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摘要:真三轴强度准则已提出很多,而真三轴试验结果却很少,且可靠性需要确认。如茂木清夫所做Orikabe二长岩和Yamaguchi大理岩,在真三轴应力下的强度及变形较为特别:中间主应力仍σ2定时强度不随最小主应力σ3增加而增加,在延性变形阶段σ2对强度的影响大于σ3。拉西瓦花岗岩强度也存在类似的奇异。合理的解释是,在仍较高时试样轴向变形较大,引起加载匝压板产生摩擦而提高强度。修正摩擦效应意味着增大σ3而减小σ1,σ2对强度的真实影响将不再随σ3显著增加。
摘要:基于颗粒流理论和PFC3D程序,建立Lacdu Bonnet花岗岩的BPM模型,施加周期性边界条件。通过使周期性空间扭曲变形,保持恒定的平均应力P和Lode角n,进行真三轴试验,提出一种修正Mohr-Coulomb准则形状函数的新方法。建立试样的三维强度包络面,并从三轴平面、双轴平面和兀平面3个角度,探讨Mohr-Coulomb准则的局限性:(1)Mohr.Coulomb准则预测的单轴抗拉强度偏大。(2)Mohr-Coulomb准则未考虑中间主应力的影响。(3)Mohr-Coulomb准则适用范围有限,在-30°〈θσ〈30°范围内,Mohr-Coulomb准则强度偏于保守。探索中间主应力对岩石强度的影响规律,结果表明:当σ2处于低值时,σ1随σ2的增大而增大,而后达到了“平台期”;当σ2处于更高应力状态时,σ1随σ2的增大而减小。通过考虑中间主应力的影响,将Mohr-Coulomb准则形状函数修正为关于平均应力P的函数。将拟合的K值与修正的Lade.Duncan准则预测值进行比较,结果表明,本文的修正方法比修正的Lade.Duncan准则能更准确地描述岩石的常规三轴强度,研究方法及结论可为岩石强度研究提供有益参考,且具有一定的实际工程意义。
摘要:煤吸附/解吸瓦斯的力学响应特征是煤与瓦斯突出机制研究中的重要问题。利用煤体吸附/解吸变形试验系统,对取自开滦矿区赵各庄矿9号煤层的原煤样品进行不同吸附压力下的吸附/解吸变形观测,配合高压压汞实验和液氮吸附实验研究煤样吸附解吸变形存在差异的原因。实验结果显示:煤吸附/解吸瓦斯产生的膨胀/收缩变形呈各向异性,卸压初期煤样收缩变形较快,之后变形速率减缓,变形需要很长时间才能稳定;吸附压力越大,瓦斯解吸时煤样的收缩变形越显著;煤的微孔含量和孔隙连续性是影响其吸附解吸变形量、解吸变形速率和残余变形量的主要因素。
摘要:Hoek-Brown(H.B)屈服准则存在奇异性,在岩石(体)应力状态的低(拉)围压区存在低估岩石抗拉强度的现象。为了在数值计算中处理H.B屈服准则的奇异性,解决H-B屈服准则在低(拉)围压条件下低估岩石抗拉强度的问题,采用主应力回映算法和不同应力状态选取不同的mi常数的方法,建立基于H.B屈服准则和考虑岩石屈服前的非线性特性的本构模型;在Ls-dyna的自定义材料接口程序中利用Fortran对模型进行二次开发,通过删除单元的方法模拟岩石试件的破裂过程,实现带破坏模式的低围压条件下的模型精确数值求解,获得岩石单轴压缩与巴西劈裂的三维破坏形态;岩石单轴压缩实验、巴西劈裂实验和声发射实验的三种力学特性实验结果与模型数值计算结果比较表明,实验结果与数值计算结果吻合较好,模型及其算法有较高的准确性。
摘要:岩石通常由不同细观组分组成,细观组分的类型与相互作用决定了岩石的宏观力学性质。以北山花岗岩为例,使用室内试验视频和阈值分割技术确定细观组分的类别与位置,将细观组分颗粒和胶结物分别用圆盘和平行黏结来表征,细观力学性质使用颗粒力学性质参数(弹性模量、刚度比、摩擦因数)和平行黏结力学性质参数(弹性模量、刚度比、法向强度均值、切向强度均值)7个指标来表征,宏观力学性质使用弹性模量、泊松比、峰值应力3个指标来表征,使用颗粒流代码、像素和颗粒循环技术,建立考虑细观组分实际分布的颗粒流模型,进行7因素、4水平的32次正交数值模拟试验,研究宏细观力学性质关系和细观力学性质参数的调整方法。结果表明,数字图像处理技术可以有效用于建立基于细观组分实际分布的颗粒流模型;宏观弹性模量一细观弹性模量、宏观泊松比一细观刚度比、宏观峰值应力一细观强度具有很好的对应关系;宏细观弹性模量、泊松比、刚度比有较好的相关关系。由于细观组分的实际分布与力学特点控制了岩石的变形破坏过程,研究成果对估计岩石细观力学参数、预测宏观力学性状具有一定的参考价值。
摘要:为了揭示深部软弱地层开挖卸荷后围岩流变力学特性,开展砂质泥岩恒轴压逐级卸围压三轴卸荷蠕变试验,研究软岩轴向、侧向和体积蠕变规律和卸荷流变过程中偏应力-应变关系特性。主要结论有:(11每卸除一级应力(10MPa)产生的瞬时变形、蠕变变形、蠕变变形相对该级荷载下的瞬时变形的比值、蠕变变形占总变形量百分比均随偏应力的增加而增大,围压越低蠕变变形增加的幅度越大;(2)随着围压逐级卸荷,岩石内部产生竖向张性微裂纹,微裂纹的萌生和扩展使得卸围压瞬时产生较明显的侧向变形,且蠕变过程中微裂纹将发生与应力水平相应的时效扩展,产生黏塑性变形;(3)岩石在时效条件下的渐进破坏的本质是损伤随时间的逐渐累积,并伴随着裂纹的时效扩展,统称为时效损伤破裂;(4)随着围压逐级卸荷,偏应力增大,历史上经历的卸荷级数多、蠕变时间长,试样内部积累的不可恢复应变和损伤越多,时效损伤破裂越剧烈,在该级荷载条件下轴压低的试样其流变速率越大,蠕变变形量越大,卸荷效应和流变特征更加明显,同时伴随显著的侧向扩容,导致蠕变扩容;(5)卸荷和蠕变所产生的损伤和塑性变形对后续力学行为影响非常显著。
摘要:采用分级加载方法,对三峡地区巴东组粉砂质泥岩开展峰前、峰后三轴压缩应力松弛试验。依据试验结果,分析峰前弹性段、屈服段,峰后应变软化段、残余强度段岩石应力松弛量、应力松弛度、松弛稳定时间以及应力松弛速率的变化规律,研究峰前、峰后不同阶段岩石应力松弛特征的差异。引入损伤变量对三参量广义Kelvin模型进行改进,建立岩石的非线性应力松弛损伤模型。应用Levenberg-Marquardt算法,辨识得出岩石的应力松弛损伤模型参数。基于辨识结果,分析峰后破裂对岩石应力松弛模型参数的影响作用,研究峰前、峰后不同阶段岩石应力松弛模型参数的变化规律。在试验研究成果的基础上,总结得出峰前、峰后岩石不同的应力松弛机制。研究结果表明:(1)峰前、峰后各阶段中,峰后应变软化段试样的应力松弛量大,应力损失程度高,松弛稳定时间长,应力松弛速率快,工程实践中应尽可能避免使岩石处于峰后应变软化段。(2)峰后各级应变水平试样的G1,G2,凰参数值为峰前0.20%应变水平相应参数值的1%~53%,峰后岩石的应力松弛模型参数值急剧降低。(3)峰后形成的宏观破裂对试样的黏弹性力学特性影响最大,黏性力学特性其次,而对试样的瞬时弹性力学特性影响最小。(4)峰后应变软化段试样的G1,H1模型参数值大幅降低,峰前屈服段试样的G2模型参数值大幅降低。(5)峰前岩石的应力松弛主要是由于岩石内部微裂隙的产生、扩展等原因而引起的,峰后岩石的应力松弛主要是由于岩石中宏观裂纹的产生、扩展以及贯通等原因而引起的。峰前、峰后岩石的应力松弛机制不同。
摘要:摘要;在我国西部山区,由高速远程滑坡碎屑流导致的群死群伤事件时有发生,对滑坡碎屑流的高速远程机制研究迫在眉睫。以汶川地震触发的文家沟高速远程滑坡碎屑流为研究对象,利用其堆积物中出露的冲沟对碎屑流堆积物的堆积结构进行研究,结果表明,碎屑流堆积物具有明显的反序结构;进一步利用环剪试验对碎屑流流动过程中不同深度处碎屑颗粒的长距离剪切过程进行模拟,结果显示,颗粒破碎是滑坡碎屑流堆积物反序结构形成的主要原因之一,碎屑流流动过程中由于底部颗粒所受正应力最大,因此破碎越彻底,而向上碎屑颗粒所受正应力逐渐减小,破碎程度也逐渐减小,因此形成反序结构;而底部碎屑颗粒破碎导致碎屑流剪切强度降低,进一步导致碎屑流底部与地面之间摩擦阻力降低,是滑坡碎屑流能够高速远程的主要原因之一。研究成果能够为西部山区高速远程滑坡碎屑流的致灾范围预测提供科学依据,具有一定的理论和实际意义。
摘要:为了研究深部隧洞或地下厂房围岩在三向应力状态下的强度特性,开展玄武岩和片岩原位真三轴卸载试验,基于Mohr-Coulomb强度准则和Mogi强度准则,探讨考虑中间主应力影响的岩体强度参数取值问题。分析结果表明:(1)对于玄武岩和片岩原位真三轴试验,采用Mohr-Coulomb强度准则的回归方程满足显著性水平口=0.05的检验要求,采用Mogi强度准则的回归方程则可满足显著性水平凹=0.01的检验要求,因此采用Mogi强度准则拟合现场岩体真三轴试验结果更加可靠;(2)考虑中间主应力影响的Mogi强度准则确定的岩体抗剪强度参数循比忽略中间主应力影响的Mohr-Coulomb强度准则确定的妒值高约6%,但是Mogi强度准则确定的岩体抗剪强度参数c值,则比Mohr-Coulomb强度准则确定的c值低约60%。
摘要:采用电液伺服试验系统对高温后的花岗岩试样进行巴西圆盘劈裂试验,比较分析不同温度(25℃~1000℃)作用后花岗岩的劈裂破坏形态、荷载一位移曲线、抗拉强度等,提出径向模量的概念,并据此定义热损伤变量,从损伤力学角度研究花岗岩在拉伸破坏条件下的热损伤特性。研究结果表明:随着温度的升高,花岗岩试样发生脆一塑性转化,其荷载一位移曲线由“下凹”向“上凸”转变,试样的抗拉强度与径向模量均呈下降趋势,并表现出较明显的阶段特征,其中径向模量在100℃时不减反增;热损伤变量总体上随温度升高而递增,但在100℃时出现“负损伤”;最后,推导适用于本文条件的热损伤演化方程与热-力耦合本构模型,模型曲线与试验曲线基本吻合。
摘要:堆石料在剪切过程中有明显的强度软化和剪胀现象,传统邓肯-张模型无法对其进行有效描述。通过对邓肯一张模型进行改进,能得到更好的拟合效果,并给出模型参数b-c=0.25作为材料处于硬化还是已进入软化阶段的判别标准。通过Hardin破损指标的引入,将颗粒破碎程度和材料强度和变形联系起来,分析结果表明,随着破碎程度增加,强度降低比较明显,而变形则主要受围压控制。基于改进邓肯一张模型给出剪胀率d与应力比η之间的关系,与已有理论的比较说明了其合理性和便利性。
摘要:砂质泥岩在低温环境中的物理力学特性和损伤破坏对于西部富水深部竖井工程建设有重要的研究意义。依托内蒙古鄂尔多斯梅林庙矿区工程,选取深约690m的砂质泥岩为母材,研究3种温度(26℃,-10℃,-20℃)下砂质泥岩在巴西劈裂试验中的力学特性,并运用声发射仪,选取声发射能量、幅度以及峰值频率参数,分析其在不同温度试验中的变化规律。结果表明,温度对于砂质泥岩的劣化影响明显,-20℃时砂质泥岩的劈裂强度较常温及-10℃时分别减少了37.47%和29.2%。常温下砂质泥岩加载初期存在裂隙压密过程。声发射3个参数在试验过程中的变化相互验证,可以描述岩石破坏的全过程。基于累计声发射能量的损伤演化较好反映了岩石内部裂隙产生-扩展-汇集-贯通-破坏的过程,为人工冻结工程中损伤程度的评估以及预防冻结过程中渗水淹井问题提供了新的思路。
摘要:通过对裂纹尖端应力场Williams展开式中非奇异应力项(T应力)的考虑,建立基于最大拉应变准则的岩石裂纹水力压裂的开裂判据,推导临界水压和起裂倾角的计算式。以此为依据计算水压致裂中的临界水压和临界偏转角的变化规律,分析裂隙倾角、围压、临界裂纹区尺寸、T应力、泊松比等因素对其影响作用。研究结果表明:随着围压、临界裂纹区半径以及泊松比的增加,起裂临界水压增大,临界偏转角逐渐减小。丁应力对水压驱动型裂纹的扩展影响较小,但对外荷载作用下的裂纹扩展特征却有显著的影响。通过与试验结果的对比,考虑T应力的计算结果更为合理。
摘要:Hoek-Brown屈服准则优点突出,但使用时所需的扰动因子D和地质强度指标GSI值两大参数难以准确获取。对此,总结分析学者们对传统Hoek-Brown准则的改进,提出能较便捷、精准地解决该问题的方法:利用扰动岩体波速怖和岩石纵波波速比值的平方计算扰动因子D,通过岩体纵波波速%与岩体RMR值的关系来计算岩体的GSI值。进而,将D和GSI的表达式代入Hoek-Brown准则中,得到新的改进公式。为验证改进公式的合理性,以黄河玛尔挡水电站大坝坝基岩体工程为例,分别对该改进方法计算得到的岩体物理力学参数与Hoek-Brown法计算结果进行对比。结果显示,该改进方法计算结果与Hoek-Brown法计算结果趋势走向一致、数值相差较小。据此,该方法可满足工程应用,尤其是可用于快捷、准确计算出Hoek-Brown准则中的两大参数,进而计算岩体的力学参数。
摘要:为了分析非均匀应力分布对石灰岩孔道试样变形、强度及破坏特征的影响,利用孔径为6~25mm的石灰岩孔道试样,在RMT-150B岩石力学试验系统进行单轴和内孔压为0的常规三轴压缩试验。结果表明:(1)单轴压缩时,孔道试样的峰值强度、弹性模量与孔径没有明显关系,破坏特征以张剪性破坏为主,孔道没有出现坍塌迹象。(2)三轴压缩时,孔径对试样在屈服阶段以前变形特性的影响不明显,对峰值后的变形特征影响显著,孔道试样的弹性模量与孔道尺寸、围压的关系不大。(3)利用修正的Coulomb预测材料强度高出单轴压缩峰值强度11%左右,与完整试样试验回归结果大致相等,其值与孔径和围压没有直接关系;而以修正的双剪切强度准则预测材料强度受试样孔径、围压的影响较为复杂,孔径小于11mm预测材料强度与孔径、围压的关系不明显,而孔径大于16mm时预测材料强度随孔径、围压增加而降低。(4)三轴压缩时孔道试样的破坏特征受孔径、围压的双重影响,孔径较大时更有利于屈服破坏承载能力降低。
摘要:岩石具有重要的不可忽略的黏滞特性,准静态条件下试样应力-应变曲线表现出明显的加载速率相关特性,宏观表现为试样加卸载过程中的弹性后效,弹性蠕变和松弛等非平衡态非线性效应。基于经典的Preisach-Mayergoyz空间理论模型,引入具有时间依赖性的滞弹细观单元,得到改进的PM空间理论模型。采用所提出的改进的PM空间模型,研究不同加载速率下试样应力一应变曲线关系特征,以及准静态条件下试样加载过程中的非平衡效应。最后,提出滞弹细观单元变形-时间曲线的试验获取方法以及改进PM空间的重构方式。研究结果表明,加载速率越小,试样滞回曲线所围成的面积越小;加载速率越大,试样达到平衡状态所需要的时间越长。
摘要:空气间隔装药预裂爆破作为一项新型轮廓爆破技术,其对岩体的损伤特性严重影响了技术的推广应用。采用现场试验与数值计算相结合的方法,对经山寺铁矿空气间隔装药预裂爆破试验的岩体损伤分布特征进行比较分析。结果表明,空气间隔装药预裂爆破的岩体损伤分布特征与传统预裂爆破存在明显的差异,装药段存在明显的粉碎破坏区,爆破损伤区的范围显著大于空气段以及传统预裂爆破,但在岩体较完整处,空气段的岩体损伤相对不明显。为了控制岩体损伤效应,装药段采用反向起爆的方式以及使用径向不耦合的筒状药卷,可以优化空气间隔装药预裂爆破效果。
摘要:由于硬岩隧道掘进机(TBM)对地质条件极其敏感,且前期投资较大,准确预测特定地质条件下的TBM性能对于隧道施工方法选择、施工进度安排和成本估计至关重要,同时也是隧道行业内的热门话题。首先回顾国内外TBM性能预测模型的研究进展,对目前常用的TBM性能预测模型进行较为详细地介绍。基于对理论模型和复杂经验模型(总计17个)中使用的岩体参数和机器参数的频率统计,发现影响TBM性能的岩体参数主要包括不连续面间距、岩石单轴抗压强度、不连续面和隧道轴向之间的夹角、隧道直径和岩石脆性等;影响TBM性能的机器参数主要包括单刀推力、刀盘转速、刀具直径、刀间距、刀尖宽度和滚刀岩石接触角等。基于统计结果论述各参数对TBM性能的影响,最后根据国外TBM性能预测模型的发展历程对国内开发TBM性能预测模型提出一些建议。