浅析岩石强度准则与断裂韧度的关系

通常人们很少将岩土塑性力学和断裂力学联系在一起解决问题。然而,岩石的破坏和断裂是紧密相联的,岩石强度准则的材料参数和断裂理论的断裂韧度存在特定的方程关系。本文作出了推导,并以岩石的压剪试验为例,说明该推导的合理性。     

断裂构造对斜坡应力场影响的数值模拟及成灾机理研究

断裂构造及活动强度对斜坡体的应力场分布具有重要的影响。采用基于强度折减法的有限元法,分别以正断层和逆断层与斜坡体的组合关系为例,剖析了断裂构造对斜坡体应力场的影响及成灾机理,揭示了含有断层的斜坡体塑性区的贯通过程。研究表明,包含断层的斜坡体在应力分布特征及斜坡变形破坏机理方面与无断层的斜坡体有较大差别:含断层的斜坡体在坡面和断层面附近的最大主应力迹线与坡面或断层面相平行,在天然状态下,塑性区同时出现在坡脚和断层面后方,随着折减系数的增大,塑性区分别从坡脚和断层面后方向坡体深部和上部发展,直至断层面前后两个塑性区相贯通,坡体发生破坏,并且对坡体变形破坏的影响程度以逆断层最强,其次为正断层,断层不活动时较弱。     

基于岩腔后退的危岩断裂破坏分析——以重庆市万州区太白岩危岩为例∗

硬质岩体危岩的突发性破坏本质是岩体的脆性断裂破坏。以重庆市万州区太白岩危岩为例,将危岩后缘卸荷裂隙的扩展贯通简化为半无限大板的边缘裂纹断裂问题,建立了卸荷结构面接触与非接触的裂纹断裂力学模型,推导了 I 型裂纹、II 型裂纹应力强度因子以及联合应力强度因子表达式,并基于数值模拟手段提出了危岩结构面正应力与剪应力确定方法。万州太白岩危岩 W10 断裂破坏分析结果表明：危岩崩塌失稳受控于岩腔的深度,岩腔深度加大,后缘卸荷裂隙扩展,其力学机制根据岩腔深度变化表现为拉破坏和拉剪破坏;对于危岩 W10, 裂纹联合应力强度因子随岩腔深度的增大表现出先增加后降低再增大的趋势,I 型裂纹断裂应力强度因子具有与联合应力强度因子相同的变化特征;岩腔深度 3~6 m 以及 9~10 m 内,危岩裂纹主要为拉应力集中状态;岩腔深度 6~9 m 时,危岩裂纹处于拉剪应力状态;当岩腔深度为 3.8 m 时,危岩 W10 发生拉剪断裂破坏,断裂扩展角为 29.5°。     

基于大型三轴试验的红砂岩粗粒土强度与变形特性研究

红砂岩粗粒土常作为我国南方地区的路基填料,因其易发生颗粒破碎而影响路基的安全稳定性,故深入开展其力学特性研究十分必要。文中选取湘南地区的红砂岩为研究对象,对其开展大型三轴试验,研究不同粗颗粒含量的试样在不同围压、不同压实度下的强度与变形特性。试验结果表明：在低围压时,粗颗粒含量较少的试样变形特性表现出应变软化,而在高围压时,表现为应变硬化特性;对于粗颗粒含量较多的粗粒土,在不同围压下均表现出应变硬化特性。在压实度相同的情况下,随着围压增大,峰值强度逐渐增大,应变硬化特征更趋明显。在围压和级配不变的情况下,随着压实度提高,抗剪强度逐渐增大,表现出低压实度应变软化向高压实度应变硬化特性的转变。应力-应变曲线表明,峰值强度与粗颗粒含量、围压、压实度具有良好正相关关系。通过绘制莫尔圆,发现其强度包络线表现为非线性,可采用幂函数进行拟合。计算结果表明,内摩擦角随着围压的增大而逐渐减小。     

饱和砂土地震液化后地面大位移特性研究

地震引起的地基液化常会造成地基大的侧向变形而导致灾难性的破坏,饱水砂土液化后的变形特性是地震液化大位移研究的基础。通过全自动多功能三轴仪的空心样动加载液化后的静扭剪试验,对饱水砂土液化后大变形特性进行了试验研究。结果表明,与常规静加载特性不同,饱水砂土液化后静加载时表现出单调剪胀的特性,加载初始阶段孔压基本不变,应变达到一定幅度后孔压一直减小,液化后变形曲线可分为低强度段和强度恢复段。低强度段模量近乎为零,强度恢复段试样强度不断增长。低强度段是液化后大变形发生的主要阶段。     

茅东断裂带断层产物与断裂滑动方式

笔者对茅东断裂带构造岩和断层泥进行了显微构造、力学实验研究和差热分析.由显微变形、构造岩类型及方解石脉穿插、位移等微观现象显示茅东断裂带具有多期的挤压剪切运动方式,其中"切砾"现象、石英塑性变形等反映茅东断裂具有快速粘滑兼有旋转的滑动方式,它与溧阳地震的成因机制是统一的.     

黄土钻孔剪切变形与强度特性研究

为揭示黄土钻孔剪切过程的变形和强度特征,在传统钻孔剪切仪上增加法向位移和剪切位移传感器,并采用改进的钻孔剪切仪在典型西安黄土中进行不同深度的钻孔剪切试验,同时在相邻探井内取原状土样进行三轴固结不排水剪切试验和直剪试验(固结快剪、快剪),最后将不同试验方法测得的抗剪强度参数进行对比分析。试验结果表明,法向应力?法向位移关系曲线可通过刺入压密阶段、似弹性变形阶段和塑性变形阶段描述其特征;在首级法向应力下的剪切破坏过程中,剪切应力历经短期弹性、长期弹塑性增大阶段,直至达到相对稳定值;在分级法向应力下的剪切破坏过程中,剪切应力历经从零增大至比例强度的弹性阶段,从比例强度增大至峰值强度的弹塑性阶段和从峰值强度降低至残余强度的屈服破坏阶段;当法向应力控制在似弹性变形阶段范围时,剪切应力与法向应力之间呈良好的线性关系,较好地符合摩尔?库伦强度准则;钻孔剪切试验测得的内摩擦角普遍高于三轴固结不排水剪切试验和直剪试验(固结快剪、快剪)结果,但黏聚力除在浅部地层(10 m 深度范围内)中高于直剪试验(固结快剪、快剪)结果外,均小于三轴固结不排水剪切试验和直剪试验(固结快剪、快剪)结果。     

宿松-枞阳断裂最新活动时代及未来地震危险性研究

宿松—枞阳断裂卫星影像清晰,是一条对构造、地貌、中新生代盆地有着控制意义的断裂。本文对该断裂所处的区域地震地质构造背景进行了分析,结合断裂的发育历史,选择典型剖面,对断裂的最新活动特征进行调查。根据野外地质考察和断裂沿线地震活动统计结果,对断裂未来的地震危险性进行了定量评估。分析认为,该断裂晚第四纪以来仍然有所活动,但活动强度已减弱,未来可能发生无地表位错的中强地震,最大震级综合判定为M5.5。     

混凝土复合型裂缝的断裂能及其判据研究

首先通过理论分析得到断裂能与能量释放率的关系,继而根据试验研究测出的单一型裂缝的断裂能,进行单一型裂缝断裂能与断裂韧度的相关性分析,得到了单一型裂缝的断裂能与能量释放率之间的关系,再进行数值模拟,获得混凝土复合型裂缝的断裂能。基于Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、二维复合型(Ⅰ-Ⅱ、Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ-Ⅲ)和三维复合型(Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ)的应力强度因子断裂临界曲线和临界曲面(即完整的系列K判据),通过各复合型裂缝的断裂韧度,得到相应的能量释放率,进而获得复合型裂缝的断裂能,绘出断裂能临界曲线和曲面,从而建立了完整的系列断裂能G判据。     

汶川地震中小鱼洞大桥的变形破坏特征与机理

在现场调查的基础上,研究了汶川地震中小鱼洞大桥的变形破坏现象,总结了变形破坏的特点,分析了发生变形破坏的机理。小鱼洞大桥在汶川地震中表现出复杂多样的变形破坏现象,包括梁体塌落,引线段断裂、形成断坎,边坡坍塌,路面纵向拉裂,盖梁与桥台之间右行错动,伸缩缝拉开并发生左行错动和桥台搭板移位等。小鱼洞大桥变形破坏的特点主要表现为挤压与拉张现象并存、左行与右行现象并存和水平向振动与竖向振动并存。地震时小鱼洞大桥受到了复杂的力学作用,不仅有水平挤压作用,而且有竖向和水平向的振动作用以及水平剪切作用。     

岩石断裂和破碎的分形研究

岩石断裂与破碎的研究一直是岩石力学的前沿领域,也是采矿、能源、水利、交通、地震等众多工程领域不可或缺的理论基础。本文系统介绍了将分形理论引进到岩石断裂和破碎研究的成果,其中包括岩石微观断裂、宏观裂纹动态扩展以及岩体破碎的块度分布,旨在从一个侧面反映分形理论在岩石力学中的应用,最后还给出了一个工程应用的例子。本文的部分结果曾发表于国际杂志上。     

则木河断裂变形产物中微观粘滑与蠕滑标志的鉴别

在则木河断裂带宏观研究的基础上,结合岩石破裂实验成果,对包括1850年大震变形带在内的断裂产物进行定向原态采集、固结、制片和镜下系统观测,从复杂纷呈的变形遗迹中鉴别出微观粘滑与蠕滑标志。最后就有关问题进行了简要讨论.     

三峡库区高陡危岩软弱基座力学特性研究——以望霞危岩炭质页岩基座为例

对三峡库区巫峡望霞危岩软弱基座炭质页岩样品进行X射线衍射与SEM扫描电镜分析,结果表明矿物成分中蒙脱石、云母、绿泥石含量较高,这些层状结构硅酸盐矿物具有高吸水性与易滑性特点;岩溶区地表碱性环境下蒙脱石和云母向绿泥石转化,岩石抗剪强度低,易发生滑动导致危岩体失稳。使用RMT-150C岩石力学试验系统进行不同围压下炭质页岩三轴压缩试验,通过一元线性回归分析方法获取了炭质页岩强度参数粘结力c=200 k Pa、内摩擦角φ=29.9°;对岩石屈服强度、峰值强度、残余强度与围压数据进行回归分析获得线性控制方程,建立了炭质页岩应力-应变全过程曲线,结果表现出压密、弹性变形、应变软化、塑性流动4个阶段。     

幕府山—焦山断裂的空间展布和浅部构造特征研究∗

幕府山—焦山断裂为南京主城区四条主要断裂的一条,经燕子矶、栖霞山、龙潭延伸至镇江焦山,全长约 75 km,总体走向近东西向,断面倾向北,作为连贯南京—镇江两市的一条主要断裂,与两地多次较大地震均有关联,是宁镇地区一条非常重要的断裂构造。南京活断层项目已对该断裂在长江四桥以西段完成了活动性、空间展布、地震地质调查等多种工作,此次研究利用近年来南京—镇江沿江范围内针对该断裂所做最新研究成果,对该断裂全段的空间展布和浅层构造进行了进一步研究,取得了如下成果：(1)通过针对断裂布设并明确有可靠断点的 21 条人工地震测线,卫星遥感影像和地震地质调查,基本查明了幕府山—焦山断裂全段的空间展布信息,并结合物探和钻孔资料分析了该断裂在不同区域的相关特征,例如该断裂沿山脉分布段和进入长江段在断裂特征上具有较大区别;(2)分享了用人工地震勘探方法勘探该断裂时的野外施工方式及数据处理方法,并列举了详细的具有断点信息的单炮记录,为后续针对该断裂所开展的科研及工程项目提供了详实的基础资料;(3)结合震源机制解,探讨了南京 2020 年 3 月 3 日 3.0 级地震与幕府山—焦山断裂之间的关系,结果表明幕府山—焦山断裂与该地震相关性较大。研究结果对认识幕府山—焦山断裂活动性、评价其地震危险性以及城市抗震设防规划编制等具有积极意义。     

华东及安徽地区断裂构造及分形分析

本文在对安徽及华东地区地震断裂构造分析的基础上,利用数盒子法计算了华东及安徽的活动断裂的分形维数,并从分形理论的角度讨论了活动断裂和地震活动性之间的关系,认为活动断裂的分形维数和地震活动性的分形维数是相等的.对华东及安徽的3种类型断裂(基底断裂、地壳断裂及岩石圈断裂)的不同分形维数和该区域地震的b值关系分析,认为该地区地壳断裂控制了该区域的地震活动.     

循环荷载下饱和软黏土振后强度弱化研究

本文以宁波轨道交通淤泥质黏土为对象进行动、静三轴试验,探讨了不同围压、静偏应力、动应力作用下淤泥质黏土振后强度弱化规律和不排水剪有效应力路径发展规律,获得了土的强度弱化参数,结果表明:与常规不排水三轴剪切试验结果相比,振后孔压发展曲线表现出超固结土的特性,出现剪胀现象,动应力比、初始静偏应力比越大,越为明显;振后孔压累积,有效应力减小,抗剪强度随静偏应力的增大而减小,建立的u/σ3～qsd/qs线性表达式可较好地描述土的强度弱化比-归一化孔压之间的关系;随着静偏应力的增大,应力路径曲线而向左偏移,研究结果为轨道交通的动力设计提供了参考。     

郯庐断裂带皖东段与滁河断裂构造及地震活动相关性研究

郯庐断裂带皖东段与滁河断裂所处区域 ,深、浅部构造特征及动力学环境相似 ,浅层构造均为断陷盆地 ,深部构造均为地幔异常区 ,浅层构造与深部构造之间呈镜象对应关系 ,说明两者构造具有成因上的联系。在郯庐断裂带皖东段与滁河断裂上 ,现代地震活动在时间和空间上具有明显的周期性、丛集性、迁移性及相关性 ,主要表现在 :每当郯庐断裂带皖东段地震活跃幕中主要地震丛 (ML≥ 3.0 )发生前后 13年 ,相应在滁河断裂带上也会发生类似级别的地震。     

粘性泥石流体阵性流形成机理的研究

通过粘性泥石流体阵性流的野外观测，和应用最新研制的大型平板旋转式泥石流流变仪测定粘性泥石流体的应力应变特性，发现含有砾石的粘性泥石流启动时具有明显的应力过冲特征。这种应力过冲特征，与由粘性介质阻力变形初期的剪切稀化和高浓度粗细颗粒相互挤压的内摩擦力共同组成和泥石流体的应力滞后特性（抗剪强度）有关。根据所测定的粘性泥石流体的准静摩擦角、正压力和动摩擦系数，通过剪切面上流动坡度的推导与泥石流体启动高度的演算，并与粘性泥石流体阵性流观测资料进行对比，初步揭示了粘性泥石流体阵性流的形成机理。     

基于先进对地观测卫星遥感影像的断裂识别——以江西德兴为例

断裂构造是地球应力的外部表现。断裂构造的识别对于地震、滑坡、泥石流等地质灾害的预测,以及矿产资源的勘探、开发等具有重要意义。利用ALOS影像,结合地形图,通过分析研究区内地形、地貌构造及水系特征等,建立了德兴地区断裂构造的遥感解译标志。通过实地验证,该研究区内存在断裂构造100余条,北西方向断裂为区域性断裂。     

堆石料强度和变形性质的大型三轴试验及模型对比研究

在饱和试样大型三轴试验成果基础上,对两种堆石料(垫层料、次堆石)的变形与强度特性变化规律进行了总结。认为围压是影响堆石料强度和变形特性的最重要因素;堆石料的非线性应力应变关系用邓肯张模型和指数模型来拟合都基本令人满意,但指数模型会高估初始剪切模量;堆石料的径向应变与轴向应变关系可以分成两段,并能够依次用双曲线和直线来模拟;随着围压的升高,堆石料的剪胀性会急速降低,颗粒破碎可能性会增加,因此相应的最大主应力比和内摩擦角会随之发生明显的减小,并且可以用幂函数关系很好的拟合它们与围压的关系。