不同温度条件下饱水风化花岗岩强度及变形特性分析

为研究温度和围压对风化花岗岩抗压强度、 剪切强度参数及变形特性的影响规律， 以新疆天山某一矿区的风化花岗岩为研究对象， 对不同温度（15、 -5、 -15 ℃）、 不同围压（0、 4、 7、 10 MPa）条件下的饱水风化花岗岩进行单轴和三轴压缩试验。结果表明： 相同温度条件下， 围压在0 ~ 10 MPa变化时， 风化花岗岩三轴抗压强度随围压线性增大。在相同围压下， 抗压强度随温度的降低而明显提高， 风化花岗岩的黏聚力c随温度降低而增大， 内摩擦角φ随温度的降低呈增长趋势。弹性模量随围压的增大不断提高， 但随着温度的降低， 增长幅度逐渐减小。泊松比也随温度降低和围压的增加呈增大趋势。温度和围压对风化花岗岩试样的破坏形态影响机制不同。温度降低使矿物颗粒及内部的微裂纹和间隙收缩， 进而胶结强度增大； 荷载和围压的增大会使岩石内部形成微裂隙并逐渐贯通， 同时孔隙冰破碎裂隙充分接触， 进一步增加摩擦力提高岩石强度。     

基于颗粒离散元模型的不同加载速率下花岗岩数值试验研究

不同加载速率条件下岩石的力学特性,对于其动载下破裂内在机制的研究具有积极的意义。基于颗粒流理论,通过黏结颗粒模型（bonded particle model,简称BPM）虚拟实现不同加载速率0.001～0.500 m/s下花岗岩单轴压缩和巴西劈裂试验,定量分析加载速率对应力-应变、破裂形态、应变能率及声发射的影响。结果表明：单轴抗压强度和抗拉强度及其对应峰值应变随加载速率增加而非线性增长;单轴压缩作用下,随加载速率增加,试样由单一斜截面破坏向多斜截面破坏转变,且主控裂隙带宽度急剧增大,由裂纹数量及水平向高应变率区域变化规律可明显看出,试样破坏程度随着加载速率增加而逐渐加剧;巴西劈裂作用下试样从一条主控裂隙向多条主控裂隙转变,且裂纹向圆盘试样两侧边缘部分延伸,破坏程度加剧;单轴压缩和巴西劈裂作用下,声发射事件及应变能率均随加载速率增加而呈现出非线性增长趋势。     

冻结盐渍砂土单轴强度特性研究

通过对兰州盐渍砂土重塑土添加不同量的盐分来模拟不同含盐量的盐渍土, 并对其进行单轴抗压试验, 分析其在不同含盐量、不同温度及不同速率的应变加载情况下, 冻结盐渍砂土的单轴抗压强度的变化规律, 重点讨论了盐分对土体力学参数的影响以及弹性模量与含盐量、温度的关系. 结果表明: 易溶盐含量的增加会导致单轴抗压强度逐渐降低, 试验温度越低抗压强度会越大; 应变加载速率的增加会增大土体的单轴抗压强度, 同时会缩短土体达到应力峰值的时间; 土体含盐量越大弹性模量越小, 温度越低弹性模量越大.     

Bukit Timah 花岗岩的动态拉伸力学特性实验研究

本文采用劈裂拉伸和三点弯曲法研究了Bukit Timah 花岗岩的动态拉伸力学特性.实验结果表明,当加载速率每增加一个量级,用两种方法得到的花岗岩抗拉强度增加10%.实验结果还表明,对于同种加载速率的花岗岩试样,由三点弯曲法得到的岩石抗拉强度约为劈裂拉伸法得到的2.5倍.与抗拉强度相比,实验得到的花岗岩弹性模量数据比较离散,变化幅度也不大.基于实验结果,本文还对岩石拉伸力学特性机理进行了初步分析.     

青藏高原东部冻融作用下花岗岩力学性质弱化机理研究

花岗岩山体通常被认为是稳定性较好的地质体,但在青藏高原东部高寒高海拔山区,因冻融作用导致花岗岩体力学性质变差,崩塌、滑坡等地质灾害频发。针对青藏高原东部理塘和八宿地区的花岗岩开展了冻融循环力学试验,通过波速、核磁共振方法分析了岩石冻融过程中的损伤发展趋势。试验结果表明：岩石内部损伤程度随着冻融次数的增加而增加,岩石波速则随着冻融次数的增加而明显降低;从核磁共振T2弛豫时间分布的发展规律可以推断,天然条件下风化较严重的岩样经过冻融循环后裂隙尺寸范围进一步增大,而风化程度微小的岩石经过冻融后裂隙尺寸范围较为集中。对经过冻融循环后的岩样进行三轴压缩试验,结果表明岩石的单轴抗压强度和弹性模量随冻融次数增大而减小,而泊松比和内摩擦角没有表现出明显的变化规律。基于试验数据和理论分析,以八宿花岗岩为例,提出了冻融损伤本构模型,对不同围压和冻融循环次数条件下的岩石应力应变全过程进行模拟和预测。     

单轴压缩下软岩的动态力学特性试验研究

对软岩(砂浆模拟材料)进行了应变速率范围为10-5~101s-1的动单轴压缩实验。实验结果表明,试样的抗压强度随应变速率的增加有较明显的增加趋势,增加幅度大于硬岩;试样的弹性模量以及泊松比随着应变速率的增加均有增加的趋势,但幅度小于强度的增加幅度。并根据不同应变速率下试样破裂面的SEM实验结果,初步地分析了软岩动态力学特性机理。     

西南某水电站坝址区风化花岗岩工程地质性质分析

文章对西南某大型水电站坝址区深厚层全风化和强风化花岗岩进行研究。将全、强风化花岗岩物理、水理及力学性质与新鲜岩体相应性质进行比较,并分析了花岗岩风化后吸水性增大、岩体软化、抗压抗剪强度减小的成因。对强风化花岗岩与新鲜花岗岩抗压强度进行了比较;拟合了风化花岗岩弹模、变形模量值与新鲜花岗岩相应模量的变化百分比关系曲线。研究结果表明：强风化花岗岩的干抗压强度为新鲜岩体的1/4-1/3,湿抗压强度为新鲜岩体的1/4-1/5;岩体弹性模量和变形模量与岩体的风化程度成反比例线性关系。     

不同加载速率Ⅰ型预制裂纹花岗岩断裂特征研究

以CCD相机配合高速相机搭建试验变形观测系统,开展不同加载速率下含Ⅰ型预制裂纹花岗岩试件的三点弯试验。利用数字散斑相关方法对试验过程采集的数字散斑图像进行分析,对不同加载速率作用下含Ⅰ型预制裂纹花岗岩试件裂纹扩展过程中的变形演化特征、裂纹扩展速率、裂纹尖端张开位移、裂纹张开角以及初始断裂应力强度因子进行研究,研究结果表明：（1）花岗岩试件初始裂纹扩展速率随着加载速率的增加总体呈线性增加趋势;最大扩展速率随着加载速率增加呈现先较快增加后缓慢增加的变化趋势。（2）不同加载速率作用下,花岗岩试件预制裂纹尖端张开位移均呈现非线性缓慢增长-迅速增长-线性增长的变形趋势,且线性增长阶段曲线斜率随着加载速率的增加而增大。（3）随着加载速率的增加,花岗岩试件初始裂纹张开角先逐渐减小后稳定在0.1o～0.13o。（4）随着加载速率的增加,花岗岩试件初始断裂应力强度因子呈指数增长。     

尺寸和加载速率对冻结水泥土单轴压缩影响

为揭示尺寸效应和加载速率效应对冻结改良土力学特性的影响规律,以冻结水泥改良土为研究对象,开展了不同尺寸与加载速率条件下的单轴压缩试验,通过分析试验数据,讨论了高径比和加载速率对试样强度与变形特性的影响。研究结果表明,高径比影响试样的应力-应变曲线类型及峰值后的变形特性。高径比增加,应力-应变曲线出现明显弹性屈服点,峰后脆性增强,试样破坏形式由劈裂破坏变为单一剪切破坏。试样的抗压强度、切线模量、起始屈服模量、破坏应变随高径比变化均可用抛物线进行拟合,综合考虑,推荐试验宜采用高径比为1.62~2.02的试件。在试验设定的温度和加载速率条件下冻结水泥土的单轴压缩应力-应变关系均为应变软化型。与冻土类似,冻结水泥土的抗压强度与起始屈服强度同样随温度的降低和加载速率的增加而增大。不同温度下冻结水泥土抗压强度与加载速率的关系可用幂函数表示。温度越低,起始屈服强度受加载速率影响越大。温度和加载速率对冻结水泥土切线模量也有较大影响,不同加载速率条件下切线模量与温度呈线性关系。冻结水泥土的破坏应变随温度的降低和加载速率的增加而增大,在1.94%~6.94%之间变化,不同加载速率条件下破坏应变与温度呈幂函数关系。     

岩石力学性质的应变率效应试验

以玄武岩为试样,开展了中低应变率下的岩石单轴抗压试验。本次研究分析应变率对岩石抗压强度、弹性模量、泊松比等力学参数的影响,分别提出了岩石抗压强度、弹性模量、泊松比等参数与应变率之间的拟合关系式。以峰值应力对应的应变和峰值后的软化模量为脆性评价指标,分析加载应变率对岩石脆性的影响。研究表明:(1)岩石抗压强度、弹性模量均随应变率的增加而增加。(2)岩石泊松比随应变率增加而减小。(3)随着应变率增加大,峰值应力对应的应变增大,峰值后的应变软化程度减小,岩石脆性减弱。(4)应变率对岩石抗压强度影响较大,对弹性模量和泊松比的影响较小。(5)曲线拟合效果良好,提出的拟合关系式合理。     

基于单轴压缩试验的不同风化程度花岗岩分形特征分析

风化花岗岩物理力学性质的弱化给工程稳定性带来很大影响,因此,研究不同风化程度花岗岩的破坏特性具有重要意义。利用河南五岳抽水蓄能电站库区采集的风化花岗岩,结合现场岩芯特征的定性描述及波速比定量评价指标,划分出了微、弱、强3种不同风化程度的花岗岩;对单轴压缩破坏后产生的碎屑进行质量和尺度的特征分析,在此基础上建立了碎屑分形维数值与波速比之间的对应关系,并利用MATLAB对花岗岩破坏后主破裂表面裂缝进行分形维数计算。结果表明：风化试样产生的碎屑以粗粒组为主,且随风化程度增强,粗粒组碎屑质量占比逐渐增大;强风化岩石碎屑长厚比分布范围小,块状碎屑占比低,破坏动力学特性不明显,其形状更单一,主要以板状为主;随着风化程度的降低,块状碎屑含量增多,岩石动力学破坏特征增强,碎屑分形维数随着表征风化程度波速比的增大而呈增大趋势;相较于碎屑质量、宽度和厚度,碎屑数量和长度是影响碎屑分形维数的主控因素,是反映不同风化程度花岗岩破碎分形特征的主要参量;强风化类组花岗岩表面裂缝分形随波速比变化不明显,而弱风化、微风化花岗岩的裂缝分形维数随波速比增大而呈显著增大趋势,说明其自相似程度更高,形状更复杂,而在裂缝形成过...     

红山窑膨胀红砂岩湿化特性试验研究

针对红山窑膨胀红砂岩具有微膨胀、易软化、易风化的特点,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、MTS815.03岩石力学刚性电液伺服试验机等先进的设备为测试手段,对3种不同风化程度的膨胀红砂岩湿化过程进行观察和机理分析,从试验和机理两方面探讨膨胀红砂岩的湿化性,从而进一步阐明红砂岩膨胀性、裂隙化具有本质的区别。试验结果表明：(1) 中风化红砂岩干燥时抗压强度为5.85 MPa,饱和试样为0.20 MPa,岩石本身强度随吸水率增加而明显下降,具有强烈的软化作用;(2) 膨胀红砂岩的湿化性随胶结系数的减小而愈加强烈,与红砂岩风化程度(埋深)无关。这些研究成果对红山窑水利枢纽工程红砂岩地基开挖易裂以及边坡表层溜坍预治具有较大的指导意义。     

Stress corrosion cracking of Lac du Bonnet granite in tension and compression

Rocks subjected to long-term loading have been known to suffer microcracking. The rate of cracking is sensitive to the type of the applied stress (tensile or compressive), and the magnitude of the stress relative to the instantaneous strength. In addition, crack growth is influenced by the environment (pressure and temperature) including the presence or absence of moisture.For tensile loading, the sensitivity of granite to time-dependent cracking is demonstrated through a fracture mechanics test known as double torsion. The crack velocity versus stress intensity function is established for two environments, room temperature and humidity and room temperature and 100 percent humidity.For compressive loading, time dependent cracking is evaluated from creep tests conducted in uniaxial compression in the same two environments. The rate of cracking is defined by finding the functional relationship between the rate of crack growth, expressed as the rate of crack volume strain, and uniaxial compressive stress.A variety of mathematical functions has been fitted to the obtained data. The traditionally-used power and exponential relationships give good correlation for both crack velocity and crack volume strain rate.The crack volume strain rate versus stress function can be integrated to obtain a lifetime estimate for Lac du Bonnet granite. After 1 000 years of loading in uniaxial compression at room temperature and 100 percent humidity, the strength of this granite could reduce from 225 MPa to 90–100 MPa.     

克什克腾世界地质公园青山花岗岩臼的特征及成因研究

内蒙古自治区克什克腾世界地质公园的花岗岩臼自发现以来,曾有过学者从冰川论（冰臼论）和风蚀论（壶穴论）的角度分别对其成因进行过研究。笔者等通过详细调查,将该地区的这种肚大口小、内壁具平行波状纹的花岗岩臼按其发育程度分为5类：萌芽型、初具外形型、发育中期型、成熟型和衰亡型。根据发育程度,结合岩石特征、构造条件、气候、地理位置等综合分析,认为该地区的花岗岩臼的形成经历了从萌芽→初具外形→发育中期→成熟→衰亡5个阶段,且北方高寒地区的花岗岩臼发育都受上述综合因素影响：花岗岩自身是一种易风化的岩石,在有水的条件下,特殊气候环境的差异风化作用促使花岗岩臼的萌芽,萌芽态的花岗岩臼在水、冻融作用、风蚀作用参与的差异风化下进一步发展,从初具外形到中期基本成型的岩臼,风蚀作用、冻融作用等物理风化是促使其进一步发展到完全成熟型的主要营力。     

高温作用后花岗岩三轴压缩试验研究

为综合考察温度、围压对花岗岩力学性质及破坏方式的影响,在高温（25℃～1 000 ℃）作用后,利用MTS815.02电液伺服材料试验系统对花岗岩岩样进行不同围压作用下的三轴压缩试验。研究结果表明,（1）围压一定时,经历不同高温作用后花岗岩三轴压缩全应力-应变曲线经历了压密、弹性、屈服、破坏、塑性流动5个阶段;（2）经历不同高温作用后岩样三轴抗压强度与围压呈非线性二次多项式增长关系,围压为40 MPa时的抗压强度比单轴抗压强度提高了382.30%;常规三轴压缩条件下,400 ℃是花岗岩力学参数的阀值温度;（3）经历高温作用后,岩样弹性模量随围压升高呈增大趋势,围压为40 MPa时的弹性模量比单轴时提高了90.26%;随温度升高呈二次非线性减小,1 000 ℃时的弹性模量比25℃时降低了57.16%;（4）花岗岩的失稳型式同时取决于围压和温度。单轴压缩状态下,随着温度的升高,岩样变形破坏型式由脆性破裂向塑性变形过渡,失稳型式在低温时为突发失稳、中高温为准突发失稳,温度高于800 ℃为渐进破坏;三轴压缩状态下,随着围压的增大,岩样破裂型式由脆性张拉破裂逐渐向剪切破裂过渡,岩样的失稳型式以突发失稳为主。在试验温压范围内,影响花岗岩力学性质的首要因素是温度,其次是围压。     

凌海花岗岩变形特点与脆性评价

以凌海花岗岩为研究对象,进行了一系列常规三轴高压试验,研究了花岗岩的变形特点及脆性演化规律。基于试验结果,分析了不同围压下的全应力-应变曲线,探讨了静态应变采集试验中花岗岩表面变形特点、峰前损伤规律及其与裂隙扩展的关系,总结了动态采集试验中典型的裂纹扩展模式,并基于改进的峰后能量平衡法评价岩石的脆性。研究结果表明：多应变片静态采集三轴试验中岩样不同位置变形规律差异明显,压缩应变较大的区域往往是裂隙产生、扩展的位置;动态应变采集三轴试验中识别了3种典型的裂隙扩展模式,且与应力加载方式存在一定联系;在70 MPa围压范围内,岩样都表现出明显的脆性破坏特征,其脆性指数随围压增加呈现出先减小后增加再减小的变化趋势。该研究成果对进一步开展其他硬岩的变形破坏机制研究和地下工程的稳定性分析具有一定参考价值。     

梧州市巨厚层花岗岩风化壳垂直分带标准及工程地质特征研究

本文选择华南地区巨厚层花岗岩风化壳分布区的梧州市为研究区,旨在建立系统的、科学的、可操作性强的花岗岩风化壳垂直分带划分标准。在野外区域调查、钻探、原位试验、室内试验、综合研究的基础之上,建立了定性与定量复合判定的指标体系,对梧州市花岗岩风化壳进行了垂直分带以及工程地质特征研究。研究结果表明:(1)粒度分析法可以作为花岗岩风化壳垂直分带划分的方法之一,划分结果与原位试验划分结果具有很好的一致性;(2)残积土带、全风化带、强风化带中含量占比最大的土体分别是黏粒土、粉粒土、砂粒土。随着钻孔深度的增加,粒径相对较大的砾粒和砂粒含量占比逐渐增大,粒径相对较小的粉粒和黏粒含量占比逐渐减小。粒径0.05 mm为残积土带、全风化带、强风化带曲线交叉的分界处,该处土体含量百分比近似相等,揭示粒径0.05 mm值是花岗岩风化壳垂直分带划分的重要指标之一;(3)随着钻进深度的增加,圆锥动力触探试验击数与标准贯入试验击数同时增加,修正后的标准贯入击数N和圆锥动力触探击数N_63.5呈多项式相关性。本文建立了花岗岩风化壳垂直分带划分标准,给出了花岗岩风化壳土体地基承载力建议值,对花岗岩分布区的重大工程建设与工程地质特征参数的选取具有一定的指导与参照意义。