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岩石破坏声发射平静期及其分形特征研究

岩石力学与工程学报 2009年第A02期28卷 3383-3390页

作者：尹贤刚李庶林唐海燕裴建良四川大学水利水电学院四川成都610065 长沙矿山研究院湖南长沙410012 厦门大学建筑与土木工程学院福建厦门361005

通过岩石加载的室内试验方法,测试不同岩石破裂全过程的力学特征及其声发射特性,得到岩石破坏全过程力学特性——岩石的全应力-应变曲线、声发射事件累积数、声发射事件率等相关曲线及参数,给出声发射事件数、事件率与应力水平、时间之... 详细信息

通过岩石加载的室内试验方法,测试不同岩石破裂全过程的力学特征及其声发射特性,得到岩石破坏全过程力学特性——岩石的全应力-应变曲线、声发射事件累积数、声发射事件率等相关曲线及参数,给出声发射事件数、事件率与应力水平、时间之间的关系。着重讨论一次性加载过程中塑性变形阶段明显的岩石在加载接近峰值强度时单位时间内的应力增长速度减小,也即这一阶段出现明显的"耗时"现象;并且在此阶段监测到的声发射事件率出现明显下降,出现声发射相对平静阶段;而对于塑性变形阶段不明显的岩石来说,这一阶段则基本不存在明显的"耗时"现象,声发射的监测中也没有发现声发射相对平静期现象。另外,还运用分形理论,研究分析处于不同加载应力比的岩样在各个阶段的声发射分形维数,特别是研究声发射平静期维数变化情况。指出在加载初期分形维数处于较低值,且分形维数随加载应力增加而逐步增加;在加载到峰值应力的40%左右时,分形维数开始下降;在加载接近到峰值应力时,即处于声发射平静期阶段时分形维数逐步降到最低,且此时预示着岩石的破坏。此外,结合室内试验,还对现场岩体失稳破坏声发射监测中的一些实际问题进行总结和分析,为更好地应用声发射手段进行岩体稳定性现场监测预报提供理论依据、方法和手段。

关键词：岩石力学岩石破坏声发射平静期分形维数

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岩石破坏声发射强度分形特征研究

岩石力学与工程学报 2005年第19期24卷 3512-3516页

作者：尹贤刚李庶林唐海燕长沙矿山研究院湖南长沙410012

通过对岩石单轴受压破坏全过程的声发射实验,建立了岩石破坏声发射强度分维模型,研究了岩石破坏全过程各个应力水平声发射分形特征以及分形维值随实验时间的变化规律。研究结果表明:加载初期岩石试件声发射强度分形维值变化不稳定,分形... 详细信息

通过对岩石单轴受压破坏全过程的声发射实验,建立了岩石破坏声发射强度分维模型,研究了岩石破坏全过程各个应力水平声发射分形特征以及分形维值随实验时间的变化规律。研究结果表明:加载初期岩石试件声发射强度分形维值变化不稳定,分形维值的大小变化有反复,但从分形维值总的变化趋势来看,这一阶段的分形维值还是处于较大水平;加载中后期声发射强度分形维值出现较强的规律性,其值逐渐由大变小,试件破坏前的分形维值最小。由于实际应用中最小分形维值点(临界值点)难以确定,故提出将岩石破坏前声发射强度分形维值的持续降维作为岩石破坏的前兆特征,从而对利用声发射参数进行岩体稳定性现场监测预报提供理论依据、方法和手段。

关键词：岩石力学岩石破坏声发射强度分维模型监测和预报

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岩石破坏过程中试件表面应变场演化特征研究

岩石力学与工程学报 2008年第8期27卷 1667-1673页

作者：马少鹏周辉中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室

分析了2种岩石试件(一种大理岩方柱试件和一种含圆孔大理岩平板试件)在单轴压缩下试件表面的应变场演化过程,得到了最大剪应变场的特征统计量(方差S)随加载的演化规律:S值在试件的均匀变形阶段较小且变化缓慢,在试件的非均匀变形段急剧... 详细信息

分析了2种岩石试件(一种大理岩方柱试件和一种含圆孔大理岩平板试件)在单轴压缩下试件表面的应变场演化过程,得到了最大剪应变场的特征统计量(方差S)随加载的演化规律:S值在试件的均匀变形阶段较小且变化缓慢,在试件的非均匀变形段急剧上升。根据S值的变化趋势,将2个试件的变形破坏过程划分为5个不同的阶段,并给出了5个阶段的代表应变场,总结了各阶段的变形特征。应变局部化是其中一个重要阶段,是联系岩石均匀变形和非均匀变形的"桥梁"。实验结果表明,2个试件的应变局部化开始于加载曲线峰值前非常接近峰值的时刻(方柱试件为99.2%峰值应力处,含圆孔平板试件为92.2%最大载荷处),结束于峰值点。峰值后岩石试件的变形主要表现为弱化带和宏观裂纹的活动。

关键词：岩石力学岩石破坏数字散斑相关方法应变场应变局部化统计指标

岩石破坏短临预报研究进展——岩石破坏短临预报竞赛评述

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岩石力学与工程学报 2022年第12期41卷 2522-2529页

作者：冯增朝吕兆兴赵阳升太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024

地震、滑坡、岩爆、瓦斯突出等岩体系统重大自然、工程灾害的预测预报是人类远未解决的重大难题,岩石破坏短临预报正是其核心科学问题。持续开展岩石破坏短临预报竞赛,能够激发多领域学者的创造与创新灵感,以推动岩石与岩体系统失稳破... 详细信息

地震、滑坡、岩爆、瓦斯突出等岩体系统重大自然、工程灾害的预测预报是人类远未解决的重大难题,岩石破坏短临预报正是其核心科学问题。持续开展岩石破坏短临预报竞赛,能够激发多领域学者的创造与创新灵感,以推动岩石与岩体系统失稳破坏监测预报理论、方法、技术与仪器的创新与快速发展。本文较详细介绍了第一、二届岩石破坏短临预报竞赛的情况,包括:竞赛规则,由预报时间、能量与破坏位置组成的评分指标和标准,各参赛队所采用的预报理论、方法和测试仪器及相关的预报结果。对比分析参赛队岩体破坏预测预报研究的最新理论、方法与测试仪器的优缺点和未来的发展方向。2届竞赛结果清晰表明,以破坏短临预报为核心的非线性岩体力学——灾害岩体力学的理论、方法与测试仪器仍处于初级水平。

关键词：岩石力学岩石破坏短临预报非线性竞赛

岩石破坏演化细观非均质物理元胞自动机模拟研究

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岩石力学与工程学报 2005年第15期24卷 2704-2708页

作者：马志涛谭云亮河海大学岩土工程研究所江苏南京210098 山东科技大学资源与环境学院山东泰安271019

在传统元胞自动机基本理论的基础上,根据岩石结构细观非均质的特性和前人研究的基础,引进双参数Weibull分布,建立了一个改进的细观非均质物理元胞自动机模型,并利用该模型对不同均质度岩石材料的破坏演化进行动态模拟,模拟结果与试验结... 详细信息

在传统元胞自动机基本理论的基础上,根据岩石结构细观非均质的特性和前人研究的基础,引进双参数Weibull分布,建立了一个改进的细观非均质物理元胞自动机模型,并利用该模型对不同均质度岩石材料的破坏演化进行动态模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。

关键词：岩石力学元胞自动机细观非均质岩石破坏动态模拟

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岩石破坏动态变形场观测系统及应用

岩土工程学报 2012年第10期34卷 1939-1943页

作者：曹彦彦马少鹏严冬郭文婧马沁巍北京理工大学宇航学院北京100081 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 北京强度环境研究所北京100076

基于高速图像采集设备和数字散斑相关方法(DSCM),建立了一套岩石破坏动态变形场观测实验系统,介绍了系统的组成和原理,重点阐述了用于岩石动态变形测量时光源的选择、采集速率的设置和图像采集的触发等关键技术。用此动态变形场观测实... 详细信息

基于高速图像采集设备和数字散斑相关方法(DSCM),建立了一套岩石破坏动态变形场观测实验系统,介绍了系统的组成和原理,重点阐述了用于岩石动态变形测量时光源的选择、采集速率的设置和图像采集的触发等关键技术。用此动态变形场观测实验系统可完成动(静)态载荷作用下岩石破坏瞬间试件表面图像的准确高速采集,并进一步完成变形场的定量分析。用设计的系统完成了岩石巴西圆盘实验和岩石I型裂纹动态断裂实验,对动态变形场观测实验系统的可行性和有效性进行了验证。观测系统获得的脆性岩石失稳破坏过程中动态、定量的变形场数据可为深入研究岩石失稳破坏机理提供基础的数据和认识。

关键词：动态变形场高速数字散斑相关方法岩石破坏

基于Voronoi多边形离散的DDA方法模拟岩石破坏

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岩石力学与工程学报 2021年第4期40卷 725-738页

作者：张开雨夏开文刘丰天津大学水利仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

非连续变形分析(DDA)方法是为模拟可变形离散块体系统而提出的一种隐式离散元方法。考虑到真实岩石的细观晶粒结构更加接近于Voronoi多边形,将建立基于Voronoi多边形离散形式的DDA方法,并将其与基于三角形离散的DDA方法进行对比分析。... 详细信息

非连续变形分析(DDA)方法是为模拟可变形离散块体系统而提出的一种隐式离散元方法。考虑到真实岩石的细观晶粒结构更加接近于Voronoi多边形,将建立基于Voronoi多边形离散形式的DDA方法,并将其与基于三角形离散的DDA方法进行对比分析。首先研究不同子块体尺寸对材料弹性参数的影响,并对比2种离散方法在子块体数和接触对数量上的差异。通过模拟单轴压缩、巴西劈裂、带孔圆盘劈裂以及Kalthoff-Winkler冲击等试验,对比分析2种离散形式对岩石宏观参数、破坏形式以及裂纹扩展路径的影响。同时,为了减小网格的依赖性,考虑了3种程度的随机离散网格对结果的影响。结果表明,过于规则的网格离散形式会导致不合理的破坏形式,过于随机的网格离散形式可能导致结果离散性偏大,收敛性变差,而一定程度的随机性则是必要的;基于Voronoi多边形离散形式的DDA方法能够有效地模拟岩石的破坏过程;相比三角形离散,基于Voronoi多边形离散的DDA方法具有更高的计算效率,能得到更高的弹性模量、抗压、抗拉强度和更加真实的压拉比,且裂纹扩展路径也更接近于岩石的沿晶断裂。

关键词：岩石力学岩石破坏非连续变形分析 Voronoi多边形三角形离散随机性网格依赖性

注水诱发地震中含不同断层泥的断层岩石破坏研究

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第8期52卷 2702-2712页

作者：康建旗姜智彬吴振宇郑东平朱建波天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 中铁二十五局集团第五工程有限公司山东青岛266000 深圳大学广东省深地科学与地热能开发利用重点实验室深地科学与绿色能源研究院土木与交通工程学院广东深圳518060

为了探究断层泥在注水诱发断层滑动中的作用机制及断层周边岩石的破坏程度,选取3种不同成分断层泥的断层(断层1中断层泥由75%石英砂和25%蒙脱石组成;断层2中由50%石英砂和50%蒙脱石组成;断层3中由25%石英砂和75%蒙脱石组成),开展室内高... 详细信息

为了探究断层泥在注水诱发断层滑动中的作用机制及断层周边岩石的破坏程度,选取3种不同成分断层泥的断层(断层1中断层泥由75%石英砂和25%蒙脱石组成;断层2中由50%石英砂和50%蒙脱石组成;断层3中由25%石英砂和75%蒙脱石组成),开展室内高压注水双轴加载试验,研究注水诱发地震中含不同断层泥的断层滑动特征。采用验证后的COMSOL数值模型并结合岩石损伤理论,分析断层泥对平直和交叉断层周边岩石变形破坏的影响规律。研究结果表明:注水条件下含高强度(剪切)断层泥的断层不易发生失稳滑动,但滑动后易产生较大震级的诱发地震(应力降大),导致断层周边岩石出现大面积变形破坏区;断层周边岩石变形破坏区域的分布方位受断层泥的影响甚微,主要由断层几何结构控制;平直断层周边岩石的变形破坏区域分布在断层两端,交叉断层周边岩石的变形破坏区域主要分布在断层连接处及次断层端部,当交叉角度为45°时,交叉断层周边岩石破坏程度最低。

关键词：注水诱发地震断层泥交叉断层岩石破坏

适用于非均质岩石破坏模拟的偏心四维弹簧模型

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清华大学学报（自然科学版） 2021年第8期61卷 818-826页

作者：赵高峰乔磊张玉良孙建华陈华天津大学土木建筑工程学院水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350

超大规模非均质模型的生成速度制约着离散数值方法在复杂工程实践中的应用,为了解决超大规模模型非均质岩石的快速建立问题,该文基于四维弹簧模型(four-dimensional lattice spring model,4D-LSM),提出了偏心四维弹簧模型(eccentric 4D-... 详细信息

超大规模非均质模型的生成速度制约着离散数值方法在复杂工程实践中的应用,为了解决超大规模模型非均质岩石的快速建立问题,该文基于四维弹簧模型(four-dimensional lattice spring model,4D-LSM),提出了偏心四维弹簧模型(eccentric 4D-LSM, ECC4D),开展了Poisson比、弹性模量和法向变形量的参数分析研究。通过弹性参数和破坏参数的研究论证了模型的可行性。结果表明:采用质心随机偏移的方式生成了非规则偏心四维模型ECC4D,通过特定算法可以轻松实现大规模计算,既能在一定程度上表征岩石材料的非规则性,也能快速获取任意几何模型。该方法在本地工作站上已经成功实现了超过1亿颗粒的大坝模型计算。

关键词：四维弹簧模型(4D-LSM) 偏心高性能计算岩石破坏