Z1东大岩石破裂自然奖项目公示培训资料
东北大学岩石力学讲义第六章 地下工程灾害预报与防治
第六章地下工程灾害预报与防治第四节、岩爆发生的现象、机理与防治一、岩爆发生的现象岩爆是矿井进入深部开采以后更容易遇到的严重的灾害之一。
有记录的岩爆发生的历史我国岩爆发生的基本情况岩爆是岩石动力破坏的一种特殊形式采矿引起岩石破坏的主要形式1、岩块的冒落或坍落原因：采矿导致节理岩体的松动。
危害：砸伤作业人员、损坏支护。
2、松散岩层变形原因：在强大地应力作用下，松软岩体的明显变形。
危害：损坏支护，改变巷道断面和形状。
3、凿岩爆破等动载荷下的破坏；4、岩爆、煤与瓦斯突出等动力现象岩爆发生的一些实例岩爆的危害：造成人员设备的巨大损失并引起作业人员的恐慌。
岩爆与通常的岩体破坏现象的区别通常的岩体石破坏发生时的主要现象：1、通常的岩石破坏不会有猛烈的声响和(大量)能量的瞬间释放；2、破坏过程缓慢；3、要进一步施加外载或做功才能发生破坏；4、比较容易预报。
岩爆发生的现象和特点：1、破坏范围大、能量大；2、无明显前兆的情况下，自行发生破坏，难以预报；3、破坏时可以有巨大声响，破坏及其迅速；4、小扰动下会引发岩爆；5、岩爆有滞后发生的现象；6、岩爆引起的岩体突然破坏不需要外界向系统进一步输入能量，因此与爆破载荷引起的岩体动力破坏有实质区别。
岩爆发生的初步的定义(从现象上)：岩爆是岩石（体）猛烈破坏并释放大量能量的现象。
岩爆是岩石（体）的一种特殊的破坏形式，并可以得出如下结论：1、岩爆不能简单地等同与岩石的破坏；2、岩爆所表现出的岩石破坏的动力性，不同于爆破引起的岩石动力破坏。
问题与思考：岩爆与普通岩石破坏的根本区别是什么？“科学研究的区分，就是根据科学对象所具有的特殊的矛盾性。
因此，对某一现象所特有的某种矛盾的研究，就构成某一门学科的对象。
”（毛泽东《矛盾论》）库克认为：“岩体发生破坏，引起矿体—围岩力学系统平衡状态破坏时，若其释放的能量大于消耗的能量，将产生岩爆。
”岩爆与通常岩石破坏的本质区别在于：1、破坏的突然性；2、破坏过程中有多余的(有时是大量的)能量释放。
岩石动态剥落破裂的数值模拟
岩石动态剥落破裂的数值模拟*朱万成，逄铭璋，黄志平，唐春安东北大学 138信箱岩石破裂与失稳研究中心沈阳 110004摘要: 简单介绍了RFPA程序模拟岩石在动态载荷作用下破裂过程的原理和功能，并用该程序研究岩石在动态载荷作用下的剥落过程。
数值模拟首先再现了均匀杆在不同的应力波幅值条件下表现出的不同剥落形式，通过与理论和实验结果比较，证明了RFPA在模拟动态断裂问题时的可行性。
以此为基础，RFPA被用于模拟非均匀岩石试样在不同应力波幅值条件下的剥落破裂，预测了不同应力条件下试样的破裂模式。
数值模拟结果表明，岩石材料力学性质的非均匀性是造成动态强度提高的原因之一。
关键词: 岩石，应力波，剥落破裂，数值模拟分类号Numerical simulation on dynamic spalling of rockZhu Wan-Cheng, Pang Ming-Zhang, Huang Zhi-Ping, Tang Chun-An Center for Rock Instability and Seismicity Research, Northeastern University, Shenyang, 110004, China Abstract: The principle of RFPA to simulate dynamic failure of rock is briefly summarized. RFPA is used to study the dynamic spalling of rock specimen under dynamic loadings. Firstly, RFPA is validated by reproducing the different spalling characteristics of homogeneous bar under the compressive stress waves with different amplitude and comparing with the theoretical and experimental results. Then, RFPA is used to simulate the spalling failure of heterogeneous rock bar subjected to stress waves with different amplitudes, and three failure patterns are numerically predicted. Numerical results also indicate that the heterogeneity is one of factors that lead to the increase of dynamic strength of rock. Key Words: Rock, stress wave, spalling failure, numerical simulation1 引言岩石在动态载荷作用下的变形与破坏过程对于岩石破碎等与工程密切相关问题的研究具有重要的作用。
岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析
岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析
黄佑鹏， 王志亮， 毕程程
（ 合肥工业大学 土木与水利工程学院， 安徽 合肥 ２３０００９）
摘要： 为了研究岩石爆破损伤范围及损伤分布规律，基于 ＬＳ⁃ＤＹＮＡ 软件，采用 ＨＪＣ（ Ｈｏｌｍｑｕｉｓｔ⁃Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ）
材料模型，探究了石灰岩爆破损伤范围随径向不耦合系数 Ｋ 增大的变化关系，接着对比分析了石灰岩、凝灰岩 和花岗斑岩的爆破损伤分布规律，并用 Ｌｏｇｉｓｔｉｃ 函数模型对损伤演化过程进行表征。 结果表明：ＨＪＣ 模型在岩石 爆破损伤模拟中具有很好的适用性；随着不耦合系数的增大，损伤半径与炮孔半径之比呈先快后慢的减小趋 势；不同岩石的爆破损伤均呈反“ Ｓ” 形曲线衰减，但损伤分布特征存在一定差异性，石灰岩和凝灰岩的压碎区范 围较大，与裂隙区界线清晰，而花岗斑岩压碎区范围较小，与裂隙区界线不明显。 研究结果可为实际工程中爆 破损伤的评估与控制提供一定参考。
岩石爆破损伤指的是爆炸荷载作用下岩石的破坏效应，即岩石的压碎和开裂。 通常采用变量 Ｄ 来描述 损伤程度，Ｄ ＝ １ 表示岩石完全压碎，Ｄ ＝ ０ 表示岩石完整。 岩石爆破中，一般根据岩石破坏程度，以炮孔为中 心由近及远依次分为压碎区、裂隙区和弹性震动区［１］ ，而工程中重点关注的是压碎区和裂隙区。 迄今，国内 外研究人员均对爆破损伤开展了大量研究：左双英等［２］ 通过模拟隧道爆破开挖，探讨了爆破诱发的质点振 动衰减特征及围岩损伤分布规律，并预估岩体开裂深度和爆破损伤影响范围；周燕等［３］ 对台阶爆破相邻炮 孔间损伤范围进行模拟研究，得出两孔间损伤百分比随孔距增大而减小随后趋于定值的结论；胡英国等［４］ 通过自定义拉压损伤定量计算模型，对溪洛渡高边坡保留岩体的爆破开挖损伤效应进行了数值模拟；杨建华 等［５］ 研究分析了隧洞开挖重复爆炸荷载作用下围岩的累计损伤特性；Ｙｕ 等［６］ 研究了钻爆法对砂岩的破坏 效应，指出砂岩的损伤程度随加载速率增加而增加；戴俊［７］ 利用 Ｍｉｓｅｓ 强度准则，并考虑岩石三向受力及其 强度的应变率效应，导出柱状药包爆炸岩石压碎圈与裂隙圈半径计算公式；Ｅｓｅｎ 等［８］ 基于压碎圈指数，提出 了压碎区范围的计算公式；Ｓｉｍ 等［９］ 通过裂纹扩展准则和气体质量守恒模拟岩石裂隙扩展，并基于裂隙应力 强度因子来确定裂隙扩展长度。 就研究方法而言，由于爆破试验成本较高、耗时长，目前采用数值分析程序 来模拟岩石的爆破损伤仍是一种简便高效的研究方法。
东北大学22春“采矿工程”《岩石力学》期末考试高频考点版(带答案)试卷号2
东北大学22春“采矿工程”《岩石力学》期末考试高频考点版（带答案）一.综合考核(共50题)1.碎裂状岩体围岩变形破坏形式常表现为()。
A.塌方B.岩爆C.张裂D.滑动参考答案：AD2.下列关于岩石长期强度S∞和瞬间强度S0的关系正确的是()。
A、S∞>S0B、S∞≤S0C、S∞≥S0D、S∞0参考答案：D3.岩石是构成岩体的基本组成单元，在以岩体为研究对象时，可以看成是()。
A.非均匀的B.各向同性C.均匀的D.有缺陷的参考答案：C4.下列关于岩石初始应力的描述中，哪个是正确的?()。
A.垂直应力一定大于水平应力B.构造应力以水平应力为主C.自重应力以压应力为主D.自重应力和构造应力分布范围基本一致参考答案：BC5.岩体的力学性质受环境围压影响显著，随着围压的不断增大，岩体结构面的力学效应将()。
A.减小B.增加C.不改变D.不一定改变参考答案：A6.岩质边坡的破坏类型从形态上来看可分为()。
A.岩崩和岩滑B.平面滑动和圆弧滑动C.圆弧滑动和倾倒破坏D.倾倒破坏和楔形滑动参考答案：A7.下列不属于开尔文体的性能的是()。
A.有稳定蠕变性B.无瞬变行C.无弹性后效D.无松弛参考答案：C8.在三轴压缩条件下，岩石的抗压强度随围压增大而增大。
()A、正确B、错误参考答案：A9.下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性?()A.锥形C.楔形D.方形参考答案：D10.岩石与岩体的关系是()。
A.岩石就是岩体B.岩体是由岩石和结构面组成的C.岩体代表的范围大于岩石D.岩石是岩体的主要组成部分参考答案：B11.层状岩体围岩变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等控制，破坏形式主要有()A.沿层面张裂B.岩爆C.折断塌落D.弯曲内鼓参考答案：ACD12.关于锚杆支护作用机理，以下哪种表达是正确的()。
A.提高围岩的c、φ值，改善围岩周边应力状态B.通过锚杆杆体的抗拉刚度和强度作用，达到抑制位移及破裂目的C.锚杆的作用可以理解为从整体上提高了岩体力学中E、v指标D.以上说法都正确参考答案：D13.比较岩石抗压强度、抗剪强度和抗拉强度的大小为()。
岩石动态破坏的时效损伤本构模型_单仁亮
较少，合理而简洁的动态本构模型应当是过应力模 型。 综观上世纪 70 年代之前考虑应变率效应的本 构方程，基本上可以分为两类，即对数方程类(σ ∝ logε)和指数方程类(σ ∝ ε n )。 文[6] 早在 1951 年最先提出了过应力模型，应 & 决定，但模型中有关参量 力 σ 由应变 ε 和应变率 ε 的物理意义不够明确。 为此， 1974 年文[8] 又提出了 下式所示的过应力模型： & ε (1) σ = f (ε ) + A ln B 式中：A，B 为常数，物理意义仍不明确。
[24]
实验表明，冲击速度为 6.0～20.0 m/s 时，应变 率大约为 0～600 s－1。花岗岩的应力-应变曲线在最 大值之前大多具有跃进特性，曲线在上升到第一极 大值后， 随着应变的增加应力往往先降低至极小值， 然后再升高至最大值。在第一极大值之前不管撞击 速度多大，曲线大多近似为直线，并且偏离不大， 能够较好地重叠，说明在这一阶段花岗岩具有较好 的线弹性，其斜率( 弹性模量 E)与撞击速度没有明 显的相关性，一般为(0.4～1.0)×105 MPa。在第一极 大值之后特别是在最大值之后， 应力-应变曲线将与 冲击速度( 荷载大小 )和试件的破坏程度密切相关， 其形态具有较大的差异，在冲击速度较低，试件撞 击后仍然保持完整的情况下， 应力-应变曲线在峰后 能够立即出现回弹，如图 5 中的双点划线所示；当 冲击速度很高时， 应力应变曲线在峰后随着应力(岩 石试件抵抗载荷的能力 )的不断降低变形却能持续 增加，甚至在应力下降至零时应变仍然在增加，说 明这时的花岗岩试件已经完全破碎且已经从侧向飞 移入射杆和透射杆，使得试件与钢杆之间的接触面 成为自由状态，试件的“应变”实际上是入射波后 期在自由端的反射结果，因而是虚假的；当冲击速 度中等， 试件虽然已经破坏但并没有被严重破碎时， 峰后应变一般是先增加后减小，说明试件在变形后 期仍然具有一定的反弹。 在冲击速度为 6.0～10.0 m/s 时，应变率为 0～ 300 s－1 的范围内，大理岩的本构曲线在峰前一般沿 正斜率直线上升，在峰后大多先是沿负斜率直线下 降，然后沿垂直线陡降。与花岗岩的冲击本构曲线 的区别在于：首先，峰前直线的斜率(弹性模量 E) 与撞击速度具有明显的相关性，一般是应变率越大 弹性模量越大，在本实验的范围内大理岩的动态弹 性模量大约为(1.8～5.0)×104 MPa；其次，在峰前和 峰后曲线之间有一个较短的近似水平的线段，它代 表了大理岩在受到冲击后的塑性特征；再次，大理 岩试件的本构曲线在峰后只有一类卸载(负斜率 )和 刚性卸载 ( 斜率为无穷 ) ，很少产生二类卸载 ( 正斜 率)。 总之，如同岩石静态本构曲线一样，由于岩石 破坏的局部性，岩石冲击本构曲线也是其峰后部分 远远比峰前部分复杂。
中国岩石力学与工程学会自然科学奖
中国岩石力学与工程学会自然科学奖我国岩石力学与工程学会自然科学奖一、引言我国岩石力学与工程学会自然科学奖是我国岩石力学与工程领域的最高奖项之一，旨在表彰在岩石力学与岩石工程领域取得突出成就和做出重大贡献的科学家和工程师，推动该领域的科学研究和工程实践。
本文将对我国岩石力学与工程学会自然科学奖进行全面评估，并围绕该主题展开深度和广度兼具的探讨。
二、我国岩石力学与工程学会自然科学奖概况我国岩石力学与工程学会自然科学奖于1985年设立，每两年评选一次。
奖项设有一、二、三等奖，评选对象为在岩石力学、岩石工程、岩土工程、隧道与地下工程等相关领域取得杰出成就的科学家和工程师。
获奖成果需在国际上具有重要影响和价值，对相关领域的学术研究和工程实践有显著推动作用。
三、我国岩石力学与工程学会自然科学奖的价值我国岩石力学与工程学会自然科学奖的评选严格公正、权威认可，获奖者代表了该领域在科学研究和工程实践上的最高水平。
他们的成果不仅对学术界有重要意义，也对岩石工程领域的实际应用具有重要推动作用。
获奖成果的产生和交流，有助于促进学术交流与合作，推动岩石力学与工程领域的健康发展。
四、个人观点与理解我国岩石力学与工程学会自然科学奖的设立与颁发，为激励和表彰在岩石力学与岩石工程领域做出杰出贡献的科学家和工程师提供了一个良好的评台。
这有利于推动学术研究的深入发展和技术创新的不断推进，有力地促进了岩石力学与工程领域的学术和实际进步。
五、总结与回顾我国岩石力学与工程学会自然科学奖是岩石力学与工程领域的最高学术奖项之一，具有重要的学术和实践价值。
通过全面评估该奖项的设立和评选流程，我们可以更深入地了解岩石力学与工程领域的前沿成果和科学研究趋势，为该领域的发展提供有益的指导和支持。
六、参考资料1. 我国岩石力学与工程学会官方网站2. 我国科学院地质与地球物理研究所岩土力学研究所网站3. 相关学术期刊与论文发表数据库通过对我国岩石力学与工程学会自然科学奖的全面评估，我们对该领域的发展和取得的成就有了更深刻的理解，同时也进一步认识到科学研究和工程实践的重要性和价值。
东北大学岩石力学讲义第二章 岩石破坏机制及强度理论
第二章 岩石破坏机制及强度理论第一节 岩石破坏的现象在不同的应力状态下，岩石的破坏机制不同，常见的岩石破坏形式有以下几种一、拉破坏：岩石试件单向抗压的纵向裂纹，矿柱，采面片帮。
特点出现与最大应力方向平行的裂隙。
二、剪切破坏：岩石试件单向抗压的X 形破坏。
从应力分析可知，单向压缩下某一剪切面上的切向应力达到最大引起的破坏。
(a ) (b )三、重剪破坏：即沿原有的结构面的滑动、重剪破坏主要的机制：岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用，侧向压力较小时可能是拉神破坏，实际工程中可能是不同机制的组合，但侧向应力较大时，可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。
从岩石破坏的现象看，从小到几厘米的岩块到大的工程岩体，破坏形式雷同，并可归纳为两种，拉断与剪坏，因此有一定的规律可寻。
对岩石破坏的研究：在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。
但是三向受力条件下，不同应力的组合有无穷多种，因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系，因此在一般应力状态，对岩石破坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方面。
现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系123(,)f σσσ=研究的方法有：理论分析；2、试验研究；3、理论研究结合试验研究。
第二节 岩石拉伸破坏的强度条件一、最大线应变理论该理论的主要观点是，岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏，而与所处的应力状态无关。
强度条件为c εε≤ (2-1) c ε—拉应变的极限值，ε—拉应变。
若岩石在破坏之前可看作是弹性体，在受压条件下σ1>σ2>σ3下， 3ε是最小主应力。
按弹性力学有33E Eσμεσσ=-12（+），即33E εσμσσ=-12（+）。
若3ε<0则产生拉应变。
由于E >0，因此产生拉应变的条件是3σμσσ-12（+）<0，3μσσσ12（+）>若3ε=0ε<0则产生拉破坏，此时抗拉强度为0tEσε＝⇒0t E σε＝。
岩石破裂与断裂特征的实验研究
岩石破裂与断裂特征的实验研究岩石破裂与断裂特征一直是地质领域研究的重要课题之一。
通过对岩石破裂现象的实验研究，可以深入了解岩石在不同载荷下的应力分布、应力释放方式以及断裂过程中的介质变形等各个方面，为地质灾害预测、资源勘探与工程建设提供重要的理论依据。
本文将通过实验的方式探讨岩石破裂的机理及其断裂特征，并对实验结果进行详细分析和讨论。
实验材料与方法在进行岩石破裂实验之前，我们首先需要准备实验所需的材料和仪器设备。
对于岩石破裂实验而言，常用的材料有花岗岩、石灰岩、砂岩等。
根据实验需求，选择合适的岩石样本，并进行精细的制备和标定。
实验中使用的仪器设备包括应力-应变测量仪、压力仪、扫描电镜等。
应力-应变测量仪用于测量岩石在加载过程中的应力变化，压力仪可用于监测岩石内部的压力情况，扫描电镜用于观察岩石的断裂表面形貌。
实验设计与结果分析根据实验的目的和要求，我们可以设计不同类型的岩石破裂实验。
比如，可以通过加载单轴压缩实验来模拟地壳中的应力状态，观察岩石的变形过程和破裂特征；也可以进行剪切实验来研究岩石的剪切断裂机制。
以单轴压缩实验为例，实验开始时，将岩石样本放置在实验装置中，并施加垂直于样本轴向的加载力。
在加载的过程中，使用应力-应变测量仪记录岩石的应力变化情况，并及时观察和记录岩石的断裂特征。
实验结果显示，在加载初期，岩石的应力随加载力的增加而线性增加。
随着加载力的进一步增加，岩石出现了应力峰值，此时岩石发生了微细的裂纹形成。
当加载力继续增加时，岩石开始发生明显的破坏，断裂面逐渐扩展，最终导致岩石的断裂和破碎。
扫描电镜的观察结果显示，岩石的断裂面呈现出不规则的形态，具有明显的破碎纹理。
讨论与结论通过对岩石破裂实验结果的分析和讨论，我们可以得出一些初步的结论。
首先，在岩石单轴压缩实验中，岩石在加载初期表现出线性的应力-应变关系；当加载力继续增加时，岩石出现应力峰值，断裂面开始扩展，最终导致岩石的破裂和破碎。
岩石断裂力学的扩展有限元法
岩石断裂力学的扩展有限元法周博;孙博;薛世峰【摘要】针对岩石材料的断裂力学问题阐述扩展有限元法的单元位移模式的选择、确定平面裂纹空间位置的水平集法和特殊单元的数值积分方法.介绍最大周向应力裂纹扩展判据和计算应力强度因子的相互作用积分法,进而建立岩石断裂力学的扩展有限元法.建立Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹的岩石断裂力学的扩展有限元计算模型,对Ⅰ裂纹的应力强度因子和Ⅱ型裂纹的裂纹扩展路径进行扩展有限元法数值模拟计算.结果表明,建立的岩石断裂力学扩展有限元法可对岩石材料的断裂力学参数和裂纹扩展路径进行数值模拟分析,验证了数值计算结果的合理性,能有效地描述岩石断裂力学特性.【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(040)004【总页数】6页(P121-126)【关键词】扩展有限元法;水平集法;应力强度因子;相互作用积分法;裂纹扩展判据;裂纹扩展路径【作者】周博;孙博;薛世峰【作者单位】中国石油大学储运与建筑工程学院,山东青岛266580;中国石油大学储运与建筑工程学院,山东青岛266580;中国石油大学储运与建筑工程学院,山东青岛266580【正文语种】中文【中图分类】O346.1石油开采、城市地铁、穿山隧道、水力水电等工程项目的建设都不可避免地涉及岩石区域。
岩石的变形及破坏规律等力学性质对工程勘察、建设施工及运行安全性和可靠性等方面有重要影响。
岩石破坏过程是其内部裂纹的萌生、扩展、直至贯通的结果。
研究含裂纹岩石材料的力学性质,计算其断裂力学参数、预测其裂纹扩展规律,具有工程实际意义。
解析方法只能解决少数简单的断裂力学问题,在实际应用中数值方法是研究断裂力学问题常用的重要而有效途径。
有限元法[1]通过在裂纹尖端设置奇异单元,较好地描述了裂纹尖端位移、应变等物理场的奇异性,但是在模拟裂纹扩展时须重新划分网格,这极大地降低了计算效率。
基于有限元法的黏聚力模型通过设置界面单元[2],可有效地实现对裂纹扩展的模拟,但需要预先得到裂纹的扩展路径,不适合模拟复杂裂纹的扩展问题。
东北大学岩石力学讲义第二章岩石破坏机制及强度理论
精品文档第二章岩石破坏机制及强度理论岩石破坏的现象第一节在不同的应力状态下，岩石的破坏机制不同，常见的岩石破坏形式有以下几种：岩石试件单向抗压的纵向裂纹，矿柱，采面片帮。
特点出现与最大应力一、拉破坏方向平行的裂隙。
)(b) (a形破坏。
从应力分析可知，单向压缩下某一剪二、剪切破坏：岩石试件单向抗压的X 切面上的切向应力达到最大引起的破坏。
精品文档．精品文档三、重剪破坏：即沿原有的结构面的滑动、重剪破坏主要的机制：岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用，侧向压力较小时可能是拉神破坏，实际工程中可能是不同机制的组合，但侧向应力较大时，可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。
并可归纳从小到几厘米的岩块到大的工程岩体，破坏形式雷同，从岩石破坏的现象看，为两种，拉断与剪坏，因此有一定的规律可寻。
对岩石破坏的研究：不同应力的组合在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。
但是三向受力条件下，对岩石破因此在一般应力状态，有无穷多种，因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系，坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方面。
现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系???)(,?f321、理论研究结合试验研究。
、试验研究；3研究的方法有：理论分析；2岩石拉伸破坏的强度条件第二节一、最大线应变理论岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏，而与所处的应力该理论的主要观点是，状态无关。
强度条件为(2-1)???c—拉应变的极限值，—拉应变。
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岩石破坏试验总结
预制裂纹方向与大小对岩石破坏及强度影响的试验总结试验一：含预制裂纹的脆性岩石单轴压缩下渐进性破坏过程的试验研究1、实验人员周建超，贾纯驰，吕建国( 中国地质大学（北京）工程技术学院，北京100083 )2、实验目的对含预制裂纹的花岗岩进行单轴压缩试验研究预制裂纹倾角 对脆性岩石渐进性破坏过程的影响3、实验方法实验试样取自福建，岩石种类为花岗岩。
试样的预制裂纹制作过程为：首先用高压水枪在试样中心穿一个孔径为2m 的圆孔，再用金刚石线锯，以小孔为中心点在试样上进行切割，加工出一条长度为20mm 裂隙面间距为0.26mm 的预制裂纹 根据预制裂隙面与加载方向的夹角不同，分别加工出倾角0°、15°、30°、45°、60°、75°、90° 为七组，每组3个试样试样的上下端面经过研磨加工，保证2个加载面之间的不平行度不超过0.05mm ，端面垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25°。
因花岗岩本身颜色较为复杂，造成对裂纹扩展的观察记录不便，故将试样外表面漆成亚光黑色。
利用电液伺服万能材料试验机对试样进行加压试验，加载速率为0.2Mpa/s ，通过数码摄像机对试验过程中试样表面的裂纹扩展情况进行实时记录。
在试样上粘贴应变片，分别记录轴向和径向应变。
4、实验结论(1) 脆性岩石单轴压缩破坏过程包含5个阶段：裂纹压密闭合阶段、弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹加速扩展阶段和峰后阶段，其中，裂纹压密阶段并不一定存在，相关脆性岩石的应力-应变曲线展现了3个重要的应力水平：裂纹起始应力ci σ，不稳定裂纹生长应力即裂纹加速扩展应力cd σ，峰值强度岩石f σ。
(2) 预制裂纹倾角大小对应力门槛值的影响是显著的，预制裂纹倾角α越大，则ci σ及f σ越高 且预制裂纹倾角变化对cd σ及f σ的影响较为稳定，而对ci σ的影响则比较复杂，这可能与预制裂纹两裂隙面间的相互作用力有关。
岩土爆破设计与案例分析详解2013
R
导出
Qm a x
R3 V K
，爆区岩性属中硬岩，K和
α分别取200和1.65，R=40m，国家重点文物允许质点振动速度 取V=0.3cm/s。将已知数据代入公式，计算得Qmax=0.47kg。为 了控制爆破振动，确定单孔装药量Q=0.45kg<Qmax。采用药卷 直径为32mm，长度为200mm，单卷药量150g的炸药。
2019/11/21
17
设计2-解答
3）起爆方式。注意预裂爆破时，可以先于主爆区单独起
爆，也可以与主爆区同一次起爆，但比主爆区要提前90110ms起爆。光面爆破时，光面孔与主爆区炮孔同次起爆 时，光面孔在主爆区起爆后再起爆，时差100ms左右，光 面孔也可以在主爆区起爆后单独起爆，主爆区爆破后的碴 堆清运后再实施光面爆破，则光面爆破的效果会更好。
（5）下部壁面很好，但表面未形成裂缝；可能的原因：
填塞长度大、上部装药量不足。调整爆破设计的方法：减 小填塞长度、增加上部线装药密度。
2019/11/21
20
设计3-问题
某道路工程需在花岗岩中开挖一个隧洞，岩石坚固性 系数f=16，裂隙中等发育。隧道断面为直墙半圆形，半径 3.5m。边墙高4m，底宽5m。钻孔直径42mm，空孔直径 89mm。爆破开挖循环进尺2.5m。
2019/11/21
3
设计1-解答
总体方案：采用露天浅孔台阶松动爆破，边坡部位采用预 裂爆破。
将7.5m高的开挖体分5层进行爆破，每个台阶高度为 H=1.5m。
（1）由于是浅孔爆破，所以选择炮孔直径为40mm。假设 岩性为中硬岩，单位炸药消耗量q可取0.35 kg/m3。由公
3
式
V
不同岩性岩石单轴压缩破坏共性前兆特征
ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅｓｅ ｔｈｒｅｅ ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ ｒｏｃｋｓ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｃｏａｌ
８ ２２
５８ ６７
２ ３８
２ １０５
综合上述研究成果可知ꎬ目前已有众多学者
对 ＡＥ 参数与岩石破裂间的关系以及 ＡＥ 参数破
坏前兆特征作了许多有意义的研究. 然而ꎬ上述研
究主要是针对某一种特定岩性岩石进行前兆特征
研究. 而对于煤矿开采ꎬ煤层上方往往赋存多种不
同岩性的岩层ꎬ单一岩性岩石的破坏前兆特征往
ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｙ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｏｆｔｅｎ
ｂｅ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ ｔｏ ａｐｐｌｙ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ. Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬ ｉｔ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ
东北大学学报( 自然科学版)
１３１０
近年来ꎬ学者对岩石破坏过程中 ＡＥ 特征的
研究日益增多. Ｍｅｎｇ 等
[３]
通过不同加载速率下
加卸载的能量演化特征ꎬ揭示了岩石变形和破坏
的能量演化过程. Ｍｏｒａｄｉａｎ 等 [４] 基于在单轴压缩
下花岗岩试样微观和宏观的裂纹损伤特征ꎬ分析
了裂纹的变化规律. 张鹏海等
含裂隙类岩石试样单轴抗压强度特征及裂纹演化规律
Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ: １) Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｔａｃｔ ｓａｍｐｌｅꎬ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ
ｖｅｒｔｉｃａｌ ｆｌａｗ ｉｎ ｃｒｏｓｓ ｆｌａｗｓ ｉｓ １ ~ ２ ｔｉｍｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｆｌａｗ ｌｅｎｇｔｈꎬ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｆｌａｗ ｉｎ ｃｒｏｓｓ
ｆｌａｗｓ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆｌａｗ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓꎬ ａｎｄ ｔｈｅ
同中间主应力下含单裂隙砂岩真三轴强度变化过
隙的岩体模型几乎无法实现ꎬ大量裂隙的存在亦
程ꎬ发现含单裂隙砂岩的峰值强度随中间主应力
对分析岩体力学性质造成极大困难. 因此ꎬ亟须在
的增加呈现先增加后减小的趋势.
确保分析准确性的前提下ꎬ甄别对岩石力学特性
综上所述ꎬ国内外学者系统研究了单裂隙不
影响显著的关键裂隙ꎬ摒弃无显著影响的裂隙ꎬ从
同倾角下试样的峰值强度及裂纹扩展规律ꎬ研究
而合理简化岩体裂隙网络ꎬ为实现工程岩体高效
结果均表明:含水平裂隙试样的峰值强度较含垂
建模与分析奠定基础
[１]
.
直裂隙试样的峰值强度低. 但相关学者尚未对水
已有研究表明ꎬ裂隙的长度及倾角对岩石力
学性质的影响不尽相同
[２ － ４]
. 研究含不同裂隙岩
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Z1东大岩石破裂自然奖项目公示推荐2016年度国家自然科学奖项目公示一、项目名称岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律二、推荐单位意见矿山开采和岩石工程开挖引起的灾害造成大量的人员伤亡和财产损失。
开采或岩石工程开挖诱发的许多工程灾害都与岩石破裂过程失稳有关，岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律是认识灾害发生的机理和进行灾害预警的关键性理论与技术问题。
本项研究从实验研究、数值模拟方法研究及其工程应用等方面，系统地研究了岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律，创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟方法RFPA，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具，推动了岩石破坏力学的发展；研究形成了以岩石微破裂监测与并行数值模拟相结合的工程岩体灾害预警新方法，在10余个典型或重大工程中得到成功应用，通过现场工程措施的实施，确保了岩石工程的安全，创造了可观的经济效益和社会效益。
该项目创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟新方法，并为国内外同行广泛应用，在国际上具有重要的学术影响。
发表20篇论著总计被他引3476次，其中被SCI-E他引541次、CPCI-S他引258次、CNKI他引2677次。
包括原国际岩石力学学会主席C.Fairhurst教授、J.A.Hudson教授在内的1000多位国内外专家，都在公开出版物中给予了正面引用与评价。
课题组为我国岩石力学界培养了第一个国际岩石力学学会Rocha奖获得者，实现了国际岩石力学学会设奖27年来我国零的突破。
国内外学者应用岩石破裂过程分析系统RFPA获得硕士、博士学位论文的达到60余篇。
本项成果已在加拿大、瑞典、香港及国内30余所高校或研究机构得到应用，协助国内十余所高校挂牌成立了与岩石破坏机理分析相关的“数值实验室”，并在济钢张马屯铁矿突水、淮南矿业集团瓦斯突出、唐钢矿业公司突冒突涌、锦屏二级水电工程隧道施工岩爆等灾害的监测预警中得到应用，为确保岩石工程安全提供了新的手段，取得了较好的经济效益和社会效益。
特推荐国家自然科学奖一等奖。
三、项目简介矿山开采或岩石工程开挖诱发的许多工程灾害都与岩石破裂过程失稳有关。
本项研究从实验研究、数值模拟方法研究及其工程应用等诸方面，系统地研究了岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律，创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟方法RFPA，研究形成了以岩石微破裂监测与大规模高性能数值模拟相结合的工程岩体灾害预警新方法，通过现场工程措施的实施，为确保岩石工程安全提供了新的手段。
该项目的主要研究及科学意义在于：(1)建立了岩石非线性统计损伤本构理论和岩石破裂失稳灾变模型，揭示了加载系统弹性回弹行为与岩石试样相互作用所带来的岩石破裂规律的复杂性，为研究岩爆等岩体工程动力灾害奠定了理论与实验基础，推动了岩石破坏力学的发展。
(2)基于“脆性破裂孕育在小变形之中”的深刻认识，提出了基于小变形和大位移原理的岩石破裂全过程分析学术思想，建立了用细观非均匀性模拟宏观非线性、用连续介质力学方法模拟非连续介质破裂问题的新型数值分析RFPA(Rock Failure Process Analysis)方法，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具。
(3)基于非均匀性是岩石破坏具有前兆的基本认识，提出了岩石的微破裂是岩爆、瓦斯突出、突水、滑坡等岩体工程灾害“前兆共性特征”的学术思想，建立了基于背景应力场分析与微震监测相结合的岩体工程灾害预警方法，在10余个典型或重大工程中得到成功应用。
该项目创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟新方法，并为国内外同行广泛应用，在国际上具有重要的学术影响。
20篇论著总计被他引3476次，其中被SCI-E他引541次、CPCI-S他引258次、CNKI他引2677次。
包括国际岩石力学学会的两位前任主席C. Fairhurst教授和J.A. Hudson教授在内的1000多位国内外专家，都在公开出版物中给予了正面引用与评价。
美国工程院院士P.A. Cundall 博士称RFPA 方法“比Lattice 模型能够更加真实地模拟岩石的破裂过程”。
加拿大工程院院士、Laurentian大学Peter Kaiser教授称RFPA 是“极具前景的数值模拟方法”。
此外，还包括英国牛津大学、美国加州大学伯克利分校等世界一流大学学者的引用。
国内外应用岩石破裂过程分析系统RFPA获得硕士、博士学位论文的达到60余篇，为我国岩石力学界培养了第一个国际岩石力学学会Rocha奖获得者，实现了国际岩石力学学会设奖27年来我国零的突破。
本项成果已在加拿大、瑞典、香港及国内30余所高校或研究机构得到应用，协助国内十余所高校挂牌成立了与岩石破坏机理分析相关的“数值实验室”，并在济钢张马屯铁矿突水、淮南矿业集团瓦斯突出、唐钢矿业公司突冒突涌、锦屏二级水电工程隧道施工岩爆等灾害的监测预警中得到应用，确保了岩石工程的安全，取得了较好的经济效益和社会效益。
四、客观评价本项研究20篇论著总计被他引3476次，其中被SCI-E他引541次、CPCI-S他引258次、CNKI他引2677次。
该项目的学术贡献及国内外评价体现在如下三个方面：(1)建立了岩石非线性统计损伤本构理论和岩石破裂失稳灾变模型，揭示了加载系统弹性回弹行为与岩石试样相互作用所带来的岩石破裂规律的复杂性，为研究岩爆等岩体工程动力灾害奠定了理论与实验基础。
美国工程院院士、第七届国际岩石力学学会主席C.Fairhust教授在国际岩石力学学会会刊《ISRM News Journal》的前言“From the President”中给予该成果两个自然段的专门评述，称“唐教授的研究令人感兴趣地看到，岩石的实验室试验有时在一定程度上能够反映出大尺度现象的一些规律。
在他的工作中，考虑了加载机的回弹行为和受载岩石破坏后区行为的相互作用。
……我们再次看到，有关压缩破裂和非稳定变形机制研究的解析和数值分析模型，不仅可以对于试验的设计提供有价值的指导，而且对于推知大尺度失稳现象也提供了一种方法。
”。
英国皇家工程院院士、国际岩石力学学会前主席J.A.Hudson教授在《岩石力学与工程学报》发表的“书评”中评价申报人“将加载系统的刚度概念应用于大尺度地质体的开创性思想对于理解失稳现象是一个有重要意义的进步，进而推广到剪切失稳模式更是一个重大的发展”。
(2)建立了用细观非均匀性模拟宏观非线性、用连续介质力学方法模拟非连续介质破裂问题的新型数值分析RFPA(Rock Failure Process Analysis)方法，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具。
在“金沙江溪洛渡水电工程坝基整体稳定性精细模拟计算(2000万自由度模型)”等国家重大工程中得到成功应用。
中国科协出版的《岩石力学与工程学科发展报告(2009‐2010》对RFPA方法进行了全面评述，指出RFPA方法“突破了传统认为有限元方法难以处理非均匀、非连续介质力学问题的局限，克服了岩石非线性变形分析中长期困扰人们的不收敛性问题，……大大扩展了有限元方法的应用范围”。
加拿大Laurentian大学校刊《GAZETTE(1996年五月号)》中称赞RFPA是“极具前景的数值模拟方法”。
国际岩石力学领域顶级杂志《Int.J.Rock Mech.Min.Sci.》“数值模拟专辑”发表的综述文章中称RFPA方法是“一个近期具有典型意义的发展”。
美国工程院院士P.A.Cundall博士在《Int.J.Rock Mech.Min.Sci.》的综述文章中称RFPA方法“比Lattice模型能够更加真实地模拟岩石的破裂过程”。
法国学者D.Amitrano等在《J.Geophysical Research》、《Geophysical Research Letters》、《Int.J.Fracture》等杂志多次明确评价了申报人“基于弹性损伤理论建立的分析方法在模拟脆性破坏方面的成功”。
有关RFPA方法的第一篇论文(代表性论文之一)成为国际岩石力学领域顶级杂志《Int.J.Rock Mech.Min.Sci.》创刊50年来总排名第六的高引论文。
第三完成人梁正召的博士论文分别获得全国百篇优秀博士论文奖和国际岩石力学学会Rocha 奖(中国27年来唯一获奖者)。
(3)建立了基于背景应力场分析与微震监测相结合的岩体工程灾害预警方法，在重大水电、矿业工程中得到成功应用以岩石微破裂“时、空、强”三维定位监测为手段、以“应力积累、应力释放和应力转移(3S)”为判据的岩体工程灾害预警新方法，已在“锦屏二级水电工程(世界最大规模深埋隧洞群)隧道施工岩爆监测预警”等10余个典型或重大工程中得到成功应用。
由中国岩石力学与工程学会主持、四位院士等同行专家组成的鉴定委员会，认为该项目成果“改变了国内外岩石力学界岩爆难以监测预警的传统认识，为水电乃至其它岩土工程行业今后开展类似工程的岩爆监测、预报、预警提供了成功范例”。
五、代表性论文专著目录六、主要完成人情况七、完成人合作关系说明项目主要完成人是东北大学采矿工程二级国家重点学科和大连理工大学水利工程一级国家重点学科的教师，是八篇“代表性论文专著”主要学术思想的提出者，并在“代表性论文专著”中有署名。
第一完成人唐春安教授是项目负责人，其他4位完成人曾经是唐春安教授指导的博士研究生。
第3篇代表性论文的主要工作是在东北大学完成，但其投稿是第一完成人应香港大学Tham L.G.教授的邀请在港大进行短期学术访问期间完成，因此，Tham L.G.教授为该论文的通讯作者，他已签署《知情同意证明》。
多年来完成人通过通力合作，建立了岩石非线性统计损伤本构理论和岩石破裂失稳灾变模型，奠定了岩爆等岩体工程动力灾害研究的理论与实验基础，建立了用细观非均匀性模拟宏观非线性、用连续介质力学方法模拟非连续介质破裂问题的新型数值分析RFPA(Rock Failure Process Analysis)方法，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具。
并提出了岩石的微破裂是岩爆、瓦斯突出、突水、滑坡等岩体工程灾害“前兆共性特征”的学术思想，建立了基于背景应力场分析与微震监测相结合的岩体工程灾害预警方法，在10余个典型或重大工程中得到成功应用。