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硬岩裂纹起裂强度和损伤强度取值方法探讨

岩土力学 2014年第4期35卷 913-918,925页

作者：周辉孟凡震卢景景张传庆杨凡杰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试验室武汉430071

岩石裂纹起裂强度σci和损伤强度σcd的研究对探讨岩石渐进破坏过程和脆性破坏机制,建立岩石的起裂强度和长期强度准则具有重要意义。鉴于此,系统总结了岩石起裂强度和损伤强度的4种计算方法,包括裂纹应变模型计算法,声发射参数取值法,... 详细信息

岩石裂纹起裂强度σci和损伤强度σcd的研究对探讨岩石渐进破坏过程和脆性破坏机制,建立岩石的起裂强度和长期强度准则具有重要意义。鉴于此,系统总结了岩石起裂强度和损伤强度的4种计算方法,包括裂纹应变模型计算法,声发射参数取值法,侧向应变、体积应变曲线观察法和移动点回归法,并以大理岩和花岗岩在单轴压缩条件下为例,详细描述了用不同方法计算σci和σcd时存在的问题。研究结果表明,裂纹应变模型法物理意义明确,可以方便和准确地确定岩石的σci和σcd;声发射撞击率可以定性或半定量了解岩石的渐进破坏和损伤过程,但无法准确定量确定σci和σcd;移动点回归法计算体积应变刚度时受取值点间隔影响较大,而且加载过程中不同阶段的特征并不明显,难以确定起裂强度值。研究结论可为加深对岩石裂纹起裂强度和损伤强度的重要意义的认识,了解两个强度值的计算方法并合理选取其计算方法提供有益的参考。

关键词：起裂强度损伤强度声发射体积应变刚度计算方法

节理填充物对岩体起裂强度影响规律的试验研究

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工业建筑 2022年第8期52卷 175-179页

作者：屈志豪黄锋郑艾辰高啸也省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆交通大学土木工程学院重庆400074

以水泥、泥浆、石膏三种材料作为填充物制作含单一裂纹的节理岩体试件,进行单轴压缩试验,并通过建立单轴压缩下闭合裂纹起裂强度的解析表达式和开展数值模拟对其进行深入的研究。研究表明:在单轴压缩下,基于摩擦系数理论数值模拟得到的... 详细信息

以水泥、泥浆、石膏三种材料作为填充物制作含单一裂纹的节理岩体试件,进行单轴压缩试验,并通过建立单轴压缩下闭合裂纹起裂强度的解析表达式和开展数值模拟对其进行深入的研究。研究表明:在单轴压缩下,基于摩擦系数理论数值模拟得到的试件起裂强度与室内试验测得的峰值强度基本吻合;填充物摩擦系数越大,节理岩体越难被破坏,且与无填充岩体相比含填充岩体的起裂强度大幅提高;含填充节理试件的峰值强度远大于无填充的节理试件,其中填充水泥的节理试件峰值强度最高,填充泥浆的最低;剪切破坏是泥浆作为填充物的试件的主要破坏形式,而水泥和石膏作为填充物的试件的破坏则是复合型;随着填充物强度的提高,节理岩体的破坏形式将从剪切破坏转变为张拉破坏。

关键词：填充物闭合裂纹摩擦系数室内试验起裂强度

确定混凝土起裂韧度与起裂强度的边界效应模型研究

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确定混凝土起裂韧度与起裂强度的边界效应模型研究

作者：刘泽鹏华北水利水电大学

学位级别：硕士

材料真实参数的准确得出,实际结构真实特征的合理评价,在工程界和科学界里永远是坚持不懈的努力方向。起裂强度和起裂韧度是混凝土材料关键的材料数据。然而在实验室环境里面,含有显著的尺寸效应在使用小尺寸试件得到的起裂强度和起裂... 详细信息

材料真实参数的准确得出,实际结构真实特征的合理评价,在工程界和科学界里永远是坚持不懈的努力方向。起裂强度和起裂韧度是混凝土材料关键的材料数据。然而在实验室环境里面,含有显著的尺寸效应在使用小尺寸试件得到的起裂强度和起裂韧度时,要想获得不受尺寸影响的断裂数据,需要筑成较大尺寸的试样;楔入劈拉、直接拉伸和三点弯曲等试样的高W,当最大骨料粒径d=8mm～40mm时,W必须到达500 mm或者大于1000mm。但是在普通实验室前提下,很难完成大尺寸样品的浇注和测试任务。假如使用实验室小尺寸的试样直接得到的材料数据如起裂韧度等,则肯定会产生尺寸效应。现在有一个急需处理的科学问题:当处于准脆性断裂情况下的小尺寸试样(如相对尺寸W/d起得到无尺寸效应的混凝土实际的材料参数(包括起裂强度和起裂韧度、拉伸强度和断裂韧度)。本文阐述了混凝土的材料参数起裂韧度和起裂强度的概念,研究想到了混凝土材料是非均质的,无尺寸效应的混凝土材料参数的断裂理论和相应方法的确定得到了进一步的发展,材料参数包括起裂韧度和起裂强度、还有断裂韧度和拉伸强度等。根据不一样型式混凝土试样断裂方面的试验(包括四点弯曲(4-p-b)、楔入劈拉(WS)、三点弯曲(3-p-b)等),得到相应的起裂韧度和起裂强度、还有断裂韧度和拉伸强度等,而且用它们和试验强度值还有用双K断裂模型得到的双K断裂数据作了对比,本文提出的方案和模型的实用性和合理性进而得到证明。根据材料参数的确定,混凝土起裂的破坏全曲线和断裂的破坏全曲线都被创建;在无尺寸效应的起裂韧度已知时,混凝土试样的最小理论尺寸也被给出。起裂韧度和起裂荷载两者相联系的解析公式被创建,顺利预测出了不一样混凝土的起裂韧度和不同型式混凝土试样的起裂荷载(包括四点弯曲(4-p-b)、楔入劈拉(WS)、三点弯曲(3-p-b)等)。

关键词：混凝土三点弯曲楔入劈拉四点弯曲起裂韧度起裂强度断裂韧度拉伸强度

玄武岩脆性相似材料的起裂和损伤强度特征试验研究

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岩土工程学报 2023年第S01期45卷 153-157页

作者：孔洋阮怀宁张桂荣何宁汪璋淳南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 河海大学岩土工程研究所江苏南京210024

岩石起裂强度和损伤强度是评价硬岩高应力破坏的重要指标。利用可表征玄武岩块体物理力学行为的脆性类岩石相似模型材料,基于Hoek三轴压缩试验与声发射测试,开展了模型材料的变形破坏特征、声发射特性、裂纹起裂与损伤应力阈值水平、岩... 详细信息

岩石起裂强度和损伤强度是评价硬岩高应力破坏的重要指标。利用可表征玄武岩块体物理力学行为的脆性类岩石相似模型材料,基于Hoek三轴压缩试验与声发射测试,开展了模型材料的变形破坏特征、声发射特性、裂纹起裂与损伤应力阈值水平、岩石起裂与损伤强度特征等方面的研究工作。研究成果揭示了模型材料的硬脆性破裂演化特征,给出了模型材料的裂纹起裂应力、损伤应力阈值,定义了模型材料的起裂强度包络线与损伤强度包络线,探究了玄武岩块体脆性相似材料的起裂强度和损伤强度特征。研究成果可为玄武岩地区地下洞室开挖片帮、岩爆或破裂等应力控制型破坏的预警预报提供一定的技术支撑。

关键词：玄武岩声发射应力阈值起裂强度损伤强度强度包络线

煤单轴压缩起裂强度确定及其关键因素影响分析

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煤炭学报 2021年第S02期46卷 670-680页

作者：李文洲司林坡卢志国伊康武龙云煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

为探究煤起裂强度关键影响因素及其对各因素响应敏感度,采用裂纹体积应变法和声发射法确定煤样单轴载荷下起裂强度。基于煤样CT扫描结果,二值化得到内部结构缺陷分布状态,并进行修正建立DFN网格模型,采用合成岩体方法(SRM)重构数值岩芯... 详细信息

为探究煤起裂强度关键影响因素及其对各因素响应敏感度,采用裂纹体积应变法和声发射法确定煤样单轴载荷下起裂强度。基于煤样CT扫描结果,二值化得到内部结构缺陷分布状态,并进行修正建立DFN网格模型,采用合成岩体方法(SRM)重构数值岩芯,无侧限加载再现煤样破坏过程,得到数值岩芯峰值强度、起裂强度、起裂模式及起裂位置。将起裂强度影响因素分为煤样基质骨架、基质间相互作用及原生缺陷3类,从中各选取2项指标,采用响应面法进行单因素及交互分析。采用裂纹应变法及声发射法确定煤起裂强度为10.06及9.26 MPa,分别为峰值强度的50.3%和46.7%;数值岩芯起裂强度为9.56 MPa,为峰值强度的47.2%,且均在原生缺陷尖端发生拉破坏而起裂。单因素分析结果显示,煤起裂强度对各因素响应敏感性依次为DFN网格密度>基质颗粒弹性模量=PBM模型黏聚力>SJ模型摩擦因数>PBM模型抗拉强度>基质孔隙率,表明原生缺陷对起裂强度影响最显著。多因素交互影响分析发现,颗粒弹性模量与PBM模型黏聚力交互作用响应曲线扭曲程度最高,表明2者对煤样起裂强度影响的交互作用最明显;微观力学因素与DFN网格密度交互作用响应曲面较陡,且投影等值线在DFN网格密度方向更密集,证明煤样内部结构特征对其宏观力学性质影响更显著,与单因素分析结果相互佐证。现场实测表明,巷帮浅部煤体破碎程度高,强度较低,注浆充填结构缺陷后,煤体完整性、均质性及强度得到提高。

关键词：单轴压缩起裂强度 CT扫描合成岩体方法响应面分析

基于微裂纹发育特性的大理岩特征强度数值模拟研究

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岩土力学 2017年第1期38卷 253-262页

作者：黄丹李小青华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074

为获取锦屏大理岩的特征强度及破坏过程中损伤演化规律,运用PFC^(3D)模拟大理岩试样并进行单轴、三轴压缩试验,以微裂纹的形态和数量的变化特征来确定大理岩的起裂和损伤强度。当微裂纹数量为峰值强度下微裂纹数量的0.1%,认为出现初始损... 详细信息

为获取锦屏大理岩的特征强度及破坏过程中损伤演化规律,运用PFC^(3D)模拟大理岩试样并进行单轴、三轴压缩试验,以微裂纹的形态和数量的变化特征来确定大理岩的起裂和损伤强度。当微裂纹数量为峰值强度下微裂纹数量的0.1%,认为出现初始损伤,此时应力为大理岩的起裂强度。单轴压缩试验中,从裂纹形态上观察,将出现基本破裂面的应力定义为损伤强度。三轴压缩试验中,从裂纹数量上观察,将出现裂纹非稳定增长阶段时的应力定义为损伤强度。分析不同阶段出现微裂纹的位置实现了对微裂纹的定位,分析不同模型微裂纹增长量的变化,实现了对微裂纹稳定和非稳定增长的界定,补充了声发射的不足。对比PFC^(3D)模拟和实验室试验得出的大理岩的特征强度,两者特征强度曲线的拟合函数相近。这说明运用PFC^(3D)模拟确定大理岩的起裂强度、损伤强度的方法是一种合理的方法,微裂纹的研究对揭示脆性岩石强度破坏机制具有重要意义。

关键词：微裂纹起裂强度损伤强度离散元主成分分析

非均匀铁弹畴变对离面极化压电陶瓷应力强度因子的影响研究

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力学季刊 2019年第2期40卷 274-282页

作者：吉兵崔元庆同济大学航空航天与力学学院

基于文献中报道的试验结果,本文考虑非均匀的畴变过程区,它包含一个位于中心的饱和区和环绕饱和区的渐变区.为了描述外加应力引起的部分铁弹畴变,本文采用一个显式的基于最小能量原理的非均匀畴变准则.考虑离面极化的压电陶瓷,假设其初... 详细信息

基于文献中报道的试验结果,本文考虑非均匀的畴变过程区,它包含一个位于中心的饱和区和环绕饱和区的渐变区.为了描述外加应力引起的部分铁弹畴变,本文采用一个显式的基于最小能量原理的非均匀畴变准则.考虑离面极化的压电陶瓷,假设其初始极化矢量平行于离面方向.畴变后的电畴位于面内,具体方位由最大释放功来确定.基于非均匀畴变准则,本文给出了裂尖处非均匀畴变区几何及畴变体积分数的分布.并在静止裂纹和稳态扩展裂纹两种特殊情况下计算了铁弹畴变对裂尖处应力强度因子的影响.结果表明:(1)静止裂纹尖端处的畴变减小了材料的起裂强度;(2)准静态稳态裂纹附近的畴变增加了材料的断裂强度.且理论预测的R曲线渐近值与试验结果定量吻合.

关键词：压电陶瓷离面极化非均匀过程区铁弹畴变起裂强度 R曲线

大理岩损伤强度的识别及基于损伤控制的参数演化规律

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岩石力学与工程学报 2012年第A02期31卷 3967-3973页

作者：汪斌朱杰兵严鹏黄书岭邬爱清长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430074

为获取脆性岩石特征强度及破坏过程中损伤演化规律,设计能同步测试应力–应变曲线、AE声发射及岩样径向纵波波速的试验方案,并对3种不同方法确定的损伤强度值进行对比。结果表明,除AE及波速测试方法外,采用体应变(含裂纹体应变)方法可... 详细信息

为获取脆性岩石特征强度及破坏过程中损伤演化规律,设计能同步测试应力–应变曲线、AE声发射及岩样径向纵波波速的试验方案,并对3种不同方法确定的损伤强度值进行对比。结果表明,除AE及波速测试方法外,采用体应变(含裂纹体应变)方法可以较为准确地获取试件的特征强度值。通过定义岩石循环加卸载试验获取的不可逆裂纹应变累计值作为岩石损伤的度量,基于损伤控制试验得到锦屏大理岩破坏过程中强度和变形特性随损伤的演化规律。研究表明,随损伤变量的增加,岩石弹性模量、损伤强度和峰值强度均会下降,但随着损伤变量达到至某值后,损伤强度会发生迅速降低,而峰值强度随着损伤累积仍会保持增加然后缓慢降低;进一步分析得到内摩擦角和黏聚力随损伤变量变化规律:随着损伤的发展,黏聚力从峰值迅速下降,并很快到达残余门限值;而内摩擦角随着损伤的发展经历了先上升再降低2个过程,其中上升段是在大部分黏聚力损失后逐渐升高至峰值。研究成果对于揭示脆性岩石强度破坏机制具有重要的理论意义。

关键词：岩石力学脆性岩石起裂强度损伤强度损伤控制试验强度参数

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预制交叉裂隙花岗岩强度特征试验

金属矿山 2020年第8期49卷 25-31页

作者：周游武旭郭奇峰颜丙乾北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 城市地下空间工程北京市重点实验室北京100083 北京市市政工程研究院北京100037

为探究交叉裂隙对岩石强度的影响,通过制备含不同角度主次交叉裂隙的花岗岩试件,对其进行单轴压缩试验。结果表明:主裂隙平行于加载方向时,试件的峰值强度与起裂强度普遍较大且均随裂隙角度增加而呈降低趋势,主裂隙对试件强度的影响非常... 详细信息

为探究交叉裂隙对岩石强度的影响,通过制备含不同角度主次交叉裂隙的花岗岩试件,对其进行单轴压缩试验。结果表明:主裂隙平行于加载方向时,试件的峰值强度与起裂强度普遍较大且均随裂隙角度增加而呈降低趋势,主裂隙对试件强度的影响非常小,试件的破坏主要受次裂隙控制;主裂隙不平行于加载方向时,试件的峰值强度与起裂强度相对较低,次裂隙的角度变化一定程度上会使岩石试件的强度产生波动,但从主裂隙相同组试件的平均强度上看,其引起的变化很小;主裂隙相同时,随次裂隙角度的变化,峰值强度与起裂强度的变化波动规律大致相同,成正相关关系;主裂隙相同组试件平均的峰值强度与起裂强度均随裂隙角度增加呈降低趋势,同单裂隙试件相对应的峰值强度与起裂强度相接近。

关键词：交叉裂隙花岗岩单轴压缩峰值强度起裂强度声发射