摘要：高温岩石力学特性是煤炭地下气化等岩石工程围岩稳定分析和支护设计的重要依据。为揭示高温后岩石断裂特性,对两组不同孔隙率砂岩进行高温(25~800℃)处理,采用图像处理技术获得砂岩热裂纹分布特征,探究高温后砂岩微裂纹面积比演化规律;对高温后砂岩进行三点弯曲试验,分析高温对砂岩载荷-位移曲线、ⅰ型断裂韧度及破裂模式的影响规律。结果表明:高温后砂岩微裂纹面积比随温度升高呈先减小后增大趋势,较高孔隙率C组砂岩微裂纹面积比更大;相同温度条件下,A组砂岩ⅰ型断裂韧度高于C组砂岩;随着温度的升高,两组砂岩ⅰ型断裂韧度均先增大后减小,阈值温度分别为200℃和400℃;三点弯曲作用下,从预制裂隙尖端萌生的裂纹扩展导致砂岩试样破坏,且温度越高,砂岩破坏程度越明显。

摘要：以三峡库区典型的库岸边坡消落带节理砂岩体的实际赋存环境为背景,采用在砂岩中预制Ⅰ型裂隙的方法来模拟节理岩体,根据工程实际设计饱水-风干循环试验方案,研究了浸泡在不同化学溶液中的Ⅰ型裂纹砂岩在干湿循环作用下的力学特性及损伤劣化机理,分析了经不同化学溶液和干湿循环作用后试样的物理力学特性随干湿循环次数的劣化规律。研究结果表明:化学溶液和干湿循环作用后砂岩试样呈现出明显的弱化趋势;试验初期,强碱性溶液下砂岩试样的干湿劣化程度最小,但随着干湿循环次数的增加,强碱性溶液下砂岩试样的干湿劣化程度逐渐加剧,仍小于酸性溶液下的,但大于中性溶液下的。化学干湿循环作用后,砂岩试样各力学特征的损伤劣化程度存在明显的差异,其中断裂韧度KIC的劣化程度较大,抗拉强度居中,而抗压强度最小。化学干湿循环作用后砂岩的断裂韧度与抗压强度、抗拉强度间存在明显的线性关系。砂岩各力学特征的劣化程度与其相应的化学溶液中溶出离子浓度的大小、试样物理参数的劣化程度之间具有某一对应关系,同时,得到砂岩试样物理力学参数与损伤变量和钙镁离子浓度之间统计上的关联关系。并且,可以利用不同化学溶液和干湿循环作用下砂岩试样的裂纹扩展半径来间接说明其力学特征发生损伤的劣化程度。

摘要：ⅰ型断裂韧度是岩石的主要特征力学参数,且影响因素很多。目前,国内可查的细观层理对岩石ⅰ型断裂韧度影响的相关研究较少。试验利用隧道开挖中的变质砂板岩,测试了横向、纵向和无细观层理砂板岩纵波波速,并采用三点弯曲圆梁方法研究了相应砂板岩试件的Ⅰ型断裂力学性质。试验表明KIC、断裂破坏挠度、细观层理和纵波波速间存在相关关系,根据试验成果提出各向异性系数Y的概念,利用各向异性系数Y计算的K IC值与实测的相应试件KIC符合较好。

摘要：无论在工程中还是在自然界中,黏土多处于受压状态,压剪破坏是最常见的破坏模式。因此,对压实黏土的ⅰ型断裂韧度与抗压强度的研究对工程结构设计具有重要意义。采用无侧限抗压强度试验和改进后的三点弯曲试验对不同含水率条件下的压实黏土进行试验研究。研究结果表明:在三点弯曲试验中,压实黏土的预制裂缝长度需控制在15~30 mm才能真实反映土体的ⅰ型断裂韧度值;压实黏土的ⅰ型断裂韧度和无侧限抗压强度均随含水率的增加呈现先增大后降低的趋势,保证压实土体在最优含水率时施工能最大化发挥土体的抗压和抗断裂能力;不同含水率条件下,压实土体的ⅰ型断裂韧度和无侧限抗压强度具有较好的线性相关性。

摘要：为研究煤的变形断裂特性,采用三点弯曲测试法对3组预裂半圆盘煤样开展Ⅰ型断裂试验,探讨了ⅰ型断裂韧度与单轴抗压强度、单轴抗拉强度以及弹性模量的相关性,得到了煤样三点弯曲试验中的载荷位移特征,利用非接触全场应变测量系统监测分析了煤样变形破坏过程中的应变场演化规律与断裂过程。试验结果表明:3组煤样的ⅰ型断裂韧度分布在0.14~0.29 MPa·m,煤样断裂裂纹均从预制裂纹顶端起裂,扩展路径近似为直线,呈典型的张拉破坏形式。煤样的ⅰ型断裂韧度与其弹性模量和单轴抗拉强度正相关,线性关系式分别为:E=10.47K和σ=5.48K,相关性系数R~2分别达到0.99和0.97。煤样的变形破坏过程可分为压密阶段、弹性变形阶段、弯曲变形阶段、抵抗裂纹产生阶段和破坏后阶段。弯曲变形与抵抗裂纹产生阶段是能够表征煤样断裂特性的重要阶段,抵抗裂纹产生阶段载荷的差值直观反映了煤样ⅰ型断裂韧度的大小。弯曲变形阶段前,水平应力主要集中在直裂纹两侧;进入弯曲变形阶段后,直裂纹顶端出现应力集中并逐步向上发展;进入抵抗裂纹产生阶段后,应力集中程度与范围快速增大,逐步形成张拉裂纹的潜在轮廓与路径,煤样断裂瞬间应变率呈显著的非线性增长特征。

摘要：面向岩石断裂尺寸效应研究的实验装置需求,针对现有技术中三点弯曲装置对多组尺寸岩石试件适应性差、最小跨距的测试量程不足等问题,研制了一种可灵活用于岩石断裂尺寸效应测试的三点弯曲装置。装置采用“两体分离式”的设计,三种不同型号的滚子与压头体、支座体配合使用,有效避免了不同尺寸试件采用同一直径滚子测试带来的实验精度问题;同时,装置实现了4mm~100mm不同实验跨距的设置,可同时满足尺寸变化较大的多组试件开展断裂测试。借助该装置开展了页岩三点弯曲断裂尺寸效应测试,并利用ABAQUS软件进行了相关数值计算。获得了不同尺寸页岩试件的Ⅰ型表观断裂韧度、名义强度等断裂参数,结果显示:尺寸对页岩的Ⅰ型表观断裂韧度和名义强度有显著影响。实验计算值与Bazant提出的尺度律模型(SEL)对比,结果吻合良好,借助SEL曲线可对页岩的断裂强度进行有效预测,同时表明该装置具有实验高效、高精准性等优点。

摘要：为了解在考虑时间效应的水岩作用下砂岩ⅰ型断裂韧度、抗拉强度的变化规律及其相关性,选取三峡库区库水变幅带砂岩为研究对象,设计紧凑的实验方案,对周期性饱水-风干循环状态和长期饱水状态下的砂岩试样开展了三点弯曲断裂韧度试验和劈裂抗拉强度试验.试验结果表明:在水岩作用下,砂岩的断裂韧度和抗拉强度软化效应明显,且随着浸泡时间的增加,软化效应呈先增大后稳定的趋势.同时,在同一周期内砂岩试样的断裂韧度和抗拉强度有相近的软化系数,契合岩石的抗拉强度和断裂韧度存在较好的相关性.最后通过数据拟合得到了砂岩断裂韧度与抗拉强度的相关关系,拟合相关性较高,并通过与试验数据的比较,验证了公式的可行性.研究成果对水岩作用下砂岩断裂韧度与抗拉强度的相关性有一定的参考价值,为通过砂岩抗拉强度预测估算断裂韧度提供了便利,同时也可为其他类型岩石的相关研究提供参考.