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动力扰动下深部开挖洞室围岩分层断裂破坏机制模型试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究动、静组合加载下深部巷道围岩分区破裂化的机制,在Instron电液伺服材料试验机上对用石膏制作的深部洞室模型进行了动、静组合加载试验。为进一步分析动、静组合加载下深部巷道围岩分层断裂化的力学本质,将动、静组合加载下深部巷道围岩近似视为若干个二维动、静组合加载试样的组合体,并用红砂岩试样进行了二维动、静组合加载试验。试验结果表明,巷道轴向应力为最大主应力且大于一定值时,围岩会发生分层断裂现象;巷道轴向应力为最大主应力且与外部扰动应力叠加达到一定值时,围岩也会发生分层断裂现象;巷道直径越大,在相同的动、静组合加载条件下,更易发生分层断裂现象;相同直径的巷道,在不同的动、静组合加载作用下,巷道围岩分层断裂化程度不同,动、静组合应力叠加值越大,分层断裂化程度越严重;应力状态对试样裂纹扩展及分布方向起着主导作用,试样破裂面一般垂直于最小主应力方向(在最小主应力面内),与最大主应力方向一致;深部巷道围岩存在形成破裂圈的应力状态,这样的应力状态可诱发巷道围岩分区破裂现象的发生。 相似文献
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《岩土力学》2016,(10):2737-2745
基于改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)岩石动静组合加载试验系统,进行了在不同静力轴压条件下受频繁动力扰动作用的动力学试验,研究蛇纹岩在高静载下受频繁冲击扰动过程中的动态变形特性、动态峰值应力和应变、能量变化规律和岩石破坏模式等动力学特性。研究结果表明:高静载条件下受频繁冲击扰动作用时,在动态峰值应力前,动态应力与应变呈正相关关系,而在动态峰值应力后,出现变形回弹和不回弹两种现象;随着动力扰动次数的增加,岩石动态峰值应力减小、动态峰值应变增大、动态变形模量减小、岩石由释放能量向吸收能量方向转化;随着预加静力轴压的增大,单次冲击过程中岩石损伤加剧,岩石破坏需要的扰动冲击次数减少,同时岩石由拉伸破坏模式向压剪破坏模式转变,破坏块度由小变大、均匀度降低。试验结果对揭示深部岩体承受高地应力和频繁开挖爆破等动力扰动作用下的破坏机制具有重要意义,同时为工程实际中通过调整围岩静应力状态和爆破以提高围岩长期稳定性的可行性提供了室内试验支持。 相似文献
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岩石变形破坏过程中渗透率演化规律的试验研究 总被引：7，自引：5，他引：7
利用伺服试验机对灰岩和砂岩进行了应力应变全过程渗透性试验，研究了岩样变形和破坏过程中的轴向应变与渗透率之间的关系，分析了岩样环向应变对渗透率的影响规律，探讨了岩样变形破坏前后渗透压差随时间的变化关系。结果表明，岩样渗透率与应力状态密切相关，渗透率的峰值滞后或超前于应力应变峰值，这与岩石介质本身的特性有关；渗透率-环向应变曲线与渗透率-轴向应变曲线有相同的变化趋势，但岩石环向变形比轴向变形更能灵敏地反映渗透率的演化规律；岩样变形破坏峰值前后的渗透压差与时间均遵循负指数关系。最后对岩石变形破坏过程中的渗透机理作了讨论。 相似文献
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周期性循环载荷作用下岩石声发射规律试验研究 总被引：7，自引：2，他引：5
声发射是岩石等脆性材料内部损伤的伴生现象。在周期性循环载荷作用下通过改变不同应力幅度和不同加载速率对细粒砂岩进行声发射试验研究，探讨了声发射在周期性载荷作用下的声发射规律。研究结果表明，改变上限应力对声发射现象的影响显著，而改变下限应力的影响主要在循环末期，提早了每个循环声发射产生时间；加载速率的增加提高了声发射率，特别是循环过程中主裂纹的形成和扩展阶段，加快了岩石破坏进程；不同应力幅度和加载速率下声发射表现出不同的发展模式，不同模式预示着不同的岩石变形破坏速率。 相似文献
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在单轴循环加载实验中，改变平均应力和正弦波应力振幅的条件下，研究了饱和砂岩的衰减、杨氏模量和泊松比的动态响应。获得随平均应力增大杨氏模量增大，随应力振幅增大应力～应变滞回曲线向应变增大方向移动，随应力振幅减小滞回圈包含在峰值应力的滞回圈内，反映出饱和岩石记忆特性。饱和岩石随应变振幅的增大衰减增大，模量呈线性下降，泊松比呈非线性增大。在低频段，这些物理力学参数的弹性非线性特征，对研究天然地震和储层勘探，以及它们的资料解释具有现实意义。 相似文献
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《岩土力学》2016,(7):1847-1856
为研究三向应力状态下周期荷载对工程岩体长期稳定性的影响,对黄砂岩试样进行了不同围压的常规三轴压缩试验和周期轴向荷载疲劳试验,得到了黄砂岩疲劳破坏的轴向、环向及体积变形特性。试验结果表明:常规三轴轴向周期荷载作用下,黄砂岩疲劳破坏的轴向、环向以及体积变形受到静态应力-应变曲线变形量的控制;疲劳破坏轴向、环向的峰值变形和不可逆变形均符合三阶段倒S型曲线发展演化规律;围压对轴向变形发展规律有一定强化作用,对环向变形发展规律却有所抑制;在疲劳破坏变形过程中,峰值应变ε_(max)具有和不可逆应变ε~p相似的发展规律,弹性应变ε~e在3个阶段基本保持不变,不可逆应变增量Dep的变化规律能够反映3个阶段应变速率的发展演化规律;变形比强度更适合作为岩石疲劳破坏的依据,黄砂岩的疲劳破坏变形特性研究为建立岩石的疲劳破坏力学模型做了基础。 相似文献
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利用MTS815程控伺服岩石力学试验系统，对千枚岩进行不同围压下的三轴压缩试验，研究围压对千枚岩变形破坏特征和能量演化特征的影响。结果表明:在低围压下，千枚岩破坏模式为张-剪复合型破坏，随着围压升高，破坏模式转变为剪切破坏；弹性应变能曲线和耗散能曲线的交点k为能量分界点，k之前表现为能量积聚，k之后表现为能量释放；总能量与轴向应变关系曲线在加载初期呈下凹曲线，能量增速升高，加载后期呈上凸曲线，能量增速降低；特征应力点的总能量和储能的弹性应变能均随围压的增大而增大；围压对岩石内部裂纹扩展和峰后能量释放均有阻碍作用。 相似文献
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不同三轴应力途径下红砂岩力学特性试验研究 总被引：2，自引：1，他引：1
针对大量地下工程(交通隧道、水电站地下厂房等)涉及的不同地应力环境对围岩稳定的控制作用,通过对四川盆地普遍分布的侏罗系红砂岩三轴试验研究,系统分析了红砂岩在三轴加载和卸载应力条件下的变形破坏特征以及强度特性,揭示了红砂岩在不同应力路径下所表现出来的破坏方式以及性质差异,表明加载应力环境下以剪切破坏为主、卸载应力环境下则以拉裂破坏为特点,且前者的破裂角要明显大于后者。同时还明显表现出相同岩石在加、卸载应力环境下强度参数的差异,从强度参数看,红砂岩内聚力C值表现为卸载比加载条件下小,而内摩擦角φ值则刚好相反,表现为卸载比加载条件下大。以高围压(20MPa)卸载下所得强度参数为例,表明卸荷破坏下C值比加载条件下降低22.8%,而φ值比加载条件下提高57.2%,上述数据说明应力环境不同岩石强度参数差异明显,卸荷所导致的岩石强度参数弱化效应非常显著。 相似文献
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应变率对红砂岩渐进破坏过程和特征应力的影响 总被引：6，自引：0，他引：6
为了深入研究脆性岩石的渐进破坏过程,利用RMT-150C型岩石力学试验系统对产自鲁南地区的一种红砂岩进行了系统的力学性质试验研究,得出该类型砂岩试样在不同应变率条件下的力学表现。将试件的渐进破坏过程通过特征应力分为裂纹闭合阶段、线弹性变形阶段、裂纹起裂和稳定扩展阶段以及裂纹不稳定扩展阶段,通过对应力-应变曲线、轴向变形刚度、体积应变曲线和裂纹体积应变等数据的分析,以及采用动点回归技术确定了试样的起裂应力和致损应力,并进一步研究了该类红砂岩的渐进破坏过程及红砂岩峰值强度、起裂应力等参数和应变率之间的关系。试验结果表明,随着应变率的增加,红砂岩试样的峰值强度先降低后提高,起裂应力及致损应力与峰值强度的比值均有所降低。分析了红砂岩峰值强度变化的物理机制并给出了解释,研究了应变率对红砂岩渐进破坏过程的影响。 相似文献
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基于不同围压条件下的红砂岩三轴压缩试验结果，采用数字图像相关技术对岩样外表面破坏形态进行全程观测，获得不同阶段岩样外表面破坏图像，分别对岩样破坏后阶段的图像进行分析。通过分形盒维数表征岩样外表面裂纹的变化情况，发现岩样破坏越严重，裂纹分形维数越高，且在最后破坏阶段裂纹分形维数出现突变，揭示岩样的破坏特征。引入级联失效数学模型，结合红层软岩内部的矿物成分与细观结构分布特点，概化出其结构的随机连接模型与破坏方式，分析红层软岩加载作用下的内部节点颗粒“容量-荷载”重分配原则以及节点颗粒失效后其初始荷载传递路径。结果表明，红层软岩在受载时为一个级联失效的分阶段破坏过程，级联因子通过级联路径不断传播、增多，级联失效越发明显，同时结合岩石破坏的变形损伤过程与其轴向应力-应变曲线分段特征，揭示该类岩石破坏的级联失效分级标准，为拓展该领域的研究具备一定的参考价值。 相似文献
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基于矿井地下水库岩体频繁受到矿震、采动应力等循环荷载扰动这一工程背景,在实验室条件下开展了不同含水率砂岩单轴及循环加卸载试验,采用数字散斑技术,揭示了不同含水率砂岩裂纹扩展及破坏规律,基于电镜扫描微观分析,获得了循环载荷下不同含水砂岩微观劣化机制。试验结果表明：单轴及循环加卸载条件下,随着含水率增大,砂岩峰值强度均逐渐降低。干燥砂岩峰值轴向应变经历初始变形、等速变形、加速变形和失稳破坏4个阶段,含水砂岩经历初始变形、等速变形和失稳破坏3个阶段;随着含水率的增大,对应阶段内峰值轴向应变逐渐减小。通过变形率分析法验证发现,水对砂岩的变形记忆特性并无影响。单轴循环加卸载条件下,砂岩的破坏模式由干燥时的张拉−劈裂破坏逐渐向拉−剪混合破坏过渡,至饱和状态时呈现单一的剪切破坏。电镜扫描结果表明,随含水率增大,破裂结构面逐渐由光滑结构、浑圆状结构、片状结构向完全破碎结构过渡。随着含水率增大,绝对损伤参数不断增大,从侧面反映水岩耦合损伤的正相关性;累计损伤参数累积速率更快,同一循环周次下,累计损伤参数也更大。 相似文献
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Yong-Jie Yang Lu-Yi Xing Hui-Qiang Duan Lei Deng Yan-Chao Xue 《Arabian Journal of Geosciences》2018,11(18):560
The experimental study of fatigue damage to coal under cyclic loading is important for guiding the design of pillars in underground coal mines where the pillars may be affected by repeated mining activity. In this paper, the strength, deformation, energy dissipation, and fatigue of samples of coal from a mine in China are studied using cyclic loading with a servo-controlled rock mechanical test system. The results indicate that coal is more likely to suffer fatigue damage than other, harder, rock lithologies. Under uniaxial cyclic loading, the fatigue failure “threshold value” for the coal samples studied is less than 78% of its uniaxial strength, but there is also a certain amount of fatigue damage when the cyclic loading/unloading experiments are carried out below the threshold value for fatigue failure. Axial deformation during the tests can be divided into three stages: initial deformation, constant steady deformation, and accelerated deformation. Transversal deformation can be divided into two stages: stable deformation and accelerated deformation. During cyclic loading experiments, imminent sample failure is signaled when transversal deformation increases significantly and quickly and the deformation recovers little when the load is removed. With an increasing number of loading/unloading cycles, a graph of energy dissipation per unit volume versus number of cycles presents an L-shaped curve when the coal samples do not suffer fatigue failure. However, for the coal samples that do rupture due to fatigue, the curve is U-shaped. Under cyclic loading, the evolution of compaction, strain hardening, strain softening, and failure of coal can be revealed in great detail by fatigue damage experiments. 相似文献
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断续三裂隙砂岩强度破坏和裂纹扩展特征研究 总被引：4，自引：0，他引：4
利用岩石力学伺服试验机,对尺寸为80 mm×160 mm×30 mm的断续三裂隙砂岩试样进行了单轴压缩试验,研究了岩桥倾角? 2对断续三裂隙砂岩（? = 30°和? 1 = 60°）强度破坏和裂纹扩展特征的影响规律。与完整砂岩试样相比,断续三裂隙砂岩试样应力-应变曲线显示了较多的应力跌落,其峰值强度也呈显著降低趋势,但降低程度与? 2密切相关,随着? 2从75°增加到90°,峰值强度从82.04 MPa 降低到77.82 MPa,而当? 2从90°增加到120°,其峰值强度无明显变化。完整砂岩试样呈现轴向劈裂脆性破坏,而断续三裂隙砂岩试样是由许多从裂隙尖端产生的裂纹扩展与汇合,导致了其失稳破坏。通过照相量测技术,探讨了? 2对断续三裂隙砂岩试样裂纹扩展特征的影响：? 2为75°、90°和105°的断续三裂隙试样中裂隙①、③和②、③之间均出现了贯通,而裂隙①、②之间无任何贯通;? 2为120°的断续三裂隙试样中裂隙①、③和①、②之间均出现了贯通,而②、③之间无任何贯通。最后给出了断续三裂隙砂岩试样宏观变形特性与裂纹扩展过程之间的关系。 相似文献
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循环加、卸载下盐岩变形特性试验研究 总被引：8，自引：2，他引：6
在MTS815 Flex test GT岩石力学试验机上对盐岩进行了单轴循环加、卸载试验研究盐岩的变形特性，试验表明，循环加、卸载强化了变形的线性特征，各级卸载、再加载曲线主要是由直线段组成。随着荷载级别的增高，直线段的变形模量总体上呈现微弱上升的趋势，各级卸载、再加载曲线变形模量的变异系数分别为8.05%和7.45%，可以用各级加、卸载曲线直线段变形模量的平均值来分别表征加、卸载的变形特征。每级卸载曲线的变形模量都要大于再加载曲线的变形模量，卸载的泊松比都要小于再加载的泊松比。与单轴试验相比，卸载和再加载的变形模量都要大于单轴应力应变全过程试验。根据以上分析，得出了简单应力状态下加、卸载本构关系。对各级塑性滞回能进行了计算，发现塑性滞回能随着级别的增高而增高，并对其进行了拟合。分析表明，卸载、再加载变形参数比单轴应力应变全过程试验参数更具有规律性，更能表征盐岩地下工程中的变形特性。 相似文献
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Natural damage such as fissures and pores make the rock microstructure show strong heterogeneity,which influences the failure process and mode. In this paper,the numerical test of freeze-thaw sandstone splitting failure with natural damage was carried out based on CT non-destructive identification technology,combined with digital image processing technology and CASRock numerical simulation software. The analysis of splitting failure mode,deformation localization and crack evolution process of freeze-thaw sandstone with natural damage reveals the failure mechanism of sandstone with natural damage under freeze-thaw and load. The results show that the expansion of primary pores（cracks）and the formation of new pores in sandstone are the main forms of freeze-thaw rock failure evolution. The failure of rock containing natural damage under freeze-thaw and load is related to the degree and distribution of natural damage. The generation of secondary cracks mostly occurs in natural damage-intensive areas. During the loading process,the stress in the localized damage zone is far greater than sandstone’s overall stress,and rock’s failure in the localized damage zone is synchronized with the energy release and stress release in the region. Localized damage reflects the evolution of cracks in rocks and helps to predict the direction of sandstone crack development. The failure mode of rock is related to the number of freeze-thaw cycles. The freeze-thaw cycles make the sandstone with natural damage gradually change from brittle failure to ductile failure,and the change of the overall strength of the rock is a gradual deterioration process. © 2022 Science Press (China). 相似文献