平面应变状态下岩石剪切带网络数值模拟研究

研究了围压、端面约束、试件高度及界面特性对剪切带网络形成的影响。首先对影响剪切带网络形成的因素（包括试件高度、围压及温度、试件端部轴向应变大小的计算方法的差异）进行了分析。之后采用FLAC 3D对平面剪切带网络进行了数值模拟,其中摩擦角及内聚力为应变软化。探讨了倾向于出现剪切带网络的若干条件。若端面缚束较强且存在一定的侧压力,试件中部出现多重剪切带。若端面缚束较弱,试件端部易于形成剪切带网络,且随试件高度的增加剪切带条数增加。界面法向和切向刚度越大,剪切带穿越断层并按其固有方向延伸能力越强,剪切带网络格局越明显。获得的数值结果可在实验中找到佐证,并且可以用来解释地震中的一些剪切应变局部化现象。     

节理试件单轴压缩下的破碎特征分析

为了研究节理化程度和节理倾角对岩体破碎特征影响,对不同节理化试件在单轴压缩后的破碎体进行了筛分实验。按照单轴压缩后的碎屑粒径分布大小不同,将其分为粗粒、中粒、细粒、微粒4个级别,通过计算碎屑的粒度质量分数、粒度频数、比表面积和分形维数,分析了相同节理层间距不同节理化条件下,随节理倾角的变化,试件的块度分布特征变化规律。结果显示：随着节理倾角的增大,试件的破碎程度均是先减小后增大,β为45°时破碎程度最低,β为0°、30°、90°的破碎程度较高。节理中心距为30 mm时,节理连通率越小,破碎越严重。节理连通率为0.8时,节理中心距越大,破碎越严重。     

足尺钢框架振动台试验及动力弹塑性数值模拟

本文通过有限元分析程序OpenSees对一足尺四层钢框架结构进行静力及动力弹塑性分析,结构构件采用自由度较少的纤维模型模拟。在振动台试验之前,预测足尺钢框架结构连续在小震、中震及大震作用下的响应,将预测分析结果与振动台试验结果进行对比,结果显示该数值模拟方法能很好地反映结构的弹塑性行为及破坏机制,准确预测结构的地震响应及大震下结构倒塌时间。这进一步说明基于纤维模型的整体结构弹塑性分析方法,由于自由度数少,适用于整体结构抗震分析。     

重复剪切作用下泥质充填结构面剪切力学特性试验研究

结构面的力学特性直接关系工程岩体的变形稳定,而充填物对结构面的力学特性存在较大的影响.为了准确地量化充填前后结构面剪切性能的变化,以三峡库区典型库岸边坡节理岩体为研究对象,采用劈裂法制备了人工节理,按照充填度100％进行考虑,设计进行了充填前、后结构面的重复剪切试验.结果表明:(1)基于重复剪切过程中结构面抗剪性能劣化...     

含单一滑面岩石试件滑动过程的模拟实验研究

根据设计的实验装置．对含有单一滑面岩石试件滑动过程进行模拟实验研究，得到了滑动过程、动摩擦阻力系数、阻尼系数等随滑动速度的变化规律，同时测得动摩擦力系数、阻尼系数随压力的变化关系。实验证实在一定的速度范围内，随着滑块的相对滑动速度不断增加，阻尼力反而减小，这种现象就是负阻尼。     

中国大陆岩石标本在高压下的弹性波速的初步研究

对10种岩石的20个试件和1个氯化银试件测得了高压下纵波和横波的速度,其中3个试件的纵波测至20,000公斤/厘米~2。发现压力高于4000公斤/厘米~2以后,速度基本上随压力呈直线变化,但当压力高于10,000公斤/厘米~2时直线的斜率逐级降低。在横波速度测定中,为提高脉冲初至到时的测定精度,在发射和接收端分别加入耦合电路。利用S波波列的多点测量外推方法有效地提高了测量精度。最后对结果作了细致的误差分析。     

单一预制节理试件各向异性力学特性试验研究

节理岩体具有特殊的不连续结构,从而展现出复杂的各向异性力学特性。为了掌握这一复杂力学特性,从理论上分析了单一节理面的力学效应,并通过常规三轴压缩试验研究了单一预制贯通节理试件的各向异性力学特性。结果表明,节理试件的力学特性分为受节理面控制和岩块控制;与完整试件相比,节理试件的力学参数均有不同程度降低,其中弹性模量、抗压强度、黏聚力随节理倾角呈U型分布,最小值均出现在60°倾角节理试件,而内摩擦角与节理倾角呈线性增大关系;随着围压等级升高,不同倾角节理试件弹性模量和抗压强度的最大值与最小值的比值降低,力学性能差异减小。     

岩石试件尺寸对裂纹应力场影响的数值分析

用数值方法和岩石力学实验模拟地震断层的破裂过程时, 模型或试件的尺寸选取不合适将影响断层附近的应力场. 本文利用二维弹性有限元方法, 计算了一个含椭圆孔的岩石试件在不同尺寸下的应力场, 并与相应的无限域椭圆孔问题的解析解进行了比较. 数值分析结果表明, 含椭圆孔的岩石试件在单轴压缩情况下, 其边界效应对内部应力场的影响不容忽视; 试件的临界尺寸长宽比约为3:2, 孔的尖端到边界的距离与孔的长轴的比值约为7.3. 这种数值分析试件尺寸的方法, 不仅可以为岩石力学实验提供理论依据, 同时也为确定数值模拟断层错动等问题中几何模型的大小提供了参考价值.     

镶嵌试件表面位移场的全息显示

用激光全息干涉法研究了在单轴压力下的镶嵌试件的表面形变,显示了离面位移场的可见图象。发现在载荷达到破裂载荷的90%左右时,沿镶嵌边界出现剧烈形变带和宏观裂纹;当岩芯强度低于或等于外围介质强度时,这种剧烈形变带集中在岩芯以外的一侧;当岩芯强度高于外围介质强度时,这种剧烈形变带形成围空图象。镶嵌试件在一定程度上模拟了地壳的横向不均匀结构,观察它的表面形变过程有助于探讨震前地震活动图象的物理含义。     

岩石变形局部化的实验研究

用光弹贴片法、声发射技术和电视录象的方法,研究了山东济南辉长岩试件（15×45×90mm³）。在平面应力状态下,单轴压缩加载的过程中,岩石表面（45×90mm²）的应变场的等差线（即最大剪切应变的等值线）条纹图案的连续变化过程。 在加载到峰值载荷的88％-95％时,高级次的等差线条纹在包含即将发生的断层面的区带中高度集中。变形集中区的主应变差（最大剪切应变）的值比周围介质可高出5-6倍。 变形局部化的趋势比声发射率剧增要早得多。