非均勻性巖石亞臨界裂紋擴(kuò)展速度效應(yīng)理論與試驗(yàn)研究結(jié)題摘要

本項(xiàng)目組根據(jù)申請(qǐng)書(shū)和計(jì)劃書(shū)的研究?jī)?nèi)容及研究進(jìn)度計(jì)劃開(kāi)展研究工作。四年來(lái)，項(xiàng)目執(zhí)行順利，達(dá)到了預(yù)期的研究目的，取得了新的研究成果。 其主要內(nèi)容為：考慮巖石非均勻性特性時(shí)的裂紋亞臨界擴(kuò)展速度效應(yīng)，在理論、試驗(yàn)、數(shù)值模擬與應(yīng)用方面進(jìn)行了研究。通過(guò)非均勻性巖石雙扭試驗(yàn)，測(cè)定松弛曲線，建立了不同方向的裂紋亞臨界擴(kuò)展速度與裂紋擴(kuò)展參數(shù)的關(guān)系，從擴(kuò)展能量出發(fā)研究裂紋擴(kuò)展，確定不同條件下裂紋擴(kuò)展的起裂條件、門(mén)檻值及巖橋貫通方式；通過(guò)核磁共振試驗(yàn)，測(cè)定弛豫時(shí)間，探討內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)成像規(guī)律、孔隙度、孔隙尺寸分布規(guī)律、細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化及損傷累積規(guī)律；通過(guò)巖石斷裂表面微觀形貌試驗(yàn)，建立裂紋亞臨界擴(kuò)展速度與形貌特征參數(shù)的關(guān)系；以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，探討非均勻性巖石亞臨界裂紋擴(kuò)展的機(jī)制，分析非均勻性巖石結(jié)構(gòu)的在不同載荷條件下的應(yīng)力、變形及巖石裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展規(guī)律，確立三個(gè)主軸方向及其彈性參數(shù)，推導(dǎo)非均勻性巖石初始等效柔度張量及裂紋擴(kuò)展引起的附加柔度張量，探討內(nèi)部缺陷的動(dòng)態(tài)損傷演化效應(yīng)，建立非均勻性巖石本構(gòu)模型，確立裂紋快速擴(kuò)展的條件，預(yù)測(cè)裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的極限時(shí)間；結(jié)合具體邊坡工程，進(jìn)行穩(wěn)定性分析及加固措施以檢驗(yàn)其有效性。 研究發(fā)現(xiàn)：各個(gè)節(jié)理傾角下的lgKI –lgV關(guān)系都有很好的線性規(guī)律，斷裂韌度KIC、松弛最大荷載Pmax、單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量均隨層理面傾角的增大呈“U”型變化趨勢(shì)；裂紋擴(kuò)展的極限時(shí)間隨拉應(yīng)力的增加而減小，極限時(shí)間對(duì)節(jié)理傾角的變化的靈敏度不同，拉應(yīng)力越小時(shí)，臨界時(shí)間受節(jié)理傾角的影響越大；分形維數(shù)能較好的表述裂紋擴(kuò)展形成的斷口斷面；核磁共振孔隙度與浸泡時(shí)間成指數(shù)衰減函數(shù)關(guān)系，與單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量成線性關(guān)系。

巖石是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)地質(zhì)作用形成的各種礦物的天然集合體，具有明顯的非均質(zhì)性和各向異性特性。而巖土工程失穩(wěn)表現(xiàn)為典型的時(shí)效漸進(jìn)破壞過(guò)程，探討非均勻性巖石亞臨界裂紋擴(kuò)展速度效應(yīng)勢(shì)在必行。本項(xiàng)目以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究非均勻性巖石在不同載荷條件下裂紋擴(kuò)展的機(jī)制，揭示巖石裂紋擴(kuò)展過(guò)程中內(nèi)部缺陷動(dòng)態(tài)演化過(guò)程及演化機(jī)理，建立巖石的裂紋擴(kuò)展與宏觀破壞之間的關(guān)系；試驗(yàn)研究非均勻性巖石不同應(yīng)力狀態(tài)亞臨界裂紋擴(kuò)展規(guī)律，獲得相應(yīng)的亞臨界裂紋擴(kuò)展時(shí)間相關(guān)參數(shù)；建立非均勻性巖石裂紋亞臨界擴(kuò)展速率方程，確立裂紋擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)方向，建立裂紋亞臨界擴(kuò)展速度與活化能、斷口形貌及破壞模式之間的定量關(guān)系；探討時(shí)間相關(guān)性巖土工程穩(wěn)定性與其力學(xué)性能弱化之間的規(guī)律，預(yù)測(cè)裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的極限時(shí)間；數(shù)值模擬結(jié)構(gòu)在不同條件下的應(yīng)力和變形及非均勻性巖石裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展規(guī)律；將研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程，檢驗(yàn)其有效性。

對(duì)急變流的研究不如漸變流成熟，在理論上尚無(wú)系統(tǒng)的分析方法。對(duì)于邊界條件復(fù)雜的非均勻習(xí)流動(dòng)，可以利用計(jì)算機(jī)和數(shù)值計(jì)算方法對(duì)基本微分方程求解 。2100433B

《巖石流變及其擾動(dòng)效應(yīng)試驗(yàn)研究》系統(tǒng)地介紹了作者最近幾年在巖石流變及其擾動(dòng)效應(yīng)試驗(yàn)研究方面所取得的成果與進(jìn)展。全書(shū)共8章，內(nèi)容主要包括：巖石流變擾動(dòng)效應(yīng)試驗(yàn)儀的研制；巖石單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)與蠕變模型；巖石單軸壓縮蠕變擾動(dòng)試驗(yàn)及其本構(gòu)關(guān)系；巖石三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)；巖石三軸壓縮蠕變擾動(dòng)試驗(yàn)及其本構(gòu)關(guān)系；巖梁彎曲蠕變擾動(dòng)試驗(yàn)等。

《巖石流變及其擾動(dòng)效應(yīng)試驗(yàn)研究》可供巖土工程、采礦工程、工程地質(zhì)和巖石力學(xué)等研究領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、科研工作者及高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生參考。2100433B