吻合度对节理力学特性影响的细观数值试验

岩石节理经过侵蚀、风化及工程扰动等影响后,节理面往往会呈现出不吻合特征,现有关于节理力学性质的研究均是基于Barton公式考虑节理粗糙度系数的完全吻合岩石节理,对不吻合节理还未系统深入研究,本文试图从细观力学角度研究吻合度对节理力学性质的影响规律。首先通过RIEGL LMS-Z420i三维激光扫描仪现场采集节理面起伏状态,以采集的起伏状态为骨架,采用分形插值函数构造节理面的细观几何形态,通过上、下节理面的水平错位移动来描述节理的吻合度;其次,从节理面凸凹点的细观变形出发,提出这些凸凹点集群化后表现出的宏观力学特征及其数值模拟方法,基于此方法,系统地研究吻合度对节理力学性质的影响规律,并通过试验验证该模拟方法的可靠性。研究表明节理的峰值剪切强度与节理粗糙度和吻合度系数的乘积值以及法向作用力成正比。     

剪应力作用下断续节理岩体的强度特性

利用裂纹孤立原理结合裂纹线场理论,研究剪应力作用下断续多节理线尖端的精确弹性区应力场和脆断区应力场,将精确弹性区应力场和脆断区应力场匹配,确定了脆断区长度和荷载之间的关系,继而从理论上确定了断续任意多节理岩体的强度．该方法可以解决任意多节理岩体的强度特性问题,而且得到的是精确的理论解．     

粗糙岩石节理剪切强度的修正公式

以Mandelbrot-Weieratrass函数构造的具有分形节理的岩石试件为模型,通过多组压剪实验,得到了岩石节理法向应力和分形维数及切向应力的近似关系,并利用实验结果得出了粗糙节理岩体剪切强度的修正公式.     

唐山地震与全新世构造应力场

全新世构造应力场作用在唐山震区留下了土层节理、沟槽网络、水系格局、地壳形变和地震破裂带等成系列的自然现象痕迹。它们揭示全新世以来,该区依次发生过NEE、NE和NW三次区域应力场的转向,唐山地震就发生在由NW转向NEE的时候。     

华北松散土层破裂与新构造应力场

作者发现华北区现代地裂缝、历史地裂和黄土构造节理等松散土层破裂,与地震活动、地质构造、地貌和卫星象片等资料反映的现代地壳破裂网络一致。它们都是区域性构造应力场统一作用的产物。σ_1轴为NEE—SWW向的新构造应力场,控制了华北区断裂与地震活动;决定着松散土层破裂的系统性和区域性,是华北现代地震和地裂活动的主导因素。松散土层破裂特征表明,现今华北断块西部与南部因基底构造蠕滑在表土中主要产生蠕滑地裂缝;而其东部和北部因活断层速滑则主要发生强震,同时在表土层中出现有水平位移的地震断层和地裂缝。     

新构造应力作用形迹系列的发现

近年来，笔者相继发现黄土构造节理系［１］、松散土层破裂［２］和黄土沟槽网络［３］。野外考察证实，黄土构造节理和松散土层破裂是新构造应力场作用的直接产物；成系统土层沟槽（合黄土沟槽）是黄土构造节理和松散土层破裂的地貌反映；许多水文网［４］常常是成系统的土层沟槽进一步发展后连通的结果，三者间有着密切的成生联系，都是区域新构造应力场作用的痕迹，组成形迹系列。     

不同角度充填节理花岗岩剪切裂纹扩展规律及断裂机制研究

增强型地热系统储层中岩体节理通常含有充填物,充填节理的剪切力学行为直接影响储层渗透性及连通性。基于不同角度充填节理花岗岩直剪试验,研究了充填节理花岗岩剪切破坏的力学特性、损伤变量演化及裂纹扩展规律。结果表明：充填物及节理角度影响花岗岩抗剪强度,表现为充填物改变裂纹扩展介质,节理角度影响花岗岩剪切时节理面的受力状态;充填节理花岗岩损伤破坏过程分为裂纹闭合、裂纹萌生发育、裂纹扩展破坏3个阶段,损伤变量随着损伤过程进行呈不断增大趋势;节理花岗岩剪切裂纹扩展方向可分为水平方向及平行节理方向,0°与90°节理试件剪切裂纹沿水平方向扩展直至贯通试件,30°、45°与60°节理试件剪切裂纹扩展方向与自身节理角度一致。     

预压静载下平行双节理类岩石板动态响应试验及数值研究

在深部的岩体工程中,围岩常受到静态载荷和动态扰动的共同作用．此时,岩体中蕴含的成组结构面的破坏往往会影响岩体工程的稳定性．因此,有必要对多节理岩体在静-动态耦合荷载作用下的力学特性和破裂特征开展系统研究．以平行双节理类岩石材料板为研究对象,采用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)系统开展了4种轴压条件下的动态试验,验证了相应的离散元数值模型的适用性．在此基础上,建立了基于围压柔性加载的静水压的SHPB模型,分析了试样在不同预应力状态下的破裂特征．结果表明：处于一维静动荷载作用时,试样的动态强度及总强度都表现出显著的率相关性;相近加载率下,试样的动态强度随轴压增加逐渐减小,而总强度先增大后减小;在预轴压的作用下,随着加载率的增加,试样的破坏模式由拉剪破坏向剪切破坏转变;在静水压环境下,平行双节理试样的动态强度和总强度同样表现出显著的率效应,且明显高于同等轴压条件下的试样强度;在相近加载率下,试样的动态强度和总强度具有显著的围压增强效应．试样最终均呈“X”状剪切破坏模式,与加载率和静水压大小无明显关联,而且静水压的作用会明显抑制拉伸翼裂纹的产生．裂纹起裂时间受加载率、轴压及静水压的影响．     

劈裂岩体结构面直接剪切试验研究

为了揭示粗糙劈裂岩体结构面抗剪力学性能及其影响因素,采用不同强度的水泥砂浆对不同形貌参数的人工劈裂结构面进行复制,利用岩石直剪仪开展48组恒法向应力条件下的直接剪切试验,获得不同参数组合条件下岩体结构面的抗剪强度以及峰值剪切应力与正应力的比值(应力比).基于对峰值剪切强度和应力比数据的定量分析,在BARTON模型的基础...     

循环冲击下节理表面粗糙度对其法向刚度与形貌的影响

采用水泥-花岗岩颗粒混合浆浇筑成的类岩石试样模拟天然节理岩体.为探究循环冲击下节理表面粗糙度对节理的法向刚度与形貌的影响,采用分离式霍普金森压杆对不同节理粗糙度的类岩石试样进行冲击试验.基于一维应力波传播理论与三维形貌扫描技术分析试样的应力分布,并探究节理形貌的变化规律.研究结果表明:随着节理粗糙度系数的增加,节理法向...