2、通过设计的0.05-2.00mm粒径12种单轴压缩数值试验和巴西圆盘试验计算方案,分析发现岩土材料作为颗粒集聚体,的确存在内尺度比,即最大颗粒与试件直径的比,大于材料固有的内尺度比,则其工程性质出现较大波动;小于该值,则测试结果相对较为稳定。经分析,砂岩的内尺度比约等于0.01。
3、经过用破裂形态、裂纹系统数量和空间位置、应力应变曲线、能量演化等4类手段综合分析设计的不同长径比、不同围压数值试验,发现:通过应力应变曲线、峰值强度、割线模量和试件破坏形态等分析得到岩石几何尺寸最佳长径比在2.5-3.0之间,但存在数据波动和离散问题。而用能量方法分析得到的最佳长径比稳定在3.0。综上,最佳长径比为3.0,能量方法评价尺寸效应稳定性好。端部摩擦效应在低围压下和低长径比下对材料试验结果影响较大;在长径比大于2.5,围压大于10MPa后,端部效应影响相对减弱。低长径比时,材料表现出伪高强度;高长径比时,材料表现出伪高脆性。
4、加载速率越高材料破损过程中不再存在剪切优势带,剪切带等速发展,锥形破坏明显。随着应变速率的提高,岩石的峰值强度提高,变形参数也提高了。材料破损机理在于首先积聚粘结能,克服粘结强度,产生微裂纹,随后在积聚的弹性应变能驱动下扩展贯通,随后摩擦作用开始发挥作用,摩擦能急剧提高。裂纹贯通后,材料本身的强度特性不再起主导作用,局部弱化带主导了材料的后期变形和失稳过程。
5、经过对不同半径、不同数量团簇结构的力学分析发现:团簇数量越多,对材料性质的提高越显著;团簇半径越大、结构体系越稳定,则性质增强效果好。团簇材料的破损机理在于:随着团簇半径的增加,基质所占比例减小,基质中更容易产生微裂纹,但是其绝对数量有限,粘结能地位降低。而应变能则由于团簇强度高,较难以破坏,其主要受力或者传递力,则应变能储能作用增强。破坏经常绕着骨料发生,颗粒越大,越多,由于其竖向密度大,连接较好,侧向连接有限,而且边界作用明显,所以裂纹经常沿垂向发展,径向张开,呈雁行排列。
6、利用数值试验方法,结合图像处理,对不同规格数值试件的破裂体系进行了追踪、描述和研究,发现:岩石破裂体系具有统计自相似性,长径比显著的试件sandbox法测试结果异常值较多,这是方法缺陷。盒计数法对于不同形状数值试件的适应性要比sandbox法好,结果稳定。
随着围压增加岩石破裂的分维数减小。加载造成材料劣化,这种性质劣化加剧了初始随机分布损伤的不均匀程度,劣化呈现局部发展,使得裂纹系统变得更为复杂,分数维增加。
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