岩石破裂过程微裂纹演化规律有限元统计分析

为了系统完整地研究岩石破裂过程的微裂纹演化特征，运用数值分析方法RFPA^2D，对在单轴压缩条件下岩石整个破裂过程进行了数值模拟，直观再现了岩石的微裂纹演化行为．借助RFPA加对每加载步产生的破裂集团大小及数目进行统计的功能，对岩石的微裂纹演化规律作了定量化分析．结果表明：岩石破裂失稳具有前兆性，在接近自组织临界点之前，就出现了大的破裂集团（微裂纹）；岩石宏观破裂失稳后，单元破裂百分比（损伤程度）略有所增加，而总破裂集团数（总微裂纹数）却有所减少．     

含随机裂隙岩石真三轴破裂演化数值模拟

为分析岩石真三轴破裂演化规律，建立了含完整与随机损伤分布的不同细观单元模型，分别采用Mogi-Coulomb准则以及裂隙周边等效切向应力描述岩石细观单元破裂演化规律.以ABAQUS软件为平台，采用USDFLD子程序二次开发出了含随机裂隙岩石真三轴破裂演化数值模型.分别开展了岩石真三轴室内试验和数值试验研究，结果发现岩石真三轴破裂演化数值模型能够较好的反映真三轴不同应力路径下岩石的破裂特征.通过不同真三轴应力路径下岩石破裂特征对比发现：岩石宏观破裂特征具有明确的方向性，岩石宏观主破裂方向强烈依赖岩石中间主应力方向，随中间主应力方向改变而改变，这对于工程具有重要的理论与指导意义.     

深埋圆型巷道围岩变形规律的透明岩体试验研究

借鉴透明土技术,采用自行研制的透明岩体实验装置进行岩体物理模型试验研究,分析了无构造应力作用下深埋圆型巷道围岩内部变形破裂的演化规律.结果表明:随着巷道埋深的增大,圆型巷道顶底部围岩沿着巷道两侧拱腰斜向上32°~34°的2条弧线向巷道内发生滑动,从而导致巷道失稳破坏;当荷载达到一定值时,巷道围岩将发生软化现象,岩体变形速率开始急剧增大,巷道表面将在左上、右上、左下和右下4个角部区域产生最大收敛;巷道围岩的破裂发展在加载过程中大致可分为未破裂、裂纹开始出现、上下裂纹开始交汇、裂纹开始交错贯通、裂纹大幅交错贯通、裂纹偏转压密6个阶段.     

粉砂岩破裂过程中波速场演化特征试验研究

为探究载荷作用下波速场演化特征,进行了粉砂岩分级加载试验,以波速成像云图为研究对象,对岩石破裂过程中波速场的阶段性、区域性演化特征展开研究。结果表明:应用波速成像技术对岩石的探伤效果良好,其中,低波速带与裂纹位置相吻合,高波速带与完整基岩区域一致;岩石在破裂过程中,伴随着裂纹发育,波速场的平均波速值与结构相似性均持续降低,损伤程度的差异越来越大;基于K-means法将岩石区域划分为3类,即完整域Ⅰ、弱化域Ⅱ与损伤域Ⅲ;区域的演化特征体现了岩石的非均质性特性,并通过熵权法判定3类区域对岩石损伤程度的影响性排序为损伤域Ⅲ完整域Ⅰ弱化域Ⅱ。     

单轴压缩下不同层理方向对片麻岩声发射特征影响的试验研究

为探究不同层理方向岩体的损伤演化规律和变形破坏中的声发射特征,选用具有明显层理构造的片麻岩试样开展单轴压缩条件下的声发射试验,分析轴向平行和垂直层理片麻岩试样失稳破裂、声发射时序参数和声发射空间定位演化特征。结果表明:不同层理方向对岩石破裂影响显著,轴向平行层理片麻岩试样峰值载荷稍高于轴向垂直层理的,裂纹起裂应力水平较高,声发射定位点由加载初期离散无序分布转为向沿层理聚集,破裂时主裂隙沿层理面贯通上下端或沿层理扩展形成垮落区,最终表现为典型的张拉破坏,岩石达到峰值载荷后瞬间失稳,呈突发式破坏特征;轴向垂直层理试样起裂应力水平较低,进入声发射剧烈期参数波动更为显著,事件点在试样中部聚集产生倾斜带状剪切裂纹密集区,破裂时出现多种破裂模式,主要以剪切滑移破坏为主。岩石达到峰值载荷后应力发生多次跌落,呈渐进式破坏特征。     

单轴压缩下不同含水状态砂岩损伤演化试验

为了研究不同含水状态岩石损伤演化特性,利用RMT-150C岩石力学试验机、AEwin-USB型声发射信号采集系统和KBD5电磁辐射采集系统,对干燥、自然和饱水状态下的红砂岩进行单轴压缩声电信号监测试验.基于岩石破坏过程中声发射振铃计数、电磁辐射脉冲数和应力变化,建立了砂岩损伤演化模型.结果表明:声发射、电磁辐射信号和损...     

含单个孔洞大理岩裂纹扩展细观试验和模拟

采用扫描电镜实时观测系统,对含单个孔洞大理岩进行了单轴压缩试验,实时观测了大理岩加载过程中裂纹的萌生、扩展、演化和贯通特征,获得了不同应力下大理岩裂纹扩展过程,试验结果表明:大理岩裂纹首先在孔洞周边的拉伸应力集中区域产生,随后沿加载方向或晶粒边界逐渐向试样端部或边界薄弱部位扩展.考虑岩石材料非均质性,采用岩石破裂过程分析系统,进一步对两种非均质岩样进行了数值模拟分析,模拟结果再现了两种晶粒大理岩试验过程中裂纹的扩展特征.试验和模拟得到的裂纹扩展规律吻合较好,非均质性(晶粒及其尺寸)对岩样中裂纹扩展特征具有较大的影响.     

大理岩破坏的声发射双主频特征及其机制初探

声发射是加载过程中岩石微破裂产生的瞬态弹性能释放现象,在岩石力学测试中得到广泛应用。目前,声发射主要通过参数分析和定位分析描述加载过程中岩石的微破裂演变特征。然而,岩石的微破裂包括张破裂和剪破裂两类,声发射信号能否反映岩石的微破裂形式显然是一个值得探究的课题。选取四川宝兴县大理岩,分别进行直接拉伸试验、巴西圆盘劈裂试验和单轴压缩试验,采集了不同试验方法所有试件的声发射波形信号,采用快速傅里叶变换方法编程实现了声发射波形信号的频谱分析,批量获取了声发射波形信号的主频值。统计分析表明:大理岩破坏的声发射信号均存在明显的、与试验方法无关的双主频特征,反映了大理岩破裂的固有特性;初步力学机制分析表明,双主频可能反映了岩石的两种不同微破裂形式,其中低主频带对应微观拉破裂,高主频带对应微观剪破裂。     

含水砂岩顶板巷道失稳破坏特征及分类研究

运用理论分析、实验室试验和现场实测方法,研究了宁东煤田主采煤层含水砂岩-水相互作用下物理力学性质及巷道顶板变形破坏特征,提出了富水巷道的内涵并对其进行了分类,阐述了分顶控制的基本思路.结果表明:含水砂岩分为粗粒泥质长石砂岩和中粒泥质长石岩屑砂岩,且在水作用下,含水砂岩破坏形式发生了变化,从干燥状态下沿岩样轴向的拉张破裂向端面碎裂破坏过渡;含水砂岩顶板巷道呈现以软弱岩层扩容变形和含水砂岩离层为主的分阶段变形破坏特征,含水砂岩浸水后强度迅速降低,富水巷道分为第Ⅰ,Ⅱ类富水巷道.     

矩形和直墙拱断面围岩巷道破坏的数值模拟研究

通过对岩石破坏特性和机理的分析,得出岩石破坏的剪切强度与参数的数学关系。在此基础上建立围岩巷道的数值模型,模拟围岩巷道在矩形和直墙拱等断面条件下的破坏过程,得出巷道在不同侧压系数条件下的围岩破坏特征。结果表明:同一断面形状,当侧压系数较小时,破坏裂纹首先出现在两帮,随着荷载的增大,破坏裂纹由底部向顶部转移;另外基于矩形和直墙拱形断面巷道的数值模拟,得出了围岩巷道的破坏是一个渐进的过程,并伴随应力场而不断转移,且在相同侧压系数和外荷载条件下,矩形巷道破坏较为严重。分析矩形巷道和直墙拱巷道变形破坏过程,为合理寻求巷道设计和支护方法提供依据。