数字图像相关法测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子

提出了一种通过数字图像相关方法测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端位置和应力强度因子的试验方法。试验通过数字图像相关方法测定裂纹尖端区域位移场数据,将位移场数据带入极坐标系下位移场方程,计算裂纹尖端位置和应力强度因子。试验结果表明：采用该方法可以准确的测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子、裂纹尖端位置及裂纹扩展长度,解决了以往研究方法因不能准确测定裂纹尖端位置和扩展方向,而无法准确测定岩石应力强度因子的难题。     

钛合金Ⅰ型裂纹应力强度因子测试的实验研究

采用疲劳裂纹预制机对含I型缺口的TC4合金试件预制裂纹，通过数字图像相关方法观测试件在三点弯曲加载条件下裂纹的扩展过程及裂尖区域的位移场，将位移场数据带入裂尖位移场方程，计算裂尖位置和应力强度因子。结果表明，采用该方法可以准确测定钛合金的I型裂纹应力强度因子、裂尖位置及裂纹扩展长度。该方法解决了以往研究中因不能准确测定裂纹尖端位置，而无法准确测定钛合金I型裂纹应力强度因子的难题     

爆炸冲击载荷作用下吸能支护巷道变形规律研究

利用低能爆炸加载方式,采用相似材料模拟试验方法,借助数字散斑光测手段（ DSCM ）,研究高速冲击载荷作用下吸能支护巷道变形规律。试验结果表明,巷道顶板首先出现微裂缝,顶板向下位移约为 0.6 mm ,顶板岩层与煤层交界处无错动现象,冲击波重复作用使得模型顶面出现贯通裂缝,但巷道及周围岩体并无破坏,说明吸能支护可吸收大量冲击能,从而有效降低对巷道的冲击破坏。通过模拟试验结果可知,采用吸能支护可大大降低巷道的破坏程度,对于采矿工程安全生产具有实际意义,同时为巷道支护提供一种新方法。     

抛掷爆破对内排土场边坡稳定性影响的试验研究

 针对黑岱沟露天煤矿抛掷爆破作用下内排土场高台阶边坡稳定性问题,利用相似模拟试验和数字散斑观测方法,研究动载作用下边坡的变形规律。试验结果表明：抛掷爆破可将煤层上覆大量岩石破碎抛掷到采空区,形成沉降漏斗,沉降约17 cm,块度较为均匀;抛掷爆破产生的应力波具有很强的方向性,引起内排坡体与煤层底板原岩在交界处发生微小错动,边坡体整体向临空面发生水平位移,且发生沉降,坡体内部沉降位移最大。爆破引起内排土场边坡发生微小的位移,不会引起内排土场发生破坏性的滑移,坡体结构是稳定的。因此,应用相似模拟试验的方法研究动静载荷作用下坡体变形是可行的。     

基于DSCM的混凝土结构变形局部化试验

为了研究混凝土梁试件在四点剪切受力情况下变形局部化的位移场、应变场及其演化过程,采用了单边预制缺口混凝土梁和双边预制缺口混凝土梁两种结构模型.使用CCD摄像机采集了试件加载过程中的散斑场.使用数字散斑相关方法对采集到的散斑场进行了处理分析.结果显示出了混凝土试件在不同时刻的位移场分布和应变场分布,观察到了试件在变形局部化过程中位移场和应变场的演化过程.结果表明：数字散斑相关方法是进行混凝土损伤断裂特性研究的一种有效试验方法,为研究混凝土变形非均匀局部化演化过程及混凝土细观本构参数的取值提供了一种高效的新的试验手段.     

模量指数评价煤的冲击倾向性的实验研究

为研究模量指数评价煤的冲击倾向性的可行性,选取4组冲击倾向性强弱不同的煤样试件,测定各组煤样试件的模量指数、冲击倾向性评价指标和声发射信号,分析模量指数同其它冲击倾向性评价指标和评价结果的相关性,模量指数对煤加载过程中内部能量释放特征的影响。研究结果表明:模量指数同其它冲击倾向性评价指标具有相关性,同单轴抗压强度之间的相关性最强;各组冲击倾向性相同的煤样,各试件模量指数大小的变化范围较小。各组冲击倾向性不同的煤样,各试件模量指数大小的变化范围很大。煤样模量指数的大小和煤的冲击倾向性强弱相关,煤的冲击倾向性越强,模量指数越大。依据模量指数评价煤的冲击倾向性的结果,同其它评价指标的评价结果具有一致性;不同冲击倾向性煤样的软化模量是决定煤的模量指数大小的关键因素,弹性模量对模量指数大小的影响较小;煤样内部能量的释放特征和模量指数的大小相关。模量指数小的煤样在全程加载过程中声发射事件频繁出现,模量指数大的煤样在破坏前后阶段没有明显的声发射事件出现,但在临近载荷曲线峰值的冲击破坏阶段集中出现高能量的声发射事件。模量指数可用于评价煤的冲击倾向性,模量指数对煤样能量释放的影响规律可用于指导现场监测。     

裂纹在层状岩石中扩展特征的研究

为研究裂纹在层状岩石中的扩展特征,通过数字图像相关方法观测裂纹在层状岩石中的扩展过程,并通过数值模拟方法研究岩石强度对裂纹在层状岩石中扩展的影响。研究表明,裂纹在层状岩石的扩展过程中,载荷曲线具有双峰值特征,各峰值时刻分别对应于界面层两侧岩石的起裂时刻,峰值大小随岩石强度的增高而升高;界面层破裂及界面滑动,对裂纹扩展具有止裂作用,止裂效果随界面层不含裂纹一侧岩石强度的增高而提高;受界面层破裂和界面滑动的作用,裂尖沿界面层发生迁移,裂纹在层状岩石中的扩展呈非连续性扩展特征。     

边界条件对混凝土四点剪切 散斑试验结果影响的研究

 用CCD摄像机对单边预制缺口和双边预制缺口混凝土梁分别在滑动支座和铰支座2种边界条件下,在四点剪切加载方式下的破坏过程进行全过程记录。从采集到的连续散斑图中可以清楚地看到混凝土试件不同的裂纹扩展过程和最终破坏形态。用数字散斑相关方法(DSCM)处理采集后的散斑图,得到混凝土梁表面在破坏过程中的水平方向位移场、竖直方向位移场、水平方向应变场、竖直方向应变场及剪应变场。从采集到的散斑图中,间隔一定时间挑选若干张图片与变形前的散斑图片进行运算处理,得到若干个位移场、应变场,将这些位移场和应变场按照时间顺序排列,得到试件在破坏过程中各场的演化过程。将各个场在试件开始破裂处的值进行对比,发现水平方向和竖直方向的位移值大小相近,应变值也处于同一数量级。结果表明预制缺口的附近并不是一个剪应力占主要地位的区域。试验表明,即使使用了滑动支座,支座处的摩擦力也没有被减小到一定的程度。因此,要使混凝土的四点剪切试验更接近于理想状态,一定要对支座处进行仔细处理。     

数字散斑相关方法测定岩石I型应力强度因子

提出一种通过数字散斑相关方法测定岩石I型裂纹尖端位置和应力强度因子的试验方法。采用数字散斑相关方法观测三点弯曲加载条件下,含I型预制裂纹的花岗岩半圆盘试件裂尖区域的位移场,采用牛顿–辛普森方法求解含未知参量的非线性位移场方程组,计算裂尖位置和应力强度因子。研究结果表明,采用该方法可以准确测定岩石I型应力强度因子、裂尖位置及裂纹扩展长度,揭示岩石断裂及裂纹扩展的演化特征。该方法解决以往研究中因不能准确测定裂纹尖端位置,而无法计算岩石断裂参数的难题。     

高速冲击作用下锚杆支护巷道变形破坏研究

以波动冲击理论为基础,利用低能爆炸载荷模拟冲击地压能急剧释放,采用数字散斑光测方法(DSCM),对锚杆支护巷道变形破坏进行相似模拟研究。试验结果表明,在高速冲击载荷作用下,巷道顶板及模型顶板分别出现竖向和横向裂缝,且顶板有明显下沉,位移约为2.5 mm,进而巷道顶板岩层与锚网脱离、塌落。试验结果也说明锚杆支护方法适用于弱冲击地压等级的巷道支护,对于强冲击巷道支护可采取增设柔性吸能材料或加固措施。