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三轴卸荷损伤砂岩单轴再承载力学特性及其破坏机制

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岩土力学 2024年第10期45卷 3047-3057页

作者：魏明星朱永建任恒李鹏王希之王平唐成湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201

深部煤炭资源开采面临着高应力的地质环境和岩体开挖卸荷的工程环境,卸荷损伤岩体再承载力学特性及破坏机制研究对于揭示深部岩体失稳破裂规律具有重要意义。通过控制三轴加载卸荷点制备损伤砂岩试件,采用RMT-150C岩石力学加载系统和东... 详细信息

深部煤炭资源开采面临着高应力的地质环境和岩体开挖卸荷的工程环境,卸荷损伤岩体再承载力学特性及破坏机制研究对于揭示深部岩体失稳破裂规律具有重要意义。通过控制三轴加载卸荷点制备损伤砂岩试件,采用RMT-150C岩石力学加载系统和东华DHDAS应力-应变采集系统,监测三轴卸荷及单轴再加载过程中试件的横向应变和轴向应变。试验结果表明:根据加载前后波速差值,可将卸荷岩体分为压密岩体、低损岩体和高损岩体3类;随着卸载应力水平的升高,损伤砂岩由塑-弹-塑性体变形特征过渡为塑-弹性体变形特征最后转变为弹-黏性体变形特征;压密岩体单轴再加载裂纹体积应变曲线与标准砂岩基本一致,低损岩体弹性变形阶段明显缩短,高损岩体经历极小变形就发生破坏;压密岩体呈现Y型斜面剪切破坏特征,低损岩体在卸荷阶段出现的纵向裂缝和裂隙基础上发育并贯通形成主控裂纹造成破坏,高损岩体在Y型斜面剪切破裂基础上发育为X型斜面剪切破坏;建立了单轴压应力下裂纹力学分析模型,明确了岩石裂纹断裂角θ与裂纹角β和裂纹面摩擦系数f之间的关系。

关键词：损伤砂岩单轴再加载特征强度裂纹体积应变破坏机制

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基于流变试验的向家坝砂岩长期强度评价

工程力学 2010年第11期27卷 127-136,143页

作者：李良权徐卫亚王伟郭云强赵海斌岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 河海大学岩土工程科学研究所南京210098 中国水电顾问集团中南勘测设计研究院湖南长沙410014

基于向家坝砂岩的常规三轴压缩试验和三轴压缩流变试验成果,分别通过应变等时曲线簇、稳态蠕变速率与应力水平的关系、裂纹损伤应力、流变荷载与破坏时间关系确定砂岩的长期强度,并比较这4种方法的适用性。结果表明:砂岩体积应变等时曲... 详细信息

基于向家坝砂岩的常规三轴压缩试验和三轴压缩流变试验成果,分别通过应变等时曲线簇、稳态蠕变速率与应力水平的关系、裂纹损伤应力、流变荷载与破坏时间关系确定砂岩的长期强度,并比较这4种方法的适用性。结果表明:砂岩体积应变等时曲线簇的拐点比轴向应变、侧向应变等时曲线的拐点更为明显,而且其对应力水平和时间的反应更敏感;轴向稳态蠕变速率和侧向稳态蠕变速率与应力的关系符合指数函数关系,采用给定稳态蠕变速率阈值确定岩石长期强度比利用稳态蠕变速率-应力曲线的拐点确定长期强度更为合理;岩石的裂纹体积应变等时曲线簇以及其稳态蠕变速率与应力的关系也可以作为确定岩石长期强度的一种方法;岩石的裂纹损伤应力反映长期强度所在应力水平,为蠕变试验荷载分级提供依据。

关键词：岩石流变力学砂岩长期强度等时应变曲线簇稳态蠕变速率裂纹损伤应力裂纹体积应变破坏时间

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单轴压缩下岩石裂纹扩展应力阈值识别与验证

岩石力学与工程学报 2023年第S01期42卷 3121-3130页

作者：李地元陈昱达中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

准确识别岩石在单轴压缩变形破坏过程中几个典型阶段的应力阈值,能更好地理解岩石渐进破坏过程中内部裂纹扩展力学行为和岩石破坏机制。通过对5种岩石开展单轴压缩试验,在裂纹体积应变法的基础上引入岩石裂纹轴向应变和裂纹径向面积应变... 详细信息

准确识别岩石在单轴压缩变形破坏过程中几个典型阶段的应力阈值,能更好地理解岩石渐进破坏过程中内部裂纹扩展力学行为和岩石破坏机制。通过对5种岩石开展单轴压缩试验,在裂纹体积应变法的基础上引入岩石裂纹轴向应变和裂纹径向面积应变2个参数,并结合声发射监测手段对5种岩石的应力阈值进行识别。依据岩石破坏时裂纹径向面积应变曲线斜率的关系,把岩石分成类型I和类型Ⅱ岩石。研究表明,对于类型I和类型Ⅱ岩石,分别利用其裂纹轴向应变和裂纹径向面积应变曲线特征点能较准确识别出岩石裂纹稳定扩展应力σ_(sd)、裂纹不稳定扩展应力σ_(usd)以及岩石裂纹相互贯通应力阈值σ_(ct),其结果与利用声发射特征现象所识别的应力阈值相近。该方法合理解释了利用体应变法、裂纹体积应变法与声发射法识别的应力阈值不匹配现象,实现了岩石压缩过程中利用应力、应变数据与声发射数据对应力阈值识别结果的一致性。

关键词：岩石力学应力阈值识别声发射裂纹体积应变体应变

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岩石裂纹扩展应力阈值识别与应用

岩石裂纹扩展应力阈值识别与应用

作者：陈昱达中南大学

学位级别：硕士

准确识别岩石在压缩变形破坏过程中几个典型阶段的应力阈值,能更好地理解岩石渐进破坏过程中内部裂纹扩展力学行为和岩石破坏机制。通过对不同类型岩石开展单轴压缩、常规三轴压缩试验,在裂纹体积应变法的基础上引入岩石裂纹轴向应变和... 详细信息

准确识别岩石在压缩变形破坏过程中几个典型阶段的应力阈值,能更好地理解岩石渐进破坏过程中内部裂纹扩展力学行为和岩石破坏机制。通过对不同类型岩石开展单轴压缩、常规三轴压缩试验,在裂纹体积应变法的基础上引入岩石裂纹轴向应变和裂纹径向面积应变两个参数,这两个参数反映的是岩石内部裂纹整体在对应方向上的应变,并结合声发射监测手段对不同岩性岩石的应力阈值进行识别。该方法合理解释了利用体应变法、裂纹体积应变法与声发射法识别的应力阈值不匹配现象,实现了岩石压缩过程中利用应力、应变数据与声发射数据对应力阈值识别结果的一致性。同时,用该方法对岩石三轴压缩围压卸载试验、动态压缩试验等进行应力阈值识别,对工程实际具有指导意义。论文的研究成果如下:(1)单轴压缩条件下,推导出岩石裂纹轴向应变和裂纹径向面积应变计算方法,并依据岩石破坏时裂纹径向面积应变曲线斜率是否为零,分别对五种岩石利用其裂纹径向面积应变曲线和裂纹轴向应变特征点能较准确识别出岩石裂纹稳定扩展应力s、裂纹不稳定扩展应力s 以及岩石裂纹相互贯通应力阈值s,其结果与利用声发射特征现象所识别的应力阈值相近,识别结果差值与峰值强度比值不超过10%。(2)常规三轴压缩条件下,利用岩石裂纹轴向应变法对细花岗岩的裂纹扩展应力阈值进行识别,发现所识别的s与声发射法识别结果十分接近,并与体积刚度法进行对比,验证了裂纹轴向应变法识别应力阈值的准确性。同时,利用裂纹径向面积应变法对三轴压缩围压卸载试验围压卸载阶段的应力阈值进行识别,识别出该阶段裂纹相互贯通的起始点,对比声发射现象,识别岩石在不同应力路径下的破坏前兆信息,并验证了裂纹径向面积应变法的准确性。(3)动态压缩条件下,利用岩石裂纹轴向应变法对岩石应力阈值进行识别,发现动态压缩条件下岩石岩石的裂纹稳定扩展应力s与峰值强度s的比值较静态荷载下有所减小,岩石裂纹扩展阈值点提前到来,裂纹不稳定扩展应力s 与裂纹相互贯通应力s重合,且与峰值强度s的比值也有所下降,解决了动态压缩条件下无法利用裂纹体积应变法、裂纹体积刚度法和声发射法对应力阈值识别的问题。(4)对不同岩性岩石不同应力条件下的数据整理,识别并发现同一岩性同一应力条件岩石内部裂纹整体开始发生稳定扩展时对应的应力值与峰值强度的比值是相对固定的值,这为岩石峰值强度预测提供新思路。图45幅,表19个,参考文献75篇

关键词：单轴压缩三轴压缩三轴压缩卸载动态压缩应力阈值识别裂纹体积应变声发射体积刚度