高围压卸荷条件下大理岩变形破坏及能量特征研究

能量的耗散与释放是岩石变形破坏的本质。基于MTS815 Flex Test GT岩石力学试验平台,通过室内三轴卸荷试验和数学物理分析方法,揭示了大理岩在高围压三轴卸荷条件下的应力应变关系及能量变化特征。结果表明,初始围压的增大将显著提升岩样峰值强度时的可释放应变能以及最终总能量;随着围压的增大,岩样所吸收的能量变化的快慢程度随着偏应力变化而有所减缓;峰值强度时岩样可释放应变能占总能量的比例随着围压的增大而急剧增大,而残余强度时所吸收的总能量几乎全部转化为耗散能;大理岩能量指标存在明显的围压效应,即峰值总能量和残余总能量随着围压增大而显著提高,且具有良好的线性关系。     

不同卸荷应力路径下岩体破坏特征试验研究

隧道施工引起围岩应力释放的问题值得关注，目前对不同开挖方式引起隧道围岩强度及破坏的研究较少．因此，通过采用岩石三轴试验机，模拟隧道的不同开挖工况，针对不同卸荷应力路径下的岩石强度及破坏特征进行了深入研究，提出了相应的结论，可为后续理论研究提供试验参考．     

不同卸荷应力路径下岩体破坏特征试验研究

隧道施工引起围岩应力释放的问题值得关注,目前对不同开挖方式引起隧道围岩强度及破坏的研究较少.因此,通过采用岩石三轴试验机,模拟隧道的不同开挖工况,针对不同卸荷应力路径下的岩石强度及破坏特征进行了深入研究,提出了相应的结论,可为后续理论研究提供试验参考.     

深埋大理岩三轴压缩渐近破坏裂纹扩展特征研究

为深入研究深埋大理岩渐进变形破坏过程中裂纹扩展特征,基于常规三轴室内试验完成数值模拟参数标定,利用PFC_3D^{颗粒流模型对深埋大理岩开展}25MPa、50MPa、80MPa三种不同围压下的裂纹扩展数值模拟试验,根据大理岩加载过程中微裂纹演化状态参数,定义三种特征应力,并据此展开深埋大理岩渐进破坏过中的宏、细观破坏特征及其对应裂纹扩展特征的规律研究。结果表明：(1)。室内试验与数值模拟的应力应变曲线相吻合,峰值应力相差较小,破坏形式与室内试验一致,故数值模拟参数标定合理。低围压下应力应变曲线出现的应力降最为明显,高围压下出现的应力降最小。(2)依据总裂纹、张拉裂纹和剪切裂纹扩展数量演化曲线斜率变化规律,将深埋大理岩渐进破坏过程划分为弹性压缩阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹加速扩展阶段和峰后残余阶段四个阶段,根据裂纹数量定义三个特征应力点。(3)随着围压的增加,深埋大理岩达到起裂应力σ_ci时裂纹从两端开始萌发,加载至损伤应力σ_cd点时向中间扩展,达到峰值应力σ_c点时在宏观破坏面附近扩展、增生,加载至峰值点后70%峰值应力点时最终形成以剪切破坏为主的贯通宏观破坏面。(4)随着围压的增加,裂纹出现的范围更广,贯通性减弱,峰值应力σ_c点处产生的裂纹对宏观破坏产生的影响更为剧烈,峰后残余阶段张拉裂纹发育更明显。     

不同卸荷起点应力水平砂岩卸荷力学特性试验研究

开挖卸荷岩体在实际工程中随处可见,卸荷时的应力水平对其力学特性有较大影响。基于此,以三峡库区典型砂岩为研究对象,开展了不同卸荷起点应力水平砂岩卸荷试验,研究了不同卸荷起点应力水平砂岩卸荷力学特性。结果表明:岩样卸荷起点应力水平越高,岩样的初始损伤越大;岩样的峰值强度、峰值应变与卸荷起点应力水平呈线性关系;岩样围压卸荷量与垂直变形量之间的关系曲线与卸荷起点应力水平有较大关系。该研究成果一方面验证了卸荷起点应力水平与岩样内部损伤之间的关系,另一方面也可为岩体开挖施工提供参考。     

岩溶角砾岩物理力学特性现场试验研究

针对白马航电枢纽采用混凝土重力坝,两岸坝肩分布有岩溶角砾岩,其粒径大小不一,基本呈散粒状、较疏松,且夹有泥质条纹条带,开挖后形成的高陡边坡存在变形稳定问题。本文根据边坡及坝基稳定性分析的需要,对岩溶角砾岩开展了岩体变形试验、直剪强度试验、三轴压缩试验和物理性质试验等一系列的工程岩体试验研究,取得了一系列较完整的试验成果。在此基础上结合工程地质情况,采用工程地质类比法提出了该电站的岩溶角砾岩力学参数试验建议值：变形模量0.05～0.25 GPa,弹性模量0.25～0.50 GPa,抗剪断强度f′为0.4～0.6,c′为0.08～0.3 MPa,抗剪强度f为0.35～0.45。     

卸荷状态下软粘土抗剪强度的试验研究

通过大量的室内模拟试验，对卸荷状态下的软粘土的抗剪强度进行研究，得到了不同先期固结压力下卸荷土体的τf-σ关系曲线，并与加荷状态的土体进行比较，得到了卸荷土体抗剪强度变化的一般规律；通过建立卸荷比R和强度残留率fr的概念来找寻影响卸荷土体抗剪强度变化的临界点；同时研究了卸荷土体的抗剪强度与卸荷比的关系、卸荷后滞留时间对卸荷土体抗剪强度的影响程度，发现卸荷土体的抗剪强度受卸荷比和卸荷后的滞留时间的影响很大。因此在卸荷工程中应充分重视以上两个因素对土体抗剪强度的影响。     

密实度对粗粒料力学特性影响三轴试验研究

针对3种不同相对密实度的某大坝覆盖层无粘性粗粒料制作试验替代料,进行不同围压下的常规三轴固结排水剪试验,着重研究不同相对密实度对粗粒料力学特性的影响.试验结果表明:在达到峰值强度之前,随着相对密实度和围压的增大,初始切线模量逐渐增大;同一围压下,随着相对密实度的增大,应力应变曲线软化现象更加明显,剪胀性逐渐变强;密实度...     

大豆散体力学特性三轴试验研究

通过不同围压下大豆散体的三轴压缩试验,得到大豆散体的内摩擦角、黏聚力、变形模量等力学参数,并对大豆散体的应力-应变关系曲线进行分析。结果表明:大豆散体的三轴压缩可分为弹性变形、颗粒错位滑动、应力强化和颗粒压缩破坏四个阶段;大豆散体压缩模量随着围压的增加而增大,在三向应力状态下的黏聚力为6. 7 kPa,内摩擦角为24. 87°,与粮食钢板筒仓设计规范给出的大豆物料特性参数基本一致。     

三轴压缩下大理岩应力-应变全过程的力学特征试验研究

通过在MTS815.03型电液伺服控制试验机上进行试验,得到了大理岩在不同围压下的应力-应变全过程曲线。在此基础上分析了岩石的应力-应变全过程力学特征,包括峰直强度、残余强度、应力降、全曲线的分类及破坏后区的分段,脆-延转化临界状态应力比(λ=σ_3/σ_1)。并提出了一种确定脆-延转化临界围压的方法。     

真实水压作用下裂隙大理岩蠕变特性试验研究

软弱层间带裂隙岩石的水压弱化效应是水利工程长期稳定研究的重要方向。针对锦屏一级坝肩软弱层间带裂隙大理岩在高水压力作用下的长期变形特性,采用特定的岩石流变试验系统,开展不同水压作用下预制裂隙大理岩的蠕变试验,结合典型蠕变过程曲线分析水压对裂隙岩石蠕变变形、蠕变速率、蠕变破坏荷载及长期强度的影响,并基于蠕变破坏断口的电镜扫描成果,从细观角度分析岩石蠕变破坏机制。结果表明：裂隙岩石宏观破裂现象与断口微观特征相吻合,随着水压的增加,岩石破裂形式逐渐由张拉破裂向剪切破裂过渡,破裂断口由凹凸锯齿状逐渐趋于平滑。压力水沿岩石裂隙的“楔入”可加速原始裂纹的发育,促进岩石的蠕变发展,水压越大,“楔入”效应越明显,加速蠕变速率越大,加速阶段持续时间越短,蠕变破坏的分级荷载越小;相较于稳定蠕变阶段,水压对加速蠕变阶段的影响效应更大。裂隙岩石长期强度约占完整岩石峰值强度的50%~70%,水压的增大会降低岩石的长期力学性能,并加速岩石的蠕变破坏,工程中建议取稳定蠕变阶段最大一级强度作为裂隙岩石的长期强度。研究成果的应用可提高锦屏一级水电站长期稳定运行评估的准确性,并为裂隙岩石蠕变本构模型研究提供重要支撑,具备显著的工程应用与理论研究价值。     

岩石卸荷破坏的试验研究

对岩样进行了常规三轴加载后保持轴向变形不变的卸围压试验,得到了峰前、峰后卸围压全过程曲线。对岩样破坏特征和试验结果的分析表明:峰前卸围压岩样表现出脆性剪切破坏的特征,而峰后卸围压表现出张剪破坏的特征,峰前卸围压破坏比峰后卸围压破坏更具有突发性;峰前、峰后卸围压岩样都表现出明显的侧向扩容现象;岩样破坏时的轴向承载能力对围压都很敏感,反应了试件沿破裂面摩擦滑动的结构效应。     

高温状态下大理岩力学性能实验研究

采用电液伺服材料力学试验系统对常温~800℃高温作用下大理岩的力学性能进行了研究,考察了大理岩的全应力-应变曲线、峰值应力σp、峰值应变pε、弹性模量E等量的变化特征。结果表明:随受热温度升高大理岩的峰值应力和弹性模量不同程度上渐次降低,尤其是在不同温度段岩石强度降低具有突变性,而峰值应变不同程度渐次增长。800℃时大理岩的延性明显增强,应力达到峰值后,应变仍表现出缓慢增加特性,但最终大理岩破坏方式仍以脆断为主。研究结果一定程度上反映了大理岩在温度作用下内部结构变化的特征,可为相关岩体工程设计与研究提供参考。     

北山花岗岩短长期常规三轴力学特性试验研究

为研究北山花岗岩的物理力学特性，开展了常规三轴、蠕变和松弛试验，研究过程与结论如下：（1）开展北山花岗岩在不同围压条件下的常规三轴压缩试验，对比分析试样的变形和破坏形式等力学特征，得出北山花岗岩岩石破坏时的不可恢复变形较小，且随着围压增大未出现脆-延性转变现象的结论；（2）开展北山花岗岩单级蠕变试验及不同围压条件下的多级蠕变试验，分析不同偏应力的形变和单级蠕变的蠕变速率，得出北山花岗岩的蠕变形式为非稳定蠕变，其应变曲线出现了典型的蠕变三阶段特征的结论；（3）开展北山花岗岩单级应力松弛试验及循环松弛试验，分析偏应力的变化规律，得出北山花岗岩在应力松弛过程的初始松弛阶段，其偏应力下降速率很快，在较短时间内即能够达到稳定状态的结论。     

侧向卸荷路径下天津滨海软土强度参数试验研究

针对侧向卸荷条件下软土变形、强度等典型力学特性,选取天津滨海新区9～18,m深度海相软土为研究对象,采用应力-应变控制式三轴剪切渗透试验仪,对试样进行了三轴不固结不排水试验(UU)、三轴固结不排水试验(CU)以及K0固结轴向卸荷试验(DEP).试验结果表明:UU、CU、DEP试验应力与应变关系曲线呈双曲线特性,UU与CU试验应力与应变关系曲线呈硬化特征,DEP试验应力与应变关系曲线呈软化特征.DEP试验对于总应力强度参数有影响,对有效应力强度参数影响较小.     

三轴加卸载下花岗岩脆性破坏及应力跌落规律

基于2种卸荷应力路径和常规三轴压缩试验,研究了加卸载条件下花岗岩的变形破坏及应力脆性跌落特征。卸荷条件下岩石变形主要是向卸荷（主）方向回弹或拉伸变形为主,而非或次卸荷方向的塑性变形很小,峰后应力应变曲线呈现明显的脆性特征。而加载条件下岩石以轴向压缩变形为主,且压缩塑性变形随围压增大而增大;卸荷条件下破坏岩石各种级别的张拉裂缝较多,张裂面一般垂直于卸荷主方向,高初始围压时双向卸荷甚至在次卸荷方向也可产生环形张拉裂缝。破坏围压较高时破裂面剪性特征相对明显,但剪性裂面一般追踪张性破裂面发展而成,并在剪切面两侧发育较多微张裂缝。而相对较高围压下常规三轴压缩岩石一般为剪切破坏,张性裂缝很少;常规三轴压缩岩石的应力脆性跌落系数随围压的增大而增大,而在卸荷条件下却随初始围压的增大而减小。相同初始围压时,卸荷条件下比加载时的应力脆性跌落系数小得多,方案Ⅱ在初始围压达到30 MPa时甚至出现负值,应力脆性跌落系数R依次为：RⅢ〉RⅠ〉RⅡ。     

堆石料力学性能的数值模拟分析

摘 要：利用离散单元法研究了堆石料的力学和变形性能,以及数值模拟过程中相关参数对其力学性能的影响。根据离散元基本模型和相关的几何理论生成两种不同的堆石料颗粒模型,即球形单颗粒模型和不规则形状的颗粒簇模型,研究材料的颗粒形状对堆石料强度的影响。基于颗粒簇模型,运用控制变量法,研究摩擦角和杨氏模量对堆石料的剪切强度和变形特性的影响。通过数值模拟,得出不同试验条件下相应的应力-应变曲线,分析其峰值应力、残余强度、最大应变、弹性模量以及剪缩剪胀趋势等,从而研究试样的不同力学响应。结果显示：在相同的应变率加载条件下,随着围压从300 kPa增加到500 kPa和更高的1000 kPa,球形颗粒模型对应的峰值剪切应力从相应的500 kPa增加到1700 kPa;而不规则形状颗粒簇模型对应的峰值剪切应力则从1400 kPa增加到3500 kPa,明显高于相应围压条件下的球形颗粒模型所对应的峰值剪切应力。当试样摩擦角从10°增加到50°时,相应的峰值应力则从不到1000 kPa增加到3250 kPa,相应的最大体积应变从6.5%增加到20%。杨氏模量E从107 Pa变化到109 Pa时,峰值剪切应力随之从相应的1350 kPa增加到2575 kPa。在此过程中,试样整体应变则从剪缩过渡到剪胀。     

隧洞围岩在超载和卸载状态下的破坏模式

围岩破坏模式分析是地下工程围岩稳定性分析、控制和支护设计的基础.围岩开挖是一个径向应力减小、轴向应力增大的复杂加卸载过程,当前常采用超载试验研究隧洞围岩的破坏模式.围岩的应力路径是影响其破坏模式的重要因素,而超载试验的围岩应力路径不同于加轴压、卸围压路径.为对比隧洞围岩在不同应力状态下的破坏模式,利用WE–600B型液...     

古遗址边坡在卸荷条件下的稳定性研究

以铜绿山边坡为工程背景,分析了边坡的稳定性。采矿过程产生的卸荷力学条件与常规的加载力学试验参数、模型和方法完全不同。本文通过对卸荷岩体力学原理研究表明,对于采矿一类的岩体工程问题应该应用岩体卸荷的应力、应变路径来分析。本文从铜绿山遗址边坡的地质特征人手。在了解边坡地质特征的基础上,参照边坡的变形破坏现状,采用非线性弹塑性力学模型,运用ANSYS软件对古遗址边坡的采矿过程进行了分析。并且与不考虑采矿过程做了对比研究。