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1.
《岩土力学》2021,(4)
总结了对平台巴西劈裂试验平台中心角的研究,归纳总结了抗拉强度计算公式的修正系数k。通过建立两种平台角的三维有限元模型探究试样内应力分布状态,通过对受压直径所在平面及过平台末端的竖直平面的受力分析,发现Griffith等效应力分布规律会随平台角的改变而改变,且在两种平台角下等效应力最大值均出现在平台边缘处。结合三维离散元方法模拟试验中裂纹开展过程,发现微裂纹最早集中于平台末端,但随着荷载的增加致使试样破裂的裂纹起始于试样中部。有限元的力学分析与离散元的破裂过程模拟可很好的相互印证。通过与试验现象对比发现加工精度对裂纹模式有着重要影响,为保证由平台巴西劈裂试验测量岩石抗拉强度的有效性,在试样与试验机之间垫入垫片为较为可行的方法。 相似文献
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《岩土力学》2020,(4)
总结了对平台巴西劈裂试验平台中心角的研究,归纳总结了抗拉强度计算公式的修正系数k。通过建立两种平台角的三维有限元模型探究试样内应力分布状态,通过对受压直径所在平面及过平台末端的竖直平面的受力分析,发现Griffith等效应力分布规律会随平台角的改变而改变,且在两种平台角下等效应力最大值均出现在平台边缘处。结合三维离散元方法模拟试验中裂纹开展过程,发现微裂纹最早集中于平台末端,但随着荷载的增加致使试样破裂的裂纹起始于试样中部。有限元的力学分析与离散元的破裂过程模拟可很好的相互印证。通过与试验现象对比发现加工精度对裂纹模式有着重要影响,为保证由平台巴西劈裂试验测量岩石抗拉强度的有效性,在试样与试验机之间垫入垫片为较为可行的方法。 相似文献
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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。 相似文献
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基于颗粒流程序（particle flow code,PFC）,对不同接触角（2a = 6º～30º）条件下25～1 000 ℃砂岩进行巴西劈裂模拟试验,研究其应力分布和破裂模式,并将巴西劈裂与直接拉伸进行对比。研究表明：（1）巴西劈裂中,面接触加载可以降低端部效应,加载过程中首先在圆盘中部产生拉裂纹,随着荷载的升高,拉裂纹汇集、扩展、贯通。（2）平板点接触巴西劈裂测得的抗拉强度小于直接拉伸强度,其抗拉强度计算公式的修正系数k随温度T的升高线性减小,满足k = −3.303×10−4T+1.468。随着接触角的增大,不同温度处理后巴西圆盘的抗拉强度均呈现出增大的趋势。（3）在2a≥18º时,巴西圆盘可以保证中心起裂;2a = 18º～24º时,圆盘在不同温度下破裂模式稳定;在接触角过大（2a = 30º）时,圆盘在较低温度（≤600 ℃）下会形成倾斜裂纹。（4）结合修正系数和破裂模式分析,推荐接触角为18º～24º时,修正系数在0.802 6～ 0.856 0之间,可以保证所有温度试样中心起裂且破裂模式稳定。 相似文献
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既有的巴西劈裂试验与模拟研究多集中在宏观破坏模式与细观演化规律上,对劈裂渐进过程的能量演化特征的分析较少。结合数字图像相关技术(DIC)与声发射实时监测,开展花岗岩的巴西劈裂实验。首先分析实验过程中,岩石破裂模式与破裂尺度的演化规律。在此基础上,采用颗粒流程序(PFC2D)对劈裂试验过程进行数值模拟,分析实验过程中内部裂纹演化过程的能量特征。试验与数值模拟对比结果表明:加载过程中岩样的损伤变化一共经历了4个阶段,即裂隙压密阶段(Ⅰ)、裂纹萌生阶段(Ⅱ)、裂纹扩展阶段(Ⅲ)、峰后破坏阶段(Ⅳ)。试样在裂隙萌生和裂纹扩展阶段以拉张型微破裂为主,裂纹扩展阶段后期产生剪切型破裂,并在加载直径方向形成大尺度裂纹并贯穿整个圆盘形成宏观破坏;试样在裂隙压密和萌生阶段几乎无耗散能,外力所做功几乎都转为岩体内可释放应变能,在破裂扩展后期应变能快速释放,声发射能量在峰值应力附近时达到最大值,峰后破坏阶段试件的可释放应变能快速减小,能量通过形成大量新裂面被耗散掉。 相似文献
6.
平台中心角对岩石抗拉强度测定影响的数值分析 总被引：1，自引：0，他引：1
岩石抗拉强度是岩石的一个重要力学参数,在测试岩石抗拉强度的平台巴西盘劈裂试验中,平台中心角对测试结果会产生重要影响,但测试中对此角度尚无严格规定,从而造成抗拉强度测试结果有很大的离散性。从细观的角度着手,应用数字图像技术对岩石材料内部不同细观介质的空间分布进行精确测量和数值表达,建立与有限元网格之间的相互映射关系,并引入到原有的岩石破坏过程分析系统RFPA中,建立了能反映岩石非均匀性的平台巴西盘数值模型。通过对花岗岩断面图像进行处理,运用数值模型研究了平台中心角对平台巴西盘轴线应力分布、劈裂破坏模式和抗拉强度测定的影响,确定平台中心角的合理值应在20～30?的范围内,这与试验结果相一致,从机制上进一步分析验证了平台中心角的取值范围,为测试中平台中心角的选取提供了理论依据。 相似文献
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为了揭示水压致裂法和巴西劈裂法测量岩石抗拉强度的关系,开展了理论和现场试验研究。基于经典的水压致裂法理论,推导了不同围压下钻孔破裂压力和抗拉强度。利用断裂力学理论建立了水压致裂法和巴西劈裂法测得抗拉强度的关系。利用预制切槽方法模拟天然裂纹,对水力裂缝的起裂压力进行了研究。结果表明：围压为最大主应力等于3倍最小主应力测得的抗拉强度大于围压为0测得的抗拉强度;水压致裂法和巴西劈裂法测量抗拉强度关系与应力场、裂纹长度、断裂韧度3个变量有关;通过在晋城矿区王台铺矿的预制切槽试验,运用断裂力学建立的抗拉强度计算式更为符合现场实际。研究结果可为坚硬难垮落顶板预制切槽的水力压裂设计提供参考。 相似文献
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邓华锋张小景张恒宾王晨玺杰方景成肖瑶 《岩土力学》2016,(S2):309-315
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。 相似文献
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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。 相似文献
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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。 相似文献
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动载确定方法对岩石动态断裂韧度测试的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
为了考察不同方法确定的动态载荷对测试岩石动态断裂韧度的影响,在SHPB压杆系统上动态冲击直径80 mm的大理岩圆孔裂缝平台巴西圆盘,获得了弹性压杆上的应力波形,间接计算得到3种不同的作用在圆盘端部的动态载荷。将载荷输入ANSYS动态有限元模型中,求得了相应的动态应力强度因子,并根据试验-数值分析方法确定了岩石的动态断裂韧度测试值。结果表明,在加载速率约为4.0×104 MPa•m1/2/s的条件下,采用三波法确定的大理岩的平均动态断裂韧度为 3.92 MPa•m1/2,采用一波法比三波法计算的结果偏低11.22%,采用二波法比三波法计算的结果偏高20.15%,3种方法得到的结果差异较大。应力波在传播过程中,通过圆盘表面和预制裂缝面发生散射,部分能量不断发生释放是造成圆盘试件两端加载载荷不相等的主要原因。三波法是3种方法中比较理想的动态载荷确定方法,但需要考察试件的动态应力平衡性。 相似文献
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M. R. M. Aliha 《Arabian Journal of Geosciences》2014,7(11):4757-4766
Indirect test methods are usually the preferred approach for determining the tensile strength of brittle and quasi-brittle materials such as ceramics, rocks, and concrete. In this paper, the tensile strength of a rock material (Iranian Harsin marble) was obtained indirectly by means of two disc type samples. The test samples were the well-known Brazilian disc and semi-disc specimen under three-point bend loading. Since the existing formula for determining the indirect tensile strength is based on 2-D stress assumption which ignores the effects of specimen thickness, a general 3-D tensile strength formulation was derived for each sample by employing finite element analysis. A series of tensile strength tests were conducted on Harsin white marble using disc and semi-disc specimens with different thicknesses in parallel to finite element analysis. The test results using 3-D formulation showed that the tensile strength of the tested marble depends on the thickness/diameter ratio of the specimen and generally decreases from 11.5 to 7 MPa on increasing the thickness of test samples. The average values of tensile strength were about 8.8 MPa for the Brazilian disc specimen and 9.8 MPa for the semi-disc specimen. The good agreement existing between the results of the two specimens suggests that the semi-disc specimen can also be used for determining the rock tensile strength in addition to using the conventional Brazilian test. 相似文献
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岩石巴西圆盘试验中的空间拉应力分布 总被引：2，自引：0，他引：2
指出目前人们使用了40多年的岩石巴西圆盘试验拉伸强度公式来自二维弹性力学解答,该公式不适用于实际情况所对应的三维弹性力学问题。为了得到三维条件下试样内部的应力分布规律,采用三维有限元分析软件Marc对试样进行了弹性受力分析,结果表明,试样横截面上的拉应力分布规律与二维条件下的情况相类似,但横截面上的应力值沿试样厚度方向是有变化的,越靠近两端面,水平拉应力越大。分析发现,对于高径比为1、泊松比为0.25的巴西圆盘试样,按二维公式计算的抗拉强度比真实值小23.3 % 相似文献
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Summary The Brazilian test is a widely accepted method for the determination of the tensile strength of intact rock. Specifications for the Brazilian tensile strength test have been established by the American Society for Testing and Materials (ASTM), ASTM D 3967-86 and a suggested approach is provided by the International Society for Rock Mechanics (ISRM). The ASTM and ISRM allow a relatively wide range of values for specimen geometry defined in terms of length to diameter ratio and loading rates defined as either time to failure or stress rate.A statistical study was carried out on a coal measure sandstone to determine whether the tensile strength determined by the Brazilian test is independent of the specimen geometry and the stress rate. 相似文献
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胶结颗粒接触力学特性测试装置研制 总被引：5，自引：2，他引：3
为验证天然结构性砂土离散元模拟中接触模型及其参数的合理性,设计了一套用于理想胶结颗粒成型及实现不同加载条件下接触力学特性测试装置。通过胶结颗粒成型装置在两大小相同的铝棒间形成具有特定几何尺寸的胶结物,随后,采用一系列辅助加载装置实现简单及复杂加载条件下胶结颗粒接触力学特性的测试。试验结果表明：该装置可用于胶结颗粒在不同加载条件下接触力学特性的测试,实测胶结颗粒接触力学响应与天然砂土离散元中接触模型基本相符,且其抗剪和抗扭强度均随着法向压力的增大而增大,在三维应力空间中胶结颗粒强度包线呈椭圆抛物面状。 相似文献
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Ausama A. Giwelli Koji Matsuki Kiyotoshi Sakaguchi Akihisa Kizaki 《国际地质力学数值与分析法杂志》2013,37(14):2186-2204
In the direct shear test (DST), an internal moment is distributed within the rock specimen by non‐coaxial shear loads applied to the specimen, which cause non‐uniform distributions of both the traction on the loading planes and the stress and deformation in the specimen. To examine the validity of the DST for a rock fracture and to clarify the effect of specimen height, both the stress and deformation in a fracture in the DST were analyzed for specimens with three different heights using a three‐dimensional finite element method with quadratic joint elements for a fracture model. The constitutive law of the fracture considers the dependence of the non‐linear behavior of closure on shear displacement and that of shear stiffness on normal stress and was implemented in simulation code to give a conceptional fracture with uniform mechanical properties to extract only the effect of non‐uniform traction on the stress and deformation in the fracture. The results showed that both normal and shear stresses are concentrated near the end edges of the fracture, and these stress concentrations decrease with a decrease in the specimen height according to the magnitude of the moment produced by the non‐coaxial shear loads. Furthermore, although closure is greater near the end edges of the fracture, where normal stress is concentrated, this concentration of closure is not so significant within the range of this study because of the non‐linear behavior of closure, that is, closure does not significantly increase with an increase in normal stress at large normal stresses. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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Equivalent continuum strain calculations based on 3D particle kinematic measurements of sand 
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下载免费PDF全文 Siavash Amirrahmat Khalid A. Alshibli Maha F. Jarrar Boning Zhang Richard A. Regueiro 《国际地质力学数值与分析法杂志》2018,42(8):999-1015
Constitutive modeling of granular materials has been a subject of extensive research for many years. While the calculation of the Cauchy stress tensor using the discrete element method has been well established in the literature, the formulation and interpretation of the strain tensor are not as well documented. According to Bagi, 1 researchers mostly adopt well‐known continuum or discrete microstructural approaches to calculate strains within granular materials. However, neither of the 2 approaches can fully capture the behavior of granular materials. They are considered complementary to each other where each has its own strengths and limitations in solving granular‐mechanics problems. Zhang and Regueiro 2 proposed an equivalent continuum approach to calculating finite strain measures at the local level in granular materials subjected to large deformations. They used three‐dimensional discrete element method results to compare the proposed strains measures. This paper presents an experimental application of the Zhang and Regueiro 2 approach using three‐dimensional synchrotron microcomputed tomography images of a sheared Ottawa sand specimen. Invariant Eulerian finite strain measures were calculated for representative element volumes within the specimen. The spatial maps of Eulerian octahedral shear and volumetric strain were used to identify zones of intense shearing within the specimen and compared well with maps of incremental particle translation and rotation for the same specimen. The local Eulerian volumetric strain was compared to the global volumetric strains, which also can be considered as an averaging of all local Eulerian volumetric strains. 相似文献
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This paper presents a boundary element method (BEM) procedure for a linear elastic fracture mechanics analysis in two‐dimensional anisotropic bimaterials. In this formulation, a displacement integral equation is only collocated on the uncracked boundary, and a traction integral equation is only collocated on one side of the crack surface. A fundamental solution (Green's function) for anisotropic bimaterials is also derived and implemented into the boundary integral formulation so that except for the interfacial crack part, the discretization along the interface can be avoided. A special crack‐tip element is introduced to capture the exact crack‐tip behavior. A computer program using FORTRAN has been developed to effectively calculate the stress intensity factors of an anisotropic bimaterial. This BEM program has been verified to have a good accuracy with previous studies. In addition, a central cracked bimaterial Brazilian specimen constituting cement and gypsum is prepared to conduct the Brazilian test under diametral loading. The result shows that the numerical analysis can predict relatively well the direction of crack initiation and the path of crack propagation. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献