱ区低速滑坡活动机理初探

金坪子滑坡是金沙江下游乌东德水电站下游方向距离大坝最近的一处巨型深厚崩坡积碎屑土古滑坡,以Ⅱ区活动部分为研究对象,在大量勘察试验成果以及长达11a的精确监测基础上,分析滑坡岩土体的物理力学性质以及滑坡的长期动态特征,特别是滑坡与降雨和地下水的动态响应关系,并基于Green-Ampt降雨入渗模型研究了降雨直接入渗补给地下水的可能性,利用极限平衡法探讨了理想刚塑性条件下该滑坡所受力的平衡关系,进而分析滑坡的活动机理。研究结果表明,滑坡的长期持续活动是滑带土黏性流变特征的表现,地表和深部位移均表现为牵引活动模式,地表自2005~2016年的平均位移速率为0.19~0.87mm·d^(-1),深部以基底滑动为主,不同部位具有不同程度的内部变形。降雨是影响滑坡动态的最主要因素,在理想情况下,降雨很难直接入渗补给滑区地下水,地下水动态变化缓慢,与滑坡活动有一定正相关关系,但作用并不显著。与一些动态特征直接受地下水位影响的浅层低速滑坡不同,金坪子Ⅱ区的活动机理更可能是降雨在滑坡上部一定深度范围内形成暂态饱和区,滑体容重和渗透作用的变化影响了滑坡的动态。

细砂岩破坏全过程渗透性与声发射特征试验研究

为探讨细砂岩变形破坏过程中的渗透特性及声发射特征,采用MTS 815岩石力学试验系统及PAC PCI–2声发射测试工作站,对细砂岩进行三轴压缩条件下的渗透性和声发射特征试验,分析全过程中渗透率的变化规律、渗透率–应变关系、声发射特征及其与渗透性之间的关系。研究表明:细砂岩变形破坏过程中渗透率随应力–应变曲线呈阶段性变化,不同围压下渗透率的变化规律相似,随着围压升高,渗透率量值降低;横向应变ε3与渗透率K随轴向应变ε1的变化规律基本一致,横向变形增加的突变点与渗透率的突变点相对应,更能反映渗透性的变化;声发射特征反映了细砂岩变形破坏过程中裂纹的发展、演化过程,声发射和应力–应变、渗透率均具有很好的相关性;声发射特征参数能量率随围压升高而增大。基于声发射特征的分析能更好地揭示岩石变形破坏过程中裂纹的产生和发展状况,有助于深入认识岩石渗透性的变化机制。