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岩石损伤检测技术的研究进展 总被引：3，自引：0，他引：3
岩石损伤变量的测定是岩石损伤力学分析研究的基础，岩石损伤理论付诸岩石工程实践必须解决岩石损伤检测的问题。总结当前国内外的岩石损伤检测方法，可将其分为结构分析法和陛能测试法，具体包括扫描电镜分析、计算机断层扫描检测、应力应变测试、声波探测、声发射测试以及红外辐射探测等。在采用不同的测试技术时，必须谨慎考虑损伤与相应物理力学描述之间的耦合关系，尽可能使得所定义的描述能真正反映损伤变量的值。具体应用时应该在符合热力学原理的前提下尽可能选择易于测量且利于分析的损伤变量描述形式及相应的检测技术。 相似文献
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水对岩石的损伤 总被引：22，自引：0，他引：22
康红普 《水文地质工程地质》1994,21(3):39-41
本文首次运用损伤力学理论分析水对岩石强度和变形的影响，并把岩石扩容导致的体积变化引入损伤变量，建立了与应力状态密切相关的岩石水损伤变量的演变方程．实验证明，它能较好地描述岩石水损伤特征． 相似文献
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以红砂岩为研究对象,进行冻融循环、CT扫描及力学特性试验,采用图像处理技术结合遗传算法寻优模型实现了0、5、10、20、40 次冻融循环后 CT 扫描图像的去噪、增强、分割及三维重构处理,通过对同一对象跨尺度的损伤识别与对比研究,建立了基于细观损伤的弹性模量劣化预测公式,并从材料细观结构的物理本质诠释了冻融红砂岩宏观力学行为。结果表明：基于图像最大熵值的遗传算法能够快速精确地选取阈值进行图像分割,实现对岩石细观结构中基质和缺陷的识别;随着冻融次数增加,岩石孔隙率上升、孔隙分维下降,细观尺度上呈现出孔隙扩展、数量增多,但结构复杂程度下降的演化行为;传统方法以有效承载面积、弹性模量为度量基准定义的宏、细观损伤变量未能全面考虑损伤物理机制和材料内部结构信息,宏细观损伤演化曲线差异较大;基于2种物理机制定义细观损伤变量和考虑岩石天然损伤定义宏观损伤变量,实现了损伤的宏-细观结合。最后通过冻融循环过程中细观结构演化与宏观力学响应之间的关系,提出了弹性模量劣化预测公式,并分析冻融砂岩孔隙大小及孔隙结构形态变化在损伤过程中占据的不同主导作用,根据细观结构的物理机制解释宏观砂岩冻融破坏的力学机制。 相似文献
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岩石低周疲劳损伤模型与损伤变量表达方法 总被引：5，自引：3，他引：2
在岩石（体）工程领域,周期荷载作用下岩石的疲劳破坏特性与岩体的长期稳定性密切相关。针对目前对混凝土疲劳损伤研究较多,但对岩石疲劳损伤研究相对较少这一现状,运用损伤力学方法对以累积塑性应变表达的损伤变量进行了分析,指出了目前常用的以累积塑性应变表达的损伤变量表达式存在的理论上的缺点,建立了一种新的岩石疲劳损伤变量表达方法。为研究岩石在疲劳荷载作用下力学性能不断劣化的过程,从连续介质损伤力学的基本理论出发,分析岩石在疲劳荷载下的损伤发展和变形规律,并考虑岩石材料的硬化特性,推导了低周疲劳损伤演化方程,经低周疲劳试验数据分析,所建模型可以较好地反映岩石的疲劳损伤演化规律,可用于岩石在低周疲劳荷载作用下的有限元分析。 相似文献
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考虑体积变化影响的岩石应变软硬化损伤本构模型及参数确定方法 总被引：2，自引：0，他引：2
针对现有岩石损伤模型的局限性与不足,将应力作用下的岩石抽象为空隙、损伤与未损伤材料三部分,以空隙率反映岩石体积或空隙的变化,以损伤变量或损伤因子反映岩石力学性态的改变程度,通过对各部分材料的微观受力及其与宏观应力和应变的关系进行分析,建立了可反映岩石变形过程中体积或空隙变化特性的新型岩石损伤模型;从岩石微元强度合理度量方法研究入手,引进统计损伤理论,建立了可考虑损伤阀值影响的岩石统计损伤演化模型,进而建立了能模拟应变软硬化全过程的岩石统计损伤本构模型,并提出了参数确定方法。该模型不仅能反映岩石应变软硬化特性,而且能反映岩石变形的初期压密和后期扩容的特性。通过实例分析与讨论,表明模型合理与可行。 相似文献
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目前损伤力学已被认为是研究节理岩体力学行为的有效工具,但是在目前的节理岩体损伤变量定义中大多仅考虑节理几何特征而未考虑节理内摩擦角等力学参数,这显然不能很好地反映节理岩体的力学特征。为此,拟推导出一个能够综合考虑节理几何及力学参数的损伤变量（张量）,并由此建立单轴压缩荷载下岩体损伤本构模型。首先,基于断裂力学的由于单个节理存在引起的附加应变能增量与损伤力学的损伤应变能释放量相关联的观点,推导出了含非贯通节理岩体的损伤变量计算公式;其次,根据断裂力学理论对单轴压缩荷载下的单个节理尖端应力强度因子计算方法进行了研究,得出了应力强度因子KⅠ、KⅡ的计算公式;同时考虑多节理间的相互作用给出了单组单排及多排非贯通节理应力强度因子计算公式。最后,利用该模型对含单条非贯通节理的岩体在单轴压缩荷载作用下的峰值强度及损伤变量进行了分析计算。结果表明,当节理倾角小于其内摩擦角时,岩体强度与完整岩石相同,岩体损伤为零,而后随着节理倾角增加,岩体强度、损伤随节理倾角的变化分别呈开口向上及向下的抛物线,当节理倾角约为60°时,岩体损伤最大,强度最低。随着节理长度增加,岩体损伤增加,而随着节理内摩擦角的增加,岩体损伤则减小。 相似文献
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岩石几何损伤模型是建立统计损伤本构模型的重要基础。在岩石变形力学特性基础上对现有岩石几何损伤模型进行了回顾性分析,针对它们难以较好地反映初始损伤特征和峰后变形破坏特征的缺陷与不足,首先,将岩石材料视为由未损伤部分、初始损伤部分和后继损伤部分组成,提出了考虑初始损伤的岩石几何损伤模型;然后,通过探讨Weibull分布参数m和F0对损伤变量变化产生的影响,构建了参数型岩石几何损伤模型,在此基础上建立了应变软化类岩石统计损伤本构模型并进行了修正,给出了模型参数的确定方法;最后,通过模型验证和参数分析表明,修正后模型能够较好地模拟岩石变形破裂全过程,参数l和h对损伤变量变化产生的影响与m和F0等效,解决了现有岩石几何损伤模型存在的共性问题,该模型和方法具有一定的合理性和可行性。 相似文献
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基于西原模型的变参数蠕变方程 总被引：7，自引：2，他引：5
岩石材料的蠕变具有明显的非线性特征,在蠕变模型中考虑蠕变参数随应力、时间等因素而变化是解决非线性蠕变问题的方法之一。试验已经证实,应力、时间及渗流等外部条件会引起岩石某些力学参数的改变,因此,将蠕变参数视为变量符合岩石材料的本质属性。以西原蠕变模型为基础,研究了各蠕变参数与应力及时间的关系。根据试验结果,通过非线性最小二乘法从蠕变试验数据中求出不同应力作用下不同时刻的各个蠕变参数,再根据参数随应力、时间的分布规律经非线性拟合得到各蠕变参数与应力及时间的表达式,进而可得到变参数的蠕变方程。蠕变参数的变化是岩石非线性特征的充分体现,从损伤力学的角度来讲,蠕变参数的变化反映了岩石内部损伤不断加剧、累积,材料特性不断劣化的演变过程。 相似文献
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冻融交替对岩石宏观强度产生弱化。基于冻融循环条件下的压缩试验结果,利用损伤力学研究材料强度特征及损伤演化,建立岩土材料的损伤模型。结果表明:随着循环次数的增加,砂岩的力学强度参数均逐渐减小,抗压强度与弹性模量的降低幅度可以达到49.70%、83.40%,意味着冻融循环对材料力学性质损伤显著;定义岩石综合损伤变量,得到损伤演化特征曲线,基于高斯函数变化特征,构建冻融循环条件下材料损伤本构模型,对比分析试验与模型曲线,发现该模型能够较好地描述试验结果。基于高斯函数的损伤模型能较好地反映材料变形行为特征,研究成果可以为类似本构模型的建立提供参考。 相似文献
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Deformation within the Earth's lithosphere is largely controlled by the rheology of the rock. Fracture and faulting are characterized by elastic rheologies with brittle mechanisms, while folding and flow are characterized by plastic and/or viscous rheologies due to ductile mechanisms. However, it has been recognized that deformation that resembles ductile behavior can be produced within the confines of the brittle lithosphere. Specific examples are folds that form in the shallow crust, steep hinges at subduction zones that are accompanied by seismicity, and large-scale deformation at plate boundaries. In these cases, the brittle lithosphere behaves elastically with fracture and faulting yet produces ductile behavior. In this paper, we attempt to simulate such ductile behavior in elastic materials using continuum damage mechanics. Engineers utilize damage mechanics to model the continuum deformation of brittle materials. We utilize a modified form of damage mechanics that represents a reduction in frictional strength of preexisting fractures and faults. We use this empirical approach to simulate the bending of the lithosphere under the application of a constant moment.We use numerical simulations to obtain elastostatic solutions for plate bending and where the longitudinal stress at a particular node exceeds a yield stress, we apply damage to reduce Young's modulus at the node. Damage is calculated at each time step by a power-law relationship of the ratio of the yield stress to the longitudinal stress and the yield strain to the longitudinal strain. This results in the relaxation of the material due to increasing damage. To test our method, we apply our damage rheology to an infinite plate deforming under a constant bending moment. We simulate a wide range of behaviors from slow relaxation to instantaneous failure, over timescales that span six orders of magnitude. Using this method, stress relaxation produces elastic-perfectly plastic behavior in cases where failure does not occur. For cases of failure, we observe a rapid increase in damage leading to failure, analogous to the acceleration of microcrack formation and acoustic emissions prior to failure. The changes in the rate of damage accumulation in failure cases are similar to the changes in b-values of acoustic emissions observed in triaxial compression tests of fractured rock and b-value changes prior to some large earthquakes. Thus continuum damage mechanics can simulate the phenomenon of ductile behavior due to brittle mechanisms as well as observations of laboratory experiments and seismicity. 相似文献
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中国农业大学低温工程试验研究室刘镜仁同志,在《渠道（沟）衬砌工程冻害治理的新思维及试验研究》一文中,提出了一些与《渠系工程抗冻胀设计规范》ＳＬ２３－９１相左的观点文章有针对性地论述了渠道衬砌中的冻害研究范畴、渠床的冻胀融沉和衬砌体的破坏、允许冻胀位移值与允许残余变形量等问题．并介绍了《渠系工程抗冻胀设计规范》编制中的一些情况 相似文献
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黄土由于特殊的结构性,其变形和强度受到力和水的共同影响,因此对于黄土的力学研究必须同时考虑力和水的作用。根据热力学和连续损伤力学理论以及黄土在加载和增湿作用下的能量转换过程及结构破损过程分析,提出了黄土的损伤变量、加载损伤和增湿损伤的定义以及它们之间关系,并提出由塑性、加载损伤和增湿损伤三部分组成可以考虑加载和增湿作用的黄土弹塑性损伤本构模型的基本构架,为建立黄土的结构性模型提供一种新的思路。 相似文献
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Damage is the key process controlling the behavior of cemented geomaterials, such as structured sand. Damage characterization of structured sand is studied based on granular material mechanics with the aid of discrete element method (DEM) simulation in this paper. Structured sand is viewed as a mixture of remolded and structured parts, whose behavior is defined by the collective responses of unbonded and bonded contacts, respectively. Based on the cross-scale links between macroscopic quantities (stress and strain) and microscopic quantities (contact force, contact position and relative motion of particles), stresses and strains of the two parts are assembled to arrive at the overall stress and strain of structured sand. The weights of the two parts in stress and strain assembling/partitioning emerge naturally as a stress-based static damage variable and a strain-based kinematic damage variable, respectively, which are then evaluated using the DEM simulation results. The static damage variable captures the role of remolded part in load-bearing structure of structured sand, while the kinematic damage variable describes the spatial geometric configuration of the two parts. Both damage variables increase with deviator strain in a sigmoidal pattern. Directional damage indexes indicate that damage is isotropic from the view of kinematic response, but it is anisotropic if examined from static point of view. The degree of anisotropy in static damage is influenced by external stress conditions and internal microstructure anisotropy. This study provides a physically robust and theoretically rigid framework for the development of a micromechanics-based constitutive model of structured sand.
相似文献16.
Due to the insufficiency of the previous damage constitutive model for rock, an improved damage mechanics model for rock is proposed with characterising the crack closure effect. Otherwise, the effective methods of determining the model parameters and crack closure coefficient are proposed. The results represent that the model can reflect the damage evolution of rocks in the deformation process in the crack closure stage and this improved model is more reasonable than the previous model. Crack closure coefficient also has great effect on distribution parameters. The calculation formula of damage energy dissipation rate considered that crack closure effect is derived and the relationships between damage energy dissipation rate and crack closure coefficient are analysed. Crack closure coefficient has great effect on damage dissipation energy rate. Damage energy dissipation rate increases with the decrease of crack closure coefficient and damage energy dissipation rate increases quickly in the post-peak stage. 相似文献
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Applying the statistical damage theory based on the Weibull distribution to describe rock deformation and failure processes is an important development in rock mechanics. The shape parameter of the Weibull distribution, m, determines the basic shape of the distribution curve; additionally, it also represents a physical characteristic which can be applied when constructing rock constitutive models. To study the evolution of m during rock failure when applying the Weibull distribution to rock mechanics, uniaxial cyclic loading tests of shale specimens were conducted and previous rock mechanics experiments under different temperatures and loading rates were reviewed. The results indicate that m varied with the accumulation of damage but was almost constant between the volume expansion point and the peak strength point of each specimen. Combined with previous studies about the accelerated failure behavior of rocks, we conclude that between the volume expansion point and the peak strength point, the mechanical behavior of the rock fracture process did not change significantly. Based on the characteristics of m at different damage stages during the rock failure process, ranges of m values at different damage stages are proposed. The conclusions reached in this study may be used as an important reference for theoretical research on rock mechanics. 相似文献
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水-岩化学作用对岩体变形破坏力学效应研究进展 总被引：45，自引：0，他引：45
水—岩化学作用对岩体变形破坏力学效应的研究涉及力学和化学两方面,也即为地球化学与岩体力学两个研究领域的交叉。针对水化学作用对岩体力学性质的影响机理,较系统地总结了该研究领域中的现状和研究新进展,分析了其研究方法,指出了今后的研究方向和主要研究内容,并认为此方面的研究将在工程地质学中占重要地位。 相似文献
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土石混合体作为一种介于土体与破碎岩体之间的特殊地质材料越来越多地受到工程界及学术界的关注。土石混合体细观结构特性及物理力学特性的深入研究是当今工程建设的需要,也是理论岩土力学、计算岩土力学、试验岩土力学及应用岩土力学发展的必然。在总结国内外有关土石混合体研究现状的基础上,分别从土石混合体的细观结构特征、细观结构模型和细观力学特性3个方面对当前的研究成果进行了概括。在此基础上,总结了土石混合体细观特性研究方面存在的不足,指出开展不同细观尺度的实时加载试验,从不同试验尺度上研究土石混合体的局部变形特征是未来的研究方向; 建立土石混合体细观损伤演化方程和本构方程,加强土石混合体环境依赖性方面的研究,通过细观试验建立土石混合体三维精细结构模型,开展土石混合体开裂方面的仿真计算,加强细宏观力学特征的关系性分析,揭示实时加载条件下内部微结构的演化过程是未来研究的趋势。 相似文献
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反倾层状岩质边坡悬臂梁极限平衡模型研究 总被引：1，自引：0，他引：1
基于悬臂梁理论和运用极限平衡法研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。在国内外研究现状基础上,研究悬臂梁极限平衡分析模型。首先通过野外现象的观测,提出能对反倾层状边坡变形几何空间条件进行分区的“基准面”的概念,再利用“基准面”分析岩层分区破坏模式的力学机制,认为破坏面的形成机制是弯曲拉裂和压缩剪切的共同作用结果,对悬臂梁极限平衡分析模型中的各参数确定给出假设或理论分析,建立了计算模型。以重庆市巫溪县中梁水库硝洞槽-郑家大沟库段反倾岸坡为例,在边坡变形破坏模式识别基础上,应用悬臂梁极限平衡模型理论分析实例,验证该模型的合理性,同时也给出反倾层状边坡悬臂梁极限平衡模型计算步骤,用数值模拟方法验证该分析模型的正确性。模型计算结果表明,破坏区大体分为滑移区、倾倒区和倾倒变形影响区,破坏区大小由坡角、岩层倾角、坡高共同决定,当三者关系（见式（13））大于0时,才存在破坏区,才有可能发生变形破坏。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有理论指导意义和应用价值。 相似文献