摘要：地震前岩石圈存在可观测的磁场前兆异常,岩石破坏过程的磁场效应规律却鲜有研究.本文设计建立了岩石破坏磁场效应监测实验系统,测试分析了岩石破坏过程磁场与载荷、声发射、电磁辐射之间的关系,探讨了岩石破坏磁场产生机制与岩石破坏磁场效应对地震预报的意义.结果表明:岩石在受载破坏过程能够产生磁场,磁感应强度与载荷变化存在良好的对应关系.在受载前期,磁感应强度波动增加,受载中后期,磁场强度显著增加;主破坏发生时,磁场强度快速增加并达到最大值.磁感应强度与累积声发射计数平均相关系数达到0.825,呈高度相关,表明磁场变化能够反映岩石的变形破坏阶段和状态.岩石破坏磁场的产生主要与电性变化有关,运动电荷或电流的变化产生了磁场.岩石破坏磁场与电磁辐射同属于电磁信号,磁场是一种极低频、连续、脉冲式的信号,信号频率一般为0~20 Hz;电磁辐射是一种瞬态、阵发性的电磁波,信号频率一般为kHz~MHz.相对于电磁辐射,磁场前兆异常先出现,岩石破坏的磁场监测结果对于评估地震的临震预报具有显著的意义.

摘要：基于高速图像采集设备和数字散斑相关方法(DSCM),建立了一套岩石破坏动态变形场观测实验系统,介绍了系统的组成和原理,重点阐述了用于岩石动态变形测量时光源的选择、采集速率的设置和图像采集的触发等关键技术。用此动态变形场观测实验系统可完成动(静)态载荷作用下岩石破坏瞬间试件表面图像的准确高速采集,并进一步完成变形场的定量分析。用设计的系统完成了岩石巴西圆盘实验和岩石I型裂纹动态断裂实验,对动态变形场观测实验系统的可行性和有效性进行了验证。观测系统获得的脆性岩石失稳破坏过程中动态、定量的变形场数据可为深入研究岩石失稳破坏机理提供基础的数据和认识。

摘要：传统离散元方法在处理破裂问题时,采用界面上的准则进行判断,裂纹只能沿着单元边界扩展.当物理问题存在宏观或微观裂隙时,在界面上应用准则具有其合理性;而裂纹沿着单元边界扩展,使得裂纹路径受网格影响较大,扩展方向受到限制.针对上述情况,可以基于单元破裂的方式,构建连续-非连续单元法,并应用于岩石裂纹扩展问题的模拟.该方法在连续计算时,将单元离散为具有物理意义的弹簧系统,在局部坐标系下由弹簧特征长度、面积求解单元变形和应力,通过更新局部坐标系和弹簧特征量,可进一步计算块体大位移、大转动,连续问题计算结果与有限元一致,同时提高了计算效率.在此基础上,引入最大拉应力与莫尔-库伦的复合准则,判断单元破裂状态和破裂方向,并采用局部块体切割的方式,在单元内形成初始裂纹.裂纹两侧相应增加新的计算节点,同时引入内聚力模型描述裂纹两侧的法向、切向作用与张开度及滑移变形之间的关系.按此方式,裂纹尖端处的扩展路径可穿过单元内部和单元边界,在扩展方向的选取上更为准确.最后,通过三点弯曲梁、单切口平板拉伸、双切口试样等典型数值试验,模拟裂纹在拉伸、压剪等各种应力状态下的扩展问题,并对岩石单轴压缩试验的破坏过程进行模拟,分析裂纹形成与应力-应变曲线各阶段之间的对应关系.结果表明:连续-非连续单元法通过单元内部破裂的方式,可以显示模拟裂纹萌生、扩展、贯通直至形成宏观裂缝的过程.

摘要：确定合理的井底负压差值对于欠平衡钻井至关重要。如果负压值过大,地面设备控制和处理困难,并可能导致地层坍塌、出砂,造成地层渗透率严重下降。因此,如何准确确定井壁失稳和储层损害的最大负压差,关系到欠平衡钻井工程的成败。文章根据岩石力学和渗流力学理论对井壁失稳的力学机理进行了分析,并基于摩尔—库仑准则建立了欠平衡钻井井壁失稳极限压差的数学模型。同时,针对欠平衡钻井储层伤害的问题,着重分析了储层应力损害的机理,首次提出并引入了井壁岩石破坏比的概念,通过大量岩心实验,得出井壁岩石渗透率与其所受应力之间的数学回归关系式和相应的极限压差数学模型。并结合新疆呼图壁气田呼3 井和石南4003 井2口井现场数据和相应地层层位的岩心力学实验数据,进行了实例计算模拟,此2 口井的钻井实践证实了文章中欠平衡钻井井壁失稳和储层损害的最大负压差确定的理论方法和数学模型的正确性,表明该数学模型对欠平衡钻井设计具有重要的实用意义。

摘要：提出一种实时高温高压条件下测定岩石断裂韧性的方法及水力压裂实验装置。利用该装置采用预制裂纹岩样进行了水力压裂实验,得到页岩泵压曲线,并基于断裂力学理论测定了页岩的断裂韧性。在以往水力压裂装置和测定方法基础上,揭示了不同埋深条件下页岩泵压曲线、破裂压力和破坏模式的演化规律,计算得到了页岩的断裂韧性。该装置操作简单,原理清晰,大大丰富了岩石力学实验教学内容。

摘要：根据岩石破坏的库仑-莫尔强度准则,分析了巷道围岩的剪应力分布规律及其导致岩体破坏的机理。研究表明:在巷道围岩内存在一个应力剪切带,剪切带内具有较大的主应力差值,该区域岩体有发生破坏的趋势。剪切带是围岩应力状态的过渡区域,它使围岩从单向、双向应力状态过渡到稳定的三向应力状态。巷道支护的原则就是控制剪切带的发展。在锚杆支护设计中,若锚杆主要起悬吊作用,而锚杆的锚固区若处于剪切带内,那么对围岩的支护将是不可靠的。

摘要：针对因岩石力学性能劣化而诱发的工程灾害,以砂岩为研究对象,开展不同裂纹倾角下分级循环加载试验,分析了裂纹倾角对砂岩力学特性和裂纹扩展特征的影响;结合声发射频谱特征对微裂纹的发展情况进行了分析,最后利用关联维数对其变形破坏的有序度进行定量描述。结果表明:随着裂纹倾角的增大,试件的峰值荷载呈逐渐降低的趋势,但是预制裂纹的扩展无明显规律。其中频域信号的出现具有一致性,说明岩石内部微裂纹的萌生、发育、扩展形成大尺度裂纹具有同步性。岩石变形破坏的有序度可用关联维数进行定量描述,表现为关联维数越大,岩石破坏越复杂,其中关联维数变化幅度可以表征岩石内部裂纹的发展剧烈程度。