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。     

应变片法确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子试验研究

基于扩展裂纹尖端附近应变场分析,采用冲击载荷作用的三点弯曲梁进行试验,开展了应变片法确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子的研究。明确了应变片与裂纹扩展方向之间朝向角为特定锐角和钝角条件下,动态裂纹尖端附近的归一化应变采用与裂纹扩展速度、应变片黏贴位置相关的二项式来表示,给出了二项式的相关系数确定过程和动态应力强度因子计算式。结果表明,二项式的理论计算的应变与时间关系变化曲线与试验实测相吻合;选取曲线最大值两侧3/4峰值处的时间差为特征时间?t时,理论计算结果与实测的应变与时间关系一致性较高;选用理论计算和试验实测的应变与时间关系变化曲线最大值,结合计算式,确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子,同时,与采用动焦散线法计算的结果进行对比,验证了应变片法确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子的可行性。研究过程为应变片法在岩石断裂力学特征量的测定提供了理论基础。     

岩石非理想裂纹圆盘试件动态断裂韧性测试的有限元分析及试验研究

采用中心裂纹圆盘-霍普金森压杆(CCCD-SHPB)试验系统对大理岩中心裂纹圆盘试件进行不同加载速率下的纯Ⅰ型加载试验,研究岩石材料动态断裂韧性的加载速率相关性。考虑到试验中所使用的圆盘试件是带有中心切口的非理想裂纹,结合试件的实际加工情况,提出采用切口尖端形状为小圆弧形的预制裂纹,介绍了试件的制作方法,并利用有限元计算论证了采用这种形状非理想裂纹试件的试验可行性。结果表明,采用圆弧形裂尖、裂纹宽度为1 mm的中心切口非理想裂纹圆盘试件来代替理想裂纹圆盘试件是可行的,误差不超过2.13%。分析试验数据得出：非理想裂纹圆盘试件在纯Ⅰ型加载条件下,其断裂韧度表现出明显的速率相关性,且随着加载速率的增大而增大。     

冲击载荷作用下准脆性材料Ⅱ型裂纹扩展研究

冲击载荷作用下准脆性材料的动态断裂一直是关注的热点问题,Ⅱ型裂纹试样受冲击剪切时其裂纹扩展方向同材料力学性质和冲击速度等密切相关。应用岩石动态破裂过程动态分析系统软件,对单边平行双裂缝试样开展了冲击载荷作用下的裂纹动态扩展数值模拟,分别研究了不同材料力学性质、材料均质度、入射应力脉冲幅值和历时对II型裂纹动态扩展的影响。数值模拟结果表明,纯II型裂纹在动荷载作用下的扩展,不仅受到剪切损伤,而且还存在拉伸损伤;准脆性材料的非均匀性导致了主裂缝周围产生大量微裂纹的破坏,影响裂缝的分岔和内部的应力值;应力幅值和应力脉冲历时分别超过某一定值时,主裂缝将出现分叉现象,试样的破坏程度加剧,其研究结果对于深入揭示准脆性材料在动荷载作用下II型裂纹扩展的规律及准脆性材料的损伤断裂机制具有重要的参考价值。     

广东河源白石冈岩体：一个高分异的Ⅰ型花岗岩

广东河源白石冈岩体位于近东西向展布的佛冈花岗岩带的东端,主体岩性为中粗粒黑云母花岗岩,主要组成矿物为石英(25%～35%)、微纹长石(45%～50%)、斜长石(An=20～30,15%～20%)和黑云母(5%～10%).锆石U-Pb定年结果表明其形成年龄为148.5±1.6 Ma,属晚侏罗世岩浆活动的产物.化学成分上,该岩体铝弱过饱和,A/NKC值主要变化于1.0～1.1之间;富硅,富钾(K2O/Na20=1.31～1.70),全碱含量中等偏低(K2O+Na2O=7.44%～8.48%),碱铝指数(AKI值)为0.75～0.88,可归为高钾钙碱性岩系.微量和稀土元素组成上,岩体富Rb、Th、U、Pb和轻稀土,贫Ba、Sr、P、Ti,Rb/Sr比值高,K/Rb比值低,铕负异常显著(δEu=0.05～0.28),Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素含量及104×Ga/Al比值(2.43～3.26)较之典型A型花岗岩均偏低.岩体的εNd(t)值为-5.99～-7.51,TDM值偏低(1.42～1.54Ga),综合地球化学资料指示其应属高分异的Ⅰ型花岗岩.结合对区域动力地质背景的全面分析,表明白石冈岩体形成于后造山的伸展引张环境,是由底侵的幔源基性岩浆及其诱发的长英质岩浆在深部岩浆房混合,并经高程度分离结晶的产物.     

冲击载荷作用下岩石动态断裂试验研究

以自行研制的可调速落锤冲击试验机进行加载,通过高速相机搭建数据采集系统,采用数字散斑相关方法作为试验的观测方法,开展5组不同预制裂纹长度的花岗岩试件在冲击载荷作用下的动态断裂试验。并对岩石I型裂纹在冲击载荷作用下的位移场演化、裂纹动态断裂的裂尖张开位移、裂纹尖端的扩展历史、动态断裂的应力强度因子进行了定量研究。试验结果表明：对于单一试件而言,在落锤开始与岩石试件的边界接触到试件的预制裂纹开始扩展整个过程中,裂纹尖端的应力强度因子KI呈递增趋势,KII与KI相比,相差1～2个数量级。对于不同预制裂纹试件,在落锤冲击加载作用下,总体表现为一定的预制裂纹长度范围内,随着预制裂纹的长度增加,裂纹尖端应力强度因子呈增加的趋势。     

闽东南含石榴子石Ⅰ型花岗岩的矿物学特征及成因

闽东南沿海晚中生代变质带内出露的I型花岗岩、细晶岩和伟晶岩中常包含岩浆成因的石榴子石和原生白云母.其中石榴子石以富Mn,Fe和贫Mg,Ca为特征,锰铝榴石分子可达40%～50%;花岗岩中的黑云母具有明显高的MnO和Al2O3含量(分别是0.84%～1.25%,16.04%～18.03%);原生白云母以高Fe和低Al,Na为特征.温压计算表明富铝矿物形成于750～600℃和0.3～0.2 GPa的条件下.岩相学特征和地球化学模拟也都表明这些富铝矿物结晶较晚.长英质矿物早于黑云母和石榴子石结晶与岩浆侵位浅(结晶压力低)相关.相图分析指出弱过铝质和高的Mn/(Mg+Fe)比值(＞ 0.060)是本区花岗质岩石形成石榴子石的关键化学因素.Mn/(Mg+Fe)＞0.060的岩浆可以形成bt+grt或bt+grt+ma组合;而Mn/(Mg+Fe)＜0.055的岩浆只可能形成bt或bt+ms组合;grt+ms组合是岩浆强烈演化的最终产物.除了黑云母成分存在差异,本区I型花岗岩的石榴子石和原生白云母成分都与S型花岗岩的相似,所以,它们不能被简单地用于判断花岗岩的成因类型.     

浙闽沿海地区Ⅰ型—A型复合花岗岩体的地球化学及成因

以鼓山－魁岐,青田和普陀山桃花岛三个典型岩体为例,系统研究了浙闽沿海Ｉ型－Ａ型复合花岗岩体的地质和地球化学特征,研究结果表明：复合岩体中Ⅰ型与Ａ型花岗岩在主量,微量和稀土元素特征上均存在明显变异。总体而言,Ａ型花岗岩较之Ｉ型花岗岩富硅,富碱,贫钙,镁,铝,并具偏高的Ｒｂ／Ｓｒ,Ｒｂ／Ｂａ,Ｇａ／Ａｌ和偏低的ＬＲＥＥ／ＨＲＥＥ比值及显著的铕负异常。     

辽东兰花岭地区古元古代Ⅰ型花岗岩类与辽吉A型花岗岩对比研究

辽东半岛是华北克拉通胶-辽-吉古元古代活动带的重要组成部分,古元古代经历了复杂的构造演化过程,并记录了多期岩浆-变质作用,约2.2 Ga的辽吉A型花岗岩和1.89～1.85 Ga的巨斑状花岗岩、正长岩分别标志着辽东古元古代造山作用的开端和结束。最新研究显示,2.20～2.15 Ga的岩浆作用形成了2种不同类型的花岗岩,它们可能具有不同的岩石成因和构造意义。在青城子铅锌矿集区北部采集的兰花岭、白砬子花岗闪长岩和黄泊辉绿岩,锆石U-Pb年龄分别为2177±19 Ma、2129±36 Ma、1876±29 Ma。花岗闪长岩的岩石成因类型、地球化学特征与典型的约2.2 Ga的辽吉A型花岗岩明显不同,属于弱过铝质、低钾钙碱性一碱性岩石,Zr、Hf、Nb、Rb含量较低,K₂O/Na₂O值、稀土元素总量极低,为典型的Ⅰ型花岗岩类。根据锆石Lu-Hf同位素分析,ε_Hf(t)值为-5.1～9.0,二阶段Hf模式年龄t_DM2为2089～2817 Ma,岩浆源区为约2.5 Ga的太古宙地壳物质和少量软流圈地幔物质。兰花岭...     

爆炸荷载下不对称Y型裂纹扩展规律的试验研究

采用爆炸加载透射式动焦散测试系统,研究了爆炸荷载下不对称Y型裂纹扩展的动态行为。试验结果表明:爆炸荷载下两相向运动裂纹在相遇前裂纹尖端奇异场相互影响,焦散斑扭曲,裂纹尖端应力场改变,相遇前沿偏离水平方向相向扩展,偏离角度逐渐增大,相遇后偏离角度逐渐减小并朝对方已有裂纹方向扩展;两分支裂纹相交于主裂纹,翼裂纹主要从与入射应力波夹角较小和长度较长的分支裂纹起裂,沿周向最大拉应力垂直方向扩展;入射应力波夹角较小和长度较长的分支裂纹对入射应力波夹角较大和长度较短的分支裂纹扩展及其尖端应力强度因子有抑制作用;分支裂纹尖端动态应力强度因子均值随分支裂纹与应力波夹角增大而减小,分支翼裂纹扩展速度呈现振荡式变化规律。研究结果为实际工程中分析相互贯通裂纹的扩展规律提供了可靠依据。     

基于3D-ILC含60°内裂纹脆性球体Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型断裂研究

球体作为自然界最完美的几何形态、也是生活工业中常见的几何形态,球体的力学特性对工程安全及数值仿真具有重要意义。内裂纹和内部类裂纹缺陷是材料的固有属性,对材料力学特性影响巨大。由于各类瓶颈问题,而当前研究都未能考虑球体的内裂纹问题。对于真实世界里,脆性球体的内裂纹如何扩展都尚未有认知。基于3D-ILC (三维激光疲劳内裂纹)技术,在对球体试样表面无任何影响的情况下生成纯封闭内裂纹,开展单轴压缩下脆性球体60°内裂纹扩展断裂试验,与完整圆球试样对比,得到裂纹扩展及试样破坏过程、起裂与破坏荷载、翼裂纹面形态特征及撕裂区特征、破坏形态规律,并基于M积分得到内裂纹尖端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ、K_Ⅲ分布规律,与试验结果对比以得到验证。结果表明:(1)试样裂纹形态主要有:上翼裂纹、下翼裂纹、主裂纹;(2)单轴压下球体内裂纹出现翼型扩展并呈现复杂的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型裂纹特征,翼裂纹扩展由光滑区与撕裂区组成,光滑区裂纹面基本光滑且尖端圆滑为Ⅰ-Ⅱ型裂纹,撕裂区具备"二叉树"形态特征为Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型裂纹,存在非连续现象;(3)基于M积分的裂纹...     

注浆材料和预制裂纹缺陷角度对类岩石试件单轴抗压强度及破坏模式的影响

选用环氧树脂和纯水泥浆作为注浆材料,对含不同角度和不同注浆材料裂隙试样进行单轴压缩试验。试验结果表明,注浆材料和裂纹缺陷角度对类岩石试件单轴抗压强度及破坏模式具有重要影响;环氧树脂加固效果优于纯水泥浆,环氧树脂可以有效地消除预制裂纹尖端的应力集中;在裂纹缺陷角度很小( <30°)和角度很大( =90°)的情况下无论裂隙是注环氧树脂还是纯水泥浆,注浆效果都不明显,当 =60°时两种注浆材料的加固效果都很好。提出滑动裂纹模型,对注浆裂隙进行力学分析发现,含注浆裂隙试样的抗压强度随着注浆材料和完整材料胶结面摩擦系数和黏聚力的增大而增大,不同注浆材料和完整材料胶结面的摩擦系数和黏聚力不同,解释了为什么不同的注浆材料对注浆试样强度提升作用不同。研究成果为分析工程中注浆材料和裂纹缺陷角度对岩体强度的影响提供了一定的理论基础。     

A型花岗岩的研究进展及意义

A型花岗岩主要形成于伸展的构造背景中,是构造环境识别的重要岩石学标志之一。由于形成于特殊的构造背景和重要的地球动力学意义,A型花岗岩的研究一直得到广泛的关注,但是仍旧有许多问题(如命名、分类和成因等)在争论之中。本文从下面几个方面对A型花岗岩的研究现状进行了较系统的总结:(1)A型花岗岩的概念及特征;(2)A型花岗岩与高分异I、S型花岗岩的区别;(3)A型花岗岩的物质来源及成因模式;(4)A型花岗岩的实验岩石学成果;(5)A型花岗岩的分类;(6)A型花岗岩的构造背景及动力学意义。A型花岗岩在形成过程中斜长石、斜方辉石可能为主要的残留或分离结晶矿物相。除了传统的A1(非造山)、A2(后碰撞)分类外,"还原型"和"氧化型"的分类方案最近也受到广泛关注。     

花岗岩动三轴抗压强度的裂纹模型研究(Ⅰ):理论基础

;简要地介绍了岩石材料在压应力作用下的裂纹模型.应用虚拟力方法(Pseudo-traction method)考虑2阶虚拟力情形,求解裂纹组应力强度因子表达式,为岩石动三轴抗压强度的裂纹模型研究提供理论基础.     

苏州A-型花岗岩性质的研究

本文从岩体地质构造、岩石结构和岩化性质,来论述苏州A-型花岗岩的非造山、无水和偏碱性特征。同时通过各种参数测定得知:本岩系中的钾长石和斜长石均为低结构态高有序度的。石英为β形。云母多为羟铁云母。副矿物有铌铁矿、磁铁矿、钛铁矿和碳硅石等四十多种。过渡性元素的Nb、Ta,Zr、REE、Y、Sn、Th、Ga和Zn丰度比其它类型花岗岩高出10倍到100倍,F的含量高得出奇,而Al、Ca、Mg则偏低。Ga/Al比值高。氧同位素值低,δ~(18)0(全岩)=7.53％。REE中Eu亏损严重。成岩时t=810℃,p=2     

岩石I型裂纹定向扩展规律试验研究

为精准获得岩石I型裂纹扩展演化全过程,采用一种简易裂纹定向扩展装置开展了不同岩性试样裂纹扩展试验研究,借助声发射及数字散斑技术对裂纹扩展全过程进行了监测,建立了裂纹定向扩展力学模型,分析了裂纹扩展过程中声发射及变形场的演化规律,提出了评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,探讨了I型裂纹定向起裂扩展机制。结果表明：该简易裂纹定向扩展装置能够有效实现I型裂纹沿预定方向稳定扩展,其起裂角均小于10º,同时通过简化力学模型计算得到白砂岩、灰砂岩的裂纹扩展峰值强度与巴西劈裂抗拉强度相比偏差分别为22.76%、7.53%;根据变形场演化规律,可将裂纹扩展分为微裂隙发育（散斑变形场分区不明显）、主控裂纹孕育（散斑变形场出现分区现象）和主控裂纹扩展3个阶段;声发射演化过程可分为平静期、缓增期、急增期和降低期4个阶段,由于灰砂岩相较于白砂岩质地更致密、更坚硬,导致其声发射平静期长,而后3个阶段持续时间短;将载荷−位移曲线峰前与峰后的面积之比定义为评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,计算得到灰砂岩、白砂岩的CE分别为13～16、1～2,表明CE可有效评价岩石I型裂纹扩展难易程度;岩石I型裂纹起裂扩展机制可概况为：在加载峰值前裂隙尖端受最大拉应力作用,存储的弹性能快速增加、耗散能缓慢增加,但在加载峰值后裂隙尖端存储弹性能超过其储能极限迅速释放,此时输入能大部分转化为耗散能促进主控裂纹快速扩展。后续将对裂纹定向扩展试验装置进一步优化改进,以期为裂纹扩展机制、岩石破坏前兆信息、裂纹止裂原理等研究提供一种新方法,同时为工程现场煤岩层定向爆破、压裂、止裂等相关技术优化提供理论指导。     

压剪应力状态下岩石复合型断裂判据的研究

考虑岩石闭合裂纹壁面间存在的摩擦力对裂纹尖端应力场的影响,应用最大周向应力理论得到压剪复合裂纹的断裂角。在此基础上,依据岩石裂纹尖端双向受力时的破坏特征,结合最大周向应力准则与修正的格里菲斯（Griffith）强度理论,建立了考虑摩擦效应的闭合裂纹失稳扩展的岩石压剪断裂判据。研究结果表明：断裂角受裂纹和荷载方向的夹角、裂纹壁面之间的摩擦系数、侧压力系数的影响;当压剪裂纹的断裂角是某个定值时,纯II型裂纹的断裂韧度与纯I型裂纹的断裂韧度的比值只与岩石裂纹表面的摩擦系数取值有关,而与其他岩石力学参数无关。此研究成果可为压剪应力作用下裂隙岩体的失稳破坏提供参考。     

广东良口黄田埔高分异Ⅰ型花岗岩地球化学特征及大地构造意义

广州从化区良口亚髻山霞石正长岩为典型岩石遗迹,在碱性岩体野外填图研究过程中,新发现东侧分布有黄田埔高分异花岗岩,形成时间约(146±13)Ma,为晚侏罗世岩浆活动产物。元素地球化学特征显示硅高、钾富、分异指数高、Rb/Sr比值高以及Rb/Ba、Nb/Ta、Zr/Hf、TFeO/MgO比值低;稀土元素ΣREE平均值为248 g/t,ΣCe/ΣYb平均值为2.34,δEu(0.16)负异常明显;Ga(×10~4)/Al比值较低(平均值为3.47),Zr+Nb+Ce+Y含量(平均值为264g/t)低于A型花岗岩(350 g/t);I(Sr)值为0.691 8~0.712 8,平均值为0.708 1;ε_(Nd)(t)值为-3.5~-10.0,平均值为-6.7。元素地球化学、同位素地球化学和同位素年代学综合研究结果表明,岩株的形成可能与上地幔岩浆分异有关,为高分异Ⅰ型花岗岩。     

Ⅰ型断裂韧度模拟方法及细观影响因素研究

既有离散元参数敏感性分析大多集中在压缩试验及巴西劈裂试验,对Ⅰ型断裂韧度K_Ic试验细观影响因素及3D破裂过程系统分析的报道较少。采用三维平节理模型(FJM3D)研究微观结构参数及黏结细观参数对不同切槽形状的Ⅰ型断裂韧度试验的影响。微观结构参数包括晶粒平均半径的平方根R^1/2、模型分辨率Ψ和最大/最小晶粒直径d_max/d_min。黏结细观参数包括平均配位数CN、S类型单元比例φ_s、黏结抗拉强度σ_b、黏结内聚力c_b、摩擦系数μ和摩擦角φ。参数敏感性分析结果表明,K_Ic与R^1/2、CN及σ_b正相关,与d_max/d_min 、φ_s负相关,而与Ψ、c_b、μ和φ无明显的线性关系,此外为获得较低的K_Ic波动水平,给出了参数Ψ和d_max/d_min     

华南桂东南地区加里东期Ⅰ型花岗岩类的岩石成因及构造意义

龙新岩体和夏郢岩体位于扬子地块与华夏地块拼合带的西南端,岩体中的Ⅰ型花岗岩成因研究对揭示桂东南地区早古生代的地球动力学背景及其构造演化具有重要的地质意义.对龙新岩体的寄主岩和其暗色微粒包体,以及夏郢岩体岩石进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、Lu-Hf同位素和全岩地球化学研究.锆石U-Pb定年结果显示,龙新岩体的寄主岩(花岗闪长岩)的年龄为440±2 Ma;龙新岩体的暗色包体(闪长岩)的年龄为441±1 Ma,寄主岩与暗色包体为同期岩浆作用的产物.夏郢岩体花岗闪长岩和二长花岗岩年龄分别为447±3 Ma和436±3 Ma,说明夏郢岩体至少发生了2期岩浆侵入事件.Hf同位素研究表明,龙新岩体寄主岩和暗色微粒包体的锆石ε_Hf(t)值分别为-3.32～-5.83和-17.89～-1.82,二阶段模式年龄(T_DM2)分别为1.62～1.76 Ga和1.57～2.54 Ga;夏郢岩体早期花岗岩闪长岩和晚期二长花岗岩的锆石ε_Hf(t)值分别为-15.43～3.03和-4.79～6.82,T_DM2分别为1....