单轴压缩下带圆孔的脆性岩板劈裂破坏研究

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ＳｐｌｉｔｔｉｎｇＣｒａｃｋｓｆｒｏｍＢｒｉｔｔｌｅＲｏｃｋＰｌａｔｅｗｉｔｈＣｉｒｃｕｌａｒＣａｖｉｔｉｅｓ
．
ｕｎｄｅｒＵｎｉａｘｉａｌＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
裂纹的产生及岩板破坏几个阶段。分析了弹性阶段的圆孔四周的应力分布，解释了劈裂裂纹的产生机理，确定了劈裂裂纹产生的位置。通过分析开裂后裂纹尖端应力强度因子的变化规律，发现随着孔径的增大，起裂荷载减小，这个结论与实验结果非常吻合。而对于同一模型随着裂纹的扩展，应力强度因子减小，反映了劈裂裂纹的扩展是稳定的。对于岩石这种内部存在很多微小孔洞或不连续面的材料，通过该模型能从宏观唯像上解释岩石在单轴压
第３６卷第６期２０１７年６月
硅
酸
盐
通
报 பைடு நூலகம்
Ｖｏ１．３６Ｎｏ．６
ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹ
Ｊｕｎｅ．２０１７
单轴压缩下带圆孔的脆性岩板劈裂破坏研究
ｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｓｐｌｉｔｔｉｎｇｃｒａｃｋｓｗｅｒｅｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉ。ｎａＩ．０ｕｎｄｔｈｅｈ。１ｅｓｎｄｍｅｅｈａｎｉｃａ１ｐＩ＿０ｐｅｎｉｅｓ。ｆｔｈｅｂｒｉｔｔｌｅｒｏｃｋｐｌａｔｅ．Ｉｔｉｓ。ｂｔａｉｎｅｄｔｈａｔｃｒａｃｋｉｎｇｌｏａｄｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅａｐｅｒｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｆｔｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｓｐｌｉｔｔｉｎｇｃｒａｃｋｅｘｔｅｎｓｉｏｎｉｓｓｔａｂｌｅｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｃｒａｃｋｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒｉｓｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｗｈｅｎｔｈｅｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｅ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｉ１ｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｏｄｅｌｉｓｃａｐａｂｌｅｏｆｅｘｐｌａｉｎｉｎｇｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｒｏｃｋｗｈｉｃｈｉＳｆｕ１１ｏｆｍｉｃｒｏ．ｈｏｌｅｓａｎｄｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓＳＵｒｆａｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｔｔｌｅｒｏｃｋｐｌａｔｅ；ｓｐｌｉｔｔｉｎｇｃｒａｃｋ；ｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒ；ｉｎｉｔｉａｌｃｒａｃｋｉｎｇｌｏａｄ
缩试验中的劈裂破坏机理。
关键词：脆性岩板；劈裂裂纹；应力强度因子；起裂荷载中图分类号：ＴＵ３７５文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — １６２５（２０１７）０６ — ２００６・－０５
ｇｅｎｅｒａｌｌｙｃｏｎｔａｉｎｓｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｓｅｖｅｒａｌｓｔａｇｅｓ：ｅｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅ，ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｓｐｌｉｔｔｉｎｇｃｒａｃｋｓ，ｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｈｅａｒｍｉｘｅｄｍｏｄｅｃｒａｃｋｓａｎｄｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌ。
邓林，张志敏
（１．黄山学院建筑工程学院，黄山２４５０４１；２．湖南科技大学土木工程学院，湘潭４１１２０１）
摘要：带圆孔的脆性岩板在单轴压缩荷载的作用下，其破坏过程一般经历性阶段，劈裂裂纹的产生与扩展，压剪
２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１２０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒｕ￣ｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｂｒｉｔｔｌｅｒｏｃｋｐｌａｔｅｗｉｔｈＯｓｍ —ｇｌｅｃａｖｉｔｙ
ＤＥＮＧＬｉｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｉ — ａｉｒｎ
（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＨｕａｎｇｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｕａｎｇｓｈａｎ２４５０４１，Ｃｈｉｎａ；

脆性岩石破坏试验研究

试验过程中同时用高倍数码摄像机记录试样的裂纹起裂、扩展及破坏状况。 2.2 试样及加载速率
试样为大岗山水电站花岗岩，有 3 种结构形式： (1) φ 50 mm×100 mm 的标准试样；(2) φ 50 mm× 50 mm 的圆柱试样，用于间接拉伸试验；(3) 含中心圆孔的矩形岩板：60 mm×20 mm×120 mm(长×宽× 高)，圆孔直径为 10 mm。
平台，采用与试验一致的控制条件对带孔岩板进行数值模拟，并与试验结果进行比较。结果表明，数值模拟真实
地反映了岩石变形破坏的全过程，研究成果对研究脆性岩石的破坏以及脆性岩石的岩爆机制具有重要的指导意义。
关键词：岩石力学；带孔岩板；加载速率；破坏；数值仿真；声发射
中图分类号：TU 45
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2009)增 1–2772–06
声发射的实时监测，可以全程记录声发射能量、振铃数及累计数。本文采用声发射能量计数率(简称能率)来分析试样压缩过程中的声发射特性。声发射能率是指单位时间内所观测的全部事件的发射能的总和，与所观测到的事件所在波形的幅度值的平方成正比，反映了声发射的强弱[8，9]。试验时用凡士林将声发射探头黏贴在试样上，并用橡皮筋稍加固定。
Abstract：Uniaxial compressive tests on standard granite specimen and granite plate with circular hole at center are carried out under different loading rates；and the whole process of rock failure is studied and the characteristics of acoustic emission in the process of rock failure are analyzed. The crack initiation and propagation are recorded in the whole course. The following conclusions can be drawn from tests. (1) Rock failure is a reflection of the crack initiation and propagation. The acoustic emission(AE) phenomenon can show the laws of crack initiation and propagation. (2) Under different loading rates，the specimen has different ultimate bearing capacities and failure modes. (3) Based on the test results，a constitutive relation of elastobrittle material with damage is established，and with the implementation of the secondary development of ABAQUS，the model is studied with numerical simulation under the same condition of the test，then the experimental results are compared with those of numerical simulation. The results of simulation calculations truly reflect the full process of rock deformation and failure. The research results play a great role in the strength criteria of rock fracture and rockburst mechanism. Key words：rock mechanics；rock plate with hole；loading rate；failure；numerical simulation；acoustic emission

压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式研究

压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式研究压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式是地震学研究的一个重要研究方面，也是构筑材料研究的一个重要内容。

经过近年来的深入研究，对岩石类断裂模式的研究取得了一些重要突破，但是对压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式进行深入研究尚有待于进一步深入的研究研究。

压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式研究的目的是在于探究岩石类材料在压缩载荷作用下的断裂特征，以熟悉岩石类材料在断裂变形过程中所表现出的特殊断裂形态，从而为控制和优化岩石类材料的压缩变形过程提供重要参考。

研究中首先综述了压缩载荷作用下岩石类断裂模式的形式，提出了该模式的物理本质解释，分析了材料断裂变形过程中失效机制的变化特点，并对断裂模式的数学模拟方法进行了讨论。

在对压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式进行实验分析时，可采用以下实验方法：简单压缩实验、三轴复杂应变实验和室温复合断裂实验。

其中，应使用简单压缩实验来探究材料断裂变形过程中的失效机制及断裂模式；使用三轴复杂应变实验来探究材料断裂的形态特征及断裂发生的温度；使用室温复合断裂实验可探究材料承受压缩复合断裂载荷时的失效类型及变形机制。

此外，压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式研究中还可以通过数学模拟技术，以及采用X射线衍射技术和透射电子显微镜技术等来探究材料在压缩复合断裂载荷作用下变形机制和结构变化。

压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式研究是一项极具挑战的研究方向。

为了取得更多的有益的研究结果，未来有必要进行更多的深入研究，通过更加先进的实验技术和数学模拟技术，以及更加深入和更多的实验室实验，对深入研究压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式，从而为控制和优化岩石类材料的压缩变形过程提供更多有利的参考。

总之，压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式研究还有许多未知，需要更多深入的研究来不断揭示这些机理。

借助实验及数学模拟的技术，对压缩载荷作用下岩石断裂模式的特性进一步加以研究，从而使压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式研究更加深入。

岩石劈裂试验、单轴压缩和直接拉伸变形特性的实验研究

岩石劈裂试验、单轴压缩和直接拉伸变形特性的实验研究众所周知,岩石在大多数情况下承受的是压应力而不是拉应力,因此,在岩石力学工程实践中,岩石变形参数和本构关系都来自于压缩试验。

然而,一些研究者的研究成果已经表明,不少岩石的拉伸模量远小于压缩模量。

对于这类岩石,如果继续沿用仅考虑压缩应力状态或者压缩与拉伸模量相同的岩石力学模型和破坏准则,已不能完全满足实际工程的需要。

这种传统做法将给岩石工程设计和计算带来较大误差。

迄今为止,关于压缩、拉伸和劈裂间的变形规律的研究很少。

压缩与拉伸下的岩石本构关系和破坏准则也很不完善,仅停留在简单的“双线弹性”模型。

解决这些矛盾迫切需要进行压缩、拉伸与劈裂下变形特性的深入研究。

本文利用昆明理工大学自行研制的压-拉转换装置,能够在同一试件上实现压缩与拉伸间循环加载。

通过该测试系统,进行了压缩、拉伸和劈裂的单向和循环加载试验,研究了不同加载方向、不同加载路径、不同岩石种类的单轴和劈裂受载变形特性,并从损伤的角度对岩石的破坏形式进行了描述和分析,进一步刻画了单轴受载作用下岩石的性能劣化过程和演变机制,简要揭示了岩石单轴受载破坏的微观机理。

试验结果发现：大红山岩石劈裂试验条件下压缩变形模量ECP和拉伸变形模量ETP 的数值相差不大,A、B两组岩石ECP与ETP平均值之比分别为1.04和1.02。

两组岩石单轴压缩变形模量EC和直接拉伸变形模量ET的数值也大体相当,EC与ET平均值之比分别为1.024和1.044。

重庆砂岩的试验结果则有很大不同。

劈裂试验所获得的压缩变形模量ECP比拉伸变形模量ETP大得多,ECP与ETP之比在1.96至5.88之间,平均值等于3.16。

单轴压缩变形模量EC也远大于直接拉伸变形模量ET,EC与ET平均值之比为3.276。

由此可知,大红山A、B两组岩石劈裂试验所获得的压缩与拉伸变形模量之比,EPC/ETP和压拉循环加载过程中所获得的压缩与拉伸变形模量平均值之比,EC/ET,在数值上相差不大,分别为1.02、0.97,可以认为是相等的。

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究一、本文概述本文旨在深入研究单轴压缩下岩石损伤演化的细观机理，并探讨其对应的本构模型。

通过对岩石在单轴压缩过程中的微观破坏行为进行详细分析，揭示岩石损伤演化的内在机制，进而建立能够准确描述岩石力学行为的本构模型。

这一研究对于理解岩石的力学特性、预测岩石工程的稳定性和优化岩石工程设计具有重要意义。

在概述部分，本文将首先介绍单轴压缩试验的基本原理和方法，以及其在岩石力学研究中的应用。

随后，将概述岩石损伤演化的基本概念和研究现状，包括岩石损伤演化的定义、分类、影响因素等。

在此基础上，本文将提出研究目的和意义，明确研究内容和方法，并简要介绍论文的结构和主要研究成果。

通过本文的研究，我们期望能够深入理解岩石在单轴压缩下的损伤演化过程，揭示其细观机理，并建立相应的本构模型。

这将有助于我们更好地预测和控制岩石工程的稳定性和安全性，为岩石工程的设计、施工和维护提供科学依据。

二、单轴压缩岩石损伤演化细观机理在单轴压缩条件下，岩石的损伤演化细观机理是一个复杂而关键的科学问题。

单轴压缩是指岩石在单一轴向压力下发生的变形和破坏过程，它是岩石力学中最基本也是最重要的试验手段之一。

在这个过程中，岩石内部的微裂纹、微孔洞等损伤会不断演化，最终导致岩石的宏观破坏。

岩石在单轴压缩过程中，由于其内部存在的非均匀性和初始损伤，会导致应力分布的不均匀。

在应力集中区域，微裂纹会首先产生并扩展。

这些微裂纹的扩展方向往往与最大主应力方向一致，形成所谓的“翼裂纹”。

随着应力的增加，微裂纹会不断扩展、连接，形成宏观裂纹，导致岩石的整体强度降低。

岩石的损伤演化过程中还伴随着能量的耗散和释放。

在微裂纹产生和扩展的过程中，会消耗一部分外部输入的能量，并以热能的形式释放出来。

同时，岩石内部的损伤还会导致其弹性模量、泊松比等力学参数的降低，进一步影响岩石的应力-应变关系。

岩石的损伤演化还受到多种因素的影响，如岩石的矿物成分、颗粒大小、孔隙率、温度、压力等。

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单轴压缩下带圆孔的脆性岩板劈裂破坏研究

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脆性岩石破坏试验研究

压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式研究

岩石劈裂试验、单轴压缩和直接拉伸变形特性的实验研究

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究

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