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三点弯曲下热处理北山花岗岩的断裂特性研究 被引量:24
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作者 左建平 周宏伟 +1 位作者 范雄 鞠杨 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2422-2430,共9页
针对我国未来高放核废料地质处置等重大工程实际需要,开展热处理后岩石的断裂破坏行为研究具有重要意义。以我国未来可能的核废料储库选址地北山花岗岩为研究对象,通过带加载SEM高温试验系统对经过热处理后的花岗岩进行三点弯曲破坏... 针对我国未来高放核废料地质处置等重大工程实际需要,开展热处理后岩石的断裂破坏行为研究具有重要意义。以我国未来可能的核废料储库选址地北山花岗岩为研究对象,通过带加载SEM高温试验系统对经过热处理后的花岗岩进行三点弯曲破坏试验,在25℃~100℃范围内,北山花岗岩以脆性破坏为主。在低应力作用下,裂纹扩展主要受到应力集中及多种矿物力学行为及它们之间的黏结力作用大小的影响,最终裂纹的萌生主要发生在矿物颗粒之间较弱的胶结面上,裂纹初始扩展角主要由这些矿物颗粒之间夹角来决定,因此裂纹初始扩展角通常与水平面有个夹角;随着荷载继续增加后,裂纹会逐渐沿着水平方向扩展,这个主要方向的矿物承受了最大的弯曲拉应力,而岩石的抗拉强度通常很低。室温到100℃的范围内,花岗岩平均断裂韧性几乎不发生变化,稍微的波动可认为是花岗岩的非均值性所造成的。通过数字散斑相关计算方法实现岩石细观尺度变形全场测量。测量结果表明,各个矿物颗粒表面发生较为复杂的变形,多个矿物颗粒界面两边发生完全相反方向的位移,这表明界面两边颗粒受到拉应力作用。尽管在初始阶段,变形主要发生在弯曲拉应力最大界面,但最终破坏可能发生在另外地方,这时的破坏主要受到非均匀的弱面所控制。可见,细观尺度岩石的破坏受到最大应力状态处与岩石的非均质处变形的综合影响。 展开更多
关键词 岩石力学 热力耦合 北山花岗岩 SEM 细观断裂机制 断裂韧性
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不同含石量下泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制 被引量:18
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作者 张敏超 刘新荣 +1 位作者 王鹏 杜立兵 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2019年第6期17-26,共10页
为探究含石量对泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制的影响,设计了含石量20%~80%共4组试样,分别在0.2、0.4、0.6、0.8 MPa这4种不同围压下进行室内大型三轴剪切试验,研究不同含石量试样的偏应力、体积应变及抗剪强度参数的变化规律;... 为探究含石量对泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制的影响,设计了含石量20%~80%共4组试样,分别在0.2、0.4、0.6、0.8 MPa这4种不同围压下进行室内大型三轴剪切试验,研究不同含石量试样的偏应力、体积应变及抗剪强度参数的变化规律;基于数字图像处理技术生成PFC 2D颗粒流数值模型进行一系列数值分析。结果表明:试样抗剪强度随含石量增大而不断增大。与其他类型的土石混合体不同的是,泥岩土石混合体在低围压下呈先剪缩后剪胀的变化规律,且含石量越高,最终剪胀效果越明显;在高围压下始终表现为剪缩,且含石量越低,剪缩效果越强。内摩擦角随含石量增大呈慢快慢的“S”型增长趋势,且在20%~80%含石量内增长较快;黏聚力随含石量增大不断降低,但下降速率逐渐减小。数值试验表明:土石混合体在剪切过程中存在拉剪混合破坏;随含石量增加,土石混合体骨架结构效应越来越显著,剪切带绕过块石,形成多个形状不规则的小剪切带。 展开更多
关键词 含石量 泥岩土石混合体 颗粒流模型 剪切特性 细观破坏机制
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温度影响下砂岩的细观破坏及变形场的DSCM表征 被引量:12
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作者 左建平 谢和平 +2 位作者 周宏伟 王怀文 方园 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第6期786-794,共9页
通过扫描电镜(SEM)实时在线观察研究了温度影响下砂岩的细观破坏,观察到砂岩的脆性断裂可同时发生在不同地方、不同矿物可能独立承载和裂纹分叉等现象.温度低于100℃时,主裂纹附近有许多微裂纹和支裂纹发生;而温度超过150℃之后,表面很... 通过扫描电镜(SEM)实时在线观察研究了温度影响下砂岩的细观破坏,观察到砂岩的脆性断裂可同时发生在不同地方、不同矿物可能独立承载和裂纹分叉等现象.温度低于100℃时,主裂纹附近有许多微裂纹和支裂纹发生;而温度超过150℃之后,表面很少出现支裂纹或二次裂纹.随着温度的升高,砂岩的断裂韧性有先升高后降低的趋势,150℃左右是断裂韧性变化的临界温度.随着温度的升高,砂岩的细观断裂机制有由脆性机制向延性机制转变的趋势,抵抗和协调变形的能力都得到增强.细观尺度下砂岩的破坏机制有沿颗粒断裂、穿颗粒断裂及其混合断裂,其中沿颗粒断裂机制占主导地位,这是由于沿颗粒破坏需要消耗较少的能量,而穿颗粒断裂需消耗较多的能量.利用数字散斑相关方法(digital speckle correlation method,DSCM)对SEM下砂岩破坏的细观变形场进行了测量,这表明利用DSCM表征岩石的局部变形场的连续式测量是可行的. 展开更多
关键词 温度影响 砂岩 细观破坏 临界温度 断裂韧性 数字散斑相关方法
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Investigation of meso-failure behaviors of Jinping marble using SEM with bending loading system 被引量:6
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作者 Jianping Zuo Xu Wei +1 位作者 Jianliang Pei Xiaoping Zhao 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2015年第5期593-599,共7页
In th is study, th e m eso-failure m ech an ism an d fracture surface o f Jinping m arble w ere investigated bym ean s o f scanning electro n m icroscope (SEM) w ith ben d in g loading system and laser-scanner equip... In th is study, th e m eso-failure m ech an ism an d fracture surface o f Jinping m arble w ere investigated bym ean s o f scanning electro n m icroscope (SEM) w ith ben d in g loading system and laser-scanner equipment. The Y antang an d B aishan m arbles specim ens from Jinping II hyd ro p o w er sta tio n w ere used. Testresu lts show th a t th e fracture to u g h n ess and m echanical behaviors o f Y antang m arble w ere basicallyh ig h er th a n th o se o f Baishan m arble. This is m ainly d u e to th e fact th a t Baishan m arble co n tain s a largep ercen tag e o f d o lom ite an d m in o r mica. Crack pro p ag atio n p a th and fracture m orphology in d icated th a tth e d irection o f ten sile stress has a significant effect on th e m echanical behaviors an d fracture toughnesso f B aishan m arble. For Yantang an d B aishan m arbles, a large n u m b e r o f m icrocracks a ro u n d th e m aincrack tip w ere observed w h e n th e directio n o f ten sile stress w as parallel to th e bed d in g plane.C onversely, few m icrocracks o ccurred w h e n th e directio n o f ten sile stress w as p erp en d icu lar to th ebed d in g plane. The presen ce o f a large n u m b e r o f m icrocracks a t th e m ain crack tip d ecreased th e globalfracture to u g h n ess o f m arble. The results o f th re e -p o in t ben d in g te sts show ed th a t th e average bearingcapacity o f intact m arble is 3.4 tim es th e notch ed m arble, b u t th e ductility p ro p e rty o f th e defectivem arble afte r p eak load is b e tte r th a n th a t o f th e intact m arble. H ence, large d efo rm atio n m ay beg en erated before failure o f in tact m arbles a t Jinping II h y d ro p o w er station. The fractal d im en sio n o ffracture surface w as also calculated by th e cube covering m eth o d . O bservational resu lt show ed th a t th elargest fractal dim en sio n o f Y antang m arble is cap tu red w h e n th e directio n o f ten sile stress is parallel toth e bedding plane. H ow ever, th e fractal d im en sio n o f fracture surfac 展开更多
关键词 Jinping marble Bedding plane meso-failure mechanism Scanning electron microscope (SEM) In-situ observation
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高温作用后黄砂岩三轴压缩及细观破裂机制 被引量:5
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作者 梁忠豪 秦楠 +1 位作者 孙嘉彬 葛强 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第24期10430-10439,共10页
为了研究高温损伤作用后黄砂岩的压缩力学性质和细观破裂机制的变化情况,对高温损伤作用后的黄砂岩进行三轴压缩实验,并对黄砂岩压缩断口进行扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验,系统地分析了高温损伤对黄砂岩压缩破坏特... 为了研究高温损伤作用后黄砂岩的压缩力学性质和细观破裂机制的变化情况,对高温损伤作用后的黄砂岩进行三轴压缩实验,并对黄砂岩压缩断口进行扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验,系统地分析了高温损伤对黄砂岩压缩破坏特征、压缩强度及断口细观特征的影响。通过三轴压缩实验发现:随着轴压的不断增加,温度对于黄砂岩整体强度影响更为明显;初始高温损伤程度的增加,黄砂岩三轴抗压强度呈现出先上升后下降的趋势,塑性应变程度增加;细观断口形貌主要以脆性断裂为主,局部范围内存在韧性断裂,随着温度的增加,晶体结构内部中裂纹发育更为完整,从而导致岩石宏观破坏越严重。 展开更多
关键词 三轴抗压强度 变形特征 高温损伤效应 黄砂岩 细观破坏机制
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基于离散元的钢筋混凝土梁极限承载力研究 被引量:3
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作者 黄平明 潘旭鹏 +2 位作者 牛艳伟 杜隆基 王蒂 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期215-226,共12页
通过PFC2D建立考虑骨料级配的钢筋混凝土梁离散元细观数值模型,开展钢筋混凝土梁极限承载力的研究。混凝土标准棱柱单轴压缩模拟验证了混凝土单元细观参数的准确性。通过修改平行黏结模型获得了适用于钢筋模拟的平行-强化黏结接触模型,... 通过PFC2D建立考虑骨料级配的钢筋混凝土梁离散元细观数值模型,开展钢筋混凝土梁极限承载力的研究。混凝土标准棱柱单轴压缩模拟验证了混凝土单元细观参数的准确性。通过修改平行黏结模型获得了适用于钢筋模拟的平行-强化黏结接触模型,钢筋单轴拉伸模拟验证了钢筋单元细观参数的准确性。建立了无缺口钢筋混凝土梁离散元数值模型,在此基础上生成预制缺口钢筋混凝土梁数值模型,根据缺口位置及倾角分为9种工况,分析了各工况下梁的裂缝扩展规律及极限承载力。结果表明:缺口位置对裂缝的扩展过程影响较大,一般起裂位置均位于缺口顶端;缺口倾角仅对裂缝扩展初期有影响,后期裂缝依然会沿竖向发展;缺口梁极限承载力约为无缺口梁极限承载力的95%~98%。 展开更多
关键词 钢筋混凝土梁 极限承载力 离散元法 裂纹扩展 细观破坏机理 加载速度
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断续节理岩体及岩质边坡破坏的细观机制 被引量:21
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作者 周喻 韩光 +1 位作者 吴顺川 胡乃联 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第A02期3878-3889,共12页
以赞比亚穆利亚希北露天铜矿边坡为工程背景,基于颗粒流理论及PFC2D程序,将岩块和节理分别用颗粒体模型与光滑节理模型表征,构建含2条断续节理岩体及顺层断续节理岩质边坡模型,从细观力学角度深入研究其破坏过程中的力学机制。断续节理... 以赞比亚穆利亚希北露天铜矿边坡为工程背景,基于颗粒流理论及PFC2D程序,将岩块和节理分别用颗粒体模型与光滑节理模型表征,构建含2条断续节理岩体及顺层断续节理岩质边坡模型,从细观力学角度深入研究其破坏过程中的力学机制。断续节理岩体破坏研究表明:岩桥破坏模式可划分为模式I、模式II、模式III–a和模式III–b破坏4类,且各类模式本质上均是以矿物颗粒间黏结张拉破坏为主的微破裂引起。顺层断续节理岩质边坡破坏研究表明:滑坡产生的微破裂主要从坡底断续节理端部开始产生,逐渐向坡体上部发展;滑体底部形态较为平直,而后部形态较为曲折并呈台阶状破坏;滑坡产生的破碎颗粒体先在边坡面中、下部产生,其体积相对较小,随后在边坡上部产生,其体积相对较大;在滑坡过程中,节理端部岩桥连线方向上的颗粒接触力较大,产生的微震事件强度与次数的关系近似服从正态分布函数。 展开更多
关键词 边坡工程 断续节理 岩体 细观破坏机制 颗粒流理论 PFC2D
原文传递
基于数字图像细观模型重构的土石混合体力学特性研究 被引量:3
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作者 贾朝军 梁国栋 +4 位作者 黄娟 雷明锋 赵晨阳 张强 张建 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期3351-3360,共10页
土石混合体是一种非均匀、非均质、非连续的不良地质体,其力学特性和破坏机制与一般岩土体存在显著差异。鉴于相关研究不够深入,选取边坡工程现场3组不同部位的土石混合体照片,利用数字图像重构方法建立土石混合体细观结构模型。利用PF... 土石混合体是一种非均匀、非均质、非连续的不良地质体,其力学特性和破坏机制与一般岩土体存在显著差异。鉴于相关研究不够深入,选取边坡工程现场3组不同部位的土石混合体照片,利用数字图像重构方法建立土石混合体细观结构模型。利用PFC2D开展二维数值直剪试验,对土石混合体的力学特性进行研究。探究含石量与强度参数的关系,分析土石混合体的细观变形破坏机制。研究结果表明:在一定含石量范围内,内摩擦角与含石量总体上呈线性增加,而黏聚力与含石量总体上呈指数衰减。剪切带也受含石量的控制。不同含石量的土石混合体的剪切强度与法向应力均满足莫尔-库伦准则。在剪切过程中,不同试样的剪应力-剪切位移曲线均经历了峰前和峰后2个明显不同的阶段,且峰后出现了一定的软化现象。由于峰后石块的咬合与断裂不断产生,应力-应变曲线波动较大,出现剪应力跳跃现象。此外,直剪试验中法向应力越大,剪切带厚度越大,但试样剪胀性却减小。根据剪切过程中试样内部颗粒间接触力的力链演化过程发现,随着剪切位移的增加,为了抵抗剪应力,土石颗粒间接触力的方向发生了明显的偏转,同时颗粒间接触力的大小分布也发生了一定的变化。当试样发生剪切破坏后,随着剪切位移的继续增加,试样内部颗粒间接触力变化不明显。研究结果可为科学合理地治理土石混合体边坡提供理论支撑和保障。 展开更多
关键词 土石混合体 数字图像处理 直剪试验 力学特性 细观变形破坏机制
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