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岩土工程学报 2015年第3期37卷 519-525页

作者：唐浩李天斌陈国庆王延可成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

高应力、高水压卸荷条件下岩石的非连续性微缺陷演化过程研究对揭示隧道围岩裂纹的起裂孕育、碎胀裂化和峰值破坏,分析围岩稳定性具有重要意义。利用MTS815型程控伺服刚性试验机开展了砂岩在固定围压、不同水压条件下的水力三轴卸荷试... 详细信息

高应力、高水压卸荷条件下岩石的非连续性微缺陷演化过程研究对揭示隧道围岩裂纹的起裂孕育、碎胀裂化和峰值破坏,分析围岩稳定性具有重要意义。利用MTS815型程控伺服刚性试验机开展了砂岩在固定围压、不同水压条件下的水力三轴卸荷试验。试验结果表明:岩石变形在卸荷前以压缩为主,变化微小;卸荷后不久开始快速扩容,直至损伤破裂。水力条件下应力–应变曲线上的各个特征应力值比无水压条件下的饱和试样有不同程度地提高,增加了应变能储备,从初始扩容到峰值强度的历时更短,曲线斜率更陡。随着水压的不断增大,各个特征应力值有所减小,表现在起裂条件降低,压缩极限减小,扩容时间提前,表明了砂岩在高水压条件下的脆性特性进一步增强,抵抗变形破坏的能力逐渐降低。通过扩容特征值与扩容点后的体应变关系,求得初始扩容点后的相对扩容应变与变形模量差,建立了多项式回归关系。研究结论揭示了水力作用下砂岩扩容变形行为的强烈性和突发性,可为水–力双场条件下的围岩变形预测及控制提供参考。

关键词：三轴卸荷试验水力作用特征应力值扩容回归关系

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基于三维数字图像相关的含缺陷砂岩损伤破裂探测试验研究

基于三维数字图像相关的含缺陷砂岩损伤破裂探测试验研究

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作者：范杰成都理工大学

学位级别：硕士

裂纹探测与评价对岩石损伤破裂演化过程及规律的研究至关重要。本文对岩石开裂行为与不同初始缺陷类型之间的影响机制开展研究,并引入一种非接触式的光学测量技术-三维数字图像相关(3D-DIC),以期在岩石工程领域开发新颖、深入的研究应... 详细信息

裂纹探测与评价对岩石损伤破裂演化过程及规律的研究至关重要。本文对岩石开裂行为与不同初始缺陷类型之间的影响机制开展研究,并引入一种非接触式的光学测量技术-三维数字图像相关(3D-DIC),以期在岩石工程领域开发新颖、深入的研究应用。因此,对含不同预制缺陷的两类砂岩试样开展单轴压缩试验研究,将3D-DIC与声发射无损探测技术相结合,从光学与声学的角度综合监测含缺陷砂岩试样表观与内部损伤破裂特征。通俗来讲,就是利用声发射技术“听”岩石内部损伤破裂过程中伴生的声发射特征信号,利用3D-DIC“看”岩石表面三维形变与裂纹的动态演化过程。首先,分析了两类砂岩试样的强度变形特性与初始缺陷类型的对应关系,对含缺陷砂岩试样在受压过程中裂纹的聚结行为进行分类评价。其次,利用3D-DIC分析了砂岩试样的三维位移场、三维应变场分布与演化特征,在此基础上提出一种裂纹扩展特征与类型识别方法,并定义一种用于定量表征岩石破裂的损伤变量D值的评价指标。随后,研究了含缺陷砂岩在受压过程中的声发射特征,主要包括特征参数演化、破裂模式分类与前兆信号特征研究三个方面。最后,采用3DDIC与声发射技术研究探讨了含缺陷砂岩特征应力值的识别方法。在物理试验研究的基础上,进一步结合PFC数值模拟手段对含缺陷砂岩受荷过程进行了模拟试验,从微观的角度查明砂岩在单轴压缩下颗粒与颗粒之间的接触形式与黏结关系,揭示缺陷类型对砂岩微观破裂模式的影响规律。主要的研究结果如下:(1)初始缺陷会降低岩石材料的力学性能并影响其变形特征。随着缺陷倾角的增加,砂岩试样的峰值强度呈非线性增加。大倾角与小倾角试样的峰值强度增长缓慢,主要变化范围在30°～75°之间。(2)不同初始缺陷类型会影响岩石材料的开裂机制。根据裂纹扩展轨迹与起始机制将本研究中宏观裂纹细分为12个类型。其中拉伸裂纹主要出现在倾角较低的缺陷试样中,剪切裂纹与远场裂纹主要分布在大于45°倾角的试样中。随着缺陷倾角的增加,初始缺陷对裂纹扩展影响力在不断减弱,砂岩试样最终破坏模式由拉伸向剪切转换,砂岩脆性性能增强。(3)砂岩试样表面微应变场的聚集(裂纹萌生前兆)与初始缺陷类型有关。随着预制缺陷倾角的增大,轴向应力作用下缺陷尖端更容易形成应变聚集,缺陷中部应变聚集更加困难。具有大倾角预有缺陷的上下表面很难产生变形,这可以解释为什么岩石的强度特性会随着倾角增加而增加。此外,随着缺陷倾角的增加,缺陷两端应变聚集区域的扩展方向与轴向应力方向偏离,增加了试样剪切破坏的可能性。(4)提出了基于3D-DIC三维位移场的一种裂纹类型识别方法,在主裂纹两侧布设观测点,通过观测点位移演化规律,获取裂纹扩展的时空演化特性,明确了岩石裂纹空间扩展特征的认识。基于3D-DIC三维应变场定义了一种裂纹主应变的计算方法,对试样表面裂纹进行实时监测,可用于探究岩石在加载过程中同源裂纹在时间上的演化速率与空间上的扩展趋势。(5)建立了基于声发射特征与GMM-SVM机器学习的含缺陷砂岩破裂模式分类模型。GMM与SVM能有效识别试样在加载过程中的不同破裂模式与临界线,减少了人为干扰与声信号的分散性,更好地可视化和区分岩石试样在加载过程中的微破裂模式的演化规律。(6)提出了一种基于裂纹主应变识别特征应力值的新方法,与传统的声发射法识别结果有较好地一致性。两种方法相比较,声发射法更加适用于裂隙闭合应力与起裂应力的判识,裂纹主应变法适用于损伤应力的判识,基于3D-DIC的裂纹主应变法为非接触式特征应力值的测量提供了一种新的思路。研究结果表明,3D-DIC在岩石力学领域有重要的实际应用价值,可以提高对岩石开裂行为的理解,对岩石损伤探测与破坏模式判识更有重要的意义。

关键词：初始缺陷 3D-DIC 岩石损伤变量破裂模式分类特征应力值

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玻璃幕墙结构胶的荷载敏感性研究

引用

中国建筑防水 2019年第7期 33-36页

作者：刘军进刘荣成严凡赵羽习中国建筑科学研究院北京100013 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

采用了一能够实现拉伸、压缩和剪切组合的加载装置,对两种双组分硅酮结构胶进行了环境-荷载耦合的加速老化试验,探究胶体荷载敏感性。试验发现:随着加载应力增大,胶体模量先减小后增大,相对粘结强度也先减小后增大;当加载应力为0.28MPa... 详细信息

采用了一能够实现拉伸、压缩和剪切组合的加载装置,对两种双组分硅酮结构胶进行了环境-荷载耦合的加速老化试验,探究胶体荷载敏感性。试验发现:随着加载应力增大,胶体模量先减小后增大,相对粘结强度也先减小后增大;当加载应力为0.28MPa时相对粘结强度取得最小值,定义此应力为胶体特征应力值。

关键词：结构胶荷载敏感性老化试验特征应力值加载粘结强度

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