非贯通节理介质细观损伤演化的CT 分析

 利用CT 识别技术对非贯通节理试样的单轴加载全过程进行即时扫描, 根据CT 图象灰度值均值和灰度分布随应力变化来分析细观损伤演化过程和机理, 并绘制出损伤等值线图, 对检测断面损伤分布和损伤演化过程作定量描述, 结果显示损伤演化具有阶段性特征。     

含非贯通节理花岗岩的力学特性与细观起裂机制研究

非贯通节理复杂的起裂机制与破坏模式对岩体力学行为有着重要的影响。考虑节理倾角与贯通度的影响,基于花岗岩试样单轴压缩试验,分析非贯通节理对岩体力学特性及断裂特征的影响,结合三维离散元数值模型,从细观尺度研究裂纹起裂、贯通破坏过程与岩体宏观破坏的相关性,并建立含非贯通节理的断裂力学理论模型,引入应力强度因子一般表达式,分析非贯通节理的断裂韧性,量化节理倾角与贯通度对岩体抗脆断能力的影响。结果表明：非贯通节理对岩体造成的劣化效应显著,随着倾角的增加,节理岩体强度增加。根据裂纹形态与形成机制,区分了6种裂纹,发现节理试样的起裂破坏模式对强度特征影响显著。15°～75°范围内,试样的断裂韧度随节理倾角的增大有不断增大的趋势,其中,15°节理试样抗脆断能力最弱;随节理贯通度的增大,节理岩体的断裂韧性近似双曲线趋势减小。     

非贯通裂隙介质单轴受力条件下的损伤本构关系探讨

在对裂隙与孔隙、微裂隙两类不同层次损伤的演化特征与相互关系进行试验研究与分析的基础上，分别确定了表征这两类损伤的奇异损伤变量和分布损伤变量，推导了单轴压缩条件下非贯通裂隙介质损伤本构方程，并运用试验结果对其进行了验证。     

非均匀因素对I型裂纹扩展、相互作用影响的数值分析

在拉张外载作用下，应用RFPA^2D程序对端部开切口、内部预制裂纹试样和坚硬颗粒试样进行数值模拟分析，并对不同均质度下岩样的贯通机制和载荷－位移曲线进行分析。结果表明，非均质性存在产生试样的应力分布局部集中和变形局部化，是引起裂纹复杂相互作用和扩展贯通的根源。     

非贯通裂隙介质裂隙扩展规律的CT试验研究

利用非贯通裂隙试件在加载过程中的实时CT扫描以及CT图像的三维重建技术,对非贯通裂隙介质在单轴压缩过程中的裂隙扩展规律进行了试验研究。通过对破坏后试件进行高密度CT扫描,重建了破坏后试件的三维CT图像;利用三维CT图像,对试件内部任意方向上裂隙扩展情况进行观察分析,得到了不同成因裂纹的扩展规律;在二维CT图像的基础上,绘制出不同应力水平扫描断面上损伤演化等值线图,根据试件内部损伤演化过程,对裂隙扩展机理进行了分析。     

非贯通节理的岩桥弱化力学模型研究

通过非贯通人工节理的直剪试验,对剪切过程中非贯通节理岩桥力学性质弱化的力学机制进行阐述,即在剪切荷载作用下岩桥内部微元发生张拉破坏导致岩桥力学性质弱化,并分析岩桥力学性质弱化区域的发展规律。在此基础上,假定岩桥微元强度服从Weibull分布,以岩桥微元的最小主应力作为岩桥微元强度随机分布变量,建立岩桥力学性质弱化模型,提出岩桥力学性质弱化度参数δ。再根据直剪试验结果,通过类比得到以剪切位移为变量的岩桥弱化力学模型,最后利用该力学模型分析非贯通节理岩桥的弱化度随参数m,u0的变化规律。分析结果表明,该模型能较好地反映剪切过程中岩桥的弱化破坏过程。     

基于岩桥力学性质弱化机制的非贯通节理岩体直剪试验研究

 基于岩桥力学性质弱化机制,采用带伺服系统的直剪试验仪进行试验,在5级法向应力下,对3种含齿形节理的非贯通节理岩体进行直剪试验,研究非贯通节理岩体的强度特性和变形特性。在较低的法向应力下,含起伏角较低齿形节理面的非贯通节理岩体出现破坏模式I(张拉破坏模式)。在较高的法向应力下,含起伏角较高齿形节理面的非贯通节理岩体可能出现破坏模式II(先张拉后剪切破坏模式)。相同齿形节理面形貌的非贯通节理岩体,随着法向应力增大,峰值切向位移增大,抗剪强度增大。在相同的法向应力下,随着齿形节理面起伏角增大,非贯通节理岩体的峰值切向位移减小,抗剪强度增大。非贯通节理岩体黏聚力按Jennings方法计算值大于按试验拟合值;节理面较粗糙非贯通节理岩体内摩擦角按Jennings方法计算值大于按试验拟合值。     

原生裂纹对煤岩剪切破坏宏细观演化规律的影响研究

 利用自主研发的煤岩细观剪切加载试验装置,开展不同加载速率剪切载荷作用下,含水平和垂直表面原生裂纹煤岩的裂纹开裂扩展时空演化模式、宏观裂纹形态及细观裂纹贯通机制的研究。研究结果表明：水平表面原生裂纹影响煤岩宏观裂纹发育数目,破坏后宏观形态呈H型或H+L型,而垂直表面原生裂纹对宏观裂纹发育数目无影响,破坏后宏观形态呈L型;原生裂纹对新裂纹发展演化的影响限于预定剪切面附近局部区域内,位于预定剪切面远处的原生裂纹,以及煤岩岩样制作中在预定剪切面远处产生的岩样缺损,其形态均未发生明显变化,未对剪切面附近宏观裂纹发育产生明显影响;在预定剪切面附近,后期产生的宏观主裂纹会引起前期右侧产生的裂纹受压而闭合,预定剪切面左侧的非贯通垂直原生裂纹,对宏观主裂纹的起裂、扩展无影响;细观分析表明,水平表面原生裂纹使煤岩局部破坏模式复杂多样化,包括压破坏、拉破坏、剪破坏及组合破坏模式,导致裂纹开裂位置可能出现在煤岩中部原生裂纹处,而垂直表面原生裂纹对煤岩破坏模式影响不明显。     

岩石多裂纹剪切断裂数值试验研究

节理岩体在剪切力作用下的破坏方式常表现为相邻节理的扩展与贯通，因此，研究含预制多裂纹岩打的抗剪强度和破坏模式对工程设计具有重要意义。应用RFPA系统对含断续裂纹剪切试样的断裂过程进行了数值模拟研究，讨论了不同裂纹几何分布对破坏模式和峰值强度的影响。研究结果表明。在相同围压条件下，裂纹贯通模式丰要受裂纹的几何方位控制：由于试样细观缺陷非均匀性的存在，导致岩行断裂主要由拉伸破坏引起，但拉剪混合破坏仍然存在，并对抗剪强度有较大的影响。     

基于精细结构描述及数值试验的节理岩体参数确定与应用

岩体参数是岩体工程设计与优化的重要依据。以现场精细结构测绘为基础,借助数值计算工具,进行大样本岩体力学试验为岩体参数的确定提供了一种新思路。精细结构描述的重点在于现场地质测绘工作的细致。以统计窗为基础,结合地质素描和数码摄像技术,补充发展了一套岩体精细结构测绘的现场工作方法。以现场测绘为基础,建立岩体结构模型。同时,通过离散元数值试验与物理模型试验的对比,验证数值试验的精度,并以锦屏一级水电站为例对坝区岩体进行大样本岩体数值试验,给出应力–位移全过程曲线、应力分布、位移分布及塑性区分布等分析成果。对比发现,数值试验结果与岩体质量评价结果基本吻合,计算结果可靠。数值试验细化了岩体参数的分布特征,大样本试验将会促进工程参数风险预测和可靠度分析的发展。     

岩石变形劣化全过程细观试验与细观损伤力学模型研究

 采用细观试验探究岩石变形劣化全过程是了解岩石变形破坏机制的重要手段。选取四川锦屏二级水电站深埋(2 525 m)隧洞围岩(大理岩),利用岩石变形破坏全过程细观力学试验系统,进行大理岩试样单轴压缩变形破坏全程的数字化试验,在SEM图像数字化处理基础上,对微裂隙的萌生、扩展及贯通过程进行数字化定量分析,统计试样在受压过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据。利用内变量热力学理论和摩擦弯折裂纹模型,分析微裂纹不同阶段的演化规律,建立微裂纹引起的非弹性应变与应力之间的定量关系,得到大理岩应力–应变关系计算曲线,并与试验结果对比,验证了本文理论模型的可靠性,从试验和理论两方面探究岩石试样单轴压缩过程中的破坏机制。     

湖南岐山仁瑞寺节理边坡稳定性的细观损伤力学分析方法

 对湖南仁瑞寺岩质边坡进行地质勘查,该边坡结构面主要为X节理,一组走向为170°～265°,另一组走向为105°～125°,倾角较陡,普遍为50°～90°。通过6组实验分别确定岩块与结构面的力学参数。基于细观损伤力学理论,认为节理岩体是由岩块与微裂纹构成的各向异性材料,并利用代表性体积单元建立微裂纹的滑裂准则。通过编制相应的软件建立坡角为60°、节理倾角为52.5°和90.0°的岩质边坡计算模型,并对该边坡的稳定性进行分析。采用逐步去除约束的方式进行开挖模拟,得到边坡的塑性贯通区。通过与实际滑坡形式进行对比,模拟效果好,证明微裂纹是控制岩质边坡破坏的主要因素,对理解节理边坡的破坏机制具有重要意义。同时,该方法对于预测节理边坡破坏面的形状与位置以及复杂边坡的稳定性分析都有一定的借鉴意义。     

考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析

目前在工程设计中,仍粗略地将节理岩体近似为各向同性体,在考虑节理对岩体强度的弱化作用时,均根据节理连通率对完整岩石的抗剪强度参数进行折减,因而未能反映岩体的各向异性特性。这对于浅部岩体工程来讲,也许是可以接受的,但随着建井深度的增加,进入深部状态的岩体表现出更强的各向异性特征,岩体的各向异性将不能忽略。将节理各向异性几何分布特征对岩体力学性能的影响通过微面的节理连通率来反映,从莫尔–库仑抗剪条件出发,采用方向分布函数分析方法,曾提出了一个基于二阶连通率组构张量的节理岩体各向异性强度准则。简要论述该各向异性强度准则,根据该准则研究了井筒的弹性稳定问题。研究表明:考虑岩体的各向异性强度对井筒进行钻井灌浆分析时,在给定的泥浆压力下,沿最大地应力方向钻井的安全系数并不一定比沿其他方向钻井的安全系数高。     

基于CT扫描和仿真试验研究黄土坡滑坡原状滑带土力学参数

 采集大量巴东黄土坡滑坡原状滑带土样本,采用CT扫描获取原状滑带土内部颗粒分布,并初步判断样本属土–石混合体。挑选典型CT扫描图像并经过栅格化处理,对原状滑带土进行三轴数值试验,其中滑带土细组构(粒径小于2 mm)部分采用直剪试验获取其力学参数,粗粒碎石(粒径大于2 mm)部分参照滑床母岩的力学参数,根据仿真计算结果分析原状样本破坏机制,并对比土–石混合体与纯土(细组构)力学参数的区别。研究结果表明：与纯土剪切强度相比,原状滑带土内摩擦角提高不明显,而黏聚力却能提高80%以上。据分析,土–石混合体中含石量仅为30%左右,不会改变细组构作为骨架的实际情况,但变形过程中,碎石运动速率较细组构慢,在较大法向应力作用下对细组构产生有效阻力,从而在碎石与土界面处提供类似于挡土墙与填土界面的主动土压力外摩擦角,在莫尔圆中,该作用反映在土–石混合体系黏聚力的显著提高上,通过分析滑带中采集到的大块石表面力学痕迹找到相关依据。该研究方法可为获取真实有效的滑带土剪切强度参数提供一条新思路。     

基于3DEC的节理岩体边坡地震影响下的楔体稳定性分析

首先,对于地震影响下节理岩体边坡的楔体滑动破坏,给出不同情况下楔体滑动安全系数的计算公式;然后,分析滑面上法向力作用点位置变化的距离li和楔体的安全系数与剪切力和水平面的夹角βi,水平地震力系数kh和竖向地震力系数和水平地震力系数的比值λ之间的关系。分析结果表明,li随着βi和kh的增大而增大,但随着λ的增大而减小;楔体的安全系数随着βi和k h的增大而减小,但在同样大小的水平地震力系数下,随着λ的增大而增大。最后,分析考虑地震影响下楔体安全系数计算在3DEC中的实现过程,并且给出计算过程中的2个重要步骤：确定空间三角形的面积和四面体的体积以及确定两节理面的交线矢量。最后,通过实例分析,说明该理论分析的正确性及合理性。     

裂隙岩样力学特性细观数值试验方法探讨

 节理裂隙岩体力学性质研究是非常复杂的课题。物理模型试验由于制样难、耗资大、结果有限,研究者难以利用其开展系统深入的研究。提出以典型的物理模型试验结果标定数值模型,再利用标定后的数值模型开展系统数值试验研究的思路,既可充分发挥物理模型试验接近实际情况的优势,又可充分利用数值模型试验建模快、成本低等优点。同时,还对数值试验模型的建立、数值试验的定性与定量、数值试验模型的改进、数值试验模型的标定等方面进行了讨论。最后,利用标定、修正后的数值模型试验研究了侧压、裂纹面摩擦因数等在物理模型试验中难以实现的因素对含两条共面裂纹岩样的应力场、强度和宏观破坏模式的影响范围规律。     

节理裂隙岩质边坡预应力锚索锚固监测与机理研究

根据预应力锚索在三峡工程节理裂隙岩石边坡中的安装和监测结果，给出了预应力锚索实际变形量与理论伸长量之间的关系，指出了预应力锚索锚固后锚固预应力的变化过程与特性，分析了预应力锚索锚固机理及影响锚固效果的因素。