单轴压缩荷载下闭合裂纹扩展的试验和数值研究     

杨恩光  杨立云  胡桓宁  汪自扬  张飞 《岩土力学》2022,(S1):613-622

岩体内部存在大量的裂隙,由于填充物的存在,在大多数情况下裂纹面是闭合的,受外力作用时会产生摩擦力,进而会影响到岩体裂隙的起裂模式和扩展行为。因此,为了研究闭合裂纹的起裂模式和扩展行为,用类岩石材料PMMA有机玻璃板制成含有闭合裂纹的预裂试样,在试样上进行单轴压缩试验,用数字图像相关系统（digital image correlation,简称DIC）记录并分析了闭合裂纹的起裂和扩展特征。另外,使用扩展有限元法（extended finite element method,简称XFEM）来模拟闭合裂纹的萌生和扩展,通过模拟得到了含闭合裂纹试样的破坏过程,并分析了闭合裂纹的起裂和扩展特征,与试验结果吻合良好,验证了数值模拟的有效性。在此基础上,引入裂纹倾角和裂纹面摩擦系数为变量,模拟研究了其对闭合裂纹起裂和扩展行为的作用机制。研究结果表明,裂纹闭合条件下产生的裂纹为翼型张拉裂纹。裂纹倾角和裂纹面摩擦系数对闭合裂纹的起裂模式和扩展行为有较大影响,裂纹倾角越大,起裂角越大;相反,裂纹面摩擦系数越大,起裂角越小。另外,裂纹面摩擦系数会对闭合裂纹的扩展产生抑制作用,且随着摩擦系数不断增大,抑制作用...  相似文献   

岩石I型裂纹定向扩展规律试验研究     

张东晓  郭伟耀  赵同彬  谷雪斌  陈玏昕 《岩土力学》2022,43(Z2):231-244

为精准获得岩石I型裂纹扩展演化全过程,采用一种简易裂纹定向扩展装置开展了不同岩性试样裂纹扩展试验研究,借助声发射及数字散斑技术对裂纹扩展全过程进行了监测,建立了裂纹定向扩展力学模型,分析了裂纹扩展过程中声发射及变形场的演化规律,提出了评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,探讨了I型裂纹定向起裂扩展机制。结果表明：该简易裂纹定向扩展装置能够有效实现I型裂纹沿预定方向稳定扩展,其起裂角均小于10º,同时通过简化力学模型计算得到白砂岩、灰砂岩的裂纹扩展峰值强度与巴西劈裂抗拉强度相比偏差分别为22.76%、7.53%;根据变形场演化规律,可将裂纹扩展分为微裂隙发育（散斑变形场分区不明显）、主控裂纹孕育（散斑变形场出现分区现象）和主控裂纹扩展3个阶段;声发射演化过程可分为平静期、缓增期、急增期和降低期4个阶段,由于灰砂岩相较于白砂岩质地更致密、更坚硬,导致其声发射平静期长,而后3个阶段持续时间短;将载荷−位移曲线峰前与峰后的面积之比定义为评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,计算得到灰砂岩、白砂岩的CE分别为13～16、1～2,表明CE可有效评价岩石I型裂纹扩展难易程度;岩石I型裂纹起裂扩展机制可概况为：在加载峰值前裂隙尖端受最大拉应力作用,存储的弹性能快速增加、耗散能缓慢增加,但在加载峰值后裂隙尖端存储弹性能超过其储能极限迅速释放,此时输入能大部分转化为耗散能促进主控裂纹快速扩展。后续将对裂纹定向扩展试验装置进一步优化改进,以期为裂纹扩展机制、岩石破坏前兆信息、裂纹止裂原理等研究提供一种新方法,同时为工程现场煤岩层定向爆破、压裂、止裂等相关技术优化提供理论指导。  相似文献   

基于DIC技术的三趾马红土表面干缩裂纹扩展与自愈规律     

祝艳波  刘耀文  郑慧涛  赵丹  丁绮萱  兰恒星 《工程地质学报》2022,30(4):1157-1168

新近系三趾马红土黏粒含量高,失水干燥易开裂形成干缩裂纹。为研究干密度对三趾马红土干燥开裂行为影响,利用自制干燥装置开展压实三趾马红土脱湿试验,并采用数字图像相关(DIC)方法分析其表面干缩裂纹扩展与自愈规律。结果表明:(1)不同初始干密度试样干燥过程中均出现开裂现象,其表面干缩裂纹演化过程可分裂纹萌生、裂纹扩展、裂纹自愈、裂纹稳定4个阶段;小干密度试样表面干缩裂纹网络展布密集均匀,而大干密度试样表面开裂以“宽大稀疏”裂纹为主;(2)试样表面应变场变化能够较好反映试样表面干缩裂纹演化过程,蓝色压应变区代表试样失水整体产生的体积收缩,红色应变条带代表试样表面受拉而产生的干缩裂隙;试样干燥过程表面蓝色压应变区不断扩大,红色拉应变条带区逐渐变小,表明表面裂纹受到试样整体收缩牵拉而产生“自愈”收缩。且干密度越小,试样干缩过程表面红色拉应变网络越密集,干缩裂纹自愈程度越高;(3)试样表面应变场变化表明各等级干缩裂纹均出现自愈现象,但主裂纹的主应变减少量最大,自愈程度最高,对试样整体裂纹自愈起主导作用;试样初始干密度越小,各等级裂纹的峰值应变越大,自愈时的应变缩减量越高,表明试样失水收缩特征越显著。研究成果对进一步揭示压实黏土干燥裂纹的复杂演化过程机理研究提供新参考。  相似文献   

不同发育阶段新月形沙丘表面粒度特征   总被引：1，自引：0，他引：1  

俞祥祥  李生宇  马学喜  贾文茹 《沙漠与绿洲气象(新疆气象)》2019,13(6):111-118

以塔克拉玛干沙漠腹地垄间平地新月形沙丘的4个发育阶段(饼状沙丘(PD)、盾状沙丘(SD)、雏形新月形沙丘(PCD)、新月形沙丘(TCD))为研究对象,对沙丘表面不同地貌部位的沙物质取样并进行粒度分析,以期发现新月形沙丘不同发育阶段表面粒度的变化规律,结果表明:4种沙丘丘顶或临近丘顶处细砂及极细砂含量最小、粒径最粗、分选性最差,向两侧细砂及极细砂含量逐渐增大、粒径逐渐变细、分选逐渐变好。各发育阶段之间沙粒级配、平均粒径、分选系数的变化规律则需区分不同地貌部位。在迎风坡这3者没有较大差异;在背风坡,细砂及极细砂含量、平均粒径、分选系数均随着沙丘的发育而增大。另外,峰度和偏度并不随着新月形沙丘的发育有明显的变化,均属于近对称中等峰态且为单峰。  相似文献   

红富士苹果果面裂纹与气象因子关系   总被引：1，自引：0，他引：1  

裴秀苗  张高斌 《气象科技》2015,43(5):953-957

通过对万荣县1991—2013年红富士苹果果面裂纹情况与同时期的气象资料进行对比分析,运用Excel、SPSS软件分析果面裂纹等级与温度、降水、日照、湿度、降水日数等气象因子的相关关系,寻找影响万荣县红富士苹果裂纹的关键因子,结果表明：8月上旬的日照时数、9月降水量、9月相对湿度和6月降水量等能够影响果面裂纹,其中9月降水、相对湿度、6月降水量与果面裂纹等级呈负相关, 而8月上旬的日照时数与果面裂纹等级呈正相关。  相似文献   

新月形沙丘表面100cm高度内风沙流输沙量垂直分布函数分段拟合   总被引：8，自引：0，他引：8  

韩致文  缑倩倩  杜鹤强  孙家欢 《地理科学》2012,(7):892-897

为研究新月形沙丘表面不同层位风沙流输沙量的垂直分布函数,实测了塔克拉玛干沙漠腹地典型新月形沙丘表面100 cm高度内(以1 cm分隔)的输沙量。分段拟合分析表明:新月形沙丘迎风坡脚输沙量垂直分布规律不完全服从指数函数,出现与戈壁风沙流结构特征相似的"象鼻效应",在0~3 cm区间内输沙量逐渐增大,3cm以上输沙量随高度呈指数函数衰减;沙丘顶部0~10 cm区间输沙量随高度呈指数函数衰减,10 cm以上呈二次函数衰减;沙丘左翼端输沙量随高度呈幂函数分布,沙丘右翼端0~20 cm内以指数函数衰减,20 cm以上呈三次函数衰减;沙丘背风坡脚风沙流输沙量在0~60 cm和60 cm以上分别呈不同形式的三次函数分布。  相似文献   

新月形沙丘形态参数与移动速度的关系   总被引：1，自引：2，他引：1  

李爱敏  韩致文 《中国沙漠》2020,40(1):29-40

在塔克拉玛干沙漠腹地的新月形沙丘演变监测区，运用华测X90 GNSS接收机获取毫米级高时空分辨率三维坐标数据，利用ArcGIS 10.0和CASS 9.0提取新月形沙丘的15个形态参数和移动速度，利用SPSS 21.0对沙丘移动速度与15个形态参数间的数值相关性进行曲线估计分析。结果表明：以移动方向230°为界，沙丘移动速度与移动方向间存在明显的分段线性函数关系；当移动方向为210°~230°时，沙丘移动速度 > 1.5 m/月，移动较快且与主风向NE的下风向方向一致；当移动方向为230°~320°时，沙丘移动速度 ≤ 1.5 m/月，速度较低。沙丘移动速度与沙丘高度之间存在负线性函数关系，沙丘高度每增大1个单位，速度会相应减小2.263个单位，沙丘高度对移动速度的影响较大。移动速度和沙丘走向间存在正的增长函数关系，与沙丘左、右翼走向均呈正线性相关性。研究结果为明确新月形沙丘移动速度的具体影响因素和完善其计算公式提供支持，并对小尺度风沙地貌演变的精确分析有所裨益。  相似文献   

基于准连续介质方法模拟纳米多晶体Ni中裂纹的扩展   总被引：1，自引：0，他引：1  

邵宇飞  王绍青 《海洋学报》2010,32(10):7258-7265

通过准连续介质方法模拟了纳米多晶体Ni中裂纹的扩展过程.模拟结果显示:裂纹尖端的应力场可以导致晶界分解、层错和变形孪晶的形成等塑性形变;在距离裂纹尖端越远的位置,变形孪晶越少;在裂纹尖端附近相同距离处,层错要远多于变形孪晶.这反映了局部应力的变化以及广义平面层错能对变形孪晶的影响.计算了裂纹尖端附近区域原子级局部静水应力的分布.计算结果表明:裂纹前端晶界处容易产生细微空洞,这些空洞附近为张应力集中区,并可能促使裂纹沿着晶界扩展.模拟结果定性地反映了纳米多晶体Ni中的裂纹扩展过程,并与相关实验结果符合得很好  相似文献   

岩石中裂纹孔隙率的实验测定     

刘新美  杨玉荣  耿乃光  刘晓红  郝晋升 《中国地震》2001,17(3):317-321

岩石中的孔隙按形状划分，可以大致分成孔洞和裂纹两类。孔洞的纵横比大，形状近似于球形，它与油气储藏有密切关系。孔洞孔隙度是岩石孔隙度的主要贡献。裂纹纵横比小，形状细长，它所造成的孔隙度是岩石总孔隙度的一小部分。但是岩石中裂纹的存在和裂纹孔隙度的变化，对于岩石的各向异性和S波的分裂有重要的影响。本文利用两类不同形状孔隙对流体静压力的不同响应，利用改变流体静压力的实验对岩石中的裂纹孔隙率进行了测定；实验得到的裂纹孔隙率和岩石裂纹的闭合压力，为了解岩石各向异性、S波分裂以及地壳动力学提供了基础数据。  相似文献   

新月形沙丘迎风坡气流加速模拟   总被引：5，自引：8，他引：5  

李恒鹏  李波  陈广庭 《中国沙漠》2001,21(1):24-27

迎风坡气流加速是决定新月形沙丘发育和形态的动力因子，研究这一加速过程的定量关系有利于认识沙丘的发育、沙丘的形态、沙丘的运动等。通过大量的野外实测数据和前人的理论分析，得出沙丘迎风坡气流加速量主要和沙丘坡度、迎风坡前来流风速以及沙丘高度有关，并建立了新月形沙丘迎风坡气流加速和沙丘形态特征的定量关系。根据这一关系得了在风力较强的风沙环境中，沙丘坡度较小；在风力较弱的风沙环境中，沙丘坡度较陡。地表粗糙度越大，迎风坡坡度越陡。沙丘地貌发育高度存在一上限，这一上限与边界层厚度有关。  相似文献