一、Mode I rock fracture toughness with different types of brazilian disc(论文文献综述)
吴捷豪[1](2021)在《高应变率下预置缺陷砂岩抗拉力学性能研究》文中研究表明岩石中蕴藏着大量固体与流体矿产,全世界各类资源总储量75%~85%是沉积和沉积变质成因的,受成岩过程和胶结质的影响,岩石内部存在初始缺陷。随着资源开采向深部发展,矿产资源开采难度增加,围岩容易遭受冲击地压、爆破载荷、机械凿岩产生的震动等动态扰动,众多研究表明,在深部矿山井巷施工工程中,岩石内部初始缺陷性在动力学效应下不能忽略,缺陷岩石起裂裂纹的演化规律及起裂判据也将发生改变。基于此,本文选取深部矿井常见砂岩为研究对象,围绕缺陷砂岩动态破裂行为和裂纹演化机制,采用实验室试验结合理论分析,研究缺陷砂岩在冲击载荷条件下的动态拉伸力学特征及动态起裂判据,主要内容及结论如下:为了研究动态扰动环境下的含孔洞缺陷岩石动态破坏机理,利用杆径50mm的分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验平台结合高速摄影装置,构建了集超动态应变测试系统与高速摄影系统一体的岩石SHPB试验测试系统,实现高速摄影与超动态应变系统的同步采集。开展径向冲击载荷作用下圆孔缺陷岩石的动态拉伸力学性能、破裂破碎特征、能量吸收效果规律及裂纹演化规律试验研究,研究表明:(1)对于预置中心孔砂岩,砂岩试样产生张拉破坏,破碎程度随着发射气压的增加而增加;动态抗拉强度随着孔直径长度增加呈线性减小,随着应变率的增加呈现线性增加,且和应变率相比,内径长短对于砂岩的动态抗拉强度的影响较弱;能量吸收率随着孔直径长度增加或发射气压增大均呈线性减小;砂岩的宏观裂纹除了共同拥有的劈裂裂纹外,随着孔直径长度的增加,还衍生出近似垂直主裂纹的次生裂纹。(2)对于预置偏心孔砂岩,峰值载荷随着圆盘中心到圆孔边缘的最小距离增加呈线性增大,随着孔直径长度的增加呈现非线性减小;随着圆盘中心到圆孔边缘的最小距离增加,起裂裂纹的萌生位置由孔表面向圆盘载荷加载直径范围转移;圆盘载荷加载直径范围内起裂是张拉破坏起裂,随着裂纹沿载荷加载直径扩展,逐渐转向拉、剪组合破坏机制,圆孔表面起裂是受拉伸应力驱动的,裂纹扩展过程主要受拉应力影响。为实现动态扰动环境下含裂隙缺陷的岩石破坏机理的试验研究,借助岩石SHPB试验测试系统,进行径向冲击载荷作用下预置裂隙缺陷砂岩的径向压缩试验,研究表明:(1)当冲击气压为0.2MPa,峰值载荷随着预置裂隙倾角的增加呈先增大后减小,裂隙倾角为60°时值最大;当冲击气压为0.3MPa及0.5MPa,起裂时间随着预置裂隙倾角的增加呈先减小后增大,45°时值最大;发射气压相同时,随着裂隙倾角的增大,峰值载荷呈非线性下降趋势,在60°时值最小,起裂时间呈非线性增大的趋势,在45°时值最小。(2)裂隙倾角对中心裂隙砂岩破坏模式的影响要大于应变率。(3)当裂隙面与冲击荷载作用方向成一定夹角时,最终破坏模式为拉伸破坏与剪切破坏组成的拉伸、剪切组合破坏。为了研究径向冲击载荷条件下应变率及裂隙倾角对砂岩动态断裂特性的影响,对径向冲击载荷作用下预置裂隙缺陷砂岩的径向压缩试验测试结果进行动态断裂性能分析,利用最大应力强度因子判据测定了高应变率下砂岩试件的断裂性能,建立不同应变率下砂岩的Ⅰ型裂纹起裂判据,得到不同应变率及不同裂隙倾角条件下的砂岩Ⅰ型强度因子值及Ⅱ型强度因子值,研究表明:砂岩的Ⅰ型动态断裂韧度随着应变率的增大增加;三种气压加载下,Ⅰ型强度因子及Ⅱ型强度因子均随裂隙倾角变化的规律相同,Ⅰ型强度因子的绝对值都随着裂隙倾角的增大呈先减小后增大,在30°时绝对值最小,Ⅱ型强度因子的值都先增大后减小。图[87]表[14]参[168]
杨道学[2](2021)在《基于深度学习的岩石微破裂演化声发射行为特征》文中指出我国已建与拟建的岩石工程项目数量之多,规模之大,为世界瞩目,在各类岩石工程施工建设过程中岩石的失稳破坏导致各类工程地质灾害问题愈演愈烈,成为制约岩石工程安全、进度及经济成本的重要因素之一,其中声发射(AE)无损检测技术在各类岩石工程及地质灾害监测预警中应用十分广泛。针对目前基于AE行为的岩石微破裂演化机制研究方面存在的不足,本文综合运用室内试验、理论分析及数值模拟等研究手段,对水力耦合作用下岩石变形破坏过程中微破裂演化机制及AE行为进行研究。主要研究内容及结论如下:(1)在岩石AE滤波及定位方面:针对AE信号的低信噪比、随机性强、非平稳性等特点,提出了一种基于EEMD-SCBSS的AE信号滤波算法;为了消除弹性波在岩石内部传播过程中速度对AE定位精度的影响,提出了一种基于到时时差PSO的未知波速AE定位算法;并基于MATLAB计算平台开发了一套“AE震源矩张量参数反演及震源破裂机制分析软件”,实现了对岩石微破裂过程中AE信号的滤波、未知波速AE定位及AE震源微破裂机制分析。(2)在AE震源产生机制的识别方面:由于AE信号在水中传播过程中衰减速率更快,造成数个AE接收传感器同时采集到同一个AE事件变得较为困难,进而导致矩张量反演理论在研究饱和状态下红砂岩试件变形破坏过程中微破裂演化机制方面存在着一定的局限性;针对矩张量反演理论在识别饱和状态下红砂岩微破裂演化过程中AE震源产生机制存在的问题,提出了一种二维深度残差卷积神经网络识别AE震源产生机制的新方法,通过将一维AE信号转换为二维数字图像,利用深度残差卷积神经网络模型对二维数字图像中高级及抽象的AE震源特征进行提取,并成功地解决了饱和状态下红砂岩微破裂演化过程中AE震源产生机制的识别难题。(3)在不同断裂模式下岩石微破裂演化机制的研究方面:通过Mode Ⅰ与Ⅱ断裂试验测得了不同断裂模式条件下岩石微破裂过程中力学参数与AE行为特征,对不同断裂模式下的AE行为、载荷应力、断裂韧性、非断裂区域损伤量与含水率之间的关系进行了系统性地研究,构建了不同断裂模式下非断裂损伤区域损伤量与含水率之间的数学模型;从CCNBD试件在Mode Ⅰ与Ⅱ断裂过程中主要破坏模式的角度出发,对不同断裂模式下AE信号变化特征进行了分析;基于广义最大周向应力准则推导了Mode Ⅱ断裂模式下CCNBD试件的临界断裂半径、初始起裂角度与含水率之间关系;通过SEM成像结果与AE震源空间分布信息证实了本文提出的非均胶结模型可行性,并利用非均胶结模型对Mode Ⅰ断裂过程中微裂纹扩展机制及断裂过程区进行了研究,揭示了非均质砂岩在Mode Ⅰ断裂过程中微破裂演化机制。(4)在岩石微破裂时间效应的AE行为演化方面:基于统计力学与损伤力学理论建立了岩石微破裂时间效应的含阻尼因子蠕变AE模型,该蠕变模型揭示了减速蠕变及等速蠕变阶AE行为与加速蠕变阶段AE行为的内在联系;利用奇异值分解法对累计AE事件数进行分析,实现了对加速蠕变阶段的定量识别;减速蠕变和等速蠕变阶段的AE波形为突变型,而加速蠕变阶段AE信号波形为突变型和连续型共存的形式,进而从AE波形特性的角度实现了对加速蠕变阶段的定量识别;最终利用弹性波动力学理论对AE波形特征与红砂岩微破裂时间效应之间的关系进行了研究,揭示了红砂岩微破裂时间效应的声发射行为演化特征。(5)针对水对岩石微破裂演化机制的影响:通过数值模拟、AE技术、SEM成像、分形理论与ResNet50模型相结合的研究方法,揭示了不同含水率条件下红砂岩微破裂演化机制。研究结果表明:随着含水量的增加,岩石试件的破坏模式由以张拉型破裂为主导向以剪切型破裂为主导转变,表面的宏观裂纹数目也在逐渐地减少;张拉裂纹更容易聚集形成宏观裂纹,而剪切裂纹分布相对较为分散。并通过对数值模拟结果、SEM成像结果与ResNet50模型识别结果进行对比分析,证实了ResNet50模型可以对不同含水率条件下岩石微破裂过程中AE震源产生机制进行监测解译。
孙康[3](2021)在《闭合接触型岩石裂纹扩展过程数值模拟研究》文中研究说明天然岩体中包含不同类型的不连续性结构,例如裂隙、节理、层理、断层和剪切带等。这些不连续结构面在外荷载的作用下极易发生裂纹的萌生、扩展、贯通以及滑移等,显着影响岩体的物理力学特性,而岩体的失稳破坏又与裂纹的萌生、扩展及贯通密切相关。因此,研究裂纹扩展的机理及特性对于含裂隙岩质边坡、深埋巷道及隧道等岩石工程的失稳破坏具有重要的工程意义。首先,运用传统断裂力学理论和基于局部化强度理论而提出的断裂模拟方法研究了含不同类型初始裂隙的巴西圆盘裂纹扩展过程。当扩展步长过大时,采用传统断裂准则计算均得到锯齿状裂纹,尤其是闭合型裂隙。结果表明,初始裂隙间接触作用影响II型强度因子KII的正负变化,从而导致裂纹扩展路径呈现锯齿状,这与实际结果不符。相比而言,采用基于局部化强度理论而提出的断裂模拟方法,计算得到裂纹基本不受扩展步长影响且均为光滑的曲线,避免了传统断裂准则计算出现锯齿状裂纹的问题。该断裂模拟方法不仅可以同时判断计算张拉裂纹和剪切裂纹的扩展,而且结合裂纹扩展增量法,简化计算方式并且提高了计算效率。其次,采用含初始闭合裂隙的巴西圆盘研究了闭合接触型裂隙岩石裂纹的起裂及扩展过程,探究了压剪应力状态下的裂纹扩展规律,重点研究初始裂隙倾角β、圆盘与巴西圆盘摩擦系数μ1以及闭合裂隙间摩擦系数μ2和加载方式对裂纹扩展的影响。在逐级位移加载条件下,均得到张拉裂纹且为失稳破坏,并分析不同摩擦系数对裂纹起裂及扩展角度、扩展轨迹及接触状态的影响规律;如果瞬间施加较大位移荷载会同时产生张拉和剪切两种裂纹,μ2的增大会抑制剪切裂纹的萌生和扩展。在含初始裂隙的巴西圆盘试验中,接触点周边形成的破碎区域与裂隙处裂纹贯通共同导致圆盘的破坏。采用扁平巴西圆盘可以很好地解决“应力集中”问题,针对含中心斜裂纹的扁平巴西圆盘的裂纹扩展规律,研究了初始裂隙倾角β、摩擦系数μ1和μ2对裂纹扩展的影响。与完整巴西圆盘类似,计算均得到张拉裂纹,并分析了不同摩擦系数对裂纹扩展角度、扩展轨迹以及接触状态的影响规律。最后,采用基于局部化强度理论的断裂模拟方法,分析了有关“三段式”边坡的锁固段破坏,并探究了前缘蠕滑段的摩擦系数μ2对锁固段的影响。结果表明μ2的增大约束了岩质边坡中滑动体的滑移,限制了含锁固段岩质边坡的整体破坏。研究为“三段式”边坡的防治提供了研究思路,并进一步说明该断裂模拟方法的先进性和适用性。
余方琛[4](2021)在《冲击作用下页岩裂缝扩展试验及数值模拟研究》文中研究指明在页岩气爆燃压裂过程中,页岩缝网的主裂缝、次生裂缝和微裂缝的分布情况影响着页岩气开采效率,故对压裂过程中页岩的裂缝扩展情况和缝网最终形成状态是亟需掌握控制的。页岩在高应变率冲击作用下的裂缝扩展规律研究是解决开裂过程中裂缝形成发展的重要研究内容。从裂缝扩展机理、页岩力学特性、初始裂缝分布情况等方面开展冲击作用下页岩裂缝扩展研究,对得到不同载荷量级下页岩裂缝起裂扩展规律,以实现实际工程中高效合理开采页岩气具有重要意义。通过进行不同加载角的试件的静态劈裂试验和动态劈裂试验,分析裂缝扩展规律和页岩力学特性,并结合试验开展不同因素对冲击作用下页岩裂缝扩展影响的数值模拟研究,得到以下结论:(1)静态实验中不同加载角的试件均为劈裂拉伸破坏。加载角为0°和45°的试件均为初始裂缝尖端起裂扩展形成主裂缝,加载角为90°的试件由初始裂缝与直径加载方向相交处起裂扩展形成主裂缝。加载角为0°的试件由于加载端处的应力集中导致次生裂缝扩展,加载角为45°和90°的试件在主裂缝扩展过程中由于试件边缘的张拉应力导致次生裂缝扩展。分析静态试验采集到不同加载角的试件的荷载位移曲线,得到加载角为0°的试件的峰值载荷最大且破坏时刻最晚,加载角为90°的试件的峰值载荷最小且破坏时刻最早;试件的劈裂强度与加载角成负相关的关系。(2)动态劈裂试验中0.1MPa加载气压下试件的裂缝扩展规律与静态试验的裂缝扩展规律相似;随着气压增大,试件的主裂缝两侧萌生更多的次生裂缝,导致试件破坏程度愈加严重,但相同试件的主裂缝和次生裂缝扩展规律和机理相同。初始裂缝的存在降低了透射波的幅值;得到了不同加载角的试件的应力-应变曲线;页岩的劈裂强度和动态断裂韧性随着应变率的增大而增大,表现出应变率相关性。(3)通过冲击作用下页岩裂缝扩展数值模拟研究,得到页岩裂缝扩展过程中存在驻留现象和速度震荡现象。动态应力强度因子随着初始裂缝长度增加、初始裂缝数量增加和初始裂缝夹角增大而减小。当初始裂缝长度为23mm、初始裂缝数量为3条和初始裂缝夹角为45°时,试件的裂缝扩展对试件破坏程度较小,能形成较多的裂缝,有利于缝网的形成。
张立尹[5](2021)在《南极冰与辽河冰巴西圆盘劈裂试验研究》文中研究说明在寒区建筑物的设计里,不仅要考虑到冰利用的情况,也要进行冰灾害的预防,这些均须考虑到冰体的力学性质参数。在上一个世纪就已经开始了对于冰体力学性质的研究,试样方式有着不同程度的差异。在南北极寒区和靠近极地圈的部分国家的水利工程、航空基建快速发展的当下,对于冰力学性质的研究深度需求不断的增加,本研究利用岩石领域普遍采用的巴西劈裂试验方法来研究冰体力学性质并探究其可靠性,并推广到极地冰区的科学研究当中。在辽宁省沈阳石佛寺水库和南极普利兹湾切取冰坯,把冰坯加工为垂直方向和水平方向的切片用来观测冰晶体,以此来确定沈阳石佛寺水库冰的晶体结构。利用等效直径法来计算晶体照片中的冰晶体平均粒径大小。将冰坯加工成巴西劈裂加载试样,然后使用电子试验机对试样进行加载,得出沈阳石佛寺水库冰和南极海冰的冰体力学参数,抗拉强度与断裂韧度。在保证沈阳石佛寺水库冰和南极海冰的破坏模式均为脆性破坏的前提下,着重分析了试验温度、应变速率、加载方向、盐度等对于南极冰与辽河冰的抗拉强度和断裂韧度影响关系。试验结论:沈阳石佛寺水库冰和南极海冰的抗拉强度和断裂韧度均随着应变速率的增加而减小;加载方向为竖直方向的南极冰与辽河冰的抗拉强度和断裂韧度均高于加载方向为水平方向的南极冰与辽河冰;南极海冰的抗拉强度和断裂韧度随着温度的升高而增强;沈阳石佛寺水库冰的抗拉强度和断裂韧度随着温度的降低而增强;沈阳石佛寺水库冰的抗拉强度和断裂韧度均大于南极海冰;试验成功率最高的试验温度为-16℃;每一组试验得到有效数据的概率均超过70%,证明了巴西劈裂试验的可行性;并且与传统试验方法所得出的试验结果进行对比,均处于一个量级,说明了巴西劈裂试验的可靠性;用南极海冰进行巴西劈裂试验确定了巴西劈裂法在极地寒区的可应用性。
邓宇[6](2020)在《基于多重尺度的黄河冰开裂行为研究》文中认为黄河冰凌灾害是我国冬春季节大江大河中最突出、最重大的自然灾害之一,其中,黄河内蒙古河段开河已成为凌汛防治工作的重点和难点。河冰是一种非均质的准脆性材料,其内部含有气泡、夹杂等微观缺陷,物理力学性能复杂多变,河冰断裂性能及破坏机理的研究对开河认知至关重要。因此以封冻期内蒙古河段河冰作为研究对象,考虑河冰晶粒、内部缺陷等细观组分影响,在细观和宏观多重尺度研究河冰断裂性能,揭示黄河冰断裂机理,为开河预报及凌汛灾变防控提供科学依据,主要工作内容和成果如下:(1)黄河冰细观结构特征定量分析。以黄河内蒙古典型河段凌汛期的河冰作为研究对象,结合光学显微技术和图像分析技术,开展了两个年度黄河冰的细观结构试验,分析了河冰细观各组分的分布规律,明晰了黄河冰的细观结构特征,提取并量化了冰晶粒尺寸、气泡杂质含量和晶粒方向。(2)黄河冰单轴压缩力学性能和断裂性能试验研究。开展了黄河冰的单轴压缩试验、巴西圆盘劈裂试验和断裂韧性试验,研究了晶体结构、温度、加载速率、加载方式、试样尺寸等因素对河冰破坏过程及力学性能的影响,掌握了黄河冰的单轴压缩力学性能及断裂性能,探究了黄河冰组成结构与宏观性能间的关系。(3)黄河冰开裂过程细观数值分析。结合黄河冰细观结构和力学性能试验结果,将河冰看作由冰晶粒、冰晶界和初始缺陷组成的三相复合材料,采用有限元方法,建立了黄河冰单轴压缩、巴西圆盘劈拉和三点弯曲断裂的细观数值模型,分析了河冰断裂过程的影响因素,模拟了河冰在单轴受压、圆盘劈裂和三点弯曲等不同加载方式下的开裂破坏过程,结合巴西圆盘试验和断裂韧性试验结果,分析了晶粒尺寸、冰样尺寸、缝高比等因素对黄河冰断裂性能的影响规律,验证了数值模型的合理性和有效性。(4)基于多重尺度的黄河冰断裂性能研究。基于区域分解多尺度方法,构建了河冰断裂的多尺度计算模型,结合边界效应理论,分析了黄河冰断裂性能的尺寸相关性,确定了尺寸无关的黄河冰断裂韧度材料参数。
刘亮[7](2020)在《北山花岗岩断裂力学行为及声发射特征研究》文中认为随着世界各国对核能的利用,核废弃物的处置问题也日益突出,“深层地质处置法”是目前国际上公认的最合适的高放废物处置方式。天然岩体中通常存在许多结构缺陷,缺陷的存在将影响围岩的承载力及破坏过程,从而对地下实验室的稳定产生威胁,而研究表明拉张破坏是岩石中最为常见的破坏形式。本论文以甘肃北山预选区的地下实验室围岩为研究对象,基于人字形切槽巴西圆盘试验,对拉张条件下含预制裂纹北山花岗岩的断裂力学行为及声发射特征进行分析。主要研究内容和成果如下:(1)在近年来国内外一些学者对北山花岗岩断裂特性的研究成果基础上,针对目前仅开展三点弯曲试验的不足,设计不同加载方式的人字形切槽巴西圆盘试验,得到北山花岗岩的断裂韧度:静态加载下,北山花岗岩的平均断裂韧度约为1.180MPa·m1/2;循环加载下,北山花岗岩的断裂韧度为1.153MPa·m1/2。拉张条件下,循环加载会降低含预制裂纹岩石的承载能力。(2)北山花岗岩人字形切槽巴西圆盘试样在不同加载方式下的变形特征研究。人字形切槽巴西圆盘试验显示北山花岗岩具有显着的脆性特征,且循环加载不会改变试样的破坏模式,北山花岗岩在循环加载中显示出显着的记忆性功能。(3)结合人字形切槽巴西圆盘试样在不同加载方式下的声发射特征,确定特征强度值,研究其损伤演化规律。分析表明,断裂过程区普遍存在于人字形切槽巴西圆盘试验中,这与材料的各向异性有关。岩石中的宏观裂纹是微裂隙的发育及相互连接的结果,而不是单一裂纹扩展形成。静态加载下试样基本沿预制裂纹面发生破裂,但循环加载下试样端部断裂过程区中的微裂隙的大量发育及连接扩展将产生宏观裂纹,并改变主裂纹原本优先扩展的方向。静态加载下,北山花岗岩人字形切槽巴西圆盘试样约在42%断裂韧度进入稳定裂纹扩展阶段,78%断裂韧度进入裂纹快速扩展阶段;试样的损伤随荷载增加而加速增大,其中裂纹快速扩展阶段最为显着,是试样裂纹发育的主要阶段。循环加载下,试样的损伤演化与静态加载下和三轴试样的都有所不同,试样的损伤随荷载增加呈现先减速(裂纹快速扩展阶段前)后加速增大的趋势。(4)利用颗粒流PFC3D软件,建立了人字形切槽巴西圆盘试样的三维数值模型,对北山花岗岩的细观参数进行标定,模拟了静态加载下试样的破坏过程,分析其裂纹扩展规律及应力分布特征,得到:人字形切槽巴西圆盘试样于预制裂纹尖端起裂,并蔓延至人字形切缝两端,呈“U”字形沿人字形切缝向试样端部扩展,且随着裂纹扩展,曲率逐渐减小。试样的应力分布特征受切缝的形态控制十分显着,拉张应力与轴向应力等高线均呈“U”字形分布。在裂纹前端,最小主应力的方向由拉张向压缩发生转变。人字形切槽巴西圆盘试样裂纹的扩展不是纯Ⅰ型模式,而是以张拉应力作用为主,兼有一定韧带面内剪切作用的模式。
姚欢迎[8](2020)在《基于声发射技术的页岩压缩损伤破坏实验研究》文中进行了进一步梳理为了研究页岩真实的损伤演化机理,探究层理方向、围压对页岩岩石力学性质的影响,并建立页岩损伤本构方程,利用声发射技术,进行了陆相页岩单、三轴压缩声发射实验、页岩巴西劈裂实验、页岩I型断裂韧性测试实验,分析不同围压下、不同层理方向下,页岩损伤演化特点、岩石破坏特征、声发射信号特点、应力-应变等岩石力学特征,并给出合理的理论分析。研究结果表明,页岩受载初期内部的微孔洞、微裂隙、宏观裂缝、层理被压实,损伤减小,应力-应变曲线斜率不断增大,页岩弹性模量不降反增,曲线呈下凹型,受载岩石损伤不是单调增大,而是先减小后增大。建立了更加合理的基于声发射特征的页岩单轴压缩损伤本构方程,由建立的本构方程得出的应力-应变曲线与实际应力-应变曲线吻合度更高,对以往损伤理论进行了补充和完善。声发射探头能够捕捉岩石的压密、裂纹的扩展和连通信息,声发射信号能够反映页岩内部微细观损伤演化过程。声发射信号只与损伤演化有关,与损伤变化剧烈程度无关,声发射信号总是与损伤近似呈现线性关系。层理属于弱胶结面,对页岩抗拉强度、I型断裂韧性具有重要影响,不同层理方向的页岩抗拉强度和I型断裂韧性各向异性明显,对层理性岩石进行科学研究时,层理效应不可忽略。围压使页岩内部接触更加紧密,降低了孔隙、裂缝等初始损伤对岩石性质的影响,增强了页岩抵抗压缩的能力,围压减弱了页岩脆性性质,增强了塑性性质。围压不同,岩石破坏形态不同;围压不同,声发射信号特征也不同。由于层理的影响,页岩平行层理面方向和垂直层理面方向的岩石损伤演化和声发射特征差别较大。
龙泉树[9](2020)在《基于Ⅰ型断裂韧度对不同玉石的韧性研究》文中研究指明目前,玉石研究主要集中在光学、矿物学以及商业价值方向,而对其力学韧性研究较少。本论文利用巴西圆盘劈裂试验来测试和田玉、岫玉、蓝田玉的断裂韧度,使用断裂韧度来分析研究三种玉石的韧性大小;研究断裂韧度与玉石矿物结构之间的关系;并结合其断裂韧度与含有表面裂纹的圆柱静定梁模型进行了应用分析。研究发现:1、三种玉石的断裂韧度平均值:和田玉为9.52 MPa·m1/2,岫玉为3.59MPa·m1/2,蓝田玉为1.60 MPa·m1/2,其韧性大小为:和田玉>岫玉>蓝田玉。三种玉石的韧性较一般类岩石占优。2、玉石主要矿物的结构、含量、粒度、解理对玉石岩样断裂韧度有均有影响。和田玉以透闪石的毛毡状交织结构为主,纤维状透闪石颗粒含量、结合紧密程度影响其断裂方式,断裂时主要以穿晶断裂和沿晶断裂为主,导致其断裂韧度值最大;岫玉以蛇纹石和透闪石的鳞片状变晶结构和纤维状集合体为主,断裂时以沿晶断裂为主,断裂韧度值次之;蓝田玉以方解石和蛇纹石的不等粒状和纤维状、叶片状结构为主,矿物结构疏松,方解石矿物粒度粗大且解理发育,以解理断裂为主,次要矿物存在于主要矿物颗粒边界处,导致断裂韧度最小。3、三种玉石在雕刻为含有表面裂纹的圆柱静定梁模型时,裂纹深度、裂纹半弧长与梁的长细比相关。当裂纹半弧长c与裂纹深度a比值为1、0.8、0.6,裂纹深度a与梁直径D比值为0.05、0.125、0.20、0.275、0.35时,和田玉、岫玉、蓝田玉所能雕刻的长度的平方l2与高度的1/2次方D最大比值在雕刻成悬臂梁时应不大于261.19、110.81、51.84,简支梁应不大于1044.76、443.23、207.35,外伸梁(i=0.71l)应不大于3109.4、1319.13、617.12;相同条件下,和田玉的极限长度最长,蓝田玉最短,且表面裂纹越深长细比值越小。因此对于断裂韧度较小且表面裂纹较深的玉石,应尽量采用外伸梁模型进行雕刻,雕刻作品更能展现纤细、纤长美观的美观;且保证裂纹位于圆柱静定梁的压应力边缘,且梁支撑点部位和梁支撑点中点部位应尽量远离裂纹,可防止静定梁模型上的裂纹因扩展而失稳断裂。
方士正[10](2020)在《负温环境下弱胶结红砂岩动态力学性质试验研究》文中研究说明我国的能源供给的大部分仍然是靠煤炭来完成,由于储量分布不均再加上中东部地区早期开发早,所以我国中东部地区煤炭资源几乎消耗殆尽,因此形成了我国现在煤炭开发的格局,即向深部以及西部地区发展的趋势。特殊的成岩环境和沉积过程,造成我国西部地区广泛分布着中生代侏罗系、白垩系胶结程度较低的一类软岩地层。弱胶结岩石的胶结能力差,受扰动后易产生裂隙,形成导水通道,给工程建设和安全带来隐患。目前工程中常采用人工冻结法进行施工,冻结地层开挖过程中,常使用动力机械开挖或者钻眼爆破法。无论是哪种方法,冻结岩体都经常处于动态荷载中,冻结岩体在动态荷载下的力学响应不仅关系到工程的高效掘进,还影响到冻结壁的安全稳定。本文针对西部井筒工程中常见的弱胶结红砂岩,对其负温环境下的动态力学性质开展研究。从加载速率、温度效应、侧向约束作用三个方面为切入点,利用改进后的霍普金森杆实验系统,首先对常温下干燥和饱水弱胶结红砂岩动态力学性质进行研究,分析含水条件对其动态力学性质的影响;其次,根据现场冻结温度,设置试验温度梯度为25℃~-25℃,开展负温环境下弱胶结红砂岩的动态压缩、拉伸性能研究,建立加载速率、温度、约束状态与其动态力学特征参数的关系;基于SHPB能量分析方法,分析讨论了单轴压缩加载时冻结饱水弱胶结红砂岩的能量耗散规律,最后分析了岩石的宏细观破坏特征,并进行了相应的解释。围绕着负温环境下弱胶结红砂岩动态力学响应,本文取得了一定的结论,主要表述如下:(1)采用XRD、SEM、低温压力机、声波测试仪等多种测试手段对弱胶结红砂岩的物理力学性质进行分析。通过试验确定了弱胶结红砂岩的矿物成分,岩石内部颗粒接触方式,纵波波速特征等。准静态试验结果表明,干燥和饱水状态下弱胶结的力学特征参数均具有显着的温度效应。干燥岩石的压缩强度、拉伸强度均随着温度的降低而增加;饱水岩石的压缩强度、拉伸强度随温度降低先增加后减小的变化趋势,拐点均在-15℃出现。对比干燥和饱水岩石的准静态力学强度及弹性模量,发现水的存在对弱胶结岩石力学行为具有显着的影响,干燥岩石抗变形能力强于饱水岩石。(2)针对含水状态对弱胶结红砂岩动态力学性质影响,通过调节撞击杆冲击速率下施加不同荷载,开展了两种含水状态下岩石的单轴及侧向约束下的动态压缩试验,以及基于巴西圆盘试验的动态劈裂拉伸试验。通过试验得出,岩石动态力学性质与加载速率(应变率、加载率)密切相关,各项力学特征参数均表现出加载速率的强化效应。水的存在对弱胶结岩石有显着的劣化效应,干燥岩石动态强度均大于相应的荷载形式下的饱水岩石强度。侧向约束对岩石的动态力学性质影响显着,动态压缩荷载作用下,岩石的强度及临界应变均显着提升。(3)针对负温环境下的饱水弱胶结红砂岩动态力学响应问题,利用改进后的SHPB实验系统进行了不同应变率的动态压缩试验,及基于巴西圆盘实验的动态劈裂拉伸试验,分析和讨论了负温梯度、应变率及约束状态对饱水弱胶结红砂岩的动态力学响应的作用规律。试验发现,负温范围内对岩石破坏随着温度降低存在由脆性向塑性转变的趋势;各温度下饱水弱胶结红砂岩均对应变率敏感,随应变率的增加出现强度提高的特征。综合考虑弱胶结岩石的温度效应和应变率效应,对两个主要影响因素与强度进行拟合,发现各温度下动态单轴压缩强度与应变率的关系可以近似的表示为:对比单轴及侧向约束时的动态强度发现,各温度下侧向约束影响因子值均大于1,体现了侧向约束对负温环境下岩石承载能力的提升。(4)饱水弱胶结岩石的强度和动态弹性模量在动态荷载作用下表现出显着的温度效应。在室温至-15℃范围内,岩石动态压缩强度随温度降低呈增高趋势,-15℃~-25℃温度范围内,随温度降低强度减小,在负温范围内呈双折线状,表明弱胶结红砂岩的动态拉伸性质同样受到加载率和温度环境的共同影响。(5)基于SHPB的能量算法,对弱胶结岩石在动态单轴压缩破坏中的能量耗散问题进行研究,分别对常温下干燥和饱水岩石、负温下饱水弱胶结红砂岩的耗散能随加载速率和温度变化关系进行分析和讨论。结果发现,常温下干燥和饱水试样的耗散能均具有显着的应变率相关性,与应变率具有线性正相关关系。当岩石处于负温环境时,在低应变率下内部颗粒是主要的力学响应载体,当应变率增加后,温度对其内部结构的作用开始显现。为预测弱胶结红砂岩的能量耗散能力,建立单位岩石体积耗散能与温度和应变率的关系。(6)针对经历水力热耦合作用后的岩石宏细观破坏特征进行分析。首先对压缩及拉伸荷载作用下的岩石破碎形态进行研究,分析温度及加载速率对岩石破坏的作用规律。对水热岩耦合作用机理进行分析,提出了温度的强化作用和弱化作用的细观机制,强化作用主要体现在岩石内部机制的收缩,水冰相变对岩石内部孔隙的固态填充,弱化作用是由于颗粒间在负温下收缩系数不匹配,水冰相变引起的冻胀力作用。就本试验而言在-5℃~-15℃温度范围内,强化作用起主导地位,在-15℃~-25℃温度范围内,弱化作用则更为显着。(7)通过对岩石断口的SEM图像分析发现,弱胶结红砂岩的断裂形式主要为胶结物破坏,颗粒间破坏,伴有少量的穿颗粒破坏,温度梯度对岩石断口形貌产生显着影响。
二、Mode I rock fracture toughness with different types of brazilian disc(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Mode I rock fracture toughness with different types of brazilian disc(论文提纲范文)
(1)高应变率下预置缺陷砂岩抗拉力学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 缺陷岩石静态力学行为研究现状 |
1.2.2 高应变率下岩石力学行为研究现状 |
1.2.3 岩石动态断裂特性研究现状 |
1.2.4 目前研究存在的问题 |
1.3 研究内容与技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
2 高应变率下预置中心孔砂岩抗拉力学特性 |
2.1 引言 |
2.2 预置中心孔砂岩动态径向压缩试验方法 |
2.2.1 砂岩样品采集与加工 |
2.2.2 试验设备及过程 |
2.2.3 试验结果 |
2.3 完整砂岩的动态力学特性与破坏过程 |
2.3.1 完整砂岩的应变率效应 |
2.3.2 完整砂岩的破坏模式 |
2.3.3 完整砂岩的动态破坏过程 |
2.4 预置中心孔砂岩的动态力学特性与破坏过程 |
2.4.1 圆盘内径对中心孔砂岩动态拉伸应力时程曲线的影响 |
2.4.2 圆盘内径对中心孔砂岩动态力学特性的影响 |
2.4.3 圆盘内径对预置中心孔砂岩吸能效果的影响 |
2.4.4 中心孔砂岩的应变率效应 |
2.4.5 中心孔砂岩的破坏模式 |
2.4.6 中心孔砂岩的动态破坏过程 |
2.5 预置中心孔砂岩断面起裂处的断口形貌分析 |
2.5.1 岩石材料断口的细观形貌特征 |
2.5.2 不同内径试件在冲击载荷加载破坏后的断口面分析 |
2.6 本章小结 |
3 高应变率下预置偏心孔砂岩抗拉力学特性 |
3.1 引言 |
3.2 预置偏心孔砂岩动态径向压缩试验方法 |
3.2.1 样品加工 |
3.2.2 测试原理 |
3.3 相同内径时预置偏心孔砂岩动态力学特性 |
3.3.1 试验方案 |
3.3.2 岩桥距离对偏心孔砂岩动载时程曲线的影响 |
3.3.3 岩桥距离对偏心孔砂岩动态岩峰值载荷的影响 |
3.3.4 不同岩桥距离偏心孔砂岩的破坏模式 |
3.3.5 不同岩桥距离偏心孔砂岩的动态破裂过程 |
3.3.6 高应变率下偏心孔砂岩径向压缩破坏后的断口面分析 |
3.4 相同岩桥距离时预置偏心孔砂岩动态力学特性 |
3.4.1 试验方案 |
3.4.2 内径对偏心孔砂岩的动载时程曲线的影响 |
3.4.3 内径对偏心孔砂岩峰值载荷的影响 |
3.4.4 不同内径偏心孔砂岩的破坏模式 |
3.5 本章小结 |
4 高应变率下预置中心裂隙砂岩抗拉力学特性 |
4.1 引言 |
4.2 预置中心裂隙砂岩动态径向压缩试验方法 |
4.2.1 样品加工 |
4.2.2 试验设备及过程 |
4.3 预置中心裂隙砂岩动态力学特性 |
4.3.1 试验结果 |
4.3.2 中心裂隙砂岩的动载时程曲线分析 |
4.3.3 裂隙倾角对中心裂隙砂岩动态力学特性的影响 |
4.3.4 中心裂隙砂岩的破坏模式 |
4.3.5 中心裂隙砂岩的动态破裂过程 |
4.3.6 高应变率下中心裂隙砂岩径向压缩破坏后的断口面分析 |
4.4 本章小结 |
5 砂岩动态断裂特征 |
5.1 引言 |
5.2 岩石断裂力学基础概述 |
5.2.1 裂纹的基本类型 |
5.2.2 应力强度因子 |
5.2.3 岩石内部缺陷的形成与激活 |
5.2.4 微裂纹的成核过程 |
5.3 岩石起裂判据 |
5.3.1 静态载荷下岩石断裂准则概述 |
5.3.2 冲击载荷下岩石Ⅰ型裂纹动态起裂判据 |
5.4 砂岩动态断裂力学特性 |
5.4.1 SHPB加载下CCBD砂岩试件动态断裂韧度的计算结果 |
5.4.2 SHPB加载下CCBD砂岩试件动态断裂韧性的影响因素 |
5.5 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 创新点 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
作者简介 |
攻读博士学位期间主要的科研成果 |
(2)基于深度学习的岩石微破裂演化声发射行为特征(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 深度学习在岩石力学与工程中的应用 |
1.2.2 岩石微破裂过程中声发射行为 |
1.2.3 岩石微破裂演化机制 |
1.3 存在的主要问题 |
1.4 研究方案 |
1.4.1 主要研究内容 |
1.4.2 技术路线 |
第二章 岩石微破裂过程中声发射定位算法 |
2.1 概述 |
2.2 基于EEMD-SBCSS的声发射信号滤波算法 |
2.2.1 小波阈值滤波基本原理 |
2.2.2 EEMD-SCBSS滤波基本原理 |
2.2.3 滤波算法性能评价标准 |
2.2.4 数值仿真分析 |
2.2.5 实测数据分析 |
2.3 声发射信号初至到时及初至振幅自动拾取 |
2.3.1 STA/LTA算法 |
2.3.2 AR-AIC算法 |
2.4 基于到时时差PSO的未知波速声发射定位算法 |
2.4.1 基于到时时差的已知波速声发射定位算法 |
2.4.2 基于PSO的未知波速声发射定位算法 |
2.4.3 基于到时时差PSO的未知波速声发射定位算法基本原理 |
2.4.4 PSO算法参数选取及验证 |
2.5 本章小结 |
第三章 岩石微破裂声发射震源识别 |
3.1 概述 |
3.2 试验材料与方法 |
3.2.1 岩石试件制作 |
3.2.2 孔隙率及相关物理参数测量 |
3.2.3 试验方案 |
3.3 基于矩张量理论的声发射震源识别 |
3.3.1 矩张量理论分析岩石微破裂过程声发射震源的基本原理 |
3.3.2 绝对矩张量反演基本原理 |
3.3.3 基于矩张量反演理论判别岩石破裂类型的分类方法 |
3.3.4 试验结果分析 |
3.4 基于Res Net模型的声发射震源识别 |
3.4.1 二维ResNet模型的基本原理 |
3.4.2 ResNet模型基本框架 |
3.4.3 数据来源 |
3.4.4 数据预处理 |
3.4.5 ResNet模型的软硬件设备及相关参数设置 |
3.4.6 试验结果分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 ModeⅠ与Ⅱ断裂过程中微破裂演化机制及声发射行为 |
4.1 概述 |
4.2 岩石断裂力学基础理论 |
4.3 试件材料及试验方案 |
4.3.1 人字形切槽巴西圆盘试件制备 |
4.3.2 不同含水率条件下CCNBD试件的基本物理参数 |
4.3.3 试验设备及方案 |
4.4 不同含水率条件下Mode Ⅰ与 Ⅱ断裂过程中微破裂演化特征 |
4.4.1 Mode Ⅰ与 Ⅱ断裂过程中力学特性 |
4.4.2 Mode Ⅰ和 Ⅱ断裂过程中非断裂区域的损伤演化特征 |
4.4.3 Mode Ⅰ断裂过程中微破裂演化机制的数值模拟分析 |
4.4.4 Mode Ⅰ与 Ⅱ断裂过程中断裂韧度演化特征 |
4.4.5 基于广义最大周向应力准则的CCNBD试件断裂韧性分析 |
4.5 不同含水率条件下Mode Ⅰ和 Ⅱ断裂过程中声发射行为演化特征 |
4.5.1 声发射信号频域信息的演化特征 |
4.5.2 声发射信号的RA-AF值分布特征 |
4.6 本章小结 |
第五章 岩石微破裂时间效应的声发射行为 |
5.1 概述 |
5.2 红砂岩微破裂时间效应的声发射试验 |
5.2.1 .试件制备与设备 |
5.2.2 试验方案 |
5.3 红砂岩微破裂时间效应的含阻尼因子蠕变声发射模型 |
5.4 含阻尼因子岩石蠕变声发射模型的参数反演 |
5.4.1 模拟退火混合粒子群算法 |
5.4.2 反演计算及效果分析 |
5.5 基于声发射行为定量识别红砂岩加速蠕变阶段 |
5.5.1 基于奇异值分解原理定量识别红砂岩试件的加速蠕变阶段 |
5.5.2 基于声发射信号波形定量识别红砂岩试件的加速蠕变阶段 |
5.6 微破裂演化机制与声发射行为之间关系的探讨 |
5.6.1 阻尼因子的物理意义探讨 |
5.6.2 含阻尼因子蠕变声发射模型与微破裂演化机制之间关系探讨 |
5.6.3 声发射时域波形特征与微破裂演化机制之间关系探讨 |
5.7 本章小结 |
第六章 不同含水率条件下岩石的微观-宏观裂纹演化特征 |
6.1 概述 |
6.2 水岩劣化作用的基本原理 |
6.3 不同含水率条件下岩石微破裂声发射试验 |
6.3.1 试验设备 |
6.3.2 不同含水条件下红砂岩试件的制备 |
6.3.3 试验方案 |
6.4 不同含水率条件下红砂岩微破裂过程中力学性质的演化特征 |
6.5 不同含水率条件下红砂岩微破裂过程中声发射行为演化特征 |
6.5.1 声发射能量演化特征 |
6.5.2 声发射时频参数特征分析 |
6.6 含水率对红砂岩破坏模式演化特征的影响 |
6.6.1 高斯混合模型基本原理 |
6.6.2 基于声发射行为与数值模拟的红砂岩破坏模式研究 |
6.7 含水率对红砂岩微破裂过程中微观-宏观裂纹演化特征的影响 |
6.7.1 含水率对红砂岩微破裂演化机制的影响 |
6.7.2 含水率对宏观裂纹演化特征的影响 |
6.7.3 含水率对宏观裂纹分形维数的影响 |
6.8 基于ResNet50模型的红砂岩微破裂演化机制研究 |
6.8.1 干燥状态下红砂岩微破裂演化机制 |
6.8.2 饱和状态下红砂岩微破裂演化机制 |
6.9 水对岩石微破裂演化机制影响的探讨 |
6.9.1 水对红砂岩力学性质影响的探讨 |
6.9.2 水对微观-宏观裂纹演化机制影响的探讨 |
6.10 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 主要研究结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简介 |
致谢 |
(3)闭合接触型岩石裂纹扩展过程数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 理论研究现状 |
1.2.2 试验与数值模拟现状 |
1.3 目前研究存在的问题 |
1.4 主要研究方法和内容 |
1.4.1 研究方法 |
1.4.2 研究内容 |
2 闭合裂纹扩展存在的问题 |
2.1 引言 |
2.2 应力强度因子计算方法 |
2.2.1 应力强度因子定义 |
2.2.2 应力强度因子计算方法 |
2.3 裂纹面之间接触问题 |
2.3.1 接触分类与功能 |
2.3.2 接触摩擦模型 |
2.3.4 接触算法 |
2.3.5 接触算例 |
2.4 本章小结 |
3 断裂模拟方法研究 |
3.1 传统断裂准则 |
3.1.1 最大周向应力准则 |
3.1.2 应变能密度因子理论 |
3.1.3 最大能量释放理论 |
3.2 改进的断裂模拟方法 |
3.3 最大周向应力准则与改进的断裂模拟方法结果对比研究 |
3.3.1 最大周向应力准则模拟结果 |
3.3.2 改进的断裂模拟方法模拟结果 |
3.3.3 扩展步长?a对裂纹扩展的影响 |
3.3.4 计算讨论 |
3.4 本章小结 |
4 含闭合裂隙的巴西圆盘裂纹扩展规律研究 |
4.1 引言 |
4.2 模型建立 |
4.3 闭合裂隙间摩擦系数μ_2对裂纹扩展的影响 |
4.3.1 张拉裂纹扩展轨迹变化 |
4.3.2 张拉裂纹起裂及扩展角度变化 |
4.3.3 张拉裂纹扩展方式 |
4.3.4 初始闭合裂隙间接触状态变化 |
4.4 加载平台与巴西圆盘之间摩擦系数对裂纹扩展影响 |
4.5 加载方式对裂纹扩展的影响 |
4.6 a R对含闭合裂隙巴西圆盘起裂影响 |
4.7 本章小结 |
5 含闭合裂隙的扁平巴西圆盘裂纹扩展研究 |
5.1 模型建立 |
5.2 闭合裂隙间摩擦系数μ_2对裂纹扩展的影响 |
5.2.1 张拉裂纹扩展轨迹变化 |
5.2.2 张拉裂纹起裂及扩展角度变化 |
5.2.3 初始闭合裂隙间接触状态变化 |
5.3 加载平台与扁平巴西圆盘之间摩擦系数μ_1对裂纹扩展的影响 |
5.4 本章小结 |
6 岩质边坡算例 |
6.1 模型建立 |
6.2 前缘蠕滑段摩擦系数影响 |
6.3 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(4)冲击作用下页岩裂缝扩展试验及数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 冲击作用下岩石动力学特征研究现状 |
1.2.2 页岩断裂实验研究现状 |
1.2.3 岩石裂缝扩展数值模拟研究现状 |
1.3 研究目标与内容 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究内容 |
1.3.3 技术路线 |
2 巴西圆盘劈裂试验原理与试验研究 |
2.1 断裂力学基本概念 |
2.1.1 断裂参量与断裂准则 |
2.1.2 断裂韧性计算方法 |
2.2 静态巴西圆盘劈裂试验 |
2.2.1 试验装置 |
2.2.2 试验原理 |
2.3 动态巴西圆盘劈裂试验 |
2.3.1 试验装置 |
2.3.2 试验原理及基本假定 |
2.4 试样制备及试验方案 |
2.4.1 试样概况与加工 |
2.4.2 页岩静动态劈裂试验方案设计 |
2.5 测试结果分析 |
2.5.1 页岩的物理力学参数 |
2.5.2 静态劈裂试验结果分析 |
2.5.3 动态劈裂试验结果分析 |
2.6 小结 |
3 冲击作用下页岩裂缝扩展的数值模型有效性分析 |
3.1 页岩的本构模型 |
3.1.1 页岩和杆件的本构模型 |
3.1.2 页岩本构模型失效准则的确定 |
3.1.3 冲击作用下页岩裂缝扩展数值模型的参数设置 |
3.2 模型验证 |
3.2.1 冲击作用下页岩裂缝扩展试验的数值模型 |
3.2.2 试验数据与数值模拟数据分析 |
3.2.3 试验破坏过程与数值模拟破坏过程分析 |
3.3 页岩裂缝扩展过程分析 |
3.4 小结 |
4 页岩裂缝扩展的影响因素数值模拟研究 |
4.1 初始裂缝长度对页岩裂缝扩展数值模拟研究 |
4.1.1 初始裂缝长度对应力分布和裂缝扩展过程影响 |
4.1.2 初始裂缝长度对波形图影响 |
4.2 初始裂缝数量对页岩裂缝扩展数值模拟研究 |
4.2.1 初始裂缝数量对应力分布和裂缝扩展过程的影响 |
4.2.2 初始裂缝数量对波形图影响 |
4.3 初始裂缝夹角对页岩裂缝扩展数值模拟研究 |
4.3.1 初始裂缝夹角对应力分布影响 |
4.3.2 初始裂缝夹角对波形图影响 |
4.4 小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的研究成果 |
(5)南极冰与辽河冰巴西圆盘劈裂试验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本研究主要内容 |
2 试样加工及物理特征分析 |
2.1 试样采集 |
2.2 试样晶体特征 |
2.2.1 切片制作 |
2.2.2 切片观测 |
2.2.3 晶体粒径分析 |
2.3 试样加工 |
2.4 本章小结 |
3 试验内容 |
3.1 巴西劈裂试验的基本理论 |
3.2 试验方案 |
3.2.1 力学性质方案 |
3.2.2 盐度对比试验方案 |
3.3 试验加载装置 |
3.4 试验步骤 |
3.5 本章小结 |
4 南极冰与辽河冰巴西圆盘劈裂抗拉强度试验 |
4.1 试验结果 |
4.2 试验结果分析 |
4.2.1 应变速率对抗拉强度的影响 |
4.2.2 试验温度对抗拉强度的影响 |
4.2.3 加载方向对抗拉强度的影响 |
4.2.4 南极海冰抗拉强度结果分析 |
4.3 本章小结 |
5 南极冰与辽河冰巴西圆盘劈裂断裂韧度试验 |
5.1 试验结果 |
5.2 试验结果分析 |
5.2.1 应变速率对断裂韧度的影响 |
5.2.2 试验温度对断裂韧度的影响 |
5.2.3 加载方向对断裂韧度的影响 |
5.2.4 南极海冰断裂韧度结果分析 |
5.3 本章小结 |
6 结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(6)基于多重尺度的黄河冰开裂行为研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状及发展动态 |
1.2.1 冰的断裂理论研究 |
1.2.2 冰的细观结构研究 |
1.2.3 冰断裂的力学性能试验研究 |
1.2.4 冰断裂的数值模拟研究 |
1.3 研究内容及技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.4 章节安排 |
2 黄河冰细观结构特征定量分析 |
2.1 现场冰样采集 |
2.1.1 2018年凌汛期现场采样 |
2.1.2 2019年凌汛期现场采样 |
2.2 试验结果分析 |
2.2.1 河冰晶体结构 |
2.2.2 河冰晶粒尺寸 |
2.2.3 河冰内气泡含量 |
2.2.4 河冰的各向异性 |
2.3 小结 |
3 黄河冰单轴压缩力学性能和断裂性能试验研究 |
3.1 黄河冰单轴压缩试验 |
3.1.1 试验装置 |
3.1.2 试验步骤 |
3.1.3 试验条件及冰试样统计 |
3.1.4 单轴压缩试验过程曲线 |
3.1.5 不同类型黄河冰的单轴压缩强度 |
3.1.6 不同应变速率下黄河冰的单轴压缩强度 |
3.1.7 不同温度下黄河冰的单轴压缩强度 |
3.2 黄河冰巴西圆盘劈裂试验 |
3.2.1 试验装置及试样加工 |
3.2.2 试验条件及冰试样统计 |
3.2.3 巴西圆盘劈裂试验有效性分析 |
3.2.4 巴西圆盘劈裂试验计算公式 |
3.2.5 不同应变速率下河冰的断裂韧度 |
3.2.6 不同温度下黄河冰的断裂韧度 |
3.2.7 试样尺寸对黄河冰断裂韧度的影响 |
3.2.8 不同应变速率下黄河冰的劈拉强度 |
3.2.9 不同温度下黄河冰的劈拉强度 |
3.3 黄河冰断裂韧性试验 |
3.3.1 试验装置 |
3.3.2 试验概况 |
3.3.3 断裂韧性试验计算公式 |
3.3.4 不同类型黄河冰的断裂韧度 |
3.3.5 不同应变速率下黄河冰的断裂韧度 |
3.3.6 不同温度下黄河冰的断裂韧度 |
3.3.7 两种断裂试验的对比分析 |
3.4 小结 |
4 黄河冰开裂过程细观数值分析 |
4.1 河冰细观数值模型 |
4.1.1 河冰细观结构 |
4.1.2 本构关系和破坏准则 |
4.1.3 参数的选择 |
4.1.4 解算方法 |
4.2 细观数值模型尺寸敏感性及随机性分析 |
4.2.1 尺寸敏感性分析 |
4.2.2 冰晶随机分布的影响 |
4.3 黄河冰单轴压缩和单轴拉伸过程模拟分析 |
4.4 黄河冰圆盘劈拉断裂过程模拟分析 |
4.4.1 圆盘劈拉断裂过程模拟 |
4.4.2 冰晶粒尺寸对圆盘断裂的影响 |
4.4.3 冰样尺寸对圆盘断裂的影响 |
4.5 黄河冰三点弯曲断裂过程模拟分析 |
4.5.1 三点弯曲断裂过程模拟 |
4.5.2 缝高比的影响 |
4.5.3 冰晶粒尺寸的影响 |
4.6 小结 |
5 基于多重尺度的黄河冰断裂性能研究 |
5.1 黄河冰断裂过程概述 |
5.2 黄河冰断裂宏细观数值模型 |
5.3 边界效应理论的应用 |
5.4 河冰断裂破坏的尺寸效应 |
5.5 小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
在学期间发表的学术论文与研究课题 |
一、个人简历 |
二、在学期间发表的学术论文 |
三、在学期间参与的研究课题 |
致谢 |
(7)北山花岗岩断裂力学行为及声发射特征研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 岩石Ⅰ型断裂韧度测试方法 |
1.2.2 关于岩石声发射特性试验的研究 |
1.2.3 CCNBD试样破坏过程研究现状 |
1.2.4 北山花岗岩断裂特性研究现状 |
1.3 目前研究存在的不足 |
1.4 研究内容及方法 |
1.5 技术路线 |
第二章 北山花岗岩断裂力学行为研究 |
2.1 北山新场预选场址概况 |
2.1.1 地质条件 |
2.1.2 岩石强度 |
2.1.3 岩体地应力场分布规律 |
2.2 试样制备与试验仪器 |
2.2.1 试样制备 |
2.2.2 试验仪器 |
2.3 CCNBD试验 |
2.3.1 静态加载 |
2.3.2 循环加载 |
2.3.3 断裂韧度 |
2.4 本章小结 |
第三章 北山花岗岩CCNBD试样声发射特征研究 |
3.1 声发射信号简介 |
3.2 北山花岗岩CCNBD试样声发射特征 |
3.2.1 静态加载 |
3.2.2 循环加载 |
3.3 北山花岗岩CCNBD试样损伤演化 |
3.4 本章小结 |
第四章 CCNBD渐进断裂数值模拟研究 |
4.1 数值模拟理论基础 |
4.1.1 PFC~(3D)软件介绍 |
4.1.2 PFC~(3D)软件计算原理 |
4.1.3 PFC~(3D)软件特点 |
4.2 模型的构建及细观参数的标定 |
4.2.1 模型的构建 |
4.2.2 细观参数的标定 |
4.3 数值模拟试验结果分析 |
4.3.1 应力分布特征 |
4.3.2 裂纹扩展规律 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者简介 |
(8)基于声发射技术的页岩压缩损伤破坏实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景和研究目的、意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 声发射技术简介 |
1.2.2 单轴压缩声发射研究现状 |
1.2.3 三轴压缩条件下声发射特性研究现状 |
1.2.4 岩石损伤力学基础 |
1.2.5 层理性岩石的力学各向异性研究现状 |
1.2.6 国内外研究现状文献综述评价 |
1.3 研究内容及创新点 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 主要研究内容 |
1.3.3 技术路线 |
1.3.4 创新点 |
第二章 单轴压缩声发射实验 |
2.1 实验原理 |
2.2 实验准备 |
2.3 实验过程 |
2.4 实验结果分析 |
2.4.1 单轴压缩条件下不同加载方向页岩力学性质 |
2.4.2 不同层理方向的页岩单轴压缩破坏形态 |
2.4.3 单轴压缩过程中,页岩声发射特征分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 三轴压缩声发射实验 |
3.1 实验原理 |
3.2 实验准备 |
3.3 实验过程 |
3.4 实验结果分析 |
3.4.1 不同围压下,页岩压缩损伤破坏应力应变曲线 |
3.4.2 三轴压缩声发射信号特点 |
3.4.3 不同围压下,岩心压缩损伤破坏形态 |
3.4.4 损伤因子与声发射之间的关联 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于声发射特性的损伤本构模型的建立 |
4.1 损伤类型 |
4.2 损伤变量 |
4.3 损伤本构模型 |
4.3.1 本构关系在力学研究中的作用 |
4.3.2 损伤力学本构方程 |
4.4 基于声发射技术的损伤本构模型 |
4.4.1 基于声发射技术的单轴压缩损伤本构模型的建立 |
4.4.2 理论应力-应变曲线与实曲线对比 |
4.5 本章小结 |
第五章 层理对页岩抗拉强度与断裂韧性的影响 |
5.1 抗拉强度与断裂韧性测试方法 |
5.2页岩巴西劈裂测试实验与断裂韧性测试实验 |
5.2.1 实验原理 |
5.2.2 试样制备 |
5.2.3 实验方法及设备 |
5.2.4 实验结果 |
5.3 实验结果分析 |
5.3.1 页岩抗拉强度、断裂韧性随角度变化关系 |
5.3.2 实验岩心破坏形态 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
(9)基于Ⅰ型断裂韧度对不同玉石的韧性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 和田玉概述 |
1.1.1 和田玉的宝石矿物学特征 |
1.1.2 和田玉的产地及产状 |
1.2 岫玉概述 |
1.2.1 岫玉的宝石矿物学特征 |
1.2.2 岫玉的产地及产状 |
1.3 蓝田玉概述 |
1.3.1 蓝田玉的宝石矿物学特征 |
1.3.2 蓝田玉的产地及产状 |
1.4 玉石的国内外研究现状 |
1.4.1 玉石的历史文化研究现状 |
1.4.2 玉石的矿物学和宝石学研究现状 |
1.4.3 岩石的力学研究现状 |
1.5 论文目的与意义 |
1.6 论文主要研究内容 |
第二章 玉石断裂韧度测试原理及数据分析 |
2.1 断裂韧度测试原理 |
2.1.1 Griffith断裂强度理论 |
2.1.2 伊尔文理论 |
2.1.3 线弹性断裂力学分析 |
2.1.4 巴西圆盘劈裂实验原理 |
2.2 三种玉石断裂韧度测试 |
2.2.1 中心圆孔平台巴西圆盘断裂韧度计算公式 |
2.2.2 中心圆孔平台巴西圆盘试件制备 |
2.2.3 巴西圆盘试验劈裂结果 |
2.3 断裂韧度实验结果与分析比较 |
2.4 本章小结 |
第三章 玉石的结构特征对韧性影响研究 |
3.1 偏光显微镜测试 |
3.1.1 偏光显微镜测试原理 |
3.1.2 测试仪器及测试样品 |
3.1.3 和田玉的晶体光学特征 |
3.1.4 岫玉的晶体光学特征 |
3.1.5 蓝田玉的晶体光学特征 |
3.2 扫描电镜(SEM)测试 |
3.2.1 扫描电镜(SEM)测试原理 |
3.2.2 测试仪器及测试样品 |
3.2.3 和田玉断裂面的形貌特征 |
3.2.4 岫玉断裂面的形貌特征 |
3.2.5 蓝田玉断裂面的形貌特征 |
3.3 试验结果与分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 断裂韧度在玉石雕刻中的应用 |
4.1 玉石雕刻研究原理 |
4.2 玉石雕刻模型力学解析 |
4.2.1 表面裂纹的应力强度因子解析 |
4.2.2 玉石静定梁的解析 |
4.2.3 含有表面裂纹的悬臂梁解析 |
4.2.4 含有表面裂纹的简支梁解析 |
4.2.5 含有表面裂纹的外伸梁解析 |
4.3 玉石密度的测量 |
4.4 断裂韧度在静定梁模型中的应用 |
4.4.1 悬臂梁在玉石断裂韧度中的应用 |
4.4.2 简支梁在玉石断裂韧度中的应用 |
4.4.3 外伸梁在玉石断裂韧度中的应用 |
4.5 本章小结 |
结论 |
致谢 |
参考文献 |
附录一 攻读硕士学位期间发表论文情况 |
(10)负温环境下弱胶结红砂岩动态力学性质试验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 岩石动态特性及其试验技术研究现状 |
1.2.2 弱胶结岩石研究进展 |
1.2.3 水-岩相互作用研究概况 |
1.2.4 围压作用下岩石动力学性质研究现状 |
1.2.5 岩石力学性质的温度效应研究进展 |
1.2.6 尚待研究的领域 |
1.3 研究内容及技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 研究方法及技术路线 |
2 弱胶结岩石物理及其准静态力学性质研究 |
2.1 引言 |
2.2 岩石的基本物理性质及试样制备 |
2.2.1 岩石矿物成分及细观结构 |
2.2.2 负温下岩石纵波波速变化 |
2.2.3 试样制备 |
2.3 准静态荷载下冻结弱胶结岩石的压缩力学特征参数演化规律 |
2.3.1 试验原理 |
2.3.2 常温下干燥和饱水岩样的准静态压缩力学特性 |
2.3.3 负温下干燥和饱水岩样的准静态压缩力学特性 |
2.3.4 岩石压缩力学特征参数随温度变化规律 |
2.4 准静态荷载下弱胶结岩石劈裂拉伸力学特性 |
2.4.1 试验原理 |
2.4.2 常温下干燥和饱水岩样的准静态拉伸力学特性 |
2.4.3 负温下干燥和饱水岩样的准静态拉伸力学特性 |
2.4.4 岩石拉伸力学特征参数的温度效应 |
2.5 破坏模式分析 |
2.5.1 岩石试样的单轴压缩破坏形态 |
2.5.2 岩石试样的劈裂拉伸破坏形态 |
2.6 本章小结 |
3 不同冲击速率下干燥和饱水弱胶结红砂岩的动态力学特性试验研究 |
3.1 引言 |
3.2 动态力学试验系统及试验原理 |
3.2.1 试验设备 |
3.2.2 试验原理 |
3.3 干燥和饱水岩石的动态压缩试验 |
3.3.1 应变率及加载率确定 |
3.3.2 动态应力应变曲线 |
3.3.3 岩石动态特性随应变率的变化关系 |
3.3.4 含水状态对岩石动态力学性质的影响 |
3.3.5 约束状态对岩石动态强度的影响 |
3.3.6 动态强度增强因子 |
3.3.7 动态破坏过程分析 |
3.4 含水状态对岩石动态拉伸特性力学性质的影响 |
3.4.1 基于巴西圆盘实验的动态拉伸强度测试原理 |
3.4.2 弱胶结岩石的动态拉伸特征参数 |
3.4.3 动态强度增强因子 |
3.4.4 动态破坏过程 |
3.5 本章小结 |
4 高应变率下冻结饱水弱胶结红砂岩的动态力学特性试验研究 |
4.1 引言 |
4.2 试样准备及试验设备介绍 |
4.3 负温下饱水试样动态压缩试验研究 |
4.3.1 动态单轴压缩试验结果 |
4.3.2 动态单轴压缩强度的应变率及温度效应 |
4.3.3 动态单轴压缩弹性模量的应变率及温度效应 |
4.3.4 高应变率下冻结试样的破裂过程 |
4.4 基于巴西劈裂试验的岩石动态拉伸特性负温效应试验研究 |
4.4.1 动态拉伸试验结果 |
4.4.2 动态拉伸强度的加载率及温度效应 |
4.4.3 动态破坏过程 |
4.5 侧向约束下冻结饱水弱胶结岩石的动态力学特性研究 |
4.5.1 侧向约束下动态压缩试验结果 |
4.5.2 侧向约束下岩石动态压缩强度的应变率及温度效应 |
4.5.3 侧向约束对的动态压缩特性的影响规律 |
4.6 本章小结 |
5 负温环境下岩石动态破坏过程能量耗散规律研究 |
5.1 引言 |
5.2 基于SHPB的能量计算原理 |
5.3 压缩能量时程曲线特征 |
5.4 高应变率下干燥和饱水岩石能量分布 |
5.5 负温下岩石动态加载过程中的能量分布规律 |
5.5.1 动态压缩能量分布的应变率效应 |
5.5.2 动态压缩能量分布的温度效应 |
5.6 本章小结 |
6 负温下弱胶结红砂岩宏细观破坏特征及作用机理探讨 |
6.1 引言 |
6.2 单轴及侧向约束下的试样动态压缩宏观破坏特征 |
6.2.1 常温下干燥和饱水试样破坏特征 |
6.2.2 负温下饱水岩石破坏形态 |
6.3 动态拉伸宏观破坏形态分析 |
6.3.1 试样破坏形态与应力时程曲线关系 |
6.3.2 常温下干燥和饱水岩石动态拉伸破坏形态 |
6.3.3 负温作用下饱水岩石动态拉伸破坏形态 |
6.4 水热岩耦合作用机理分析 |
6.4.1 常温下水岩作用机理分析 |
6.4.2 负温对岩石作用机理分析 |
6.5 基于SEM图像的弱胶结红砂岩断口细观特征分析 |
6.5.1 常温下干燥和饱水岩石断口形貌特征 |
6.5.2 负温梯度对岩石断口形貌的作用规律 |
6.5.3 典型破坏形貌分析 |
6.6 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
四、Mode I rock fracture toughness with different types of brazilian disc(论文参考文献)
- [1]高应变率下预置缺陷砂岩抗拉力学性能研究[D]. 吴捷豪. 安徽理工大学, 2021(02)
- [2]基于深度学习的岩石微破裂演化声发射行为特征[D]. 杨道学. 江西理工大学, 2021(01)
- [3]闭合接触型岩石裂纹扩展过程数值模拟研究[D]. 孙康. 大连理工大学, 2021(01)
- [4]冲击作用下页岩裂缝扩展试验及数值模拟研究[D]. 余方琛. 西南科技大学, 2021(08)
- [5]南极冰与辽河冰巴西圆盘劈裂试验研究[D]. 张立尹. 大连理工大学, 2021
- [6]基于多重尺度的黄河冰开裂行为研究[D]. 邓宇. 郑州大学, 2020(02)
- [7]北山花岗岩断裂力学行为及声发射特征研究[D]. 刘亮. 东南大学, 2020(01)
- [8]基于声发射技术的页岩压缩损伤破坏实验研究[D]. 姚欢迎. 西安石油大学, 2020(12)
- [9]基于Ⅰ型断裂韧度对不同玉石的韧性研究[D]. 龙泉树. 昆明理工大学, 2020(05)
- [10]负温环境下弱胶结红砂岩动态力学性质试验研究[D]. 方士正. 中国矿业大学(北京), 2020(01)