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裂隙性质对岩石压缩力学特性影响的扩展有限元研究 被引量:2
1
作者 宋孝天 刘红岩 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2023年第1期76-85,共10页
为探讨裂隙面变形参数对非贯通裂隙岩体压缩特性的影响,基于ABAQUS中的应变软化模型描述岩石力学行为,采用扩展有限元法(XFEM)计算裂纹扩展路径,重点研究了裂隙几何参数(长度、倾角、中心距、排距、数量)、强度参数(裂隙面摩擦因数)、... 为探讨裂隙面变形参数对非贯通裂隙岩体压缩特性的影响,基于ABAQUS中的应变软化模型描述岩石力学行为,采用扩展有限元法(XFEM)计算裂纹扩展路径,重点研究了裂隙几何参数(长度、倾角、中心距、排距、数量)、强度参数(裂隙面摩擦因数)、变形参数(裂隙面法向刚度及切向刚度)以及围压对裂纹扩展路径和岩石压缩力学特性的影响。研究结果表明,裂隙岩体单轴抗压强度和弹性模量随裂隙长度和数量的增加而不断降低;随着裂隙中心距和排距的增大,裂纹面间相互作用减小,裂隙岩体抗压强度和弹性模量均有不同程度的提高;随着围压、裂隙面摩擦因数、裂隙面法向刚度及切向刚度的增大,裂隙岩体抗压强度和弹性模量均随之提高;随着裂隙倾角由0°增加至75°,试样的抗压强度先减小后增大,并在倾角为45°时最小,呈开口向上的抛物线规律变化;裂隙长度、数量、倾角、中心距、排距以及围压对裂纹扩展路径影响较大。 展开更多
关键词 裂隙岩体 压缩破坏 XFEM 裂隙面法向刚度 裂隙面切向刚度
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裂纹几何特征对压剪复合断裂的影响分析 被引量:54
2
作者 李银平 杨春和 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期462-466,共5页
针对岩石类材料中压剪裂纹的复合断裂问题,理论上一般将其抽象为没有厚度的Griffith线裂纹,这样就会导致翼裂纹初始起裂角与主裂纹方位角及围压无关的结论。而已开展的压剪裂纹复合断裂试验表明,翼裂纹起裂角与主裂纹方位角和围压明显... 针对岩石类材料中压剪裂纹的复合断裂问题,理论上一般将其抽象为没有厚度的Griffith线裂纹,这样就会导致翼裂纹初始起裂角与主裂纹方位角及围压无关的结论。而已开展的压剪裂纹复合断裂试验表明,翼裂纹起裂角与主裂纹方位角和围压明显相关。首先较系统地讨论原生(或预制)裂纹的几何特征(如厚度、裂纹尖端曲率半径等)及围压对翼裂纹起裂角的影响;然后结合含预制裂纹大理岩压剪试验进行翼裂纹起裂角的理论预测和试验结果的对比分析。该分析为压剪复合断裂试验提供了一个理论分析框架,也为进一步研究具有复杂几何形状的裂隙提供了一定的理论基础。 展开更多
关键词 断裂力学 复合断裂 翼裂纹起裂角 应力强度因子 岩石类材料 围压
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类岩材料多裂纹体断裂破坏试验及有限元分析 被引量:33
3
作者 车法星 黎立云 刘大安 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第3期295-298,共4页
在伺服控制双轴加载系统下对预制的不同角度多裂纹水泥试件进行了单轴和双轴加载试验 ,其中的双轴加载采用两种不同的侧压。另外借助有限元计算得出了试件的全场应力 ,进而计算出试件中裂纹尖端的应力强度因子。试验和计算结果都表明 ,... 在伺服控制双轴加载系统下对预制的不同角度多裂纹水泥试件进行了单轴和双轴加载试验 ,其中的双轴加载采用两种不同的侧压。另外借助有限元计算得出了试件的全场应力 ,进而计算出试件中裂纹尖端的应力强度因子。试验和计算结果都表明 ,不同的裂纹角度对试件的断裂破坏强度有明显的影响 ,并对其原因进行了研究 。 展开更多
关键词 类岩材料多裂纹体 断裂破坏 有限元分析
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岩石类材料滑动裂纹模型 被引量:32
4
作者 李银平 伍佑伦 杨春和 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期278-284,共7页
滑动裂纹模型被广泛应用于岩石类材料压剪断裂分析及损伤分析。针对较为典型的6种翼裂纹应力强度因子计算模型,综合考虑主裂面方位、翼裂方位、侧压及翼裂当量长度的影响,对各计算模型进行了系统的对比分析;针对翼裂纹沿主压应力方向的... 滑动裂纹模型被广泛应用于岩石类材料压剪断裂分析及损伤分析。针对较为典型的6种翼裂纹应力强度因子计算模型,综合考虑主裂面方位、翼裂方位、侧压及翼裂当量长度的影响,对各计算模型进行了系统的对比分析;针对翼裂纹沿主压应力方向的情形,进行有限元分析,并和理论模型计算结果进行比较。最后综合得到一些有益的结论和建议,可为选用滑动裂纹计算模型进行岩石类材料压剪断裂和损伤分析提供参考。 展开更多
关键词 岩石力学 滑动裂纹模型 应力强度因子 岩石类材料 翼形裂纹 有限元方法
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三维内置裂隙倾角对类岩石材料拉伸力学性能和断裂特征的影响 被引量:25
5
作者 李术才 杨磊 +1 位作者 李明田 张宁 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期281-289,共9页
采用试验手段研究单轴拉伸条件下内置三维裂隙倾角对类岩石砂浆材料力学特性及断裂特征的影响。试验中配制物理力学性能与砂岩接近的砂浆材料,研制三维裂隙空间定位装置,同时改进传统岩石材料直接拉伸试验方法,研制黏结轴拉试验装置。... 采用试验手段研究单轴拉伸条件下内置三维裂隙倾角对类岩石砂浆材料力学特性及断裂特征的影响。试验中配制物理力学性能与砂岩接近的砂浆材料,研制三维裂隙空间定位装置,同时改进传统岩石材料直接拉伸试验方法,研制黏结轴拉试验装置。试验结果发现,含裂隙砂浆试件的单轴拉伸受力变形过程分为4个阶段:缺陷张开阶段、弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和破坏阶段,其中弹性阶段所占比例最高,突发性破坏阶段是拉伸破坏和压缩破坏最明显的区别。裂隙倾角α的改变对砂浆材料力学性能影响很大,随着α增大(0°<α<90)°,试件峰值强度σP逐渐降低,α=45°左右时,σP变化幅度最大。在拉伸荷载作用下,内置裂隙长轴前缘附近先后产生包裹状翼裂纹和次生裂纹,在短轴附近产生扭结区,裂隙的张拉扩展导致试件最终断裂。裂隙倾角α的改变影响裂隙扩展的轨迹和试件破坏后的形态。 展开更多
关键词 岩石力学 三维裂隙倾角 力学性能 断裂特征 单轴拉伸 类岩石材料
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岩石不等长裂纹应力强度因子及起裂规律研究 被引量:16
6
作者 席婧仪 陈忠辉 +1 位作者 朱帝杰 陈庆丰 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期727-733,共7页
天然岩体中含有数量众多的裂隙且绝大多数为不等长裂隙,而那些具有一定尺度和规模的主控裂隙对岩体稳定性起决定作用。为研究不等长裂纹相互作用规律及主控裂纹起裂规律,基于Kachanov法,推导了远场受力的两条拉剪不等长共线裂纹的尖端... 天然岩体中含有数量众多的裂隙且绝大多数为不等长裂隙,而那些具有一定尺度和规模的主控裂隙对岩体稳定性起决定作用。为研究不等长裂纹相互作用规律及主控裂纹起裂规律,基于Kachanov法,推导了远场受力的两条拉剪不等长共线裂纹的尖端应力强度因子表达式并从理论上分析了裂纹间距对裂纹相互作用的影响;通过最大周向应力准则,计算了单轴受拉时不同裂纹倾角的主控裂纹起裂角,绘出理论断裂准则曲线;推算滑动裂纹的应力强度因子,对含不等长裂纹的类岩试件进行单轴压缩试验。结果表明:当裂纹间距大于等于小裂纹长度时,小裂纹对主控裂纹的起裂几乎无影响;主控裂纹起裂角只与裂纹角有关,单轴受拉时,起裂角随裂纹角增大而减小,单轴受压时,起裂角随裂纹角增大而增大;当裂纹倾角小于30°时,起裂临界荷载急剧增大。 展开更多
关键词 不等长共线裂纹 相互作用 应力强度因子 起裂角 类岩材料试验
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类岩石材料中表面裂纹扩展模式的实验研究 被引量:11
7
作者 李明田 李术才 +1 位作者 杨磊 张宁 《实验力学》 CSCD 北大核心 2009年第1期21-26,共6页
采用粘贴式轴拉方法实现了类岩石材料的直接拉伸实验,通过在类岩石材料试件中预制表面裂纹研究了类岩石材料中表面裂纹的扩展模式。研究发现,粘贴式轴拉方法可以满足一般类岩石材料的直接拉伸实验;类岩石材料中表面裂纹首先从试件正面... 采用粘贴式轴拉方法实现了类岩石材料的直接拉伸实验,通过在类岩石材料试件中预制表面裂纹研究了类岩石材料中表面裂纹的扩展模式。研究发现,粘贴式轴拉方法可以满足一般类岩石材料的直接拉伸实验;类岩石材料中表面裂纹首先从试件正面开始扩展;表面裂纹的存在极大地影响着材料的破坏模式,类岩石材料在试件的正面上会表现出明显的二维穿透性裂纹的扩展形态,但是受其影响裂纹在厚度方向扩展会发生偏转,从而使得试件背面的最终贯通方向没有与加载方向垂直,而是呈一倾角,并且和表面裂纹的倾角和深度有关。 展开更多
关键词 表面裂纹 直接拉伸实验 类岩石材料 扩展模式
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类岩石材料压缩破坏力学特性及裂纹演化特征 被引量:9
8
作者 李树刚 成小雨 刘超 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2017年第6期771-778,共8页
为探究含预制裂隙类岩石材料压缩破坏的力学特性及裂纹演化特征,利用自主研发的YYW-Ⅱ应变控制式无侧限压缩仪及高精度声发射(AE)监测系统,研究了含不同宽度预制裂隙的类岩石材料试样在单轴压缩条件下的受力变形和破坏模式,探究了试样... 为探究含预制裂隙类岩石材料压缩破坏的力学特性及裂纹演化特征,利用自主研发的YYW-Ⅱ应变控制式无侧限压缩仪及高精度声发射(AE)监测系统,研究了含不同宽度预制裂隙的类岩石材料试样在单轴压缩条件下的受力变形和破坏模式,探究了试样的裂纹演化过程,进而分析了预制裂隙宽度对类岩石材料破坏的影响规律。结果表明:预制裂隙宽度由3 mm增大到5mm时,试样的峰值强度减小,峰值轴向应变增大,压密阶段的应变量亦增大;试样的破坏模式由自身材料性质为主导的剪切破坏,转变为预制裂隙下半部区域张拉破坏诱发的剪切破坏;试样主要裂纹演化由沿预制裂隙面向顶部和下部的发展,转变为预制裂隙下半部区域发育裂纹向上部和底部的扩展。研究成果可为岩土工程相似材料模型破坏特征及裂隙演化的研究提供一定的参考。 展开更多
关键词 预制裂隙 类岩石材料 压缩破坏 声发射定位 裂纹演化
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An experimental study on fracture mechanical behavior of rock-like materials containing two unparallel fissures under uniaxial compression 被引量:7
9
作者 Yan-Hua Huang Sheng-Qi Yang +2 位作者 Wen-Ling Tian Wei Zeng Li-Yuan Yu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第3期442-455,共14页
Strength and deformability characteristics of rock with pre-existing fissures are governed by cracking behavior. To further research the effects of pre-existing fissures on the mechanical properties and crack coalesce... Strength and deformability characteristics of rock with pre-existing fissures are governed by cracking behavior. To further research the effects of pre-existing fissures on the mechanical properties and crack coalescence process, a series of uniaxial compression tests were carried out for rock-like material with two unparallel fissures.In the present study, cement, quartz sand, and water were used to fabricate a kind of brittle rock-like material cylindrical model specimen. The mechanical properties of rock-like material specimen used in this research were all in good agreement with the brittle rock materials. Two unparallel fissures(a horizontal fissure and an inclined fissure) were created by inserting steel during molding the model specimen.Then all the pre-fissured rock-like specimens were tested under uniaxial compression by a rock mechanics servocontrolled testing system. The peak strength and Young's modulus of pre-fissured specimen all first decreased and then increased when the fissure angle increased from 0?to 75?.In order to investigate the crack initiation, propagation and coalescence process, photographic monitoring was adopted to capture images during the entire deformation process.Moreover, acoustic emission(AE) monitoring technique was also used to obtain the AE evolution characteristic of prefissured specimen. The relationship between axial stress, AE events, and the crack coalescence process was set up: when a new crack was initiated or a crack coalescence occurred, thecorresponding axial stress dropped in the axial stress–time curve and a big AE event could be observed simultaneously.Finally, the mechanism of crack propagation under microscopic observation was discussed. These experimental results are expected to increase the understanding of the strength failure behavior and the cracking mechanism of rock containing unparallel fissures. 展开更多
关键词 rock-like material Two unparallel fissures Mechanical parameters crack evolution Acoustic emission(AE)
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Investigation of creep behaviours of gypsum specimens with flaws under different uniaxial loads 被引量:2
10
作者 Tina Marolt Cebasek Thomas Frühwirt 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2018年第1期151-163,共13页
The aim of this study is to identify the influence of the dip angle of a pre-existing macrocrack on the lifetime and ultimate deformation of rock-like material. Prediction of lifetime has been studied for three groups... The aim of this study is to identify the influence of the dip angle of a pre-existing macrocrack on the lifetime and ultimate deformation of rock-like material. Prediction of lifetime has been studied for three groups of specimens under axial static compressive load levels. The specimens were investigated from 65% to 85% of UCS(uniaxial compressive strength) at an interval of 10% of UCS for the groups of specimens with a single modelled open flaw with a dip angle to the loading direction of 30°(first group), at an interval of 5% of UCS increment for the groups of specimens with single(second group), and double sequential open flaws with a dip angle to the loading direction of 60°(third group). This study shows that crack propagation in specimens with a single flaw follows the same sequences. At first, wing cracks appear, and then shear crack develops from the existing wing cracks. Shear cracking is responsible for specimen failure in all three groups. A slip is expected in specimens from the third group which connects two individual modelled open flaws. The moment of the slip is noticed as a characteristic rise in the axial deformation at a constant load level. It is also observed that axial deformation versus time follows the same pattern, irrespective of local geometry. Specimens from the first group exhibit higher axial deformation under different load levels in comparison with the specimens from the second and third groups. 展开更多
关键词 crack propagation rock-like material Lifetime prediction Static compressive load Macrocrack Wing crack
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一种用于水力裂缝扩展数值计算的材料断裂能反演方法与应用
11
作者 张敦福 张柏楠 +1 位作者 张波 韩勃 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期436-450,共15页
为研究预置裂纹对水力裂缝扩展行为的影响,利用基于扩展有限元法的虚拟裂纹闭合技术计算能量释放率,借鉴PFC参数标定的思想,提出一种依据水压与裂尖能量释放率的关系反演材料断裂能的方法.将此方法计算出的断裂能作为材料参数,得到的起... 为研究预置裂纹对水力裂缝扩展行为的影响,利用基于扩展有限元法的虚拟裂纹闭合技术计算能量释放率,借鉴PFC参数标定的思想,提出一种依据水压与裂尖能量释放率的关系反演材料断裂能的方法.将此方法计算出的断裂能作为材料参数,得到的起裂水压模拟值,与相关文献及水力压裂试验值对比,误差均不超过7%,证明了方法的可靠性.在此基础上研究水压注入预置裂纹时水力裂缝的力学行为,采用最大能量释放率准则,分析了围压应力和预置裂纹初始倾角对水力裂纹起裂与扩展的影响.结果表明,对于类岩石内斜裂纹,在水压作用下发生拉剪破坏,水力裂纹朝向裂纹前端拉应力等值线距离裂纹尖端最近的方向进行扩展,该方向径向切应力为0;相比于地应力,预置裂纹倾角对水力裂纹起裂水压力的影响较大,因此应主要通过改变注射角或者选择45°~60°的天然弱面进行压裂,从而降低工程成本. 展开更多
关键词 水力压裂 断裂能 XFEM 预置裂隙倾角 主应力比 类岩石材料 虚拟裂纹闭合法 起裂角
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含三维内裂纹透明类岩石材料破坏红外热像试验研究 被引量:1
12
作者 王海军 张九丹 +1 位作者 任然 汤雷 《水利水电技术》 北大核心 2020年第12期228-234,共7页
由于目前针对含三维内裂纹的岩石破坏红外热像特征的研究较少,本文基于预埋浇注法制作含内裂纹类岩石试件,开展了单轴压缩块体试验和巴西圆盘劈拉试验,得到含内裂纹的岩石破坏过程,监测内裂纹扩展及试件破坏过程中的红外热像特征,得到... 由于目前针对含三维内裂纹的岩石破坏红外热像特征的研究较少,本文基于预埋浇注法制作含内裂纹类岩石试件,开展了单轴压缩块体试验和巴西圆盘劈拉试验,得到含内裂纹的岩石破坏过程,监测内裂纹扩展及试件破坏过程中的红外热像特征,得到以下结论:(1)含三维内裂纹的块体试件在单轴压缩下,在预制内裂纹面上发生剪切破坏;(2)块体试件在单轴压缩作用下红外热像特征明显,在破坏时,在预制内裂纹面处急剧升温;(3)含三维内裂纹巴西圆盘试件在预制内裂纹尖端发生翼型裂纹扩展,边缘带有针刺状Ⅲ型裂纹参与特征,最终翼型裂纹与上下表面贯穿;(4)巴西圆盘试验的红外热像特征与块体单轴压缩不同,在断裂面处未发生明显变化。研究结果为研究三维内裂纹的扩展规律及内裂纹扩展破裂的红外热像规律可提供一定的试验参考。 展开更多
关键词 三维内裂纹 类岩石材料 透明材料 红外热像 压缩试验
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静态—准静态加载下含裂隙类岩材料破断试验及声发射特性分析
13
作者 郭婧宇 蒲成志 +3 位作者 贺桂成 李益龙 杨少峰 曾佳君 《黄金科学技术》 CSCD 2020年第6期877-884,共8页
为了探究加载速率和裂隙倾角复合影响的裂隙体类岩石材料破断规律,对含0.1 mm预制裂隙的类岩材料进行静态到准静态的不同加载速率单轴压缩试验,基于声发射测试技术,分析含预置裂隙类岩材料起裂强度规律。结果表明:相同加载速率下,峰值... 为了探究加载速率和裂隙倾角复合影响的裂隙体类岩石材料破断规律,对含0.1 mm预制裂隙的类岩材料进行静态到准静态的不同加载速率单轴压缩试验,基于声发射测试技术,分析含预置裂隙类岩材料起裂强度规律。结果表明:相同加载速率下,峰值强度随预制裂隙倾角增大呈现先减小后增大的变化趋势,倾角为45°时最小,裂隙倾角相同时,裂隙体峰值强度随加载速率的增大而增大;准静态加载范围内存在一个临界加载速率即2.0×10-4 s-1,使得加载速率强化效应不再显著;低频信号占比逐渐升高,可作为裂隙体失稳前兆信息;裂隙倾角相同时,裂隙体起裂应力水平随加载速率的增大而增大,相同加载速率下,裂隙体起裂应力水平随倾角的增大而增大。 展开更多
关键词 声发射 加载速率 预制裂隙 类岩材料 裂隙倾角 频域特征 起裂应力水平
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