基于巴西圆盘数值试验的砂岩破裂过程分析

06 热应力作用下的岩石破裂过程分析

第25卷第10期岩石力学与工程学报V ol.25 No.10 2006年10月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2006热应力作用下的岩石破裂过程分析 唐世斌1，唐春安1，2，朱万成3，王述红3，于庆磊3 (1. 大连理工大学土木水利学院，辽宁大连 116024；2. 大连大学材料破坏力学数值试验研究中心，辽宁大连 116622； 3. 东北大学岩石破裂与失稳中心，辽宁沈阳 110004) 摘要：热应力引起的岩石破裂称为岩石的热破裂，它是热和力之间相互耦合作用的结果。岩石热破裂研究的工程意义重大。根据岩体介质变形及其热力学的理论基础，充分考虑岩石的非均匀性和热固耦合作用，在原有的岩石破裂过程分析系统的基础上，建立了具有热固耦合作用的岩石热破裂分析模型。数值模型再现岩石的热破裂过程，并反映岩石热破裂的规律。运用数值模型，对含有单个内嵌颗粒的岩石试件在温度变化过程中的热开裂进行了数值模拟。研究结果表明：在温度升高过程中，如果内嵌颗粒的热膨胀系数大于基质的热膨胀系数，在基质内产生径向裂纹；如果内嵌颗粒的热膨胀系数小于基质热膨胀系数，便在基质内产生环向裂纹。数值模拟结果与试验结果有较好的一致性。RFPA2D-thermal模型为从细观力学角度上分析岩石的热破裂过程和机制提供了一种新的方法。 关键词：岩石力学；热应力；非均匀性；数值模拟；热开裂 中图分类号：TU 45；O 241 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)10–2071–08 NUMERICAL INVESTIGATION ON ROCK FAILURE PROCESS INDUCED BY THERMAL STRESS TANG Shibin1，TANG Chun′an1，2，ZHU Wancheng3，WANG Shuhong3，YU Qinglei3 (1. School of Civil and Hydraulic Engineering，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning116024，China； 2. Research Center for Numerical Tests on Material Failure，Dalian University，Dalian，Liaoning116622，China； 3. Center for Rock Instability and Seismicity Research，Northeastern University，Shenyang，Liaoning110004，China) Abstract： Rock failure induced by thermal stress is called thermal cracking. It is the result of thermal and mechanical coupling. Based on the basic theory of rock deformation and thermodynamics，considering the heterogeneity and the coupling of thermal and mechanics，a numerical model，RFPA2D-thermal code，is proposed. With this model，the temperature and stress fields can be determined. The most important is that the failure process of rock induced by thermal or external stress can be simulated. Using this numerical model，the failure progresses of a rock sample with an inlaid grain was modelled during the change of temperature. It turns out that during temperature increment，if the thermal expansion coefficient of the inlaid grain is larger than that of the surrounding media，radial-cracks will be generated in the surrounding media，and theta-cracks emerge if the thermal expansion coefficient of inlaid grain is smaller than that of the surrounding media. The results agree well with the experimental results. The RFPA2D-thermal model provides a new method for analyzing the thermal cracking of rock samples in microscopic view. Key words：rock mechanics；thermal stress；heterogeneity；numerical simulation；thermal cracking 收稿日期：2005–07–20；修回日期：2005–11–11 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50504003) 作者简介：唐世斌(1980–)，男，2003年毕业于东北大学采矿工程专业，现为博士研究生，主要从事热应力作用下的岩石破裂数值分析方面的研究工作。E-mail：tang_shibin@https://www.wendangku.net/doc/d310916395.html,

巴西劈裂实验实验方案【内容详细】

巴西劈裂实验 一、实验目的 岩石抗拉强度是指岩石承拉伸条件下能够承受的最大应力值。由于巴西劈裂法实验简单，所测得的抗拉强度与直接拉伸法测得的抗拉强度很接近，故常用此法测定岩石抗拉强度。 二、实验原理 劈裂法的基本原理是基于圆盘受对径压缩的弹性理论解。试件破坏时作用在试件中心的最大拉应力为： dt P σπ2t 式中：σt —试件中心的最大拉应力，即为抗拉强度，MPa P —试件破坏时的极限压力，N ； d 、t —承压圆盘的直径和厚度，mm ； 图1 劈裂试验加载和应力分布示意图 三、试样制备 1.试样可用钻孔岩芯或岩块，在取样和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现。

2.试样规格：采用直径为50mm，高为25mm~50mm（高度为直径的0.5~1.0倍）的标准圆柱体。试样尺寸的允许变化范围不宜超过5%。对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许使用非标准试样，但高径比必须满足标准试样的要求。 3.试样数量：试样个数视所要求的受力方向或含水状态而定，一般每种岩石同一状态下，试样数量不少于5块。 4.含水状态：采用自然状态，试样制成后放在底部有水的干燥器内1~2d，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 5.试样制备精度：整个厚度上，直径最大误差不应超过0.1mm。两端不平行度不宜超过 0.1mm。端面应垂直于试样轴线，最大偏差不应超过0.25度。 四、实验设备 圆柱体试样、游标卡尺、劈裂夹具、钢丝垫条（用直径为2.0mm~3.0mm钢丝）、液压材料试验机。 五、实验步骤 1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2.用游标卡尺测量试样尺寸，保留两位小数。 3.将试样放置在劈裂夹具内，再用V型夹具及两侧夹持螺钉固定好试样。 4.把劈裂夹具放入试验机的上、下承压板之间，使试样中心线和试验机的中心线在一条直线上。 5.开动试验机，松开劈裂夹具两侧夹持螺钉，然后以0.3 ~0.5 MPa/s的加载速度均匀加载，直至破坏。 6.记录破坏载荷，破坏类型描述。 注意事项： 1.试样上、下两根垫条应与试样中心面位于同一平面内，以免产生偏心载荷。 2.破坏面必须通过上、下两加荷载线，若只产生局部破坏，须重新实验。

Z1东大岩石破裂自然奖项目公示培训资料

Z1东大岩石破裂自然奖项目公示

推荐2016年度国家自然科学奖项目公示 一、项目名称 岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律 二、推荐单位意见 矿山开采和岩石工程开挖引起的灾害造成大量的人员伤亡和财产损失。开采或岩石工程开挖诱发的许多工程灾害都与岩石破裂过程失稳有关，岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律是认识灾害发生的机理和进行灾害预警的关键性理论与技术问题。本项研究从实验研究、数值模拟方法研究及其工程应用等方面，系统地研究了岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律，创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟方法RFPA，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具，推动了岩石破坏力学的发展；研究形成了以岩石微破裂监测与并行数值模拟相结合的工程岩体灾害预警新方法，在10余个典型或重大工程中得到成功应用，通过现场工程措施的实施，确保了岩石工程的安全，创造了可观的经济效益和社会效益。 该项目创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟新方法，并为国内外同行广泛应用，在国际上具有重要的学术影响。发表20篇论著总计被他引3476次，其中被SCI-E他引541次、CPCI-S他引258次、CNKI他引2677次。包括原国际岩石力学学会主席C.Fairhurst教授、J.A.Hudson教授在内的1000多位国内外专家，都在公开出版物中给予了正面引用与评价。课题组为我国岩石力学界培养了第一个国际岩石力学学会Rocha奖获得者，实现了国际岩石力学学会设奖27年来我国零的突破。国内外学者应用岩石破裂过程分析系统RFPA获得硕士、博士学位

论文的达到60余篇。本项成果已在加拿大、瑞典、香港及国内30余所高校或研究机构得到应用，协助国内十余所高校挂牌成立了与岩石破坏机理分析相关的“数值实验室”，并在济钢张马屯铁矿突水、淮南矿业集团瓦斯突出、唐钢矿业公司突冒突涌、锦屏二级水电工程隧道施工岩爆等灾害的监测预警中得到应用，为确保岩石工程安全提供了新的手段，取得了较好的经济效益和社会效益。 特推荐国家自然科学奖一等奖。 三、项目简介 矿山开采或岩石工程开挖诱发的许多工程灾害都与岩石破裂过程失稳有关。本项研究从实验研究、数值模拟方法研究及其工程应用等诸方面，系统地研究了岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律，创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟方法RFPA，研究形成了以岩石微破裂监测与大规模高性能数值模拟相结合的工程岩体灾害预警新方法，通过现场工程措施的实施，为确保岩石工程安全提供了新的手段。该项目的主要研究及科学意义在于： (1)建立了岩石非线性统计损伤本构理论和岩石破裂失稳灾变模型，揭示了加载系统弹性回弹行为与岩石试样相互作用所带来的岩石破裂规律的复杂性，为研究岩爆等岩体工程动力灾害奠定了理论与实验基础，推动了岩石破坏力学的发展。 (2)基于“脆性破裂孕育在小变形之中”的深刻认识，提出了基于小变形和大位移原理的岩石破裂全过程分析学术思想，建立了用细观非均匀性模拟宏观非线性、用连续介质力学方法模拟非连续介质破裂问题的新型数值分析RFPA(Rock Failure Process Analysis)方法，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具。

用平台巴西圆盘试样确定脆性岩石的弹性模量、 拉伸强度和断裂韧度――第二部分：试验结果

第23卷 第2期 岩石力学与工程学报 23(2)：199～204 2004年1月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.，2004 2002年4月1日收到初稿，2002年6月14日收到修改稿。 * 国家自然科学基金(19872046)资助项目。 作者 王启智 简介：男，1946年生，1968年毕业于清华大学，现任教授、博士生导师，主要从事岩石力学和固体力学方面的教学和研究工作。E-mail ：qzw@https://www.wendangku.net/doc/d310916395.html, 。 用平台巴西圆盘试样确定脆性岩石的弹性模量、 拉伸强度和断裂韧度——第二部分：试验结果 * 王启智 吴礼舟 (四川大学土木力学系 成都 610065) 摘要 根据前文理论分析的结果，对平台巴西圆盘大理岩试样进行了平台压缩试验。试验结果表明，可以从一次有效的载荷-位移记录中同时确定脆性岩石的弹性模量E 、拉伸强度t σ和断裂韧度Ic K 。判断有效试验的标志是：(1) 裂纹是从试样的中心部位引发的，并基本上沿着直径的方向扩展到临界点；(2) 能够在试验中记录到最大载荷以后的破坏过程，即在达到最大载荷后，载荷先下降后又上升的过程，但载荷的上升不超过前面的最大载荷。基于内聚裂纹模型讨论了Ic K 的尺寸效应，利用Bazant 的尺度律推出考虑断裂过程区影响修正后的断裂韧度m Ic K 。 关键词 断裂力学，弹性模量，抗拉强度，断裂韧度，平台巴西圆盘试样，载荷-位移曲线，尺度律 分类号 O 346.1+2，TU 458+.3 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)02-0199-06 DETERMINATION OF ELASTIC MODULUS ，TENSILE STRENGTH AND FRACTURE TOUGHNESS OF BRITLE ROCKS BY USING FLATTENED BRAZILIAN DISK SPECIMEN——PART II: EXPERIMENTAL RESULTS Wang Qizhi ，Wu Lizhou (Department of Civil Eng. and Applied Mechanics ，Sichuan University ， Chengdu 610065 China ) Abstract Based on the results of theoretical analysis in part I of this paper ，flattened Brazilian disk specimens made of marble were tested by compressive load applied on the flattens. The experimental results show that the elastic modulus E ，tensile strength t σ and fracture toughness Ic K of brittle rocks can be determined from a valid load-displacement record. The criteria for a valid test are ：(1) the crack is initiated from the center region of the specimen ，and propagates essentially along the vertical diameter till the critical point ，(2) the fracture process after the maximum load ，which is characterized by the load descending and then ascending ，can be recorded in the test ，however the ascending load does not surpass the previous maximum load. The size effect on Ic K is discussed based on the cohesive crack model. The modified fracture toughness m Ic K considering the effect of fracture process zone is obtained by using Bazant ′s size effect law. Key words fracture mechanics ，elastic modulus ，tensile strength ，fracture toughness ，flattened Brazilian disk specimen ，load-displacement record ，size effect law 1 引 言 本文是分成两部分的研究报告的第二部分，第 一部分即文[1]是解析和数值结果，第二部分即本文 是试验结果。表征岩石类材料力学特征的刚度、强度与断裂参数，如弹性模量E 、抗拉强度t σ和I 型(张开型)断裂韧度Ic K ，对现代岩土工程的设计和研

巴西劈裂实验实验方案

巴西劈裂实验实验方案 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022

巴西劈裂实验 一、实验目的 岩石抗拉强度是指岩石承拉伸条件下能够承受的最大应力值。由于巴西劈裂法实验简单，所测得的抗拉强度与直接拉伸法测得的抗拉强度很接近，故常用此法测定岩石抗拉强度。 二、实验原理 劈裂法的基本原理是基于圆盘受对径压缩的弹性理论解。试件破坏时作用在试件中心的最大拉应力为： dt P σ π 2 t 式中：σt—试件中心的最大拉应力，即为抗拉强度，MPa P —试件破坏时的极限压力，N； d、t—承压圆盘的直径和厚度，mm； 图1 劈裂试验加载和应力分布示意图

三、试样制备 1.试样可用钻孔岩芯或岩块，在取样和试样制备过程中，不允许人为 裂隙出现。 2.试样规格：采用直径为50mm，高为25mm~50mm（高度为直径的~倍）的标准圆柱体。试样尺寸的允许变化范围不宜超过5%。对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许使用非标准试样，但高径比必须满足标准试样的要求。 3.试样数量：试样个数视所要求的受力方向或含水状态而定，一般每种岩石同一状态下，试样数量不少于5块。 4.含水状态：采用自然状态，试样制成后放在底部有水的干燥器内1~2d，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 5.试样制备精度：整个厚度上，直径最大误差不应超过。两端不平行度不宜超过。端面应垂直于试样轴线，最大偏差不应超过度。 四、实验设备 圆柱体试样、游标卡尺、劈裂夹具、钢丝垫条（用直径为~钢丝）、液压材料试验机。 五、实验步骤 1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2.用游标卡尺测量试样尺寸，保留两位小数。 3.将试样放置在劈裂夹具内，再用V型夹具及两侧夹持螺钉固定好试

219947砂岩的特征、分类、地质环境

砂岩的特征、分类、地质环境 定义：粒度在2-0.0063mm碎屑占50%以上的陆源碎屑岩称为砂岩。 砂岩的特征 一、砂岩的成分特征 1、碎屑颗粒成分： Q——石英， F——长石， R——岩屑， 三者的成分特征取决于母岩的成分和沉积物的改造历史。 云母和绿泥石碎屑：量少 重矿物碎屑：量少，有指示物源的作用 成分成熟度＝Q/（F+R）：指碎屑沉积组分在其风化、搬运和沉积作用的改造下接近最稳定的终极产物的程度。F/R反映物源特征 , R反映气候和风化作用的特点。 2、填隙物的成分： 杂基：粘土和小于0.03mm的细碎屑颗粒； 胶结物：铁质、钙质和硅质为常见。 二、砂岩的结构特征具典型的陆源碎屑结构 三、砂岩的构造特征发育各种层理、层面、同生变形构造和虫孔等砂岩的分类（三端元四组分分类） 首先根据杂基的含量，将砂岩分为两大类，杂砂岩（杂基>15%）和净砂岩（杂基<15%）； 其次，根据砂岩的三种碎屑主要成分，按三角形图解进行成分划分； Q（石英）端元：石英、玉燧、石英岩和其他硅质岩屑； F（长石）端元：长石、花岗岩和花岗片麻岩类岩屑； R（岩屑）端元：除去花岗质和硅质岩屑之外的其他岩屑，以及碎屑云母和绿泥石。 成因意义：Q 端元反映砂岩的成分成熟度，F/R值反映物质来源和大地构造状况，F端元在一定程度上反映气候和风化作用的特点。 砂岩的名称及成分特征 1、石英砂岩：Q>95%, F+R<5%; 2、长石石英砂岩：Q=75-95%， F+R<25%，F >R 3、岩屑石英砂岩：Q=75-95%， F+R<25%，R > F

4、长石砂岩： Q < 75%， F >25%，F/R >3 5、岩屑长石砂岩：Q < 75%， F/R =3-1 6、长石岩屑砂岩：Q < 75%， F/R =1/3-1 7、岩屑砂岩： Q < 75%， R >25%，F/R < 1/3

岩石破裂过程分析系统并行计算方法研究_张永彬

第25卷第9期岩石力学与工程学报V ol.25 No.9 2006年9月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.，2006 岩石破裂过程分析系统并行计算方法研究 张永彬1，2，唐春安2，3，梁正召3，徐涛2，李连崇1 (1. 东北大学岩石破裂与失稳研究中心，辽宁沈阳 110004；2. 大连大学材料破坏力学数值试验研究中心，辽宁大连 116622； 3. 大连理工大学土木水利学院，辽宁大连 116024) 摘要：岩石工程灾害与岩石破裂过程失稳密切相关。大型岩石工程破裂过程数值分析需要高效、准确、强大的计算能力支持。一般传统串行计算方法难以满足要求，大规模并行计算是解决这一难题的有效途径。岩石破裂过程分析系统是研究岩石破裂过程的一个重要数值分析工具。在岩石破裂过程分析系统串行单机版的基础上，结合现代有限元方法和数值计算方法，在消息传递并行环境下，利用区域分解和主从编程模式，采用分布存储稀疏线性迭代并行求解方法，在Linux机群上实现应力分析模块中有限元计算的并行处理。通过Windows和Linux协调处理策略，有效地把原有的前后处理功能和机群系统强大的计算能力结合起来，建立岩石破裂过程分析RFPA3D-Parallel并行分析系统。算例结果表明，并行程序具有很高的加速比和并行效率，能够快速完成三维条件下300万单元的大规模岩石破裂过程分析。应用RFPA3D-Parallel并行分析系统模拟地壳介质中广泛存在的龟裂现象，再现非均匀介质破坏和裂纹演化过程，从而显示该系统广泛的应用前景。 关键词：岩石力学；岩石破裂过程；大规模；并行计算；区域分解；消息传递界面 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)09–1795–07 RESEARCH ON PARALLEL COMPUTATIONAL METHOD OF ROCK FAILURE PROCESS ANALYSIS SYSTEM ZHANG Yongbin1，2，TANG Chun′an2，3，LIANG Zhengzhao3，XU Tao2，LI Lianchong1 (1. Center for Rock Instability and Seismicity Research，Northeastern University，Shenyang，Liaoning110004，China； 2. Research Center for Numerical Tests on Material Failure，Dalian University，Dalian，Liaoning116622，China； 3. School of Civil and Hydraulic Engineering，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning116024，China) Abstract：Rock engineering hazards are closely related to unstable failure of rocks. Numerical analysis of rock failure process of large-scale rock engineering needs effective，accurate and powerful computation，while traditional serial computation becomes incapable to solve these large-scale rock failure problems；and it is necessary to employ large-scale parallel computation technology. Rock failure process analysis(RFPA) code is one of the important numerical tools that can be used to investigate rock failure process. Based on the serial code of RFPA3D，a parallel computation model of rock failure process analysis is proplsed. We complete parallel stress analysis module of RFPA3D using finite element method on a cluster and integrate it with pre-processing and post-processing of RFPA3D installed on windows pc. The parallel program is performed using a distributed memory sparse linear iterative solver with preconditioning based on MPI(message passing interface). The linear 收稿日期：2005–07–05；修回日期：2005–09–27 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50374020，50490274，50504003，5047017)；中国教育科研网格计划项目(ChinaGrid) 作者简介：张永彬(1979–)，男，2002年毕业于东北大学采矿工程专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学数值计算方面的研究工作。E-mail：zybneu@https://www.wendangku.net/doc/d310916395.html,

巴西劈裂实验实验方案

一、实验目的 岩石抗拉强度是指岩石承拉伸条件下能够承受的最大应力值。由于巴西劈裂法实验简单，所测得的抗拉强度与直接拉伸法测得的抗拉强度很接近，故常用此法测定岩石抗拉强度。 劈裂法的基本原理是基于圆盘受对径压缩的弹性理论解。试件破坏时作用在试件中心的最大拉应力为： 2P n t 式中： （T t —试件中心的最大拉应力，即为抗拉强度，MPa P —试件破坏时的极限压力，N; d、t —承压圆盘的直径和厚度，mm 图1劈裂试验加载和应力分布示意图 巴西劈裂实验 实验原理 Ot

三、试样制备 1.试样可用钻孔岩芯或岩块，在取样和试样制备过程中，不允许人为裂隙 出现。 2.试样规格：采用直径为50mm高为25mm?50mm高度为直径的~倍）的标准圆柱体。试样尺寸的允许变化范围不宜超过5%。对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许使用非标准试样，但高径比必须满足标准试样的要求。 3.试样数量：试样个数视所要求的受力方向或含水状态而定，一般每种岩石同一状态下，试样数量不少于 5 块。 4.含水状态：采用自然状态，试样制成后放在底部有水的干燥器内1~2d，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 5.试样制备精度：整个厚度上，直径最大误差不应超过。两端不平行度不宜超过。端面应垂直于试样轴线，最大偏差不应超过度。 四、实验设备 圆柱体试样、游标卡尺、劈裂夹具、钢丝垫条（用直径为~钢丝）、液压材料试验机。 五、实验步骤 1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2.用游标卡尺测量试样尺寸，保留两位小数。 3.将试样放置在劈裂夹具内，再用V 型夹具及两侧夹持螺钉固定好试样。 4.把劈裂夹具放入试验机的上、下承压板之间，使试样中心线和试验机

岩石抗拉试验劈裂法测试技术的探讨

－ 15 － 岩石抗拉试验劈裂法测试技术的探讨 黄珍彬 （广西水文地质工程地质队，广西 柳州545000） 摘 要：岩石的抗拉强度是岩石的重要力学性质指标，在工程上，将劈裂法试验规定为测定岩石抗拉强度的必做试验。文章在论述抗拉强度的定义及其影响因素、劈裂法及其试验影响因素的基础上，分析了运用劈裂法测定岩石抗拉强度试验的过程，即试验设备、试验操作步骤、试验数据工程处理及试验结果。试验表明，运用劈裂法来测定岩石抗拉强度的试验结果是可行、可靠的。 关键词：岩石试验；抗拉强度；劈裂法；测试 中图分类号：TU455 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）21－0015－02 岩石的抗拉强度是岩石的重要力学性质指标，也是岩石结构设计安全与稳定性分析的一个控制参数。近年来，随着中国经济建设的迅猛发展，大型桥梁、隧道、水坝及高层建筑等工程越来越多，在工程建设中经常会遇到岩石，其抗拉强度力学性能指标是设计、检验、控制和评判质量的重要依据。一般测定岩石抗拉强度试验方法有很多，大致可分为直接拉伸法和间接法两大类，但由于直接拉伸试验受夹持条件等限制，因此，岩石的抗拉强度一般采用间接拉伸法（劈裂法）来测定。因此，文章就岩石抗拉试验劈裂法测试技术展开探讨，以供参考。 1 抗拉强度的定义及其影响因素 1.1 岩石的抗拉强度是指岩石在单向受拉条件下，受拉面上能承受的最大拉应力 Dh P πσ21= 式中，σ1：岩石抗拉强度，MPa ； D ：圆柱体试件的直径或立方体试件高度，mm ； P ：试件破坏时的荷载，N ； h ：圆柱体试件厚度或立方体试件厚度，mm 。 1.2 影响岩石抗拉强度的主要因素 岩石是一种复杂的力学介质，其变形特征和强度特征不仅取决于应力状态，而且与岩石的矿物组成、岩石结构构造、含水率和温度等密切相关，且其试验结果还与试验方法有关，如试件大小、尺寸比例、加荷速率等。 2 劈裂法及其试验影响因素 2.1 劈裂试验 劈裂试验亦称巴西试验（Brazilian test ），这种方法起源于南美洲，是目前国内外测定岩石抗拉强度应用最广泛的试验方法。劈裂试验是在圆柱体（亦称圆盘）试样的直径方向上施加径向线性载荷，使试样沿直径破坏的试验。 2.2 试验测试中的影响因素 在室内试验测试中，影响劈裂试验结果的影响因素一般有：试样的试验状态、受力方向、样品形状和尺寸、垫条的材料和尺寸等。 2.2.1 试样试验状态 由于受各工程环境条件的影响，不同工程对试样试验状态要求不同，所产生的抗拉强度也不同。一般，室内试样的试验状态有干燥状态、天然状态和饱和状态。对结构坚硬致密的试样，结果变化不大；但对于结构软弱易碎的试样，结果就有较大的变化。 2.2.2 试样受力方向 岩石抗拉强度常表现有明显的各向异性，特别是在许多变质岩和沉积岩中表现更为突出。一般情况，当拉力垂直于软弱面时，抗拉强度最低；拉力平行软弱面时，抗拉强度最高。由于岩石抗拉强度明显的各向异性，因此劈裂法试验就具有一定的方向性。 2.2.3 试件形状和尺寸的影响 （1）一般，岩石抗拉强度劈裂法测试时以圆断面为基础。但也有研究报道，在一对集中力的作用下，正方形平面中心的最大拉应力与圆板中心的最大拉应力相近。因此，在测试时也可采用正方形试样。 （2）尺寸越大，强度越低（微裂纹概率随尺寸而增大）。 2.2.4 关于垫条材料和尺寸的选择 在采用劈裂法进行试验时，垫条材料和尺寸的选择十分重要，其测试结果会随垫条材料、尺寸的不同有所差异。目前，由于尚难判定各垫条材料和尺寸选择的优缺点，因此根据国内外许多学者在各种不同条件下的研究成果以及我们积累的试验资料显示，在采用劈裂法进行试验时，对于坚硬和较坚硬的岩石选用直径为1 mm 的钢丝作垫条，对于软弱和较软弱的岩石选用垫条宽度与试样直径之比为0.08～0.1的胶木条作垫条。 参考文献 1 黄天泽、黄金陵.汽车车身结构与设计［M ］.北京：机械工业 出版社，2004 2 《营运客车类型划分及等级评定》（JT/T 325－2004） Bus Interior Design Shang Fang Abstract: This article describes the composition of the bus interior, choice of materials and processes as well as some experience skills. Ensure that the bus interior to provide security and comfort, and try to make it user －friendly design, a pleasure to watch. Key words: bus interior; materials and processes; user －friendly design

岩石三维破裂过程的数值模拟研究

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第２５卷第５期梁正榴等．岩石三维破裂过程的数值模拟研究?９３３? 的材料力学。 ＲＦＰＡ３Ｄ中采用简单的弹性损伤本构模型，在达 到破坏准则之前，单元保持线弹性的力学性质。本 文的研究采掰带有拉伸截断的Ｍｏｌａｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ破坏 准则。娄单元静最小主应力超过其单轴拉｛率强度时 单元发生拉伸破坏，其产生的拉伸损伤演化方程如 下： Ｄ＝ ０（ｅ＞ｅｍ）１＿鲁蛾。≤一ｍ）１＠≤￡哦） 式中：嚷为单元的残余强度，气为单元拉伸损伤的最小主应变门槛值，￡ｌｕ为单元分离最小主应变门槛值。拉伸损伤本构关系曲线如图１所示。 阌ｌ拉伸损伤本构关系曲线 Ｆｉｇ．１Ｅｌａｓｔｉｃｄａｍａｇｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｌａｗｆｏｒｅｌｅｍｅｎｔｉｎｔｅｎｓｉｌｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅ 如果单元应力达到了剪切破坏的Ｍｏ羲托ｏｕ奴ｎｂ准则，单元产生剪切损伤。剪切损伤本构关系曲线如图２所示。 圈２剪切损伤本掏关系魏线 Ｆｉｇ。２Ｅｌａｓｔｉｃｄａｍａｇｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｌａｗｆｏｒｅｌｅｍｅｎｔｉｎｓｈｅａｒｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅ 莠切损伤演纯方程如下：式中：爨为细观单元单轴抗压强度：ｅｒ＝为单元的残余强度，且有瓯＝徽瓦，职为残余强度系数。 需要注意的楚，在损伤演化过程中，单元抵抗载荷的能力是逐濒降低鲍，在达到破坏准则之嚣仍然保持一定的残余强度。尽管上面只是单轴压缩和拉伸下的应变损伤，但是已经考虑到三维应力下其他２个主应力对最大主应变或最小主应变的影响。拉伸破坏下可采掰下面的等效应变办法进行处理： 其中， （８） 《‘）＝｛乞置萋０；三：：三寻ｐ，３ＲＦＰＡ３Ｄ的实现 ＲＦＰＡ∞主要包括３个部分：前处理、数据计算秘计算结果酶后处理。莆处理采用Ｗｉｎｄｏｗｓ平台下的ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌＣ＋＋开发。利用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌＣ＋＋强大的系统控制能力可以开发出友好方便的用户界面，采用ＳＧＬ公词跨平台图形库模块ＯｐｅｎＧＬ来实现软件模拟结果的图形图像的显示。有限元计算部分采用Ｆｏｒｔｒａｎ９０开发，ＲＦＰＡ∞的计算可以采用Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上的单枫舨，也可以采焉Ｌｉｎｕｘ平螽上的并幸亍计算。目前在单桃上已经可以计算２０万单元的规模，在３２节点的联想深腾１８００上已经可以突破３００万单元的计算。 ４岩石破裂过程的数僮模拟 本文采用ＲＦＰＡ３Ｄ分别模拟了同种岩石材料鲍单轴压缩、单轴拉伸和剪切破裂这３种基本试验。岩石材料的均质度为２，弹性模量的期望值为２００００ＭＰａ，细观单元单轴匿缩峰值强度的期望值为１００ＭＰａ。 ４．１单轴压缩试验 单轴压缩试验是最简单也是最重要的岩石力学试验。试件尺寸为８０ｍｍｘ４０ｍｍｘ４０ｍｍ，划分的网格为８０ｘ４０ｘ４０，共１２８０００个单元。数值试验中采用位移加载，每步位移增量为０．∞２ｍｍ。图３为 踟 彩 ＜ ≥ ◇溉 ◇旦Ｍ 一 ， 硅、 ＝ Ｄ　万方数据

岩石巴西圆盘混合断裂力学特征及空间效应研究

收稿日期： 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2015CB057903)（National Key Basic Research and Development Program of China (973 Program; 2015CB057903); 国家自然科学基金资助项目(51079092)( National Natural Science Foundation of China (51079092)) 作者简介：李列列，男，1983年生，博士研究生。主要从事岩土工程数值模拟方面的研究工作。E-mail:13370912@https://www.wendangku.net/doc/d310916395.html,. 通讯作者：卓莉，女，1986 年生，工学博士，实验师，主要从事岩石力学试验与数值计算研究。E-mail :zhuoli0405@https://www.wendangku.net/doc/d310916395.html, 岩石巴西圆盘混合断裂力学特征及空间效应研究 李列列1，2, 卓 莉1,2*，邵江3，肖明砾1，2,谢红强1,2 (1.四川大学 水利水电学院，四川 成都 610065；2.四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都 610065；3.四川省交通运 输厅公路规划勘察设计研究，四川 成都 610065) 摘要：针对I II -型混合断裂的力学特征进行研究，选用单节理直切槽巴西圆盘做为室内试验的研究对象。采用位移伺服方式对巴西圆盘进行加载，并对荷载和位移进行监测。根据室内试验得出的峰值应力和混合型断裂韧度相关理论，计算出对应的断裂韧度值。选用能模拟裂隙演化的离散元软件PFC3D 对室内试验进行模拟，在加载方式上选用更为合理的点墙加载方式，以代替传统的墙体加载方式。根据不同加载角β直切槽巴西圆盘室内试验结果，对数值模拟试验的试件细观参数进行标定，分别从宏观和细观上分析直切槽巴西圆盘的力学特性，PFC3D 数值试验破坏过程中展现出与巴西圆盘试验一致的细观特征。研究结果表明：当0 075β≤≤时，断裂韧度差值I II K K -与加载角β呈线性关系；根据试验结果建立荷载峰值与加载角β 的关系表达式，可预测不同加载角β下的荷载峰值；三维数值模拟分析结果显示裂隙尖端拉压临界角大于二维经典理论的结果，误差范围在4%~7%之间，且拉压临界角具用显著的空间特征，由圆盘边面到跨中截面逐渐增加，增加幅度为0.7°；随着加载角β的增加，直切槽周围最大张拉应力点由尖端向圆盘中心偏移，且偏移速率单调增加，全截面由受压逐渐转变为受拉；不同断裂形式的空间效应存在差异，II 型断裂的空间效应最小，巴西劈裂最显著。采用PFC3D 数值软件可以对直切槽巴西圆盘进行三维分析，弥补了三维理论的不足。 关键词： 直切槽巴西圆盘（CSTBD ） 混合韧度（I II -） 加载角 空间效应 中图分类号：TU457 文献标志码： Mechanical Characteristics and Spatial Effect Research of Rocks Using Brazilian Disk Under Mixed Mode Loading LI Lie-lie 1,2 , Zhuo Li 1,2* ，Shao Jiang 3，XIAO Ming-li 1,2， Xie Hong-qiang 1,2 ( 1. College of Water Resources & Hydropower, Sichuan Univ, Chengdu, Sichuan 610065, China; State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering ，Sichuan Univ, Chengdu, Sichuan 610065, China ；3.Sichuan Provincial Transport Department Highway Planning,Survey,Design And Research Institute, Chengdu, Sichuan 610065, China) Abstract : Focusing on the mixed mode fracture(I II -),We choose the cracked straight through brazilian disc(CSTBD) for the research to investigate the mechanical characteristics of mixed mode fracture,Adopting the displacement servo for the loading,we monitor the loading and displacement.Base on the peak loading and classcial theory of mixed mode fracture,we calculate the result of mixed mode fracture toughness.we choose PFC3D to simulate the evolution of crack and adopt the point loading to replace the traditional way. On the basis of the experimental result of cracked straight through brazilian disk test under different angle β,by testing whether it is consistent for the outcomes of laboratory experiment and numerical simulation ，microcosmic parameters are confirmed. By analyzing the mixed-mode brazilian disk under microcosmic and macrocosmic perspectives, the microcosmic characteristics of PFC3D are coincident with the Brazilian disk destructive processes.The outcome shows that : when the value of βis between 00and 750，there is a linear relation between I II K K -and β；according to the experimental results ，fitting equation between peak load values and βcan be established to predict the peak load values with different β;according to three-dimensional simulations,it comes to a result that the critical values of tensile and press transition angle on crack tips are greater in three dimensional space than that in two dimensional space ，the error range is between 4% and 7%,in addition that the critical angle has significant spatial effect and gradually increases from surface to mid-span section. As βaugments ，the maximum tensile stress point around fracture is moving from the crack tip towards the center of brazilian disk and the rate monotonously increased with the increase of loading angle .The three-dimensional analytical results denotes that the spatial effect of three fracture modes are