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岩石介质细观非均匀性对宏观破裂过程的影响
傅宇方,,唐春安
岩石工程学报 , 2000,
Abstract: 运用岩石破裂过程分析系统,研究了岩石介质非均匀性对宏观力学行为的影响。通过对均质度系数m=1.5的10个样本破裂过程的模拟,发现样本的宏观力学行为在变形初期只有微弱的统计涨落,但在失稳阶段表现出显著的样本个性行为。对8种不同均质度系数的80个样本破裂过程的模拟结果表明,岩石介质的非均匀性对岩样宏观强度和变形非线性行为有显著影响,而且也显著影响试样破裂模式。随着均质度系数的提高,宏观强度呈现指数规律上升,宏观变形的线性规律增强,主破裂呈脆断模式。
冲击作用下的压头破岩机制研究
杨岳峰,,唐春安
岩土力学 , 2013,
Abstract: 与静态岩石破碎过程相比,冲击作用下岩石的应力改变具有时间效应,应力波传播过程中表现出压、拉变化。基于损伤演化原理和有限元数值模拟方法,针对冲击荷载作用下的压头破岩机制进行了模拟分析。为排除边界上反射波的影响,黏弹性边界被纳入计算中。首先论证了黏弹性边界在均质和非均质介质中的计算精度,然后分析了冲击作用下不同均质度的岩石以及砂砾岩的响应规律,结果显示:在弹性情况下,压头与岩石接触边缘以及自由面附近是拉应力分布区,接触边缘拉应力最大。剪应力最高值并不位于接触面附近,而是离接触面有一定距离。较均质岩石主要呈现拉伸破坏模式,先出现赫兹裂缝,然后是径向裂缝和侧向裂缝,拉应力的产生成为诱发裂缝萌生和扩展的主因。当岩石均质度较低时,岩石的破坏形式呈现多元化,剪切破坏比重加大,表现为复杂的拉剪破坏模式。对于砾石粒径较大、含量较多的砂砾岩,砾石和基质的非均匀性不可忽略,冲击下破坏模式以绕粒环行和穿粒破坏为主。总体说来,对于岩石类准脆性材料,应力波传播过程中产生的拉应力是失稳的诱发和扩展的关键。
考虑岩体碎胀效应的采场覆岩冒落规律分析
李连崇,唐春安,
岩土力学 , 2010,
Abstract: 应用改进的岩石破裂过程分析系统(rfpa2d),分析了煤层开采过程中上覆岩层发生离层、弯曲、端部和中部开裂直至冒落的全过程,再现了采动影响下冒落带、裂隙带、下沉带3带的形成过程以及裂隙拱的形成发展、整体覆岩的周期性运动模式。数值计算中,引入了冒落岩体的碎胀效应,使得计算结果更合理地反映了现场实际,主要表现在:冒落岩体的碎胀效应及拉伸、剪切破坏联合控制了覆岩的运动模式,随着工作面的不断推进,上覆岩层可呈现出周期性的运动特征;裂隙拱发展到一定高度后,工作面垂直方向上不再扩展,只在工作面推进方向向前扩展,此时裂隙拱拱顶为一近似水平线,冒落带、裂隙带和下沉带3带分明;覆岩运动引起的地表下沉范围和下沉量亦都更符合现场实际。
INFLUENCE OF RATIO OF MESOSCOPIC COMPRESSIVE STRENGTH TO MESOSCOPIC TENSILE STRENGTH ON PROGRESSIVE FAILURE OF ROCK
细观介质拉压比对岩石破坏过程的影响

,唐春安,李连崇,傅宇方
岩石力学与工程学报 , 2004,
Abstract: Numerical simulation software RFPA2D is used to analysis the progressive failure process of rock with different l,the ratio of mesoscopic compressive strength to mesoscopic tensile strength. Ten rock samples are divided into five sets with =l1,3,5,7 and 9,and they are subjected to uniaxial compressive loading. In order to investigate the influence of l on the fracture process and failure mode of rock,the rock samples in different sets are of the same mechanical parameters except l. The results show that l is an important parameter of rock. With the increase of l,the macroscopic peak strength and residual strength decrease and the failure mode changes from shear failure mode to tensile failure mode. However, when l decreases to a certain value, it has little influence on rock deformation and failure mode.
FRP加固混凝土构件中裂纹扩展规律的数值模拟
张娟霞,唐春安,朱万成,,吴献
工程力学 , 2006,
Abstract: 用材料破坏过程分析系统MFPA(MaterialFailureProcessAnalysis)对FRP(FiberReinforcedPolymer)加固混凝土梁在外荷载作用下沿FRP板和混凝土之间界面剥落的不同破坏模式以及混凝土中的裂纹分布进行了数值模拟。通过分析,发现剥落破坏可能产生在FRP板与混凝土之间的粘结层内或其上方附近的混凝土中。模拟结果与实验结果较吻合。粘结层和混凝土的特性对于剥落传播的类型及裂纹的分布有很大的影响。着重探讨了混凝土的强度参数以及粘结层的强度参数对于整个构件承载能力及最终破坏模式的影响。
刀具破岩机理的细观数值模拟及刀间距优化研究
,于跃,唐世斌,刘红元,唐春安
采矿与安全工程学报 , 2012,
Abstract: 通过采用RFPA2D软件对全断面岩石掘进机(TBM)盘形滚刀作用下岩石破碎机理进行数值模拟研究。分别模拟了单刀头、双刀头、三刀头作用下的岩体破碎过程,并对多刀头作用时进行了刀间距优化。模拟结果表明,岩石在单刀头作用下的破碎过程大体可以分为粉末体出现、粉核体形成、侧向裂纹产生与扩展、破碎块体出现4个阶段,并体现为以张拉为主、伴随挤压或剪切破坏等复杂破坏形式。在围压作用下,平行于围压方向的裂纹更容易产生与扩展,更有利于刀头侧向裂纹的贯通。多刀头之间有明显的协同作用效应,破碎比能随着刀间距的增加有一个逐渐增加然后减小的过程。数值模拟结果与试验结果吻合较好,可以为岩石掘进机设计、盘形滚刀布置提供参考。
基于数字图像处理的岩石细观破裂力学分析
于庆磊,唐春安,朱万成,刘红元,
力学与实践 , 2006, DOI: 10.6052/1000-0992-2005-339
Abstract: 将数字图像处理技术引入到岩石破裂过程分析2D(RockFailureProcessAnalysis)系统,建立了岩石细观结构破坏过程分析方法.首先提取岩石的细观结构图像,再转化成RFPA2D}$的前处理数据和数值分析网格,然后进行应力求解和破坏分析.以花岗岩细观结构为例,阐述了运用基于数字图像处理技术的RFPA2D方法进行岩石细观结构破坏分析的过程.结果表明,在岩石破裂过程数值模拟分析中引入数字图像处理技术是岩石细观结构破坏力学行为研究的一种方便而有效的方法.
应用数值试验方法,推进岩石力学实验的教学
朱万成,唐春安,,杨天鸿
力学与实践 , 2004, DOI: 10.6052/1000-0992-2003-144
Abstract: 把岩石破坏过程分析数值模拟系统RFPA引入岩石力学实验课程的教学,进行岩石变形与破裂过程的数值试验.数值试验可以再现许多物理实验所不能观察到的力学现象(例如岩石破裂过程中的应力场),从而使学生对岩石的变形与破坏过程有更加清晰的认识,提高岩石力学实验的教学质量.
刀具动态作用下节理岩体破坏过程的数值模拟
廖志毅,,杨岳峰,王岩,唐春安
岩石工程学报 , 2013,
Abstract: 基于细观损伤力学和动力有限元方法,模拟分析了节理岩体在刀具动态荷载作用下的损伤破裂过程,探讨了节理间距和节理角度的影响。在动力分析模型中,通过考虑黏弹性边界以排除边界应力波反射的影响,提高了计算精度。数值模拟结果表明,节理的存在改变了岩体中应力波的传播模式。一方面,节理面反射的拉伸应力波加剧了节理与刀具间岩体的碎裂;另一方面,软弱节理面破坏吸收了应力波能量,阻碍了应力波向下的传播,减弱了下部岩体的破坏程度。模拟结果还表明,节理间距越小,岩体破坏程度更加明显。倾斜节理的存在使刀具下部的裂纹出现不对称性扩展特征,影响了主裂纹向下扩展的能力,限制了其伸展的空间。节理岩体在刀具动态作用下的破坏过程研究还很少见到,研究结果对于节理岩体动态破坏的机理以及地下工程开挖等实际应用,具有一定的参考价值。
岩石损伤破坏过程中分形与逾渗演化特征
,唐春安,唐世斌,徐涛,左宇军
岩石工程学报 , 2007,
Abstract: 通过细观非均匀单元破坏事件的累积来反映岩石宏观上的逐渐损伤,而通过分析破坏单元的三维空间位置来建立岩石破坏过程中的分形和逾渗模型,并采用rfpa3d软件来模拟不同随机分布的岩石在单轴加载条件下的破裂过程,研究岩石在逐渐损伤破裂过程中的微破裂的分形与逾渗演化特征。微破裂的分形和逾渗特征反映了岩石的非均匀程度,岩石损伤破裂分形维数随着均质度和单轴抗压强度的增加而变小。逾渗分析也表明,在非均匀程度较高的岩石中破坏单元分布更为弥散。当外加载荷逐渐增加时,破裂集团和分形维数都表现出逐渐增加的趋势,但外载达到临界值时,应力突然下降的同时伴随着破裂单元急剧增多、破裂集团合并减少以及微破裂、分形维数增加等突变行为。模拟结果表明,岩石破裂过程中的分形和逾渗变化的规律性并不是偶然的,不同层次(不同尺寸)的岩石材料其力学行为具有的自相似性才是问题的本质。
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