川南龙马溪组页岩不同应力条件下脆性破坏特征室内实验与数值模拟研究

四川盆地龙马溪组页岩具有较好的生烃潜力。为研究龙马溪组页岩力学特性,首先对完整页岩试样开展了单轴压缩试验,基于颗粒流离散单元法反演单轴压缩岩石动态破坏过程,通过模拟常规三轴压缩试验,研究不同应力条件下页岩脆性破坏特征。研究表明,该龙马溪组页岩脆性矿物含量高,强度大,脆性特征明显;不同应力条件下龙马溪组页岩发生脆性破坏时具有相似的破坏特征,且峰值强度符合Mohr-Coulomb线性规律。加载到岩石损伤应力以前,微裂纹的分布无明显方向性和区域性,该时微裂纹的分布应与岩石的非均质性有关;损伤应力后微裂纹的萌生、聚集和贯通将受应力影响。页岩的特征应力(起裂应力、损伤应力、峰值强度)与围压表现出强相关性,但围压对峰值应力的影响程度比对损伤应力和起裂应力的影响程度更大,因裂纹稳定扩展阶段,微裂纹独立产生无相互影响,峰值应力还需考虑微裂纹间的相互作用及形成的宏观破裂面粗糙性的影响。     

岩石弹脆性分维损伤本构模型

本文定义岩石构元中破裂面的分维值为各向同性损伤变量,而各个方向上裂纹面的累加量定义为各向异性损伤变量,并根据裂纹发育特征提出了损伤变量演化方程,从而建立起岩石脆性变形破坏过程的分维损伤本构模型。最后,利用该模型对大理岩单轴压缩应力应变曲线进行了模拟,结果说明本文提出的模型是较为合理的。     

孔洞数量及孔径对大理岩力学特性影响的试验研究

为分析孔洞数量及孔径对大理岩力学特性的影响,对含不同孔洞数量及孔径的大理岩进行单轴压缩试验,并对破坏前后的试件进行CT扫描,研究其损伤裂纹空间分布特征。试验结果表明,孔洞数量及孔径对试件的强度参数、破坏形式及损伤程度等均有较大的影响,主要具体表现为(1)随着孔洞数量及孔径的增加,试件的弹性模量、峰值强度、起裂应力和起裂应力水平逐渐减小;(2)随着孔洞数量及孔径的增加,试件在破坏过程中的拉剪裂纹增多、远场裂纹减小,且在破坏后的破坏形式逐渐由拉剪破坏过渡到剪拉破坏,破坏后的损伤程度逐渐增加;(3)单轴压缩条件下的含孔试件,其破坏过程在试件的前后方向表现为由一方向另一方逐渐破坏,在试件的上下方向表现为由圆孔所在平面向上下两端逐渐破坏;(4)单轴压缩条件下的含孔岩样损伤分布在试件的前后方向上表现为由一方向另一方的逐渐减小,上下方向上则表现为由圆孔向上下两端逐渐减小,需注意的是由于损伤的叠加效应多孔试件在其上下方的最大损伤面并非位于圆孔处而是位于两圆孔的中间处。     

硬岩裂纹起裂强度和损伤强度取值方法探讨

岩石裂纹起裂强度σci和损伤强度σcd的研究对探讨岩石渐进破坏过程和脆性破坏机制,建立岩石的起裂强度和长期强度准则具有重要意义。鉴于此,系统总结了岩石起裂强度和损伤强度的4种计算方法,包括裂纹应变模型计算法,声发射参数取值法,侧向应变、体积应变曲线观察法和移动点回归法,并以大理岩和花岗岩在单轴压缩条件下为例,详细描述了用不同方法计算σci和σcd时存在的问题。研究结果表明,裂纹应变模型法物理意义明确,可以方便和准确地确定岩石的σci和σcd;声发射撞击率可以定性或半定量了解岩石的渐进破坏和损伤过程,但无法准确定量确定σci和σcd;移动点回归法计算体积应变刚度时受取值点间隔影响较大,而且加载过程中不同阶段的特征并不明显,难以确定起裂强度值。研究结论可为加深对岩石裂纹起裂强度和损伤强度的重要意义的认识,了解两个强度值的计算方法并合理选取其计算方法提供有益的参考。     

岩石单轴压缩下能量与损伤演化规律研究

能量变化是材料各参数变化的本质特征。通过颗粒流模拟岩石单轴压缩试验,从细观力学角度分析能量转化、裂纹扩展及损伤演化规律。颗粒流利用细观颗粒的运动克服了宏观力学理论不易实现试件多裂纹破坏形态的缺点,以此研究能量变化更加合理。应力-应变各阶段能量与微裂纹及损伤存在着相互对应的发展关系。通过3种工况论证了宏-细观力学参数对应关系,采用最小二乘法拟合得出微裂纹与轴向应变呈幂次函数关系。采用割线模量定义损伤变量,取模量加速下降处（对应裂纹加速扩展）为损伤门槛,对应损伤阈值为0.158。3种工况下微裂纹数量与损伤呈线性发展关系,为损伤演化的深入研究提供参考。     

基于3D-DIC的砂岩裂纹扩展及损伤监测试验研究

裂纹监测对岩石损伤演化的认识至关重要。为研究岩石裂纹扩展及损伤变形特性,开展了含不同倾角（0°～90°）预制裂隙的标准细黄砂岩样的单轴压缩试验。利用三维数字图像相关技术（3D-DIC）获取岩样三维空间坐标下的应变分布,并结合声发射从光学与声学的角度监测了裂纹的扩展演化。由此提出了一种裂纹主应变的计算方法,定量表征岩石劣化的损伤变量D值。最后,探讨了由声发射与损伤变量D值确定岩样特征强度的影响因素。结论如下：（1）裂纹主应变反映了岩样受荷过程中同源裂纹在时间上的变化速率与空间上的扩展趋势,能较好地表征岩石的开裂行为;（2）声发射适用于确定岩样的起裂应力,不适用于损伤应力的确定,损伤变量D值所确定的起裂应力滞后于声发射,但适用于损伤应力特征值的确定;（3）结合声发射与DIC技术确定的归一化起裂应力范围为0.63～0.94、归一化损伤应力的范围为0.83～0.99;（4）预有裂隙会影响岩石的材料力学性能。随着倾角的增加,岩石的起裂应力、损伤应力及峰值应力呈增长的趋势,由于难以形成局部应变场聚集,裂纹的萌生与起裂更加困难。结果表明,3D-DIC技术的利用可以提高对岩石开裂行为的理解,对岩石的损伤监测与判识更有重要的意义。     

含结构面岩体试样单轴强度与变形特征

结构面是岩体区别于岩石材料的一大特征,其产状、迹长、密度等参数对岩体的力学性质有着重要影响。本文利用FLAC3D对含结构面岩体试样的单轴压缩特性进行了较为系统的数值模拟研究。文中建立了含不同组贯通性结构面的岩体试样模型和含不同倾角及迹长的非贯通结构面岩体试样模型,对每个试样进行单轴压缩试验的数值模拟,结构体和结构面均采用Mohr-Coulomb剪切和拉伸破坏准则。模拟中用编制的伺服控制程序通过调节加载速度,控制试样内最大不平衡力,研究含结构面试样单轴压缩情况下的变形、强度及破坏方式等特征。模拟结果显示,含1-3组贯通性结构面试样呈现各向异性特征,而含4组贯通性结构面试件呈现各向同性特征。随着贯通性结构面数量的增多,同尺寸试件的变形强度参数劣化。含单组非贯通性结构面试件,其单轴压缩模拟试验的应力-应变曲线峰值后出现应力降。基于Mohr-Coulomb抗剪强度准则和损伤理论所得的解析解与数值模拟结果所得的非贯通性结构面试件的单轴压缩强度不符,说明用抗剪强度准则与损伤理论刻画非贯通结构面试样的强度并不合理。随着非贯通性结构面贯通率的增大,试件的变形、强度参数劣化。含单组结构面试件的破坏方式可分为结构面控制破坏,结构面部分控制破坏和结构面不控制破坏3种类型,而随着结构面组数的增多,结构面控制试样破坏的概率增加。     

大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟

从大理岩常规三轴加、卸荷室内试验出发,结合PFC3D颗粒流程序进行分析,在明确室内试验与数值模拟试验卸荷速率对应关系的基础上,对不同卸荷速率下试样破坏过程的力学特性及破坏机制进行探讨。结果表明：加、卸荷路径下整个加载过程中张拉裂纹数量均明显高于剪切裂纹;常规三轴试验损伤应力之后,裂纹围绕某一速率进行扩展,卸荷试验损伤应力之后,裂纹的发展是突发性的;不同应力路径下试样损伤破坏的差异性主要形成于损伤应力至峰值应力这一阶段,直至卸荷速率超过6 MPa/s,试样的损伤程度与破坏形式逐渐趋于一致;随着围压的增大,不同卸荷速率下岩石破坏均呈现出由张拉破坏逐渐向剪切破坏过渡。     

基于DIC技术的3D打印节理试件破裂机制研究

为了准确表征不同角度预制节理岩石在单轴压缩下的变形破坏模式,基于3D打印技术制作了节理模型用于模拟岩体中的结构面,通过水泥砂浆的浇筑得到含不同角度预制节理的岩石试件并进行单轴压缩试验,同时采用数字图像相关技术（DIC）观测、分析试验过程中试件裂纹产生、扩展以及贯通过程。结果表明：随着预制节理从0°增加到90°,试件强度与峰值应变均呈现先降低后升高的变化趋势,0°和45°试件弹性模量相对于完整试件有所降低。基于DIC检测结果,0°、30°、45°及60°试件裂纹皆从预制节理尖端部位起裂,各角度试件的起裂应力与试件强度变化规律一致。各角度试样起裂时在剪应力控制下以剪切翼型裂纹形式起裂,0°与45°试件裂纹在扩展过程由剪切发展为张拉型裂纹,30°和60°试件以剪切裂纹形式贯穿始终,90°试件从底部起裂并最终表现为张拉破坏。研究还发现,下翼起裂角θ2和上翼起裂角θ1之间存在明显的线性正相关关系,关系式为θ2 =0.828 6θ1 +12.185,且起裂应力大小变化与峰值应力变化一致,皆随节理角度的增加先减小后增大。     

考虑体积应力效应的大理岩硬化软化力学模型

以锦屏二级水电站大理岩室内三轴压缩试验结果为基础,推导了考虑体积应力效应的塑性内变量公式,并研究了大理岩强度参数及剪胀特性随内变量的变化规律,结果表明,大理岩在峰前阶段凝聚力稍有降低,在峰后阶段迅速减小;内摩擦角随内变量增加而增大,并在内变量为0.8～0.9时达到最大值;不同围压下大理岩剪胀角均随内变量增大,且表现为先增大后减小的变化趋势,但低围压和高围压条件下剪胀角变化趋势不同。在此基础上建立了大理岩考虑体积应力效应的力学模型,并通过FLAC3D模拟了大理岩室内常规三轴压缩试验,模拟结果与室内试验结果吻合很好,表明该模型可较好地反映大理岩的主要力学特性。研究方法和成果可为其他深部脆性岩体的变形破坏分析提供重要的参考价值和借鉴意义。     

城市地铁转弯段施工对近邻桥基的影响研究

结合北京地铁10号线国贸站转弯段施工对邻近桥基影响的这一实际工程问题，运用ABAQUS软件，在对施工过程进行动态模拟的同时，重点研究了施工过程中19-3号桥基的变形和受力性态以及桩土相互作用机理，并将部分计算结果与量测结果进行了比较，取得了一系列的成果。研究表明，施工期间桥基没有工程安全隐患，既有的施工方案是合理可行的。     

关于盐城市地震效应问题探讨

对比分析了<建筑抗震设计规范>(GB 50011-2010)与<建筑抗震设计规范>(GB 50011-2001)中涉及场地勘察相关条文的规定,指出其相关条文的修改对盐城市区场地类别的划分、地震动参数的确定、砂土液化的判别、软土震陷的评价等方面产生的影响,以及今后在勘察中需注意的一些问题,并提出了相关建议.     

地质条件对隧道工程影响分析

通过采用浅层地震弹性波速度分析、孔内波速测试、钻孔数字测井和井下电视摄像，钻探工程以及钻孔围岩物理力学测试数据等方法，对隧道工程作了简要的概括。着重对隧道区特殊地质条件(地形地貌、地层岩性、地质构造、地震、水文地质条件、围岩物理力学指标及类别)进行了综合分析及合理划分，将大同煤田侏罗系含煤地层对隧道区产生的严重影响论述如下：①煤层采空区、开采面积、开采深度、煤柱比例、顶板垮落、地质构造、冒落带、裂隙所引起的地层稳定性。②褶皱带、断层、片麻岩风化带、节理、裂缝、岩石质量低等所引起的地层稳定性做了详细的、科学的论证与评价。最后对隧道区各段施工中出现的问题和采取的措施提出了建设性的建议如下：①对煤层冒落带或裂隙带应采取有效治理和防范措施。②对基岩风化带、岩体破碎应采取围岩加固措施。③对褶皱造成岩体破坏和破碎应采用导管注浆锚固等措施加固围岩。④对处于煤层火区内，隧道施工中会受到高温有害气体的危害，应进行钻孔帷幕灌注，密闭火区。⑤对煤层采空区瓦斯气体有可能沿裂隙、裂缝转移或富集应加强监测与防范。⑥对塌陷裂缝应进行分段支护。⑦对地表裂缝应进行灌浆或充填处理等。     

锂霞石应用研究综述

β-锂霞石是自然界中少数具有负膨胀系数的奇特物质之一,同时锂霞石还具有良好的抗热震性、介电性能及红外辐射等特性。将锂霞石与其他材料复合,能制备出具有低膨胀或"零膨胀"的复合材料,以增强材料的体积稳定性,提高材料的使用寿命。因此,锂霞石常被用于制造低或负膨胀陶瓷和微晶玻璃、电气设备、电子元件、器件密封剂的填料、飞机高精密部件、金属基复合材料、湿度传感器敏感材料和锂离子电池固体电解质等。本文根据近年来锂霞石在陶瓷、金属、微晶玻璃以及其他一些领域应用的相关报道文献加以汇总,系统地介绍了锂霞石材料的综合利用现状。     

各向异性损伤对地基承载力影响分析

应用耦合损伤的滑移线法,求解平面应变条件下的极限荷载问题,推导出考虑各向异性损伤的平面应变问题应力场的滑移线解,针对平顶钝角楔体极限荷载的滑移线场进行了详细推导,绘出滑移线场图,推导出极限荷载的公式,分析了各向异性损伤对浅基础极限荷载的影响,即损伤对地基承载力系数Nq影响很大;损伤越大,地基承载力系数Nq值越小,且随着D1,D2的增加,Nq越接近最小值。     

含砂量对水泥土强度影响的试验研究

天然软土尤其三角洲地区的淤泥或淤泥质黏土常含砂,以含细砂或粉细砂为主,系统研究水泥土强度与含砂量的关系,为水泥土性能改良、强度设计及水泥土搅拌法施工提供直接依据。选取珠江三角洲两处典型的淤泥、淤泥质黏土,按天然含水率配制试验用土,掺加不同含量的细砂制成含砂水泥土试件,养护到不同龄期,对其进行无侧限抗压强度试验,得到了水泥土强度与含砂量及其他关联影响因素关系的变化规律。主要结论是：细砂颗粒在水泥土中起到了细骨料的作用,有利于提高水泥土强度;考虑水泥土的含砂量、水土质量比、水泥掺入比和实际水灰比等因素,得到了含砂淤泥水泥土强度估算公式;在不含砂淤泥水泥土中掺入2 %干细砂时其强度约提高25 %,掺入15 %~25 %干细砂则可提高40 %~60 %。     

混凝土开裂对地基板弯矩的影响

当前地基板的配筋设计均按弹性体计算得到的弯矩进行，这在理论上是不合理的，因为地基板是高次超静定问题，地基板开裂后其弯矩会有较大的改变。笔者通过合理模拟地基板裂缝开展过程及土．结构的相互作用，采用非线性有限单元法对地基板进行了分析，着重讨论了不同计算方法及裂缝对地基板弯矩的影响。计算结果表明，按平面问题计算得到的弯矩比按空间问题大40％左右，地基板开裂后弯矩减小，且裂缝越多，弯矩减小越多。     

高速铁路高架线路列车运营对既有线路基的影响研究

为分析高速铁路高架线列车运行对既有线路基影响,建立桥墩-大地-既有线路基有限元模型,结合测试验证模型可靠性,分析不同行车条件对既有线路基应力状态的影响关系,讨论高速铁路轨道平顺性恶化和土体模量降低对既有线路基的影响,预测既有线路基表层累计变形。研究得到,既有线自身列车运行对路基应力状态的影响占主要地位,高速铁路运营对既有线路基应力状态的贡献度很小,不会对既有线路基使用寿命造成明显影响,高速铁路桥墩与既有线距离按限界控制即可满足要求;在轨道平顺性恶化和土体模量降低条件下,高速列车运营引起的既有线路基应力增加不超过0.5 kPa。     

地下室侧墙对筏板基础内力影响的研究

基于弹性薄板理论,用半解析方法分析了考虑地下室侧墙平面外的弯曲以及纵向平面内整体弯曲情况下筏板基础、上部结构与地基的共同作用,与不考虑侧墙影响的计算结果以及实测结果比较表明,考虑地下室侧墙平面外的弯曲以及纵向平面内整体弯曲的结果与实际较接近。在此基础上,分析了侧墙刚度对底板受力的影响,以及底板尺寸变化时侧板刚度对底板受力的影响。     

Limits on the effect of pressure on isotopic fractionation

The equilibrium distribution of oxygen isotopes between calcium carbonate and water was determined at 500°C at pressures from 1 to 20 kbar and at 700°C at pressures of 0.5 and 1 kbar. At both temperatures, the pressure-dependence of the fractionation factor was below the limit of detection. The experimental results are consistent with theoretical estimates of the volume change due to isotope substitution. Application of the theory to silicate systems leads to the conclusion that pressure effects on oxygen isotopic fractionation between silicates are < 0.2% at pressures of tens of kilobars. Thus the observed large variations of O¹⁸/O¹⁶ ratio in kimberlitic eclogites cannot be attributed to the effect of pressure