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开放型岩桥裂纹贯通机理及脆性破坏特征研究

岩土工程学报 2020年第5期42卷 908-915页

作者：陈国庆陈毅孙祥王栋秦昌安林之恒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 中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

端部开裂的裂隙岩体内部岩桥贯通是导致岩体突发失稳破坏的主要原因,脆性破坏特征明显。利用声发射仪和岩石力学刚性试验机,对不同长度开放岩桥开展单轴压缩试验,结合高速摄像机记录信息,分析了开放岩桥裂纹起裂、扩展、贯通规律及脆性... 详细信息

端部开裂的裂隙岩体内部岩桥贯通是导致岩体突发失稳破坏的主要原因,脆性破坏特征明显。利用声发射仪和岩石力学刚性试验机,对不同长度开放岩桥开展单轴压缩试验,结合高速摄像机记录信息,分析了开放岩桥裂纹起裂、扩展、贯通规律及脆性破坏过程力学特性和声发射特征,并通过三维断裂力学理论揭示了开放岩桥裂纹起裂扩展贯通机理。研究结果表明:与闭合裂纹相比,开放裂纹岩桥主裂纹从下部预制裂纹内尖端起裂,往上部拐折扩展贯通岩桥和上端面,贯通过程岩桥发生逐次多级破坏,次裂纹主要沿主裂纹拐折处起裂扩展贯通岩桥及下端面;应力曲线表现出峰前"波动上升"和峰后"滞留–突降"特征,声发射参数"多峰值"现象明显,阶段性和突发性特征突出;同时,三维理论分析表明裂纹起始扩展方向与岩桥长度无关,沿最大压应力方向扩展。研究所得开放岩桥裂纹扩展贯通特征可为裂隙岩体突发失稳破坏过程提供理论依据。

关键词：裂隙岩体开放岩桥裂纹贯通脆性破坏声发射

川南龙马溪组页岩不同应力条件下脆性破坏特征室内实验与数值模拟研究

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岩土力学 2018年第S2期39卷 254-262页

作者：申海萌李琦李霞颖马建力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湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

四川盆地龙马溪组页岩具有较好的生烃潜力。为研究龙马溪组页岩力学特性,首先对完整页岩试样开展了单轴压缩试验,基于颗粒流离散单元法反演单轴压缩岩石动态破坏过程,通过模拟常规三轴压缩试验,研究不同应力条件下页岩脆性破坏特征。研... 详细信息

四川盆地龙马溪组页岩具有较好的生烃潜力。为研究龙马溪组页岩力学特性,首先对完整页岩试样开展了单轴压缩试验,基于颗粒流离散单元法反演单轴压缩岩石动态破坏过程,通过模拟常规三轴压缩试验,研究不同应力条件下页岩脆性破坏特征。研究表明,该龙马溪组页岩脆性矿物含量高,强度大,脆性特征明显;不同应力条件下龙马溪组页岩发生脆性破坏时具有相似的破坏特征,且峰值强度符合Mohr-Coulomb线性规律。加载到岩石损伤应力以前,微裂纹的分布无明显方向性和区域性,该时微裂纹的分布应与岩石的非均质性有关;损伤应力后微裂纹的萌生、聚集和贯通将受应力影响。页岩的特征应力(起裂应力、损伤应力、峰值强度)与围压表现出强相关性,但围压对峰值应力的影响程度比对损伤应力和起裂应力的影响程度更大,因裂纹稳定扩展阶段,微裂纹独立产生无相互影响,峰值应力还需考虑微裂纹间的相互作用及形成的宏观破裂面粗糙性的影响。

关键词：页岩脆性破坏离散元法起裂应力损伤应力

基于DISL方法的硬岩矿柱脆性破坏数值模拟

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中国有色金属学报 2020年第3期30卷 684-697页

作者：刘建赵国彦胡静云长沙矿山研究院有限责任公司金属矿山安全技术国家重点实验室长沙410012 中南大学资源与安全工程学院长沙410083

以板裂为表现形式的岩石脆性破坏行为是深埋硬岩岩体开挖卸荷造成的典型围岩破坏现象。在简要比较4种硬岩脆性破坏数值模拟方法的基础上,基于损伤启裂-板裂界限(Damage initiation and spalling limit,DISL)模型,借助FLAC^3D开展硬岩矿... 详细信息

以板裂为表现形式的岩石脆性破坏行为是深埋硬岩岩体开挖卸荷造成的典型围岩破坏现象。在简要比较4种硬岩脆性破坏数值模拟方法的基础上,基于损伤启裂-板裂界限(Damage initiation and spalling limit,DISL)模型,借助FLAC^3D开展硬岩矿柱原位压缩及单轴压缩数值模拟,探讨DISL方法的适用性并进一步探究硬岩矿柱的脆性破坏过程及其特征。结果表明:原位压缩模拟中,当卸荷总时步大于某一临界数值时,矿柱两侧发生V形破坏,进而矿柱整体形成沙漏状;不同均质度下屈服破坏单元主要分布在V形破坏区内及周围,其分布范围受低围压区及张拉区范围的控制;V形剪切带主要以拉剪破坏为主,剪切带内部靠近矿柱边壁一侧,伴有张拉破坏单元;单轴压缩模拟中,峰后阶段矿柱两侧仍然产生V形破坏,并且张拉裂隙的形成范围受剪切带控制。

关键词：硬岩矿柱脆性破坏数值模拟 DISL方法破坏模式强度特征

试件脆性破坏致试验机振动机理的模型试验研究

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北京工业大学学报 2020年第5期46卷 483-489页

作者：马玉彬纪金豹闫维明北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室北京100124 河北工程大学土木工程学院河北邯郸056038

为了研究试件脆性破坏引发大型结构试验机冲击振动的作用机理,对某多功能结构加载系统主机进行缩尺模型试验,重点分析试件脆性特征、试件承载力以及试验机刚度对试验机振动的影响规律.试验结果表明:试验机振动响应在下横梁处最为显著,... 详细信息

为了研究试件脆性破坏引发大型结构试验机冲击振动的作用机理,对某多功能结构加载系统主机进行缩尺模型试验,重点分析试件脆性特征、试件承载力以及试验机刚度对试验机振动的影响规律.试验结果表明:试验机振动响应在下横梁处最为显著,试验机的振动响应随试件脆性特征的增加而增大,随试件承载力的增大而增大,随试验机刚度的增加而减小.

关键词：大型结构试验机脆性破坏振动响应缩尺模型试验卸载时间影响因素

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花岗岩隧道脆性破坏的温度效应研究

岩土力学 2013年第12期34卷 3513-3519页

作者：陈国庆李天斌张岩付开隆王栋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成都610059 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031

目前深埋硬岩隧道的岩爆等脆性破坏研究还较少考虑到温度的作用效应。采用精细网格数值模型,提出热-脆性-精细力学计算方法,应用能反映高地应力下硬岩脆性破坏特点的岩体劣化模型,结合能量计算指标,开展了不同温度作用下隧道硬岩脆性破... 详细信息

目前深埋硬岩隧道的岩爆等脆性破坏研究还较少考虑到温度的作用效应。采用精细网格数值模型,提出热-脆性-精细力学计算方法,应用能反映高地应力下硬岩脆性破坏特点的岩体劣化模型,结合能量计算指标,开展了不同温度作用下隧道硬岩脆性破坏的热力耦合分析。以瑞典APSE花岗岩隧洞岩柱为例,进行不同地温下隧道破坏区、能量释放值和应力指标的定量化对比研究。研究结果表明,隧道地温的增加将使岩体产生附加温度应力,进而增大其脆性破坏程度,计算结果与隧道现场的破坏规律基本一致。热-脆性-精细力学计算能合理描述硬岩的损伤和渐进破坏过程,计算结果较好地揭示了花岗岩等硬岩深埋隧道脆性破坏的温度作用效应,对于高应力、高地温下深部工程的稳定性评价具有指导意义。

关键词：深部工程高地应力高地温脆性破坏温度效应

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花岗岩脆性破坏特征与机制试验研究

岩石力学与工程学报 2014年第9期33卷 1822-1827页

作者：周辉孟凡震刘海涛张传庆卢景景徐荣超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湖北武汉430071

为了研究花岗岩脆性破坏特征和机制,进行不同围压下的三轴压缩试验,并对花岗岩破裂面断口进行电镜扫描测试,分析不同围压下花岗岩断口的微观形貌特征,最后讨论花岗岩脆性破坏机制。试验结果表明:在研究的围压范围内,花岗岩表现为典型的... 详细信息

为了研究花岗岩脆性破坏特征和机制,进行不同围压下的三轴压缩试验,并对花岗岩破裂面断口进行电镜扫描测试,分析不同围压下花岗岩断口的微观形貌特征,最后讨论花岗岩脆性破坏机制。试验结果表明:在研究的围压范围内,花岗岩表现为典型的脆性破坏,随围压升高未出现脆–延转换特征;围压作用下除倾斜剪切破坏面外,还有"Y"型破坏形态;峰值前有无塑性变形产生以及发生塑性变形的范围和程度是决定花岗岩发生脆性破坏的主要原因,而岩石矿物成分和微观结构的差异性是其内在机制;峰值后应力降的大小和速度是花岗岩脆性破坏程度的外在表现,宏观裂纹的贯通速度决定峰值后应力降大小,岩体内积聚的能量大小是造成裂纹贯通速率快慢差异的内在因素,宏观断裂面是否完全贯通是应力降大小的决定因素。

关键词：岩石力学花岗岩三轴压缩试验电镜扫描脆性破坏应力降大小应力降速率

加载方向对海冰脆性破坏时单轴压缩强度的影响

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海洋预报 2019年第4期36卷 52-59页

作者：宋洪芳隋俊鹏刘煜李子牛王兆宇陈海军陈晓东营口市海洋环境预报站辽宁营口115007 国家海洋环境预报中心北京100081 辽宁省海洋预警监测中心辽宁沈阳110001 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023

对渤海的柱状海冰开展了系统的现场单轴压缩试验。在试验过程中,分别采用垂直于(水平加载)/平行于(竖直加载)冰晶的两种加载方向。同时,通过改变加载速率的方式研究了应变速率对压缩强度的影响。在测试结果中,结合试样的应变、应力以及... 详细信息

对渤海的柱状海冰开展了系统的现场单轴压缩试验。在试验过程中,分别采用垂直于(水平加载)/平行于(竖直加载)冰晶的两种加载方向。同时,通过改变加载速率的方式研究了应变速率对压缩强度的影响。在测试结果中,结合试样的应变、应力以及裂纹特征分析了脆性破坏模式下海冰单轴压缩强度特征。试验结果表明:平行于冰晶方向的加载强度约为垂直于冰晶方向强度的3倍,并且两种加载方向的海冰单轴压缩强度均随加载速率的提高而降低。破坏模式的分析表明:脆性破坏主要由裂纹的发展所主导。随着加载速率的提高,海冰的破坏过程由单次破碎向多次破碎转变从而弱化了压缩强度。由于裂纹更容易在晶界处发展,不同加载方向下的裂纹特征以及最终的破坏模式有所区别。水平加载下的破坏模式以剪切形式为主,而竖直加载时主要发生柱状冰晶的屈曲破坏。屈曲破坏更容易发生在冰晶内部而表现出较高的压缩强度,因此竖直压缩强度更高。

关键词：海冰脆性破坏加载方向单轴压缩强度现场试验

岩石脆性破坏表征与Weibull分布适用范围

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地球物理学进展 2017年第5期32卷 2200-2206页

作者：陈竑然秦四清薛雷杨百存张珂吴晓娲中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点试验室北京100124

理解岩石脆性破坏行为,对研究地质灾害预测、隧道安全掘进和油气储层改造等问题具有重要意义.鉴于过去关于脆性破坏的定义存在缺陷,我们认为将其定义为主要由裂纹萌生与扩展导致的破坏较为严谨.Weibull分布形状参数m可综合表征岩石的非... 详细信息

理解岩石脆性破坏行为,对研究地质灾害预测、隧道安全掘进和油气储层改造等问题具有重要意义.鉴于过去关于脆性破坏的定义存在缺陷,我们认为将其定义为主要由裂纹萌生与扩展导致的破坏较为严谨.Weibull分布形状参数m可综合表征岩石的非均质性与外部环境条件作用下岩石的力学响应特征,且其数值容易测量,可作为衡量脆性破坏程度的指标.从Weibull分布的最弱环原理出发,指出该分布用于描述岩石和天然锁固段脆性破坏行为时,参数m的合理取值范围分别为[1.0,6.0)和[1.0,4.0].

关键词：脆性破坏脆性指标 Weibull分布 m值

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岩石脆性临界破坏的波速特征分析

岩土力学 2014年第2期35卷 529-535页

作者：王媛媛孙强薛雷胡凡中国科学院对地观测与数字地球科学中心北京100094 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国科学院地质与地球物理研究所工程地质力学重点实验室北京100029

根据岩石加载破坏过程中应力-应变和波速-应变曲线所反映的的波速变化特征，研究了岩石声波传播速度与其加载变形过程的相关性。研究表明：岩石破裂前波速及特征参数随着变形破坏阶段变化会有显著改变，特别是应力水平到达70%～80%之后... 详细信息

根据岩石加载破坏过程中应力-应变和波速-应变曲线所反映的的波速变化特征，研究了岩石声波传播速度与其加载变形过程的相关性。研究表明：岩石破裂前波速及特征参数随着变形破坏阶段变化会有显著改变，特别是应力水平到达70%～80%之后，当加载破坏过程中岩石的裂隙大量增加后波速参数出现突变。这是由于在膨胀点附近岩石中微裂隙迅速丛集式增长，改变了岩石内部的微观结构，导致岩石波速降低。伴随着波速降低，波速走时急剧增大，离散度增大；S波和P波的振幅减小，但其振幅比急剧增大；S波、P的波Q值也会出现突变。通过对岩石加载过程中的波速变化与应力-应变曲线之间的关联性分析，利用波速信息变化可以实现对岩石脆性破裂前兆的识别。

关键词：波速脆性破坏微观机制临界信息应力比值