THE ZONAL DISINTEGRATION MECHANISM OF SURROUNDING ROCK AROUND DEEP SPHERICAL TUNNELS UNDER HYDROSTATIC PRESSURE CONDITION: A NON-EUCLIDEAN CONTINUUM DAMAGE MODEL

A new non-Euclidean continuum damage model is proposed to investigate the zonal disintegration phenomenon of the surrounding rocks around deep spherical tunnels under hydrostatic pressure condition as well as the total elastic stress field distributions.The elastic stress fields of the surrounding rocks around deep spherical tunnels under hydrostatic pressure condition are obtained.If the elastic stresses of the surrounding rocks satisfy the strength criterion of the deep rock masses,the number,size and location of fractured and nonfractured zones are determined.The efect of physico-mechanical parameters of the surrounding rocks on the zonal disintegration phenomenon is studied and numerical computation is carried out.It is found from numerical results that the number,size and location of fractured and non-fractured zones are sensitive to the physico-mechanical parameters of the surrounding rocks.     

中国东南部中、新生代基性岩荧光光谱与等离子质谱测试结果对比及其地质意义分析

通过对中国东南部中、新生代基性岩类岩石的荧光光谱和等离子体质谱分析结果的对比研究,发现中生代基性岩SiO₂平均含量为±50%,新生代基性岩为±43%,前者属典型基性岩类,后者属超基性岩类。两者在微量元素及稀土元素组成上也有显著差异。中生代基性岩的微量元素和稀土元素标准化配分模式与上陆壳的配分模式相同或相似,而新生代基性岩则与OIB型洋岛玄武岩相同或相似。由此得到的认识是：新生代的基性岩与OIB型洋岛玄武岩一样,均为地幔来源,而中生代的基性岩浆则极有可能来自上陆壳底部,与本区中生代壳内重熔岩浆层的演化有关。     

循环冲击作用下岩石应力应变曲线及应力波特性

利用研制的岩石动静组合加载实验装置进行循环冲击实验,研究了在循环冲击过程中岩石典型的 动态应力应变曲线及反射波和透射波的变化规律。结果表明:岩石在循环冲击过程中的动态应力应变曲线可 分为压密阶段、弹性阶段、内部裂纹扩展的加载阶段、第1卸载阶段和第2卸载阶段等5个阶段。在相同入射 波循环作用下,随着循环次数的增加,岩石的反射波峰值越来越大,反射波峰值出现的时间越来越迟,透射波 峰值越来越小,透射波峰值出现的时间越来越早,表明在循环冲击过程中岩石内部损伤逐渐累积,从而导致抵 抗外部冲击载荷的能力逐渐降低。     

预制裂缝宽度对HCFBD试件确定岩石断裂韧度的影响

为了考察人工预制裂缝宽度对确定岩石断裂韧度的影响,采用大理岩制作了含有不同预制裂缝宽度的中心圆孔裂缝平台巴西圆盘试件(hole-cracked flattened Brazilian disc, HCFBD),在RMT150B试验机上进行试验,对不同预制裂缝宽度圆盘的应力强度因子进行有限元计算,并对测试方法进行了研究。结果表明,采用将预制裂缝宽度视作零宽度裂缝方法确定的断裂韧度值偏低,给出了一种采用最小载荷和最大无量纲应力强度因子确定岩石断裂韧度的新方法,该方法能够消除预制裂缝宽度对圆盘试件测定岩石断裂韧度的影响。     

低密度脆性微流星体撞击航天器防护结构损伤效应研究

采用硅酸盐质弹丸模拟低密度脆性微流星体,开展了航天器典型Whipple 防护结构撞击实验研究,获得了低密度微流星体弹丸损伤模式和损伤规律,实验表明,当弹丸撞击速度在1.1~1.4 km/s,前板损伤模式从花瓣式开裂转变为穿孔,当速度为1.4 km/s 时后板鼓包头上出现裂纹;随着弹丸速度的进一步增加,后板出现剥落现象,并形成花瓣撕裂,当弹丸撞击速度达到1.95 km/s 时后板被击穿,导致防护结构受到破坏.     

金属材料脆性断裂机理的实验研究

材料的脆性断裂有许多准则和模型,但对脆断机理和变化规律缺乏合理的描述,给工程应用带来不便。本文对典型脆性材料球墨铸铁、灰铸铁分别进行了拉扭双轴断裂实验和常规拉伸、扭转破坏实验;对韧性金属材料合金钢进行了单轴拉伸颈缩破坏实验。通过上述实验分析了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的机理特征并选择应力三维度作为应力状态参数描述危险点的应力状态,同时考察了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的主导因素。结果表明:韧性材料45#钢和14CrNiMoV合金钢在颈缩断面心部应力三维度值较大时发生脆性拉断,而在颈缩断面边缘处应力三维度值较小时发生剪断;脆性材料球墨铸铁在应力三维度值为0.0～0.33之间变化时均发生脆性断裂;灰铸铁在应力三维度值大于0.0时发生脆性拉断,而在应力三维度值小于0.0时发生剪断。因此可以认为,材料的细观组织结构和危险点应力状态是影响断裂机理及变化规律的主要因素。对于同种材料,随着应力三维度代数值从小向大变化材料的断裂机制由塑性剪切断裂逐渐转变为脆性断裂。本文通过对几种材料的脆性断裂危险点和断裂方向的研究给出了脆断宏观破坏条件。     

岩石爆破开挖诱发振动的等效模拟方法

岩石爆破开挖过程中爆炸荷载的复杂性、岩石介质模型的多变性、本构方程的多样性、以及群孔爆 破模拟计算工作量巨大等诸多因素使得准确模拟爆破诱发的围岩振动存在较大的困难,鉴于此提出一种等 效数值模拟方法。根据爆破过程炮孔周围岩石破坏范围的空间分布特征,确定群孔起爆条件下爆炸荷载作用 的等效弹性边界;通过分析炸药起爆后炮孔空腔动力膨胀、岩体裂纹扩展、炮孔堵塞物运动以及爆生气体的逸 出,计算了等效边界上沿炮孔轴向变化的爆炸荷载。结合瀑布沟水电站1# 尾水隧洞爆破开挖监测,基于动力 有限元法运用该等效技术模拟了围岩的质点振动速度。数值模拟与现场实测数据的对比表明该等效模拟技 术用于岩石爆破开挖围岩响应的计算是合适的。计算结果同时还显示,等效边界邻近岩体力学参数的选取对 计算结果有重要影响。     

考虑刚性弹弹头形状的混凝土(岩石)靶体侵彻深度半理论分析

基于动力球型空腔膨胀理论和冲击成坑+钻孔区两阶段侵彻模型,以截卵形弹头弹体为例,运 用曲面积分,引入表征弹头形状和弹靶摩擦效应的量纲一系数、质量比和冲击因子,提出了综合考虑弹头形状 变化、成坑区深度、弹靶摩擦阻力的混凝土和岩石靶体的刚性弹垂直侵彻深度的计算公式。该公式在相关参 数取特殊值时,可退化为经典的侵彻深度计算公式。通过与8组不同弹头形状弹体冲击混凝土和岩石靶体的 侵彻实验数据、已有10个(半)经验公式计算结果对比,验证了本文公式的适用性。并结合实验和参数影响分 析,给出了混凝土和岩石靶体的弹靶摩擦系数和与冲击因子相关的不同弹头形状弹体成坑系数的建议值。     

岩体动力变形破坏的层次特性(英文)

岩体具有复杂的内部结构,内部结构对于岩土的力学性质具有决定性的影响.文章从岩体结构层次的角度研究了岩体的动力变形与破坏过程,在松弛模型的框架内研究了变形破坏的空间尺度与应变率之间的关系.讨论了裂纹传播速度与荷载强度之间的关系,研究了岩体变形破坏的层次特性.最后从岩体结构层次角度研究了岩体的破坏准则.研究表明:岩体的动力变形与破坏具有层次特性,这一层次特性依赖于外载的空间与时间特性、岩体的结构层次和岩体变形与破坏过程速度的有限性.时间准则与极限变形准则可以较好地描述岩体的动力破坏.     

Modeling of failure characteristics of rectangular hard rock influenced by sample height-to-width ratios: A finite/discrete element approach

In the present study, a combined finite/element approach is used to analyze failure characteristics of a rectangular hard rock with different sample height-to-width ratios based on the uniaxial compression test. The objective of this paper is to illustrate the transitional mechanisms from shear fracture to extension failure of brittle rocks and the occurrence conditions of surface-parallel slabbing. Numerical results show that failure modes have experienced the shear, tension with shear and surface-parallel slabbing failure with the decrease of sample height-to-width ratios. It is seen from the simulation results that the shear band in larger height-to-width ratios is composed of an amount of extension meso-cracks that are parallel to the loading direction, and the slabbing failure tends to be the result of the accessible propagation of extension meso-cracks due to short sample height, which validate the essence of extension failure in hard rocks. The good agreement between simulation and laboratory testing also shows the practicability and advancement of a combined finite/discrete element approach.