岩石爆破机理与显示动力学有限元理论研究

隧道的爆破总体上说就是岩石的爆破,所以研究岩石的爆破机理显得尤为重要。国内外很多学者都对岩石的爆破机理进行了研究,但是没有形成完整的岩石爆破作用机理理论。本文对岩石的力学性质、爆破机理、显示动力学进行研究,为岩石爆破数值模拟提供参考。     

地下水封石油洞库渗流场-应力场耦合作用研究综述

石油和天然气储备已经被许多国家提到了战略的高度上,地下水封石油洞库作为原油储备的方式之一在中国已经进入实施阶段。本文通过综述国内外地下水封石油洞库渗流场-应力场耦合作用机理研究的现状、研究实际工程中遇到的问题、主要的研究手段、分析研究可能出现的新的技术趋势、并结合国内外地下水封石油洞库研究的成果,简要提出地下水封石油洞库渗流场-应力场耦合作用机理研究的主要方向是渗流场和应力场耦合情况下的洞库稳定性、围岩岩石力学行为特征和岩石的流变损伤。     

受污染土体滑坡破坏的微观机理初探

以往在分析地下水对滑坡影响过程中,一般只考虑水的力学效应,而忽略了水质对土体的化学效应,但已有的工程实践表明,受污染地下水对土质滑坡的变形破坏有重要影响.本文从受污染地下水对滑坡土质的物理、化学性质影响机理着手,进一步分析其对土体力学性质的影响,得出了受污染地下水会使土质滑坡朝不稳定方向发展的结论.     

地下水对泥板岩强度软化的损伤力学分析

针对18层泥板岩处于龙滩水电站坝址进水口高边坡中这一特殊情况,深入探讨水-岩相互作用使其劣化的损伤机理。采用RMT-150B型岩石刚性伺服试验机,进行18层泥板岩不同吸水率情形下的单轴压缩试验。结果表明,泥板岩抗压强度的软化不仅与吸水率密切相关,而且还是吸水时间的函数。运用损伤力学理论分析地下水对岩石强度与变形的影响,初步建立与应力状态密切相关的岩石遇水损伤演化方程。结果表明,该理论能较好地描述岩石遇水损伤演化特征,从而为岩质边坡细雨入渗滑坡现象提供理论依据。     

岩石的弹塑性和粘弹塑性应力—应变模型理论

一、引言近三十年来现代化建设迅速发展,例如:在岩石地基上修建三百米的高坝和地下水电站、核电站、地下飞机库以及露天采矿等等,愈来愈多地提出了需要解决的技术问题,因此促进了岩石力学的研究和迅速发展。虽然岩石力学从本世纪五十年代末期已成为一门技术学科,但是对于岩石力学特性的研究,过去只注意将岩石作为松散介质来研究,对于岩石的弹塑性的认识是不够的。此外,对于岩石的流变性和动力特性方面的研究以及地下水作用方面的研究更是不够普遍和深入。     

岩石损伤扩展特性的实验分析及其本构关系与数值模拟研究

摘要从岩石损伤CT细观实时实验观测到的裂纹扩展机理出发,对比分析宏观实验结果,得出正确合理的岩石损伤扩展的物理力学机制,基于岩石损伤演化的物理力学机制对岩石宏观破坏应力-应变全过程曲线进行分段,建立合理的分段岩石损伤本构模型和损伤演化方程,并给出相应的数值模拟方法.基于上述认识,完成了以下工作:博士学位论文 TESTING ANALYSIS AND NUMERICAL SIMULATION ON DAMAGE PROPAGATION CHARACTERISTICS OF ROCK AND ITS CONSTITUTIVE MODEL     

深井围岩破坏机理与稳定性分析

针对深部工程岩体在开采过程所表现出的非线性和动态演化力学行为,从岩石局部化变形机理和分岔行为角度出发,对深部工程岩体在开挖卸荷环境下的破坏机理进行初步探讨,有效的解释了深部工程岩体非线性力学破坏现象.并利用能量方法对深井围岩失稳机理进行了分析,为定性和定量地分析深井围岩系统的稳定性提供理论依据.     

受污染土体滑坡破坏的微观机理初探

以往在分析地下水对滑坡影响过程中，一般只考虑水的力学效应，而忽略了水质对土体的化学效应，但已有的工程实践表明，受污染地下水对土质滑坡的变形破坏有重要影响。本文从受污染地下水对滑坡土质的物理、化学性质影响机理着手，进一步分析其对土体力学性质的影响，得出了受污染地下水会使土质滑坡朝不稳定方向发展的结论。     

岩石单轴抗压强度与破裂特征的化学腐蚀效应

通过对几种岩性岩石在化学腐蚀下单轴压缩破裂过程的细观力学试验，探讨了不同化学溶液对几种岩性岩石单轴抗压强度的腐蚀效应，获得了裂纹扩展过程的显微与全场图像，分析了在化学腐蚀下岩石的细观破裂特征和腐蚀机理，从而为岩石化学损伤力学模型的建立和岩体工程的长期稳定性评价提供了科学依据。     

地下水引起的基坑破坏分析

地下水对基坑开挖支护有着重要影响,由于未探明的上层滞水和管道渗漏等支护设计未充分考虑到的水体是引起基坑坍塌的主要因素。地下水改变了土体以及支护结构的应力状况以及受力情况,并弱化了土体自身的物理力学性质和支护结构的支护强度,探讨了由于地下水引起的基坑失稳坍塌的内在机理。建立了浸水湿化的土体孔隙微结构失稳突变模型。     

高压水射流破岩的数值模拟分析

采用非线性动力有限元法和岩石动态损伤模型对高压水射流破岩过程进行了模拟，结果表明，水射流破碎岩石主体所用的时间为毫秒量级，普通连续水射流破岩的主要形式是卸载及射流冲击所产生的拉伸破坏，并呈“阶跃式”发展。在此基础上，探索了水射流参数对破岩效果的影响，数值计算与试验结果吻合良好，表明利用该方法分析水射流破岩过程和机理是可行的，所得结论可作为水射流破岩体系设计和优化的依据。     

冻融条件下岩石损伤扩展特性研究(英文)

在冻融环境条件下,岩石内损伤裂纹的冻胀、开裂是一系列物理、力学复杂过程,所以研究冻融环境条件下岩石的损伤扩展机理具有重要意义。本文从损伤力学角度出发,借助于岩石损伤CT扫描实验研究冻融条件下岩石损伤扩展特性。主要做了以下两方面的工作一是研究冻融循环对岩石损伤的影响,从岩石的含水率、密度、损伤CT数的变化等实验现象,着重探讨冻融条件下岩石内部水分迁移、水冰相变对岩石损伤及其扩展的影响;二是研究了冻结温度对岩石损伤的影响,对实验现象主要从损伤CT数统计频率的变化来研究,分析时主要考虑了水冰相变体积膨胀和岩石材料本身物理特性两方面的因素。研究结果表明,冻融循环与冻结温度对岩石损伤有一定影响,而且就相同的温度条件来讲,岩石孔隙大小、孔隙贯通程度、孔隙率及岩石本身强度对损伤有着重要影响。     

三轴应力作用下水对岩石应力松弛特性影响作用试验研究

 采用RLJW–2000岩石三轴流变伺服仪,在相同试验条件下分别对干燥与饱水状态下的粉砂质泥岩进行室内三轴压缩应力松弛试验。依据试验结果,分析了松弛稳定后水对岩石总应力松弛量、总应力松弛度、松弛稳定时间、平均应力松弛速率的影响作用,并且分析了松弛过程中随时间的增加水对岩石应力松弛量、应力松弛度、应力松弛速率影响作用的变化趋势。考虑粉砂质泥岩流变参数的损伤劣化效应,以Hooke-Kelvin模型为基础,引入损伤变量对模型进行改进,建立了岩石的非线性应力松弛损伤模型。应用Levenberg-Marquardt算法,辨识得出干燥与饱水岩石的应力松弛损伤模型参数。基于辨识结果,研究了水对岩石非线性应力松弛损伤模型参数的影响作用。研究结果表明：(1) 由于水的影响作用,松弛稳定后粉砂质泥岩的总应力松弛量减少、总应力松弛度增大、松弛达到稳定的时间增长;松弛过程中,随时间的增加,水对粉砂质泥岩应力松弛量与应力松弛度的影响作用减弱。(2) 由于水的影响作用,粉砂质泥岩的平均应力松弛速率减小,各时刻岩石的应力松弛速率降低;松弛过程中,随时间的增加,水对粉砂质泥岩应力松弛速率衰减的影响作用增强。(3) 粉砂质泥岩应力松弛过程中,水对岩石的黏性力学特性影响作用较大,而对岩石的瞬时弹性和黏弹性力学特性影响作用相对较小。(4) 粉砂质泥岩的应力松弛损伤受应变水平、时间以及水3种因素的共同影响,而非线性应力松弛损伤模型可以有效地反映3种因素对岩石应力松弛参数的综合损伤弱化作用。(5) 水对粉砂质泥岩应力松弛特性的影响作用是极其显著的,水极大地增强了岩石的时效特征,改变了粉砂质泥岩的应力松弛特性。因此,在重大工程设计和施工中,不能忽视水对岩石应力松弛特性的影响作用。     

水对微波辐射下硬岩劣化效果的影响试验研究

在微波辅助破岩中,水是影响岩石劣化的重要因素。为了研究在微波辐射下,水对岩石劣化的影响规律,以湖北花岗岩为研究对象,岩石孔隙率、超声波波速、抗拉强度作为参考指标,通过试验法测得水在微波辐射下对岩石劣化的影响规律。结果表明:水是造成岩石劣化的关键因素,微波辐射后浸水冷却能够对岩石产生更大的破坏效果;岩石的损伤程度受试件初始含水率影响显著,饱和试件较干燥试件而言在微波辐射后破坏效果更明显;采用初始含水率为饱和状态、冷却方式为浸水冷却的条件时,微波辐射对岩石强度的折减效果达到峰值。因此,在微波辐射前后充分利用水分这一影响因素能够更好地造成岩石的劣化,降低岩石破碎时能量的消耗,对微波辅助破岩技术的发展具有重要意义。     

岩石水化学损伤的机理及量化方法探讨

提出了化学损伤概念，分别运用化学成分分析理论、能量观点、考虑化学操作的破坏力学方法，分析了岩石水化学损伤机理，并探讨了其定量方法。采用水－岩反应的大模式与小模式理论，解释了自然界中岩体的剧烈变形及破坏往往发生在暴雨或人类工程活动时的原因。探讨了岩石水化学损伤定量方法的研究途径，提出并分析了岩石水化学损伤的层次分区性。重点讨论了考虑化学损伤的破坏力学方法，认为此方法可以解释并定量分析水－岩反应的力学效应。     

基于CT方法的磨料射流冲蚀损伤岩石特性研究

 为了深入揭示磨料射流破岩机制,开展磨料射流冲蚀典型脆性岩石(硅质灰岩)实验,同时用CT扫描机对冲蚀后试件进行CT扫描,并利用图像处理技术对获得的CT图像进行二值化处理,直观反映磨料射流作用下岩石的破坏与损伤情况。结果表明：磨料射流破岩过程中除了能冲蚀去除岩石,于岩石内部形成由圆形截面与“V”形垂面构成的倒锥体冲蚀孔洞外,还会在孔壁致生大量小裂缝,对岩石产生一定的损伤作用,于冲蚀孔周边构造出一定范围的损伤区。通过实验测试手段直接验证了磨料射流冲蚀损伤岩石特性的存在,为深入揭示磨料射流破岩机制提供实验基础。     

水-岩化学作用的岩石宏观力学效应的试验研究

为了研究水－岩化学作用对岩石的宏观力学效应，在常温常压，不同循环流速条件下，对不同化学性质的水化学溶液作用下的花岗岩，红砂岩和灰岩进行了单轴抗压强度试验，取得了时效性的定量结果。结果表明：水化学作用后；3种岩石的强度均出现了不同程度的下降。分析发现：（1）水溶液对岩石的力学效应与水－岩化学作用密切相关；（2）岩石的化学损伤与水－岩化学反应强度成正比；（3）水－岩化学作用对岩石的力学效应具有很强的时间效应；（4）影响岩石化学损伤的主要因素有；岩石的物理性质和矿物成分，水溶液的化学性质，岩石的结构或物质成分空间分布的非均匀性，水溶液通过岩石的流动速率和岩石的成因及演化历史等5个因素。     

基于CT图像的冻结岩石冰含量及损伤特性分析

冻结岩石中冰含量对其热力学及损伤特性有重要影响,研究岩石冻结过程中冰含量随温度的变化规律可以为冻结岩石工程的安全稳定性评价提供科学依据。运用CT识别技术,进行不同温度梯度下冻结岩石的CT扫描实验,获得20 ℃、-2 ℃、-5 ℃、-10 ℃、-20 ℃、-30 ℃下岩石的CT扫描图像,实现了冻结岩石CT图像的伪彩色增强和直方图分析,完成了冻结岩石冰含量及损伤信息的数字表述,对冰含量随温度的变化规律进行定量分析。依据损伤力学理论,定义以冰含量表示的冻结损伤变量,探讨了未冻水含量和温度梯度对冻结岩石损伤特性的影响规律。研究结果表明:(-2 ℃,-5 ℃)是水冰剧烈相变的温度区间,冻结损伤演化起始和急剧增大阶段;(-5 ℃,-10 ℃)是冻结损伤发展阶段;(-20 ℃,-30 ℃)是冻结损伤趋于稳定的温度区间。所定义的冻结损伤变量能够描述温度降低过程中岩石损伤的演化过程,基于冻结岩石CT图像伪彩色增强的冻结岩石损伤演化的定量分析为冻结岩石工程的稳定性研究提供了新的思路和方法。     

裂隙岩体渗流损伤耦合模型的理论分析

 基于自洽理论推导了复杂应力状态下含水裂隙岩体的本构关系及损伤演化方程, 提出了考虑断裂损伤效应的裂隙岩体渗透张量表达式, 综合以上两个方面, 建立了多裂隙岩体渗流损伤耦合的理论模型。