3D-DIC系统在岩石力学试验中的应用

介绍了全场3D-DIC系统,在试样周围均匀布置三组3D采集元,利用散斑图像的采集,尽可能在较大范围内捕捉试样表面的变形并进行分析。为了验证3D-DIC系统测量结果的可靠性,以江持安山岩为试验材料,进行了单轴压缩条件下的恒定应变速率和交替应变速率试验。通过3D-DIC系统的测量结果与应变片测量结果的对比发现,两者吻合度较好,表明3D-DIC系统能够满足岩石力学试验非接触式、可视化变形测量的需求。另外以田下凝灰岩为试验材料,通过图像分析得到了加载过程中岩石表面的全场变形信息,发现岩石变形的不均匀性和应变局部化现象,表明利用3D-DIC系统对岩石破裂过程变形测量比传统变形测量方法更具有优越性,为岩石力学试验研究提供了一种新的、便捷的测试方法。     

考虑超固结效应的不同温度路径下饱和粉质黏土的热固结

通过室内试验,研究了超固结比OCR对不同温度路径下中空圆柱饱和粉质黏土热固结特性的影响。研究表明,同一升温过程、不同超固结比试样所产生的最大孔压基本相同,但在相同的降温过程中,随着OCR的增大,产生的负孔压的绝对值有增大的趋势;升温或降温过程产生的体应变随着OCR的增大而减小,呈指数形式变化,并且温度幅度越大,这种变化幅度也越大;经过升温-降温过程后的最终体应变也随着OCR的增大而减小;升温或降温到同一温度值,其过程设置的温度等级越多,固结体应变也越大,并且随着OCR的增大,不同等级之间的体应变差值减小,而OCR对不同等级升温-降温后的最终体应变间的差值影响较小。     

空心包体应变计地应力分量计算方法及应用

为进一步改进和完善空心包体应变计地应力计算方法,基于地应力现场实测过程中空心包体应变计的安装方式,采用线性参数的最小二乘拟合方法对地应力分量计算公式进行了推导,得出了6个地应力分量的改进算法及其标准误差的计算公式。采用实现完全温度补偿并考虑岩体非线性的地应力测量技术,对弓长岭井下矿-160、-220、-280 m 3个水平3个测点进行了地应力现场实测,得到了3组孔壁应变数据。分别使用常规算法和改进算法对3个测点的地应力分量进行计算并分析其标准误差。结果表明：采用改进算法计算得到的地应力分量其标准误差普遍小于常规算法计算地应力分量产生的标准误差,说明改进算法比常规算法具有更高的可靠度。在此基础上,对弓长岭井下矿地应力赋存规律进行了研究。结果显示：矿区地应力场以水平构造应力为主导,最大水平主应力的走向总体上为南东东-北西西方向,最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力均随深度呈增长关系。     

弹塑性耦合应变定义与本构方程

岩石屈服之后,弹性参数随塑性变形而变化,即岩石具有弹塑性耦合特征。在弹塑性耦合框架和现有应变分类、定义、本构方程研究的基础上,主要做了以下工作：结合岩石压缩试验,从损伤和塑性变形角度分析了弹性参数随塑性演化的现象;重点研究了加载增量步的应变特征,将与加载应力增量对应的应变增量分解为符合广义Hooke定律的弹性应变增量 、不符合广义Hooke定律的弹性应变增量 和塑性应变增量 ;通过采用加载增量步之后的弹性参数将 与 构造弹性关系,分别在应变空间和应力空间中建立了适用于加载、中性变载和卸载条件的本构方程;对表征物质微观结构变化的内变量进行了讨论。所提出的应变分类和定义方法概念清晰,适合于应变强化阶段和应变软化阶段,且所建立的弹塑性耦合本构方程能够反映不同加载条件对弹性参数变化速率的影响,符合岩石的弹塑性耦合力学特性。     

页岩单轴压缩应力-应变特征及能量各向异性

层理对页岩力学性质和应变能的积聚和耗散具有重要影响,以不同层理面角度下龙马溪组页岩为研究对象,开展电镜扫描试验和单轴压缩试验,研究起裂、扩容和峰值特征点的应力-应变、弹性模量和泊松比的各向异性特征,分析其页岩变形破坏过程中输入应变能、可释放弹性应变能和耗散应变能的变化规律,揭示输入应变能与层理面角度和抗压强度的关系。结果表明：龙马溪组页岩脆性矿物含量达到72.58%,微观结构各向异性明显;随层理面角度增加,起裂、扩容和峰值特征点的应力和应变都先减少后增大,在 30°时均达到一个最低值,总体上呈现两边高、中间低的U型变化规律;随层理面角度增加,起裂、扩容和峰值特征点的输入应变能、可释放弹性应变能和耗散应变能也先减少后增大,在 30°时均达到一个最低值;各特征点的应力、应变和应变能各向异性敏感性明显,0°≤ ≤30°和30°≤ ≤60°内各向异性的敏感性大于60°≤ ≤90°;起裂应力和扩容应力均与峰值应力呈线性相关,同时峰值应变能与抗压强度存在相应的二次非线性关系,这为页岩气钻井、储层压裂改造和井壁稳定性预测预警提供了根据和参考。     

泥皮存在时防渗墙与复合土工膜联接型式模型试验

防渗墙与复合土工膜联合作为防渗体系已广泛用于围堰工程,但变形不协调易导致联接部位处土工膜的破坏。通过某围堰工程复合土工膜与防渗墙联接部位离心模型试验,模拟防渗墙泥皮及其厚度、堰体填料的沉降变形等,研究不同联接方式时复合土工膜应变的变化规律。试验结果表明：当联接部位处土工膜水平铺设时,土工膜紧靠防渗墙的部位尤其是泥皮范围以内将产生较大应变,当防渗墙与周围堰体的差异变形达到一定量时,土工膜产生拉裂破坏;当土工膜先竖向抬高一段距离后再水平铺设,水平铺设段的土工膜应变明显减小,且随着与防渗墙的距离越远,土工膜应变越小。防渗墙泥皮的存在可有效缓解土工膜局部受力。     

光纤光栅传感技术在GFRP抗浮锚杆现场拉拔试验中的应用

光纤测试技术是将光纤布拉格光栅（FBG）传感器用光纤连成一串,通过构建多点光栅测试系统实现传感,它具有精度高、抗干扰能力强、空间分辨率高和连续数据采集等特点。将光纤光栅传感技术应用到原型玻璃纤维增强复合材料（GFRP）抗浮锚杆受力测试中,同步测试了锚杆杆体-锚固体界面、锚固体-周围岩土体界面以及锚固体内的应变,实现GFRP抗浮锚杆多界面全长受力测试。测试结果表明,光纤光栅传感技术能准确记录拉拔过程中GFRP抗浮锚杆各界面的应变变化,揭示锚杆杆体-锚固体界面、锚固体内、锚固体-周围岩土体界面的轴向应力和剪应力分别随荷载水平和锚固深度变化的分布规律,但不同界面处荷载的传递深度和剪应力沿深度的影响范围有所差异。该测试技术和传感器埋设工艺有众多优势,在岩土工程科学研究与工程应用领域具有广阔的前景。     

深部洞室开挖卸荷分区破裂机制的动力分析

随着地下工程开挖深度的增加,深部岩体将处于高应力和复杂的地质环境中,产生与浅埋洞室破坏模式迥异的分区破裂现象。深部洞室在动力卸荷作用下,基于应变梯度理论和损伤软化模型,建立了弹塑性损伤软化动力模型,推导了含有应变梯度项的运动方程、平衡方程和边界条件,提出相应的破坏判据,采用Runge-Kutta方法和Matlab数值软件求得不同卸载时刻围岩附加位移场、应力场和开挖后围岩总位移场、应力场,得到深部洞室围岩分区破裂的动态形成过程和发展规律。由理论计算值与地质力学模型试验实测值对比分析得知,围岩的径向位移、径向应力和切向应力出现波峰和波谷交替振荡的变化规律,理论计算得到的破裂区和非破裂区的宽度和数量与试验实测值有很好的一致性,证实了该模型分析分区破裂现象的适用性,对以后深部地下工程围岩变形破坏和支护设计提供理论支持。     

沁水盆地煤样静水压力下渗透率实验及模型分析

为研究沁水盆地煤样渗透率演化规律,构建了煤样渗透率测定的瞬态压力脉冲法实验装置,使用N2和CO2在实验室开展了3种试验条件的渗透率测定,应用Connell模型对实验结果进行分析,并讨论了模型预测值和实验值之间差别的原因。结果表明,（1）在恒定孔压变围压条件下渗透率随有效应力增大而减小;在等有效应力条件下,渗透率随孔压增大而减少;在恒定围压变孔压条件下,随孔压增大,渗透率呈先减小后变大的趋势。（2）运用Connell模型预测的恒定围压变孔压条件的渗透率值大于实验值,原因可能是由于裂隙压缩性系数和吸附应变系数存在估计误差。通过开展实验室渗透率实验和模型分析,对指导实验室内二氧化碳封存和气体驱替实验及其模拟研究具有借鉴意义。     

地震成因综述

本文从地质、地球物理、地球化学和能量等方面分析了地震的成因。源于地核地幔的流体携带大量热能,为岩浆起源、地震形成和地热田提供了充足的能量,然而岩石聚集的应变能不足以产生中等以上的地震。大地震(M≥6.0)绝大部分分布在海沟、火山岛弧和大陆裂谷带等拉张性构造带,如环太平洋海沟、东印度洋海沟、大洋中脊、非洲裂谷、地中海-黑海-里海-波斯湾、欧亚大陆中部的伊塞克湖-阿拉湖-乌布苏湖-库苏古尔湖-贝加尔湖裂谷。流体在地球深部物质运动、地壳运动、地震和火山活动中扮演着重要作用。全球到处发育的隐爆角砾岩表明隐爆作用的普遍性。深部流体向上运移、向地表逃逸的过程中发生爆炸,在地球内部产生了不同震级和震源深度的地震。因此,隐爆应该是产生地震的主要机制。地震成因的隐爆模型不仅能够更好地解释不连续、各向异性的非弹性介质中发生的各类地震,譬如中深源震、震群、慢地震和非双力偶性地震等,而且能够更好地诠释全球地震、火山和地热带在空间上的吻合以及隐爆角砾岩型矿藏的形成。