岩石爆破分形损伤模型研究

在Ｋｕｓ和Ｔｈｏｒｎｅ等人研究基础上,利用分形理论及应用成果提出了一种新的岩石爆破损伤模型。新模型将岩体中各种结构弱面视为初始损伤,并将其分形维数作为岩石性质的主要参量,用损伤能量耗散率及与分形维数的关系表征爆破过程中的岩石损伤演化规律,从而弥补了现有模型未考虑初始损伤影响和将损伤演化归结为体积应变函数的不足。还通过模拟试验等手段验证了新模型的如上观点。     

砼受压损伤的分形描述

本文采用分形几何描述方法,量化地分析了受压砼内部微裂缝的分形维数变化情况,并给出了损伤变量ω与分数维Ｄ间的关系。     

节理岩体断裂的损伤与分形效应

本文在岩石断裂的基础上,利用损伤的概念,建立起岩体断裂能与初始损伤的关系,并借助于岩石断裂能与断裂面分形维数的关系,给出了节理岩体的断裂能与断裂面分形维数之间的关系.本法为直接从岩石的断裂参数推出节理岩体断裂参数,提供了一条简捷的途径.     

岩体施工过程损伤演化预测的时变力学分析

由建立的岩体损伤本构模型，依据时变力学理论对岩体进行不同施工路径下的分步开挖计算，并对施工过程中各点损伤演化历程进行计算机仿真模拟，以预测后续开挖的损伤状态及寻求较优施工步序。理论及算例分析均表明：存在损伤演化时，不同施工步序下岩体终应力位移和损伤状态均不同，设计与施工应进行损伤演化的时变力学分析，以保证施工安全。     

岩石节理面在剪切中表面损伤的分形演化

通过剪切实验，对岩石节理的表面损伤演化进行了研究，探讨了描述节理粗糙面分形维数Ｄ和截距Ａ在剪切过程中的变化规律，提出岩石节理表面损伤的分形演化经验公式．     

大理岩微孔隙演化的分形特征

本文利用压汞技术测定了大理岩随应力变化的微孔隙演化过程,根据孔隙介质的分形模型,计算了大理岩微孔隙演化过程中的分维变化。研究表明：孔隙岩体确实是一个分形结构,孔隙体积分维随外载增加而增大。     

岩石节理面在剪切中表面损伤的分形演化

通过剪切实验,对岩石节理的表面损伤演化进行了研究,探讨了描述节理粗糙面分形维数Ｄ和截距Ａ在剪切过程中的变化规律,提出岩石节理表面损伤的分形演化经验公式．     

分形在爆炸力学中的应用

介绍了分形的一般概念和在爆炸力学中的各种应用，例如弹片的质量分布，落锤试验，金属喷镀，气体放电及地震等。     

节理裂隙岩体损伤力学研究中的若干问题

节理裂隙岩体损伤力学的研究与应用有着很好的发展前景。但作为一种经历并隐含了复杂的应力、变形及损伤历史的地质体,节理裂隙岩体在物理、力学特征上较一般工程材料具有更显著的随机性、特殊性和复杂性,因而,在其损伤力学研究中有不少基本的、重要的问题还没有解决。本文根据笔者近年来的研究体会,列举了该研究领域的若干重要问题,并就其可能的解决途径与发展趋势提出了一些初步的看法。损伤力学,节理岩体,岩体力学,损伤,断裂     

结构化岩体采动裂隙分布规律与分形性实验研究

采动岩体裂隙形成、扩展和分布均十分复杂,而初始结构面的存在使其更加复杂。本文借助相似材料模型实验,模拟了结构化岩体采动裂隙的分布规律,应用分形几何理论研究采动岩体裂隙分布的自相似性。研究表明：具有初始结构面的岩体采动后形成的裂隙网络具有很好的统计自相似分形性质,分形维数可以综合描述采动岩体裂隙化程度,且地表沉陷特征值与分形维数具有明确的数量对应关系。     

单轴下岩石声发射参数的分形特征

通过采集大理岩和红砂岩单轴压缩声发射信号,引入关联分维函数,计算了不同应力水平下的声发射过程时间序列的关联维数,得到了关联分维数与应力水平的变化关系. 结果表明,在同一应力水平下,随着$m$值的增大, AE过程的分形特征越不明显;在不同应力水平下,关联分维数不同,AE过程参数具有不同的自相似和分形程度. 同时发现,声发射过程参数的分形特征具有一定的尺度范围.     

岩土介质的分形孔隙和分形粒子

岩土介质是晶粒状材料,存在大量的孔隙。这些孔隙的存在严重地影响岩土介质的力学、物理和化学性能。大量的研究表明,岩土介质的孔隙几何从原子尺度到晶粒尺寸范围内均表现出分形特征。目前分形几何已被广泛应用来研究岩土的孔隙率,输运特性和渗透性等等。本文从5个方面来讨论岩土介质的分形孔隙和分形粒子:①分形几何简介;②孔隙介质的分形模型;③岩土介质的分形孔隙特性和它们的分形量测方法;④岩土的分形粒子;⑤水土保持估计中的分形毛细管模型。     

初始应力下岩体爆破损伤特性及破裂机理

钻爆法在岩体开挖工程中应用广泛,其工作效率与岩体结构及地质环境密切相关。初始应力会显著影响岩体爆破裂纹的扩展行为及破坏特征,导致深部岩体超/欠挖等问题。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了不同初始应力下岩体的爆破损伤特性及破裂机理。基于弹性力学建立单孔爆破动静组合理论模型,分析了静态应力分布及动态应力演化特征,揭示了初始应力作用下岩体爆破损伤机制。通过经验公式及动态力学试验对Riedel-Hiermaier-Thoma (RHT) 模型参数进行标定与修正,并结合室内爆破实验及理论结果对数值模型进行验证。此外,在单孔爆破数值模型中分析了爆炸压力演化规律、裂纹扩展行为及分形特征,结果表明数值模拟结果可以较好地论证理论模型的合理性。研究发现：环向拉应力是影响爆破裂纹扩展的重要因素,当初始应力较大时,合理调整环向应力分布可改善岩体爆破碎裂效果,实际工程中可结合预裂技术进行地压调控改变应力分布。     

岩体结构要素分形几何研究

本文研究了岩体结构诸要素, 包括结构面形态、结构面厚度、结构面分布、产状分布、孔隙分布颗粒表面形态等的分形表征, 目的是提高岩体结构的定量描述程度, 为岩体工程的定量评价提供新的途径。     

非贯通裂隙岩体损伤演化率相关性及变形特征

含非贯通裂隙岩体是自然界中岩体的主要赋存形式,其裂隙几何特征对岩体的强度及变形均产生显著影响。应变率对岩体的损伤演化及黏滞效应也具有显著的率相关性。首先,运用模型元件的方法,将非贯通裂隙岩体动态破坏过程视为具复合损伤、静态弹性特性、动态黏滞特性的非均质点组成,对黏弹性响应的Maxwell体进行改进,将细观损伤体与裂隙损伤演化的宏观损伤体根据等效应变假设并联组成宏细观复合损伤体,构建综合考虑岩体宏细观缺陷的动态损伤模型;其次,基于断裂力学及应变能理论,对岩体宏观裂隙动态扩展的能量机制进行分析,综合考虑初始裂隙应变能、裂隙动态损伤演化过程应变能、裂隙闭合应变能,得到裂隙岩体宏观动态损伤变量计算公式;最后,将模型计算结果与实验结果进行比较,模型计算结果与实验结果吻合较好,证明了模型的合理性,同时利用模型讨论了裂隙倾角、应变率、岩石性质对岩体变形特征的影响规律。     

充填体声发射分形特征及损伤演化试验研究

为探究不同配比胶结充填体声发射分形特征与损伤演化间的耦合关系,量化分析充填体损伤度,本文开展了胶结充填体试样的单轴压缩声发射试验。通过比对剖析声发射信号分形特征,归纳出各配比充填体的破坏形式,并拟合各破坏类型充填体的声发射累计能率曲线,推导其与应变的耦合关系,借助连续损伤力学及数理统计理论建立基于累计声发射能率的损伤本构方程,并对其进行验证。研究表明,充填体的声发射特征与应力-应变力学响应具有密切联系,其损伤破坏都是从整体无序逐渐向局部有序发展的。随着灰砂比不断减小,充填体的破坏模式逐渐从脆性向延性转化发展。通过试验验证,不同破坏类型充填体分别建立的损伤本构方程准确度较高,可实现充填体的损伤量化计算。     

粗糙表面的分形特征与分形表达研究

得用触针轮廓仪和数据采集系统对磨削和车削表面的粗糙轮廓曲线进行了测量,并就粗糙表面的分形特征作了分析与讨论,同时还提出了粗糙表面的特征粗糙度概念及其定义,并将其用表面粗糙度水平的表述。     

统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变

材料的损伤和破坏是固体力学中一个十分复杂的基本问题,近年来在这方面的研究从不同的角度取得一系列新的进展。本文较系统地介绍了统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变理论,这是把力学与统计物理学及非线性科学结合起来研究材料损伤和破坏问题的一种探索。     

材料损伤断裂中的分形行为

本文概述了分形几何学在材料损伤断裂研究中的应用,指出断裂表面的粗糙程度及不规则性可用分形维数给予很好的定量描述,而且分形维数与材料的断裂韧性密切相关。损伤演化过程与逾渗现象极为相似,临近断裂和破碎时,某些物理量所表现出来的异常行为往往满足一定的标度关系。这方面的深入研究有助于认识断裂过程的复杂性及损伤断裂的物理机理。     

韧性和脆性断裂的分形维数

从理论上证明了文献［２］中提出的韧性和脆性断裂的判据以及它们之间相互转变的机制。