岩石断裂破坏的机理研究

由于岩体中岩石通常处于宏观压应力状态,因此人们常认为岩石的破坏为剪切破坏。根据我们的研究,对于岩石的断裂破坏,其本质应归为微裂缝的拉张破坏。     

岩石断裂破坏的机理研究

由于岩体中岩石通常处于宏观压应力状态，因此人们常认为岩石的破坏为剪切破坏。根据我们的研究，对于岩石的断裂破坏，其本质应归为微裂缝的拉张破坏。     

采用数字图像相关法进行收缩试验研究

半刚性基层材料已广泛应用于我国高等级公路路面结构中,但半刚性基层材料在温度作用或/和失水作用下产生的收缩应变一旦超过材料自身所能承受的极限拉应变,就会发生开裂,影响路面的使用性能。选择合适的收缩试验方法对半刚性基层材料的收缩性能进行研究非常具有现实意义。针对传统收缩变形测量方法的不足,采用数字图像相关方法对一种典型的半刚性基层材料进行室内收缩试验研究,分析其早期收缩应变的变化规律;对收缩变形前后的图像进行相关计算,获得全场的收缩变形,并与传统收缩试验结果相比,该方法所得结果可重复性好,稳定性好,精度更高。     

水力裂缝穿越非连续面扩展时的断裂过程研究

非连续面发育是非常规油气储层的显著地质特征之一,水力裂缝能否穿越非连续面扩展会关系到压裂的改造效果。为研究水力裂缝穿越非连续面扩展时断裂过程区（fracture process zone,简称FPZ）发育特征,采用自主设计的可视化压裂试验装置对含预制摩擦界面的砂岩平板试件开展水力压裂试验。基于数字图像相关法实时监测了水力裂缝正交穿越界面扩展过程中的位移及应变场特征。试验结果表明,水力裂缝穿越界面扩展之前,断裂过程区已经开始跨越界面发育;裂缝能否穿越界面扩展在FPZ的初始发育阶段已经注定,不受FPZ内应力软化过程影响。基于Renshaw-Pollard准则建立了考虑FPZ边界范围的裂缝穿越非连续面扩展准则,并通过前人及文中试验数据进行了可靠性验证。相比而言,改进准则更准确地考虑了裂缝前端线弹性断裂力学的适用范围。研究发现FPZ长宽比对裂缝穿越界面扩展准则有显著影响,相同条件下,FPZ长宽比越大,裂缝正交穿越界面扩展所需要的摩擦系数下限值越小。     

基于数字图像灰度相关性的类岩石材料损伤分形特征研究

通过类岩石材料石膏试件单轴压缩试验,获得材料在荷载作用下从损伤到破坏的整个时间序列的数字图像。以试件表面数字图像的灰度相关性的变化为依据,建立损伤量度来表征材料表面损伤和破坏的发展。通过图像处理,建立损伤演化的二值图,并采用分形和多重分形谱理论对材料表面损伤的演化进行描述。研究结果表明,图像灰度相关性系数分布的演化与试件表面的变形局部化在空间和时间上都存在对应关系。随着试件表面损伤量增加,分形维数与应变之间有很好的线性关系,多重分形谱图的曲线形状从开始的对称光滑单峰形式,逐渐向左侧集中发展,其谱宽逐渐减小。     

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。     

岩石断裂的研究现状浅析

经典断裂力学理论的研究已经取得很大的进展,然而由于岩石材料的性质,该理论在岩石材料研究方面遇到了局限,岩石断裂研究具有其特殊性。在参考相关文献的基础上,简要介绍了常用的岩石断裂准则,以及岩石断裂研究新情况。     

岩石断裂过程的声发射试验研究

根据N-t,φ-t,E-t,A(t)-t曲线,并结合读数显微镜实测观察,可较准确地判定开裂点。在计算大理岩临界应力强度因子时,考虑了裂纹扩展长度的影响.导出了低脆性岩石N-K_1关系的一般表达式,并与Harris公式进行了比较.研究了声发射事件数与裂纹扩展长度增量的关系。     

河北省岩石物理与岩石化学的相关研究

河北省沉积岩、火山岩、侵入岩、变质岩类的岩石密度、磁化率、电阻率、极化率等与常量元素含量的相关分析结果初步表明,虽然在整体上两者具有相关性,但并非参数间都是显著相关的,这反映每种物性参数与元素含量所反映的岩石成因或岩石所处状态的侧重面不同,说明物探方法与化探方法反映的地质现象的角度不同.     

断裂和裂缝的分形特征

在详细剖析断裂和裂缝组成和结构相似性的基础上, 计算了贝尔断陷T₅和T₂两层构造图上断裂信息维和10口井布达特群岩心裂缝信息维, 分析了影响断裂和裂缝信息维的因素, 达到了从断裂信息维去预测裂缝分布的目的.影响断裂和裂缝信息维的因素包括密度、延伸长度、断层性质以及岩性, 但从根本上讲断层性质及岩性对信息维影响体现在断裂的密度上, 因此信息维应该是断裂发育程度的度量, 利用断裂信息维与裂缝信息维关系、裂缝信息维与裂缝密度关系预测裂缝的分布, 有利的裂缝发育带有3个区域, 与现今见油气井分布吻合.      

基于数字图像及数值模拟的裂隙岩体渗透特征

基于真实的岩体剖面图片,通过剪裁、二值化、矢量转化,再导入数值计算软件,建立数值计算模型,进行模型水压力场、渗流速度场分析及渗透系数的计算。分析发现,从水流入口至出口,水压整体呈递减规律;岩石的裂隙中渗流场分布不均匀,渗流活跃的通道主要是左右串通好的裂隙,在不同水流入边界条件下,依据达西定律计算获得的岩体渗透系数存在差异。     

基于数字散斑相关方法的虚拟引伸计及其在岩石裂纹动态观测中的应用

基于数字散斑相关方法（DSCM）发展了一种虚拟引伸计测量方法。该方法通过DSCM测量的应变场识别和定位裂纹,然后“事后”在裂纹处虚拟地安装引伸计,再通过DSCM测量的位移场计算裂纹的张开量和错动量。给出了虚拟引伸计的原理和实现方法,并用实验验证了虚拟引伸计的可靠性,同时分析并标定出虚拟引伸计在实测中可达到0.1像素的分辨率。将虚拟引伸计应用于含未穿透预制裂纹（三维裂纹）的花岗岩试件的破坏实验中,根据虚拟引伸计测得的裂纹张开、错动情况,对试件破坏过程中不同裂纹的出现顺序以及裂纹类型进行了判断,同时对试件破坏的机制进行了简单分析。     

基于数字图像相关方法的动载颗粒体系力链破坏机制初探

颗粒物质是具有复杂力链网络的常见体系,其平衡和稳定性取决于内部力链骨架的几何结构和力学性能。为恰当刻画颗粒体系的微细观力学行为,从颗粒局部排列形态、颗粒间接触力和颗粒及外荷载的物理参数出发,展开基于二维数字图像相关技术（2D-DIC）的集中力作用下颗粒体系变形的试验。通过结合DIC的试验方法,应用牛顿力学理论及颗粒线性动量平衡获得颗粒间接触力的大小和方向,确定力链的动力学规律;得到颗粒间接触力大小分布变化并提取颗粒体系力链;提出颗粒排布的两种状态：横向传力和纵向传力状态;分析颗粒接触面法线与水平轴的夹角?、传力角?,讨论了?、? 对力链断裂破坏的影响;分析颗粒直径d与外荷载压条直径D的比值R以及压条下表面能直接接触的最大颗粒数N等参数,为描述力链的演化和破坏重构机制提供参考基础;简单阐述了力链网络在外荷载下的微细观统计效应对体系宏观力学性质的影响规律。     

基于数字图像处理的非均质岩石材料破坏过程模拟

以三峡花岗岩为例,利用有限差分程序FLAC进行非均质岩石材料的破坏过程模拟.首先,利用花岗岩微观结构观测图像确定数值模拟计算网格的合适尺寸;进一步结合花岗岩的矿物鉴定结果,在数字图像处理的基础上,利用模糊C均值聚类方法,实现了数值计算模型与材料真实细观结构的耦合分析,形成了一套较完整的、更加方便快捷的非均质岩石材料数字...     

基于数字图像相关法的砂土细观直剪试验及其颗粒流数值模拟

砂土等天然颗粒材料具有的剪胀性、压硬性、各向异性等特殊力学性质受控于其内部的微细结构及其演化,如何利用试验与数值模拟等手段对砂土细观组构进行量化,对深入研究砂土变形机制尤为重要。基于数字图像相关方法的光学测量技术与土工试验相结合的新手段,通过对直剪仪的可视化改造,开发了能初步实现土体宏细观力学性状联合测量的“砂土变形细观瞬时光学测量系统”,并利用该系统对福建标准砂进行了室内细观直剪试验。随后进行了基于颗粒流软件PFC2D直剪数值试验,提取室内试验还难以获得的细观信息,作为对室内试验的补充。通过对宏观力学性质和位移场、应变场、颗粒定向、速度场、颗粒配位数和接触力链等细观的室内与数值试验结果进行剖析,探讨了砂土力学性质的细观机制。     

基于数字图像的砂土压缩变形模式的试验研究

基于数字图像处理技术,利用图像分析程序包PhotoInfor分析了侧限压缩条件下砂土各加荷阶段土体位移的产生、发展与演化全过程,发现砂土的位移场类似于抛物线形状,位移等值线呈轴对称分布,位移量最大的区域总是发生在上透水石的下底面中心处。单调加荷条件下,位移增量主要集中在局部变形带附近,其范围有继续延展和贯通的趋势,顶部、中部测点的土体位移与整体压缩量基本呈同步增长;顶部的土体位移量始终大于中部,加荷的中后期差别更加明显。与粉质黏土位移场进行对比试验分析,砂土内部的应力传递、变形模式以及荷载的影响范围均表现出明显的差异。上述研究为深入探讨基底压力的分布规律,利用宏观试验现象研究砂土细观结构变化的定量模型提供了新的思路。     

数字图像技术在岩石细观力学研究中的应用

岩石内部的细观组成和结构决定了其在外力作用下的应力-应变状态,进而控制了其宏观力学响应和破坏机制。数字图像处理技术作为一种材料细观尺度上的空间结构精确测量和数字表述手段,已广泛应用于土、岩石及混凝土的细观结构定量分析中。应用数字图像处理进行的岩石细观力学研究是对岩石力学研究方法的革新。现阶段主要研究内容包括：岩石裂隙隙宽的非接触测量,数字表述岩石结构的非均匀性,进行岩石细观力学行为分析,将提取的岩石数字特征值与相应的岩石物性结合以实现岩石流-固耦合研究,建立基于数字图像技术的岩石细观力学数值模拟方法。在研究相关文献的基础上,对数字图像技术在岩石细观力学定量研究中的成果进行客观评述,探讨各种方法的优缺点,分析展望数字图像技术在岩石细观研究领域中的应用前景。