含预制裂隙类岩石裂隙演化与破裂特征的试验研究

裂隙岩体是自然界中普遍存在的工程岩体,在外力作用下易引起岩体结构破坏失稳而诱发工程故事。为此,基于相似理论制作了含十字交叉裂隙的类岩石试样,利用RMT-150B岩石力学试验机,对含有不同裂隙长度和裂隙倾角的类岩石试样进行单轴压缩试验,分析其裂隙演化规律和破裂特征。研究结果表明:含预制裂隙试样的抗压强度明显低于完整试块;当主裂隙长度一定时,裂隙岩样的峰值应力随次裂隙长度的增大而降低;当裂隙倾角为0°和60°时,裂隙岩样表现为拉伸型翼形裂纹的破坏形式;当裂隙倾角为30°和45°时,裂隙岩样表现为拉剪混合型裂纹的破坏形式,既有翼形裂纹,又有次生共面裂纹。     

复合岩石单轴压缩力学与破坏特性试验研究

针对深部高地应力及多岩层复杂地质条件,采用伺服控制试验机对复合岩石进行室内力学试验,重现复合岩石在高应力作用下的破坏过程。复合岩石由强度差且强度呈均匀阶梯型的单岩组成,可划分为蛇纹岩—矽卡岩和蛇纹岩—砂岩。通过单轴压缩试验,获得岩石的单一和复合形态下的力学性质与破坏特性。研究结果表明：在高应力作用下,复合岩石中岩石强度较弱的部分首先发生破坏,且初始裂纹的萌生位置和发展模式直接决定了岩样的最终破坏形态;复合岩石与单一岩石之间的抗压强度存在相关性;利用理想弹簧模型可对复合岩石的弹性模量和峰值应变进行推导。复合岩石的力学特性由强弱端岩石共同决定,存在一定的规律性,其破坏特性与单一岩石相似,但较弱端占主要影响地位。     

N型组合节理类岩体单轴压缩破坏试验

针对实际工程中平行与交叉裂隙组合呈N字形裂隙岩体的稳定性问题,以N型组合节理为研究对象,开展了N型节理类岩体试件超声波检测试验和单轴静载试验,结合断裂力学理论,分析其强度特征、破坏特征和超声波波速衰减规律。结果表明：（1）N型组合节理类岩体的裂纹类型依次有翼型裂纹和次生倾斜裂纹,其扩展路径最终均趋向于主应力方向,不同于单节理下的裂纹发展规律;（2）当主节理倾角一定时,主次节理夹角和节理条数对试件的物理性能有一定的影响。各组合节理试件的波速衰减率范围在0.9%～9.6%之间,且15°和90°夹角节理试件的波速衰减最快,而60°夹角节理试件的衰减最慢;（3）组合节理类岩体的本构关系、峰值强度和破坏特征均表现出非线性特征。峰值强度分布规律基本服从M型分布,不同于单节理下的U型分布,其中15°、30°、45°、75°和90°夹角试件,以及完整试件呈准脆性破坏,其他夹角试件呈脆性破坏。     

含预制缺陷类岩体模型破断试验与分析

为了探究内部缺陷形状由裂隙至圆孔的变化对类岩体脆性材料破断模式与特征的影响,构建了含缺陷的单轴压缩力学模型,并利用水泥砂浆材料制作类岩体试样,系统地研究了缺陷形状由裂隙至圆孔变化过程中含缺陷试件的强度变化特征和裂纹演化扩展机制。结果表明:当荷载方向与缺陷长轴垂直时,缺陷周边应力集中在长短轴端点处且与缺陷无关;缺陷对试样峰值强度影响较为明显,在缺陷形状由裂隙向圆孔变化的过程,峰值强度降低幅度逐渐增大;缺陷变化对试样的裂纹起裂与裂纹扩展的影响不显著;缺陷试样的最终破坏模式可划分为剪切破坏和拉-剪混合破坏,当m值大于0.60时破坏模式为剪切破坏,当m值小于0.33时破坏模式为拉-剪混合破坏。     

预制裂隙花岗岩的强度特征与破坏模式试验

为了探究单轴压缩条件下裂隙岩石的强度特性、裂纹起裂规律及破坏模式, 采用水刀切割技术预制裂隙花岗岩试件, 利用GAW2000刚性试验机对单裂隙花岗岩试样进行单轴压缩试验.试验结果表明: 与完整试样相比, 裂隙岩石试样单轴抗压强度明显降低, 降低幅度与预制裂隙和外荷载方向的夹角β密切相关, β=75°时, 强度最低, 降幅达到84.5%, 基于最大畸变能准则计算了裂隙花岗岩的峰值抗压强度与裂隙倾角的关系, 试验结果与数值解吻合; 裂隙的存在改变了岩石的破坏模式, 裂纹起裂角随裂隙倾角的增加而单调增大, 岩石试样的破坏模式由剪切破坏为主转变为张拉破坏占主导.真实裂隙岩石试样的力学性质及裂纹起裂特征更准确地揭示了单裂隙花岗岩的强度变化规律和破坏模式, 为岩土工程设计和巷道裂隙围岩体的支护提供科学依据.      

含端部裂隙大理岩单轴压缩破坏及能量耗散特性

对含端部双裂隙?50 mm×50 mm的圆柱体大理岩试样进行单轴压缩试验,并利用高速摄影仪实时记录试样破坏过程,研究了端部裂隙长度和倾角对大理岩力学特性及裂纹扩展规律的影响。研究表明,当裂隙长度达到门槛值前,试样的单轴抗压强度的弱化程度较低,弹性模量、峰值应变的变化较小。相对垂直裂隙,相同长度的倾斜裂隙对大理岩的影响更加显著。试验结果与理论分析均表明,裂纹一般不从端部垂直裂隙尖端起裂,试样的起裂裂纹大多发展为主裂纹,扩展过程中较少产生分支与分叉,试样表面会产生局部剥落,倾斜裂隙试样宏观上呈剪切或拉剪复合破坏,垂直裂隙试样呈劈裂拉伸破坏。试样能耗参数与单轴抗压强度的变化趋势一致,试样总应变能和其单轴抗压强度有较好的正相关关系。最后,比较了动、静载荷作用下含端部裂隙大理岩力学响应与裂纹扩展过程的差异。      

红砂岩单轴压缩试验的率效应研究

利用MTS 322试验机对均质红砂岩进行了低加载（应变）率范围内不同量级的单轴压缩试验,考察了加载率对压缩强度、切线弹模和破坏应变的率效应影响规律。试验过程中采用位移控制加载,对应的加载量级分别为0.12,1.2,12,120 mm/min。研究结果表明：位移控制加载率与试样实际加载率、应变率之间均存在良好的线性关系。不同加载速率下岩石材料的单轴压缩强度、切线弹模随着加载率的增加呈现增加趋势,单轴压缩强度增加了11%,切线弹模增加了13%,率效应显著。通过试验数据发现,破坏应变与应变率（加载率）之间无相关性,不具有率效应规律,故强度准则应该是应力准则而不是应变准则。     

单压下节理密度及倾角对类岩石试件强度及变形的影响

通过预制张开节理类岩石试件,在单轴压缩条件下,研究节理密度及倾角的组合作用对试件强度和变形特征的影响.试验结果表明:(1)随着节理倾角的增大,应力-应变曲线由多峰值转变为单峰值,试件脆性增强,延性减弱;(2)节理密度对当量峰值强度的影响与节理倾角大小有关,对当量弹模的影响呈“V”形变化,即当量弹模随着节理密度的增大呈现先减小后增大的变化规律;(3)当量弹模随节理倾角的增大而增大,在节理倾角为90°的时候达到最大值,为完整试件弹性模量的70%~80%;(4)节理倾角对多节理类岩石试件当量峰值强度和当量弹性模量的影响大于节理密度的影响.对试验结果进一步分析发现:节理密度及节理倾角与应力-应变曲线、当量峰值强度及当量弹性模量之间的关系,其变化规律与试件的破坏过程息息相关,其破坏模式可分为张拉破坏、剪切破坏和复合破坏.     

充填体室内单轴压缩试验声发射指标特性分析

随着浅部矿产资源开采殆尽,采矿活动逐渐转向深部.充填法开采作为现阶段维持矿山稳定的最有效方法,在国内外各大矿山得到了广泛应用.随着充填法的不断完善,充填体的力学行为特点引起了广泛关注.以充填体力学行为为研究对象,通过室内岩石力学试验并结合声发射监测手段,对不同倾角的预制裂隙影响下,强度在35 MPa以内的充填体试块变形...     

十字交叉裂隙扩展机理试验与数值模拟研究

岩石内部微裂隙的起裂贯通破坏易引发边坡滑坡、隧道塌方和采场冒顶等工程事故,造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。为了探究裂隙岩石中裂隙演化规律及破坏机理,根据相似理论,采用细沙、白水泥和水按一定比例制作含十字交叉裂隙的类岩石试样,利用RMT-150B岩石力学试验机对其进行单轴压缩试验,并基于室内试验测试结果,建立了含预制十字交叉裂隙岩石试样的PFC数值模拟模型,分析含十字交叉裂隙试样的裂纹起裂、扩展和贯通的演化规律及其失稳破坏机理。研究结果表明:含十字交叉裂隙试样的峰值强度和弹性模量低于完整试样;数值模拟结果的峰值强度、弹性模量、起裂应力和裂隙倾角的变化关系与室内试验测试结果的变化关系基本吻合,即随着裂隙倾角的增大呈现先增大后减小的倒"V"形变化趋势;裂隙倾角为0°时微裂纹起裂于主次裂隙尖端,裂隙倾角为30°时裂纹起裂于主裂隙尖端,裂隙倾角为45°和60°时裂纹起裂于次裂隙尖端;微裂纹数量随应变增加经历了静止期、增加缓慢期、中期增加期和最活跃期4个阶段,且后一阶段增长率总是高于前一阶段;裂隙倾角为0°、30°、45°和60°时试样的破坏模式均为对角剪切破坏。     

不同应力条件下硬岩强度与破裂特性试验研究

深部工程围岩内的岩石可能处于一维、二维和三维应力状态下,分别对应室内单轴压缩、双轴压缩和真三轴压缩试验中岩样的应力状态.通过开展单轴、双轴和真三轴压缩试验,系统研究了不同应力状态和水平下岩石非常规破坏的发生机制.不同高宽比和宽厚比岩样的单轴压缩试验结果表明:随着岩样厚度的增加,单轴抗压强度单调增加;随着岩样高度的增加,...     

单轴压缩下不同尺寸充填体能量损伤演化特征试验研究

对4种不同尺寸（40,70.7,100,150 mm）的充填体试件进行了室内单轴压缩试验,研究了尺寸变化对充填体能量演化规律和损伤破坏机制的影响,并得到了基于弹性能耗比的充填体破坏前兆判据。研究结果表明：单轴压缩下不同尺寸充填体的能量演化规律相似,体现为峰前以弹性应变能积蓄为主,峰后耗散能占比不断上升并迅速超越弹性应变能;随着试件尺寸的增加,充填体在峰值应力处总输入应变能、弹性应变能和耗散能均呈非线性下降趋势;根据耗散能曲线,可将充填体能量损伤演化过程划分为初始损伤、损伤加速、损伤稳定发展和损伤破坏4个阶段;试件尺寸越大,弹性能耗比K值变化幅度越大;弹性能耗比K值曲线整体先上升后下降,持续到一个较低值,在临近峰值应力处再转为上升。弹性能耗比K值曲线的这一变化规律可作为充填体临界破坏前兆特征。     

单轴压缩下充填体损伤本构模型研究

为了揭示充填体材料在单轴荷载下的损伤机理,首先对充填体材料在单轴荷载下的应力—应变曲线进行分析,再以损伤变量作为影响充填体材料力学特性的内变量,基于统计损伤理论、最大拉应力准则和应变等效假说,推导了充填体材料在单轴荷载下的经典损伤本构模型.由于充填体试件在初始阶段存在压密过程,提出了压密系数并将其引入到经典损伤本构模型...     

岩石细观损伤演化与宏观变形响应关联研究

基于岩石全息干涉图的判读和统计分析,高精度定量获取了单轴压缩变质砂岩、板岩和花岗岩岩石试样变形破坏各阶段的细观裂纹演化及其与应力应变的对应关系,分析了岩石细观损伤演化对宏观变形的贡献;在岩样裂纹演化统计值与宏观力学响应的定量研究基础上,建立了试样表面裂损度和宏观变形响应之间的关系,岩石细观损伤引起变形特性的改变可以通过计量岩石表面裂损度加以描述,直观演示了岩石细观损伤演化与宏观力学响应的关联,能够有效地为岩石工程稳定性评价提供理论支撑。     

烧结矿抗压及跌落强度试验研究

烧结矿制备及冷却是钢铁行业的重要工艺过程,烧结矿抗压和高位跌落强度是影响烧结矿成品率的重要参数。以烧结矿为试验样品,获取了烧结矿抗压和跌落强度。研究结果表明,对于试验样品烧结矿来说,20~30mm粒度烧结矿平均抗压强度为5.02MPa;500~700℃高温烧结矿2m高位跌落产生的10mm以下粒度的烧结矿最高增加2.70%,5mm以下粒度的烧结矿最高增加1.11%。     

单轴压缩试验中减弱端部效应新型方法研究

为了减弱端部效应对单轴抗压强度测量的影响,提出一种新型的单轴压缩试验方法.该方法采用与试件材质相同的岩石作为垫块进行单轴压缩试验,设置了(25+50+25)mm和(20+60+20)mm 2种试件高度组合进行试验,并与高度为50 mm、60 mm的单一试件的试验结果进行对比.结果表明:该新型试验方法可以降低单轴压缩试验...