平台巴西劈裂试验确定岩石抗拉强度的理论分析

为了完善平台巴西劈裂试验测定岩石抗拉强度的理论基础,基于二维弹性理论,建立对弦载荷下的平台巴西劈裂力学模型,采用应力场叠加法求得圆盘内的应力近似解析解。该应力理论解与有限元数值解一致,证明理论求解的合理性。在此基础上,对比研究了平台加载角对圆盘内应力大小及应力集中程度的影响,其结果表明：平台加载角越大,圆盘加载处的应力集中程度和压拉应力比都急剧降低,而圆盘内的拉应力值和拉伸区却只有一定程度减小;过大或过小的平台加载角都不利于平台巴西试样发生中心拉伸劈裂破坏,其最优平台加载角在20°~30°之间。最后,依据Griffith强度破坏准则,推得岩石抗拉强度的理论计算公式,其结果与已有抗拉强度经验公式及试验所得抗拉强度相符较好。     

中心裂纹巴西圆盘压缩载荷下T应力研究

为了研究中心裂纹巴西圆盘试件在压缩载荷作用下T应力的解析计算方法,通过权函数法推导出集中载荷作用下T应力的显式表达式,进而得到分布载荷作用下的T应力表达式。与边界配位法进行对比,所得公式优点在于任意相对裂纹长度和任意加载角下的T应力值都能较容易的精确得到。进一步分析表明,分布载荷与集中载荷作用下T应力的偏差随着载荷分布角的增加而增加。集中载荷作用下,相对裂纹长度固定时,T应力随着加载角的增大而增大。中心裂纹巴西圆盘纯I型与纯II型断裂试验时,大多数情况下的T应力都为负值。T应力值对中心裂纹巴西圆盘测定断裂韧度试验有影响,想要通过使T应力为0来消除这种影响是很难达到目的的。     

基于巴西劈裂试验的页岩强度与破坏模式研究

为了研究页岩横观各向同性性质对劈裂强度及破坏模式的影响,对7组不同倾角下的试样进行了巴西劈裂和声发射测试。研究表明：层理的方向对试样的劈裂强度和最终破坏模式有着重要的影响。随着层面倾角 的增加,页岩试样的劈裂强度逐渐减小。在不同倾角下的破坏模式可分为直线形（ 0°、90°）、月牙形（ 15°）和曲弧形（ 30°、45°、60°、75°）。通过分析不同倾角下圆盘中心点沿层理分解得到的正应力和剪应力,当 0°时,试样的破坏方式为基质的拉伸破坏;当 90°时,试样的破坏方式为层理的拉伸破坏,当15° 75°时,试样的破坏为复合型破坏。观察声发射空间累计定位演化分布情况,直线型的声发射点较均匀地分布在试样中轴线的两侧;曲弧型的声发射点在圆盘的一端较密而另一端较稀疏;月牙型则在试样的中部和一端都累积了部分声发射点;分布特征与宏观破坏方式具有相似性。分形维数D可以较好地反映试样的破坏模式,从倒V形的变化趋势可知,直线形试样D值接近于2,而月牙形和曲弧形试样D值介于2.2～2.7。因此,D值越大,说明裂纹的曲率半径越大;相反D值越小,裂纹越趋于一条直线,破裂形态也就越简单。     

基于巴西劈裂试验的砂岩热损伤及声发射特征研究

为了研究高温对砂岩的物理力学性质以及声发射特征的影响,本文针对25～900℃等温度处理后的砂岩开展巴西劈裂试验,同时结合扫描电镜、声发射监测等方法进一步分析了砂岩的抗拉强度、体积膨胀率、质量损失率、P波波速、宏微观破坏特征以及声发射特征等性质的变化情况。研究结果表明：(1)砂岩经高温处理后,质量、P波波速、抗拉强度以及残余抗拉强度均发生不同程度的下降,同时体积也发生膨胀;(2)在200～400℃范围内,抗拉强度大幅度下降,表明砂岩热损伤的阈值温度在这一区间;(3)砂岩的破坏以单一主裂纹破坏为主,且温度越高次生裂纹形成的越少,砂岩的脆性也越显著;(4)扫描电镜的结果显示：砂岩经高温处理后内部孕育有大量的微裂纹与微孔隙,随着温度的升高,裂纹的延伸长度、张开度、密度、连通性以及扩展范围发生变化,导致矿物的完整性下降;(5)不同温度加热后的砂岩声发射特征存在差异并表现出明显的阶段性特征,且温度越高声发射活动趋于平稳,同时声发射事件峰值先于砂岩破坏出现,可利用声发射对砂岩破坏的过程进行有效监测。     

考虑层理影响页岩巴西劈裂及声发射试验研究

基于不同层理角度的页岩巴西劈裂试验,利用高速摄像系统和声发射系统,对页岩力学特性、裂纹扩展及声发射特征的层理效应进行了深入研究。结果表明：（1）页岩巴西劈裂破坏过程可以分为压密、弹性和破坏3个阶段;（2）页岩抗拉强度、劈裂模量和应力峰值时变形的各向异性特征明显,层理角度 30°时,层理效应最为明显, 90°时影响最小;（3） 0°和 15°时试样的裂纹破坏面基本是沿着层理面, 30°时裂纹面交切层理面,与加载基线面重合, 45°～90°的各试样的断裂面呈不同程度的偏离加载基线面,为弧面或曲面;（4） 30°和 45°为破坏机制转化角,其中 30°为沿着层理面压致性张拉开裂转化为交切层理面开裂的转化角, 45°为交切层理面开裂转化为交切层理面且沿着层理面不同程度的剪切滑移开裂的转化角;（5）声发射活动性和能量释放随层理角度的增加而加强,主要因为受层理角度的影响,其破坏机制不同,这也进一步验证了页岩随层理角度的变化,其破坏机制的各向异性。能率峰值与抗拉强度具有很好的线性关系,表明声发射能率峰值能很好地反映岩石抗拉伸破坏的程度。     

花岗岩巴西劈裂试验的矩张量反演研究

为了研究岩石张拉破坏的过程和机制,首先通过模拟计算,验证了加权反演法在进行巴西劈裂试验矩张量求解方面的优越性;其次基于花岗岩的巴西劈裂试验,进行声发射监测、事件定位及矩张量反演,并分析标准反演法和加权反演法对应矩张量结果的差别;使用聚类分析K均值算法对矩张量结果进行分簇研究。研究结果表明：模拟计算中加权反演法可以降低巴西劈裂试验矩张量反演误差;室内花岗岩巴西劈裂试验中,加权反演法较大程度地优化了声发射事件的剪切成分以及压/拉应力轴的分布,使得反演结果更加合理。针对加权反演结果,所有事件可分成3簇,同簇内事件的破裂类型、应力状态、破裂机制、辐射模式等均相近;不同簇中的事件在时空上交叉分布,试验后期在圆盘东?西方向上具有较为明显张拉特性的事件骤增,于圆盘中心附近聚集并占据主导,最终导致试样的宏观破裂。研究结果解释了花岗岩巴西劈裂试验的破裂过程和破裂机制,为岩石力学行为研究提供进一步指导。     

平台巴西圆盘复合型加载下T应力计算法

平台巴西圆盘(CFBD)具有避免加载点处应力集中、保证破坏由预制裂纹尖端处起始的优点,成为研究脆性材料断裂性能的常用试件之一。最近的研究发现,T应力也会影响材料断裂性能,但平台巴西圆盘并没有计算T应力的解析公式。使用解析分析与有限元数值分析相结合的方法,对复合型加载条件下平台巴西圆盘试件的T应力进行了计算,并对误差进行了系统的分析。结果表明,在一定载荷分布角内相对裂纹长度 时,不管是纯I、纯II还是复合型加载条件下平台巴西圆盘计算的T应力都可以用中心裂纹巴西圆盘均布载荷下T应力计算公式来计算;T应力相对误差随着相对裂纹长度的增加而增加。     

用5种圆盘试件的劈裂试验确定岩石断裂韧度

用5种不同形状的圆盘试件测定了大理岩张开型断裂韧度。5种圆盘试件分别为平台巴西圆盘、带有中心圆孔的平台巴西圆盘、人字型切槽巴西圆盘、直切槽巴西圆盘和圆孔切槽平台巴西圆盘。加载模式是对径压缩劈裂。介绍了试件的制作方法,提出了用每种圆盘确定断裂韧度的公式。结果表明,含有切槽圆盘的断裂韧度值在0.78～0.91 MPa•m1/2之间,不含切槽圆盘测得的值在1.01～1.04 MPa•m1/2之间。有3种含有切槽圆盘测得的断裂韧度值比较稳定,其中孔槽式平台巴西圆盘能够制作理想的宽度较小的切槽。     

巴西劈裂法在层状岩体抗拉强度测试中的分析与讨论

为分析巴西圆盘劈裂法在层状岩体抗拉强度试验中的适用性,在以往层状岩体巴西圆盘劈裂试验成果分析基础上,选取层理砂岩为试验对象,设计并进行了考虑不同层理角度的砂岩巴西圆盘劈裂试验。分析结果表明,（1）层状岩体抗拉强度的各向异性特点非常明显,层理角度对各种层状岩体的劈裂抗拉强度的影响规律是基本类似的,只是影响程度不一样;（2）不同层理角度圆盘试样的破裂面形状差别较大,其破坏模式可以归纳为直线型、折线型和弧形型;（3）当层理角度0°＜β＜90°时,破裂面的发展规律不能严格满足巴西圆盘劈裂试验力学理论模型的假定,采用式（1）计算得到的劈裂抗拉强度只能是一个近似的值;（4）当圆盘试样加载线两侧的岩石材料、层理结构对称分布时,加载时圆盘内的应力分布可以较好地满足其理论计算模型,其试验结果比较准确。研究成果可为层状岩体抗拉强度的准确测定提供较好的参考。     

巴西圆盘试验问题与三维抗拉强度准则

巴西圆盘抗拉强度公式是基于弹性力学平面问题解析解,利用最大拉应力准则得到的,但结果与直接拉伸试验得到的强度有较大的差异。根据10种岩石（煤）的直接拉伸试验与弧形劈裂试验数据,分析了弧形加载面积对应圆心角对试样3维应力状态的影响规律,并采用三维抗拉强度准则来分析巴西试样,结果表明此准则更适合于巴西圆盘试验。     

古构造应力场数值模拟方法探讨——以山西省晋城成庄煤矿区为例

从构造模拟目标、构造模型建立、构造模拟三个方面探讨了古构造应力场数值模拟的方法。以山西省晋城成庄煤矿区为例, 根据野外调查和微观构造形迹, 建立平面应力模型和三维地质模型, 确定岩体力学参数、边界条件及岩石破裂准则, 采用大型数值模拟软件ANSYS和FLAC计算, 确定外力的大小及加载顺序。通过分析研究, 揭示了山西晋城成庄煤矿区历史上曾发生先东西向、后南北向的两期大的构造运动, 加载外力为先东西向加载60 MPa, 再南北向加载110~180 MPa, 这个结果能解释多数地表剪节理和3#煤中剪节理同时发生。该分析对矿区的危险性分区及瓦斯突出区的预测具有重要的意义。      

铜陵凤凰山矿田成矿构造应力场模拟研究

本文分析了凤凰山矿田构造复合时序,厘定出D4及D5两期构造变形作用为主要的成岩成矿构造,确定了区内成矿构造应力场的最大剪应力方向为NNE向。在此基础上,建立数值模型,进行同成矿构造应力场的数学模拟。初步得出,矿田内岩体接触带边缘及两侧的韧性剪切带为应力、应变及变形能的异常密集处,在多组构造复合处应力得以调整形成应力低,有利成矿部位必须对应剪应力变化梯度较大处,在此基础上,进行了成矿预测。      

分析拟稳定流径向弥散试验数据的反函数法

将描述拟稳定流径向水动力弥散过程的近似解析解进行反函数变换。以变换后的表达式为基础,建立了具有c-t数据和c-r数据两种情况下的直线方程。该方程的因变量与自变量均为试验数据的函数,直线常数中含有待求弥散参数。经过适当的数据转化,就可以利用线性回归法或直接图解法求出直线常数,从而计算出含水层介质的纵向弥散度al和有效孔隙率n。算例表明,这种方法的计算结果精度令人满意。      

定向流体包裹体群的面状要素与微裂隙成生关系测量法

阐述了定向流体包裹体群的面状要素与微裂隙关系测量方法（FIP法）的研究内容和研究步骤，并简述了该方法在构造、岩浆岩、矿床、沉积盆地油气田、地热等研究领域中的研究实例，指出该方法可适用于以含石英等成岩矿物为研究对象的研究领域，还可对传统的包裹体地球化学方法作出改进和提高。     

岩质圆形隧洞围岩应力场弹塑性新解

鉴于目前隧洞围岩应力场弹塑性分析多采用Mohr-Coulomb准则分析而未能考虑岩石中间主应力的不足,选取米勒试验中第Ⅱ类岩石材料,以具有完整性围岩结构特征的岩质圆形隧洞为研究对象,应用统一强度理论推导出了岩质圆形隧洞围岩应力和塑性区半径等弹塑性理论新解,已有的修正芬纳公式和卡斯特纳公式是本文解在b=0情况下的退化形式。通过分析获得了一些新的认识和结论,对工程实践具有较好的指导意义。     

确定缓倾结构面渗透性参数的现场试验法

本文基于渗流的基本定律出发,考虑到现场试验的可行性,以溪洛渡水电站工程为例,提出了一种确定缓倾结构面渗透性参数的现场试验法。文章首先推导出确定缓倾结构面渗透性参数的计算公式,然后利用风钻对典型结构面单独成孔,作简易注水试验,求出结构面的透水性参数。     

野外电位溶出法测铜新探索

溶液中加入氧化剂（高锰酸钾）,氧化电极表面的金属铜形成铜离子进入溶液中,金属氧化溶出时间与溶液中的金属离子的浓度成正比,峰值与溶出时间成正比,因此峰高与溶液中金属离子浓度成正比,以此测定溶液中铜离子的浓度。     

ANSYS三维地应力场数值模拟方法应用研究

初始地应力场由自重应力场和构造应力场叠加而成,是深部地下工程分析必须考虑的重要因素。针对目前常用的三维地应力场数值模拟方法在维持地应力场分布规律和避免附加位移方面存在的缺陷,进行了ANSYS地应力场模拟方法的比较研究。用java语言编写了针对不同ANSYS版本的初始应力文件合并程序,提出了高版本ANSYS初始应力文件合并的EXCEL简易方法,实现了不需编写任何其他程序、对所有类型单元通用的ANSYS初始应力平衡等效节点反力法,构建了一套实用的ANSYS三维地应力场模拟方法流程。     

层次分析法在工程岩体分类中的应用

层次分析法是一种考虑定性与定量相结合的多目标决策分析方法。岩体工程分类受多种因素影响,本文选用多种因素进行全面的综合分析,建立了由4个层次组成的岩体工程分类层次分析体系,详细介绍了不同层次的判断矩阵的构造及分类过程。实测数据计算结果表明:岩体工程分类层次分析体系简单、适用、系统性强,评价结果真实、有效。     

燕山地区印支期构造应力场的计算分析

在区域构造解析的基础上,作者建立起燕山地区印支期古构造应力场,并利用有限元迭代法进行了构造应力场的数学模拟,取得了较为满意的结果。