裂隙煤体单轴压缩能量耗散离散元分析

利用3dec数值模拟软件模拟不同倾角贯通裂隙煤岩单轴压缩实验,通过统计分析岩块破坏时块体单元劣化数和子接触劣化数,得出不同倾角裂隙煤岩单轴压缩能量损耗机制。试验结果表明:接触面倾角在0°～30°范围内的岩样能量损耗主要由块体单元劣化引起,接触面倾角在45°～60°范围内的岩样损伤主要由子接触劣化引起;面储能以及面法向能峰值随接触面倾角增大而减小,面切向能随倾角增大而增大,在单轴压缩应力环境下,面切向能释放是导致接触面滑移的原因。     

单轴压缩条件下锚固节理岩体变形特征试验研究

基于相似定律研制了新城金矿真实岩石和锚杆的相似材料,开展了单轴压缩条件下锚固节理岩体破坏过程的相似模拟试验,采用数字图像相关技术(DIC)和分布式光纤监测技术分别对锚固基体和锚杆的变形过程进行监测,重点研究了锚杆安装对节理岩体变形特征的影响。研究结果表明：锚杆控制了节理岩体的剪胀和沿节理面的剪切滑移,进而控制了围岩沿锚杆轴向的变形,与锚杆安装位置越接近,锚杆控制围岩变形的能力越强;锚杆提高了节理岩体的抗剪切能力,从而对节理岩体沿锚杆法向的变形起到约束作用;节理的存在导致锚固节理岩体中存在弱应力区和弱锚固界面,使得锚杆与围岩间的载荷传递受限,最终影响锚固效应的发挥。     

节理倾角对岩石试件峰值强度和变形特征影响的研究

通过相似模拟试验,研究不同节理倾角试件峰后强度及变形特征。试验发现：不节理倾角的试件其应力—应变曲线都呈现出岩石受压时的典型阶段;节理倾角为0°和90°时,试件的峰值强度略大于无节理试件,节理倾角为30°、45°和60°时,试件峰值强度依次降低,在60°时出现最小值;利用3DEC软件内置的应变软化模型,能够较好地模拟出节理试件的峰后残余强度特征。     

应力波穿越节理时能量耗散过程与机理研究

通过SHPB对含节理岩石的动力加载试验,详细剖析了应力波穿越节理岩石时的能量耗散过程和能量耗散机理,研究显示：波型的多样化与应力状态的复杂性是导致系统发生能量耗散的根本原因;对SHPB冲击加载过程中系统能量耗散方式的探讨结果表明,能量耗散主要有3种类型：分别是塑性势能、表面能以及热能,并从微观层面解释了上述3种能量耗散...     

非贯通节理类岩石试件单轴压缩特性初探

针对嵌入式非贯通节理对岩体力学特性的影响规律,采用数字建模和3D打印技术建立了正弦型节理实体模型,制备了完整类岩石试件、含单节理类岩石试件及含双节理类岩石试件,单节理角度分别为30°、45°、60°,双节理角度分别为30°、45°,30°、60°,45°、60°。对各类试件进行了单轴压缩试验,结果表明：含节理类岩石试件的单轴抗压强度低于完整类岩石试件,且随着试件内部节理数量的增加,试件单轴抗压强度的降低幅度增大;单节理类岩石试件的破坏形式均为沿节理所在平面发生剪切破坏,试件的单轴抗压强度随节理角度的增大而增大,这主要是节理面切割度和节理面法向应力共同作用的结果;双节理类岩石试件破坏时内部裂隙发育、贯通程度较高,破坏后的试件非常破碎,基本不具残余强度。     

单轴压缩下尾砂胶结充填体细观能量耗散与损伤表征研究

尾砂胶结充填体在两步骤回采中充当人工矿柱支撑采场顶板,其稳定性对矿柱的安全回采至关重要。基于室内试验进行尾砂胶结充填体细观参数标定,建立了尾砂胶结充填体颗粒流模型,开展了单轴压缩下尾砂胶结充填体细观力学特性研究,构建了尾砂胶结充填体细观能量指标体系,探讨了尾砂胶结充填体细观能量演化及耗散特征,揭示了尾砂胶结充填体破坏形式;结合能量耗散理论,考虑残余应变能影响,引入修正系数λ,提出了改进的损伤变量D,较好地表征了尾砂胶结充填体损伤演化过程。研究结果表明：尾砂胶结充填体细观能量主要由边界能输入,一部分通过能量积聚转化为平行黏结应变能和线性应变能,另一部分通过能量耗散转化为黏结阻尼能、摩擦能、介质阻尼能和动能;尾砂胶结充填体细观能量演化过程具有阶段性特征,包括能量积聚和能量释放两个阶段,在能量耗散阶段体现明显的延性破坏特征;尾砂胶结充填体细观损伤表象为颗粒错动和黏结破坏,考虑残余应变能的改进损伤变量更准确,能较好地反映尾砂胶结充填体延性特征。研究成果可为尾砂胶结充填体稳定性控制提供理论指导。     

单轴冲击荷载下冻土能量耗散特性试验研究

为研究应变率和含水率对冻土能量耗散的影响,通过■50 mm分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar)动力学试验,综合研究了不同冲击速度(4～10 m/s)、不同含水率条件(9%～18%)下冻结黏土的能量耗散特性。试验结果表明：(1)从耗散能的角度将冻土破坏吸能过程分为3个阶段：缓慢增长、快速增长和趋于稳定阶段;耗散能、反射能和透射能与入射能间呈一次函数正相关(R²>0.94),且入射能、反射能、透射能和耗散能与平均应变率间也存在线性正相关关系(R²>0.87);随含水率增加,能量反射系数、能量透射系数和能量耗散系数分别呈先递减后增加、先递增后减少和先递增后减少趋势。研究成果为冻土区爆破工程施工提供借鉴参考。     

单轴压缩下岩石全应力应变过程中能量演化特征

为了探究不同岩性岩石单轴压缩下能量演化规律,对花岗岩、砂岩和煤进行了单轴压缩和单轴分级加卸载试验,得到了不同条件下的应力-应变曲线;利用积分和公式获得了岩石试样不同条件下全过程的总能量密度、弹性能密度和耗散能密度值;分析岩石试样峰前和峰后能量演化特征,探究单轴压缩弹性能密度与总能量密度之间的关系。结果表明：单轴分级加卸载应力-应变曲线的外包络线和其单轴压缩曲线具有相同趋势,整体存在一定的偏离程度,且密实度越大的岩石,其偏离程度越小;岩石试样的弹性能密度和总能量密度在单轴压缩与单轴分级加卸载下均满足线性储能规律,利用线性储能规律,得到了岩石单轴分级加卸载与单轴压缩储能极限,两者几乎相等,并且岩石强度越大其储能极限越大。     

冲击载荷下裂隙岩体破碎能量耗散特征

为研究裂隙岩体在冲击载荷作用下的动态力学特性,探究岩石在冲击载荷作用下破碎的能量耗散特征,利用分离式霍普金森杆对完整红砂岩试件以及预制不同角度单裂隙红砂岩试件进行冲击试验.试验结果表明:含裂隙岩石动态抗压强度均小于完整岩石的强度,预制裂隙降低了岩石的动态力学性能;随裂隙角度的增大,裂隙岩石的动态抗压强度随之增大,反射能...     

循环冲击作用下砂岩动力学特性及能量耗散特征研究

以巷道围岩施工过程中受到多次动荷载扰动而变形失稳为背景,利用分离式霍普金森斯压杆对砂岩开展5种冲击气压下的循环冲击试验,探究循环冲击作用下砂岩动力学特性及能量耗散特征。试验结果表明:在较大冲击气压作用下,峰值应力随着冲击次数的增加呈线性下降趋势,峰值应变和平均应变率则随着冲击次数的增加呈线性增长趋势;而在较小冲击气压作用下,随着冲击次数的增加,峰值应力先缓慢下降然后陡降,峰值应变和平均应变率则先缓慢增加然后陡增;随着冲击次数的增加,试件裂纹不断萌生扩展,试件主要呈劈裂破坏,单位体积吸收能表现为两阶段变化趋势,累计比能量吸收能不断增加。     

完整岩石试件和含有裂隙岩石试件在单轴压缩下破坏过程的数值模拟研究

应用RFPA岩石失稳和破坏失稳程序对完整岩石试件以及含有单一裂隙和交叉裂隙的岩石试件在单轴压缩下的破坏过程进行数值模拟研究。结果揭示了完整岩石试件和含有不同裂隙岩石试件破裂过程的发展规律,即岩石试件破坏一般都分为3个阶段:压密阶段、微裂纹萌生阶段和扩展以及断裂破坏阶段。不同的是随着加载的进行,完整岩石试件的破坏过程首先出现一个应力集中区,随后在中间、径向、侧向均出现裂纹,并且这些裂纹迅速扩展衍生许多新的次生裂纹,最终贯穿整个岩石试件。而含有裂隙的岩石试件的破坏过程是首先在裂隙的2端出现应力集中区,随后在裂隙的尖端产生裂纹并沿垂直裂隙方向发展并贯通整个岩石试件。     

单轴压缩下煤岩损伤研究

根据前人对煤岩的实验研究,采用岩石强度随机统计分布假设,建立了能够较好的反映煤岩单轴压缩状态下的初始压密段和残余强度的分段损伤本构方程,并且给出了其中参数的确定办法。利用刚性实验机进行了煤岩单轴压缩实验,对应力-应变曲线与损伤的关系进行了分析。利用实用复合形法对所提的损伤本构方程进行了参数求取。拟合结果表明理论和实验结果符合较好。     

单轴压缩条件下充填体—砂岩组合体破坏过程及前兆特征声发射试验研究

分别对砂岩、充填体—砂岩组合体试件进行单轴压缩声发射（AE）试验,研究了试件破坏过程中AE振铃计数及主频特征,重点对比了组合体试件中砂岩侧、充填体侧所采集到的AE信号差异性,同时采用BP神经网络对峰值应力前组合体试件的AE信号类型进行识别,分析了试件破坏过程中不同类型AE信号的时间—应力变化关系及占比变化规律。研究表明：组合体试件的平均单轴抗压强度仅为砂岩试件的38.85%;组合体试件破坏过程中的声发射信号振铃计数量整体少于砂岩试件;峰值应力前,组合体试件中砂岩侧AE振铃计数“激增”现象明显;临近破坏前,组合体试件中砂岩类型的声发射信号占比逐渐下降,充填体类型信号的占比逐渐上升,这一现象可作为组合体试件破坏的前兆特征。     

泡沫铝的单向压缩行为及其吸能性

在SUNS电子万能材料试验机上对国产工业用泡沫铝材料进行准静态单向压缩试验，分析试件尺寸、材料相对密度及泡孔尺寸对材料静态压缩性能及吸能性能的影响。结果表明，在准静态条件下，泡沫铝泡孔孔径越大，弹性模量与塑性模量越小、屈服强度越大．但当相对密度超过32％后，塑性压垮强度却因泡孔孔径增大而降低，弹性模量在相对密度约为30％时出现拐点。孔径大吸能效率高。试件高度减小，压缩应力-应变曲线中的塑性平台长度缩短，且当试件高度小于10mm肘，塑性压垮强度明显提高。理想吸能效率最大值随试件高度增加而提高。泡沫铝微结构中的微缺陷引起材料压缩性能的降低。     

单轴压缩下页岩力学特性的各向异性试验研究

为了研究页岩的物理力学特征及其各向异性,为掌握页岩气开采过程中水力压裂网状裂隙的扩展规律提供技术参数,开展了龙马溪组页岩的电镜扫描和单轴压缩试验,分析了基于不同层理面页岩的微观结构、力学参数、破坏特征等各向异性。结果显示：页岩的各向异性是其固有特征,且该特征决定了页岩的力学性质、破坏模式均表现出各向异性。当取芯方向与层理面夹角θ=0°时,破坏模式为张拉破坏;当θ=22.5°时,为沿着层理面的剪切破坏和平行于轴向方向的张拉破坏;当θ=45°时,为沿着层理面的单一剪切破坏;当θ=67.5°时,为沿着层理和贯穿层理的复杂剪切破坏;当θ=90°时,为贯穿层理面的张拉破坏。页岩的纵波波速、弹性模量、单轴抗压强度以及泊松比也都表现出一定的各向异性。     

砂岩单三轴压缩过程中声发射特征的试验研究

利用RMT-150B岩石力学试验系统,对义马曹窑煤矿顶板砂岩进行单轴、常规三轴和三轴卸围压试验,加载同时进行声发射检测.试验结果表明,岩样压缩变形破坏过程中的声发射参数与加载方式有关.单轴压缩时,各个阶段均有不同程度的声发射事件,声发射事件较为强烈,累计计数和能量明显偏高;常规三轴压缩时,岩样屈服前声发射事件较少,屈服...     

单轴加载混凝土试件弹性波速变化的试验研究

该文研究不同强度的混凝土试件在单向加载时的混凝土试件弹性波速与试验荷载的关系,包括:1)单向逐级加载时混凝土试件的弹性波速;2)小于极限抗压强度的单轴反复加卸载条件下混凝土试件的弹性波速。在损伤变量概念的基础上,明确提出了材料组构变量的概念。通过试验总结出混凝土弹性波速与强度等级、加载比、加卸载次数的关系,测定了逐级加载过程混凝土组构变量的变化,反映出了加载过程中混凝土材料组构的压实硬化和损伤破坏的情况。这些结果可为混凝土桥梁构件超声无损检测和安全评估方法研究提供基础。     

单轴压缩煤岩裂纹开裂扩展演化特性实验研究

通过对煤岩进行单轴压缩实验,借助声发射和数字图像处理技术,对单轴压缩条件下煤岩的裂纹开裂扩展特性进行系统研究。研究结果表明:煤岩破裂过程中裂纹扩展具有阶段性的特征,其演化特征和载荷、声发射的阶段性变化有良好的同步性;煤岩破裂过程中裂纹由内向外扩展,峰值应力前,内部损伤累积到一定程度,岩石内部裂纹萌生,并逐步向岩石表面扩展;煤岩最终破坏时出现的多条宏观裂纹在变形过程中开裂扩展趋势基本一致,裂纹形状相似;煤岩微观破裂与宏观断裂之间存在一定的联系,在煤岩处于相对稳定状态时,主要产生以剪切破坏为主的裂纹,在煤岩产生小尺度破坏和宏观可见破裂时,主要产生以张拉破坏为主的裂纹。实验结果揭示了煤岩变形破坏规律,对于煤岩破裂机制研究具有一定的理论意义。     

含孔洞混凝土单轴压缩实验的声电信号特征

建立了含孔洞混凝土单轴压缩实验系统,通过分析含孔洞混凝土受载破裂过程的声电信号特征来揭示其破裂机理。实验发现含孔洞混凝土的破裂模式受骨料粒径和孔洞大小的影响,骨料越粗,声电信号发生突变的次数越多,孔洞越大,声电信号的峰值出现越早。材料声发射和电磁辐射水平与所受应力之间存在正相关耦合关系,但声发射与电磁辐射的变化并不完全同步。综合利用声发射和电磁辐射探测技术可以评价煤岩体的稳定性和预测预防岩爆的发生。