Brittle crack growth in rocks

Fracture phenomena in rocks are associated with mainly mode I crack growth, sometimes superposed by shear or torsion. The present paper contributes to a fracture mechanics analysis of mode I and mixed mode crack propagation, by presenting reliable fracture toughness data for some rocks which include the effect of induced crack propagation rate, and the influence of effective pressure, and by numerical calculations on fracture propagation in layered rock formations. Empirical relations between fracture toughness,K _Ic' and induced crack opening displacement rate, as well as effective pressure, are given. The observedK _Ic pressure relation supports a theoretical model which takes into account the existence of microcracks in the crack tip region. Finite element calculations of fracture propagation in layered rock formations demonstrate the important effect of mixed mode crack growth. The numerical approach is particularly applied to single crack growth in hydraulic fracturing and in three point bending tests on layered single edge crack specimens.     

地震现场房屋裂缝宽度快速检测

为快速对地震现场损坏房屋裂缝宽度进行测量,本文提出运用图像处理技术与单个人工正方形标志的方法对裂缝宽度进行测量。基于数字图像处理技术,并利用MATLAB软件的图像处理功能,对拍摄的真实房屋裂缝图像进行灰度化、二值化、图像去噪、目标区域分割标记和像素标定等处理,计算得到图像中裂缝宽度的最大值。通过与实测数据对比,利用本方法获得房屋裂缝检测数据的识别精度为98.11%。结果表明,本文提出的方法可以有效检测房屋裂缝宽度,且获取图像的分辨率越高,裂缝宽度识别的误差越小。本方法可为地震灾害现场调查中的房屋破坏等级评价工作提供依据。     

烟囱模型竖向冲击振动破坏试验研究

本文的目的在 囱模型在竖向冲击振动下的破坏现象与地震破坏现象是否相似。实验结果表明在竖向冲击振动下,烟囱只能产生一首 形宾位置与输入波的频率有关。     

二台活动断裂南段古地震研究及断裂向南扩展问题

二台活动断裂南段全新世期间曾发生过２～３次古地震事件。古地震遗迹具有北多南少，北老南新的现象，与该活动断裂带北老南新的特征一致，显示二台活动断裂的破裂过程有向南扩展的规律     

不同时期水库地震活动主要影响因素讨论以三峡库区微震活动为例

结合微震活动的流体作用强度检测及孔隙压扩散模拟,讨论了三峡库区不同时期微震活动的主要影响因素。以2008年9月蓄水季为界划分前、后期,前期流体渗透导致的孔隙压力增加,使裂隙或断层面强度降低,是库区微震活动的主要影响因素,这一时期微震频次及ETAS模型参数μ值有起伏地缓慢增大,与库水位加卸载过程关系不明显; 后期由于流体渗透引起的孔隙压力变化趋于零,在新的流体平衡条件下,库水位加卸载过程所导致的裂隙或断层面上的应力变化,成为库区微震活动的主要影响因素,这一时期微震频次及μ值显示出与水位变化明显的关联特征。库区小震震源深度的时间变化支持上述观点。在此基础上,进一步讨论了水库“诱发”和水库“触发”地震的力学差异,认为前者主要缘于流体渗透导致的裂隙或断层面强度的“主动”降低,后者则主要与库水加卸载所导致的裂隙或断层面上应力增强有关。进一步推论认为,流体对小地震“诱发”、“触发”皆可能发生,但中强地震缘于流体“诱发”的可能性非常小,对水库区发生的中强地震,流体仅可能对处于临界状态的断层系统起到“触发”作用。     

小金地震的构造破裂特征及破裂条件讨论

1989年、1991年四川西北高原上的小金县两河口地区相继发生了震级分别为5.0级、6.6级和5.0级的三次地震,其后,只有数量很少的余震。在6.6级地震的震中区内发育了一组与北30°西方向的地震断层,地震等烈度线长轴呈近于直交的北50—60°东张扭性地裂缝带。在对震区地震地质,宏观破坏进行实地调查的基础上分析判译了该区航、卫图象后发现,1)该震区的最新构造格架是由北30°西和北50°—60°东的两组相互交叉的断层或线性构造构成的网格状基本构造格局。2)但控制该区地震孕育,迁移和发生的却只是经历过多次构造作用的北30°西方向断层带;3)北50°—60°东向的地裂缝只是追踪同方向的晚期断层或线性构造生成的地裂缝带。因此今后对震区及附近作地震预报,烈度区划及防震、抗震等工作时,应注意的重点仍然是北北西方向的断层带及断层带延伸的端部地区。     

长历时高温干旱对水工混凝土建筑物的影响

水工混凝土在干旱环境下的干缩变形、抗裂性能对水利工程的影响较大,本文采用环境温度、相对湿度的交互作用来模拟高温干旱环境,采用典型工程渡槽和面板混凝土配合比配制试验用混凝土,在不同的温度和相对湿度条件下进行试验,研究了渡槽混凝土、面板混凝土的干缩、力学强度、抗裂特性的发展变化规律,并对已建水工建筑物的混凝土在长历时干旱环境下的干缩变形性能进行了探讨。     

Influence of inclination angles and confining pressures on mechanical behavior of rock materials containing a preexisting crack

To deeply understand the cracking mechanical behavior of brittle rock materials, numerical simulations of a rock specimen containing a single preexisting crack were carried out by the expanded distinct element method (EDEM). Based on the analysis of crack tips and a comparison between stress- and strain-based methods, the strain strength criterion was adopted in the numerical models to simulate the crack initiation and propagation processes under uniaxial and biaxial compression. The simulation results indicated that the crack inclination angle and confining pressure had a great influence on the tensile and shear properties, peak strength, and failure behaviors, which also showed a good agreement with the experimental results. If the specimen was under uniaxial compression, it was found that the initiation stress and peak strength first decreased and then increased with an increasing inclination angle α. Regardless of the size of α, tensile cracks initiated prior to shear cracks. If α was small (such as α ≤ 30°), the tensile cracks dominated the specimen failure, the wing cracks propagated towards the direction of uniaxial compression, and the propagation of shear cracks was inhibited by the high concentration of tensile stress. In contrast, if α was large (such as α ≥ 45°), mixed cracks dominated the specimen failure, and the external loading favored the further propagation of shear cracks. Analyzing the numerical results of the specimen with a 45° inclination angle under biaxial compression, it was revealed that lateral confinement had a significant influence on the initiation sequence and the mechanical properties of new cracks.     

锦屏大理岩真三轴岩爆试验的渐进破坏过程研究

为了查明高储能岩体快速卸荷变形破坏机制,设计了锦屏大理岩岩爆试验,对岩爆试件的宏观破坏特征、声发射过程等进行研究。根据以往真三轴岩爆试验特征进行了全程和非全程试验,记录其过程及声发射特征。对比分析两者的宏观破坏特征,解释了岩爆试验的渐进破坏过程。试验结果表明：在大理岩岩爆试验中,岩石试件的宏观破坏是由表及里的;张性裂纹的出现要早于剪切裂纹,剪切裂纹搭接相邻的张性裂纹（或临空面）形成圈闭,圈闭内的岩石碎块出现剥离或以一定初速度弹射;剪切面上岩粉的存在意味着剪切裂纹萌生扩展过程伴随着大量弹性应变能的释放;与其他的岩爆分类和机制相比,岩爆渐进破坏观点能够较好地解释岩爆机制。     

模拟岩石中裂纹扩展连接的近场动力学方法

脆性岩石材料在压应力作用下常出现两类裂纹：翼型张拉裂纹和次生剪切裂纹。近场动力学是一种新型的无网格数值计算方法。在近场动力学理论中,采用积分形式的控制方程代替微分形式的控制方程使得该数值算法在断裂问题上具有独特的优势。将Mohr-Coulomb准则和最大主应力准则引入非普通“态”基近场动力学理论中,分别用于模拟材料常见的压剪和张拉破坏。这种扩展的非普通“态”基近场动力学可以有效地模拟脆性岩石材料在多种受力状态下的裂纹起裂、扩展和连接问题。通过5个不同的数值算例说明该数值算法在处理脆性岩石材料断裂问题的有效性和准确性。首先,通过模拟含圆孔的弹性板拉伸数值试验说明该数值算法的有效性和准确性。其次,数值模拟了简单三点弯曲试验以及不使用其他外部准则条件下动荷载作用下裂纹的分叉试验,所得结果与其他试验结果或数值结果相吻合,从而验证了该理论的有效性。然后,模拟了包含斜裂纹的巴西圆盘试验,裂纹扩展路径和计算所得的断裂韧度同样吻合于试验结果。最后,模拟了单轴压缩状态下,预制裂纹试样的裂纹扩展和连接问题。将该数值算法与试验结果对比表明,所提出的数值方法可以模拟和预测岩石类材料的张拉和压剪裂纹的起裂、扩展和连接行为。