压剪应力条件下砂岩双面剪切细观开裂扩展演化特性试验研究_许江_刘婧_程立朝_冯丹
单轴压缩下砂岩断裂试验及细观统计损伤模型
单轴压缩下砂岩断裂试验及细观统计损伤模型李汉章;束加庆;王海军;任旭华;汤雷【摘要】岩石是典型的非均匀性材料,含有裂纹、颗粒胶结面等缺陷,建立三维岩石损伤破裂本构模型,真实模拟岩石宏细观力学特性,是岩石损伤力学中的首要问题之一.通过赋予损伤后细观单元一定的承压能力,使其成为\"接触单元\",模拟压缩状态下的物质接触愈合作用,建立考虑细观单元残余强度的统计损伤本构模型,给出损伤变量的演化规律,采用Weibull双参数分布模拟岩体细观参数的非均匀性和随机性,编制程序实现了三维模型的单轴压缩计算.开展圆柱形砂岩单轴压缩物理试验,将基于细观统计损伤模型的计算结果与物理试验结果对比.结果表明,数值模拟结果与砂岩单轴压缩试验中宏观弹性模量及单轴抗压强度一致,应力应变曲线相吻合.基于考虑细观单元残余强度的本构模型可以准确模拟砂岩试样逐渐从细观损伤累积到集聚成核断裂扩展直至破坏的全过程,数值模拟最终破坏形态特征与物理试验一致.验证了模型的有效性,为进一步采用本构开展不同荷载条件及岩体工程分析应用奠定了基础.【期刊名称】《人民珠江》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】7页(P36-42)【关键词】岩石力学;细观力学;统计损伤模型;岩石破裂;砂岩【作者】李汉章;束加庆;王海军;任旭华;汤雷【作者单位】河海大学,江苏南京 210098;江苏省电力设计院,江苏南京 211102;南京水利科学研究院,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029;河海大学,江苏南京 210098;南京水利科学研究院,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京 210029【正文语种】中文【中图分类】TU43在外荷载和环境作用下，材料的微缺陷如微裂纹、微孔洞等的出现和扩展而导致其宏观力学性质逐步裂化的过程称为损伤[1]。
而损伤力学是专门研究含微裂纹或微孔洞介质材料损伤的演化发展直至破坏的学科，由Kachnov[2]和Rabotno[3]创立，现已被广泛应用于各个工程领域，成为固体力学研究的一个前沿。
岩石裂纹扩展-破断规律及流变特征
岩石裂纹扩展-破断规律及流变特征曹平;曹日红;赵延林;张科;蒲成志;范文臣【摘要】讨论岩石断裂力学研究近年来的若干进展,主要内容包括扩展机理、断裂准则、实验加载方式与裂纹定位方法、数值计算方法在岩石断裂力学研究中的应用.基于室内实验研究单轴加载下预制裂纹间的贯通模式与多裂纹试样的破坏模式、压剪复合作用下混合裂纹间的贯通类型与破碎规律.与此同时,针对岩石亚临界裂纹扩展问题进行相关讨论并给与实例分析.结果表明:处于同一应力水平时,水岩化学作用能加速亚临界裂纹扩展;水化学腐蚀后岩石的断裂韧度均小于其在空气中的断裂韧度.此外,还对岩石流变断裂模式及考虑原生裂隙的非线性流变模型进行分析:结合岩石断裂力学与流变力学推导出压剪应力环境下裂纹流变断裂判据与理论模型;引入损伤因子和裂隙塑性体构建了能描述原生节理影响的岩体非线性蠕变模型.最后,展望岩石断裂力学未来的发展前景,并就岩石裂纹萌生与扩展的研究阐述几点认识.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2016(026)008【总页数】26页(P1737-1762)【关键词】裂纹扩展;贯通模式;亚临界扩展;流变断裂;理论模型【作者】曹平;曹日红;赵延林;张科;蒲成志;范文臣【作者单位】中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TU52在经历了亿万年的地质作用后，自然岩体中广泛存在着不同尺度、不同赋存状态的原生不连续面，它们包括裂隙、节理、弱面以及断层等，这些不连续面对岩体的稳定性造成了显著的影响[1−2]。
岩体节理的变形和破坏规律研究也是深入研究重大岩石工程破坏和稳定性的基础，具有重大的工程应用背景，很多大型岩体工程中的重大地压灾害都是由于岩体中的节理扩展和相互连通诱发的。
裂隙岩石冻融循环下裂纹扩展特征研究
裂隙岩石冻融循环下裂纹扩展特征研究陈国庆;周玉新;魏涛;杨洋【摘要】高寒山区工程岩体往往在水和温差作用下,受到往复的冻融荷载作用,导致岩体裂纹扩展甚至破坏.通过开展-20～20℃范围内4类含裂隙岩石冻融循环试验,分析了不同岩性裂纹扩展类型和原因、裂纹扩展随冻融循环增加的全过程,并讨论了20次冻融循环下灰岩和红砂岩的裂纹扩展机理.结果表明:含裂隙岩石裂纹扩展可分为3种类型:沿上部裂隙尖端贯通岩桥、沿上部裂隙尖端环向扩展和无明显裂纹破坏;板岩的水平板理导致裂纹沿环向扩展,灰岩局部发育的软弱面使裂纹反倾下部裂隙扩展,花岗岩高强度和低孔隙率的特征使其难以在此次试验条件下产生宏观裂纹.断裂力学分析揭示了灰岩和红砂岩呈Ⅰ型裂纹扩展的原因,表明初始裂纹扩展方向与上部裂隙走向近似,裂纹扩展长度与岩石抗拉强度和断裂韧度有关.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】5页(P192-196)【关键词】冻融循环;裂隙岩石;裂纹扩展;断裂力学【作者】陈国庆;周玉新;魏涛;杨洋【作者单位】金属矿山安全与健康国家重点实验室,安徽马鞍山243000;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;成都理工大学环境与土木工程学院,四川成都610059;金属矿山安全与健康国家重点实验室,安徽马鞍山243000;金属矿山安全与健康国家重点实验室,安徽马鞍山243000;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;成都理工大学环境与土木工程学院,四川成都610059;金属矿山安全与健康国家重点实验室,安徽马鞍山243000;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;成都理工大学环境与土木工程学院,四川成都610059【正文语种】中文【中图分类】TD327在川藏线等高寒地区，工程岩体或自然岩体往往在人类活动和构造作用下内部节理裂隙发育，在裂隙含水情况下，大幅度的昼夜温差易使裂隙岩体在冻胀力作用下发生裂纹扩展，导致岩体强度劣化甚至发生崩塌失稳［1-3］。
岩盐蠕变行为的宏细观损伤特性试验研究
基金项目：国家自然科学基金资助项目(41077238，51004097)；国家重点基础研究发展计划(973)项目(2009CB724603) 作者简介：杨典森 (1978– )，男，2001 年毕业于武汉大学工程力学专业，现为巴黎综合理工大学固体力学实验室研究员工程师，主要从事多孔 介质水力行为多尺度方面的研究工作。 E-mail ： yang@lms.polytechnique.fr
时间/h (b) 试样 2
图3 Fig.3 with time
应变和应力随时间变化曲线
图2 Fig.2
岩盐试样 1 的表面图像信息
Variation curves of strain(LVDT，MicroDIC) and stress
Different forms of surface of sample 1
轴向应变/% 应力 时间/h (a) 试样 1 应变/% 应力
轴向应变 axial 应力/MPa 应力/MPa
侧向应变 lateral
轴向应变 axial (常规测量)
轴向应变 axial (微观测量)
1.5 mm
36 mm
1.5 mm 24 mm (a) 初始状态 (b) 宏观相机观测的表面 (c) 微观相机观测的表面
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第 30 卷
第7期
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杨典森等：岩盐蠕变行为的宏细观损伤特性试验研究
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度)上达到 10 5，而且在细观尺度(100 µm)上也达到 10 4。这样的测量精度完全满足岩盐蠕变测量的要
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求。 根据该系统的特点，从取自金坛茅 10 井的岩 芯上制备了 2 个长方体试样(试样 1，2)，高度为 36 mm，宽度为 24 mm，厚度为 26 mm。宽度和高度 的控制是为了宏观测量可以在 1 倍放大条件下进 行。这样物体表面的尺寸大小刚好就是数码相机 CCD 的大小。为了更好地观测物体变形情况，首先 对 2 个对称的表面进行了抛光处理，然后通过喷漆 达到增加物体表面像素的对比度，而且可以避免岩 样对光比较敏感的这一特点，详见图 2。
不同应变速率下泥页岩力学特性试验研究
Abstract: To investigate the mechanical properties of shale under different strain rates, then to provide scientific guidance for the exploration of shale gas, the uniaxial compression experiments of shale samples have been conducted under strain rates of 5×10 4/s, 1×10 4/s, 1×10 5/s and 1×10 6/s, respectively. The experimental results show that the strain rates affect obviously on elastic modulus, peak strength and fracture morphologies, etc. of shale. Elastic modulus and peak strength gradually decrease along with the inclining of strain rate from high to low, but the decreasing speed becomes gradually smaller and smaller. The fitting relationship of elastic modulus (also peak strength) versus minus logarithm of strain rate largely adapts to the power function, whereas a higher fitting degree occurs if the mean values are implemented. Relatively speaking, the elastic modulus has a higher strain rate reaction. The fracture modes are obviously affected by the strain rate: under high strain rate, sample rapidly split into several large pieces and the entire skeleton ruptured; with the decreasing of strain rate, the fracture mode gradually transfers to main splitting failure with local shear failure; under the lowest strain rate, the main fracture mode is still splitting fracture but with many transverse cracks inserting the lateral surface; that is to say, the fracture mode under lowest strain is characterized by occurrence of cracks-net. In a word, the strain-rates affect the fracture morphologies most obviously, which performs mainly the relatively mean fracture and cracks net. Thus, these features of strain rate effect can provide important enlightenment for the parameters determination and hydro-fracture plan-design of shale. Key words: shale; strain rate; mechanical properties; elastic modulus; peak strength; fracture morphologies; cracks net
冲击压缩载荷作用下损伤砂岩的动态能量演化及破碎特征
冲击压缩载荷作用下损伤砂岩的动态能量演化及破碎特征郑强强;钱佳威;李萍丰;殷志强;赵桓庭【期刊名称】《Applied Geophysics》【年(卷),期】2024(21)2【摘要】开挖和构造运动等外部扰动使岩体处于不同程度的损伤状态,损伤岩体内缺陷的产状、密度和大小与预制裂隙岩体存在显著的差异。
本研究基于Weibull 分布,分析了冲击载荷作用下损伤岩体的耗能密度增长率与静态损伤因子之间的理论关系,并通过室内试验开展验证。
采用不同上限静态预压后使砂岩处于不同程度的损伤状态,并用CT成像进行验证。
然后,利用高速摄像机和几何分形技术探究了不同驱动压力作用下不同损伤砂岩的破裂过程和破碎特征。
实验结果验证了耗能密度增长率关于静态损伤因子的函数关系式服从Weibull分布,耗能密度增长率随着损伤因子的增加逐渐增大;随着砂岩损伤程度或驱动压力的增加,破碎岩块的数量和破碎程度都增加。
这些研究成果扩展了岩石动力学理论,验证了冲击载荷下损伤砂岩的能量演化、破裂过程和碎裂特征,还为动力灾害显现下岩体的风险解危提供了参考。
【总页数】16页(P232-245)【作者】郑强强;钱佳威;李萍丰;殷志强;赵桓庭【作者单位】安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室;非煤露天矿山安全智能开采国家矿山安全监察局重点实验室;河海大学海洋学院;中国科学技术大学地球和空间科学学院;安徽至博光电科技股份有限公司;宏大爆破工程集团有限公司【正文语种】中文【中图分类】G63【相关文献】1.冲击载荷下裂隙岩体破碎能量耗散特征2.冻融循环作用下受荷砂岩的能量演化与破碎分形特征3.考虑细观特征的红砂岩动态损伤与破碎的能量耗散4.冲击载荷下两种应变率作用方式煤岩能量演化及分形特征研究5.冲击载荷下砂岩动态拉伸力学及能量耗散特征因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。