阅读理解-尤明庆《岩石试样的强度及变形破坏过程》

阅读拾零尤明庆《岩石试样的强度及变形破坏过程》岩石内部都有缺陷，若研究的尺度与这些缺陷分布相当，则必定要认为岩石是非均质的。当然，在考虑范围较大、使用更大的尺度时，岩石又可以被认为是具有均匀缺陷的材料。最为显著的事实是，岩样尺度越大，强度的离散程度越小。P7随着岩样棱数减少，抗压强度降低，说明边缘的棱角容易损坏，不能用来作为有效的承载面积。P8在进行岩石力学性质试验研究时，必须始终明确岩石材料的非均质性，试验结果的差异并不完全是由围压、加载速度、应力路径等可控参数引起的，岩样也是试验过程中的一个变化参数。P8显然杨氏模量表示了岩样的弹性变形特征，是材料参数，与岩样的形状尺度无关；而峰值之后的软化曲线只是材料的特性在具体岩样的宏观表现，并非真正意义上的材料本构关系。P12岩样单轴压缩破坏形式复杂多变，通常认为，最终的破坏多数是轴向近乎平行的劈裂破坏，或称岩样单轴抗压强度的降低是由于岩样内部的拉伸破坏造成的。P13剪切滑移作用还会产生垂直于轴向的拉力cossinNF，其大小随该滑移面积的增大而增大。P14如果最初的剪切滑移面出现在岩样内部，那么剪切滑移引起的沿轴向拉张劈裂面可能使岩样侧面的材料脱离主体，成为一个压杆。细长压杆通常产生失稳而折断，完全失去承载能力。原来储存的弹性形变恢复，使其长度大于岩样而弯曲。这种破坏情形会在应力-应变全程曲线上反映出来，即在应变几乎不变时出现一个应力小幅度跌落。这种应力跌落多出现在峰值附近，但并不会显著影响岩样的整体形变过程。P14只有材料的剪切破坏才能引起承载能力的降低。P15Coulomb准则，即轴向最大承载能力T与围压呈线性关系：3TQK。参数Q的力学含义是：岩样在完全剪切破坏时的单轴抗压强度，可以作为岩样的材料强度来看待。实际单轴压缩过程中由于岩样沿轴向的张拉破坏，岩样无缺陷时的理想强度通常也是小于Q的。这就意味着，作为材料强度特性的参数Q，是不可能从单一试验中得到的，必须通过不同围压下的岩样强度进行回归分析才能得到。P43试验所得的峰值应力只是岩石材料的强度在该试样的宏观表现。σ2不是很大时，其增加可能使沿该方向屈服的微元体需要更高的轴向应力，也可能使该微元体改变滑移方向，即不是沿最弱承载面屈服，从而导致微元体承载力的提高；当σ2较大时，试样在σ2-σ3方向也会产生屈服破坏，中间主应力的增加可能造成岩样强度的降低。P66岩样三轴压缩破坏之后，即使断裂为两个完全独立的部分，还可以通过剪切破坏面之间的摩擦力承载轴向应力，即通常所说的参与强度。P86承载能力由岩石的粘聚力和内摩擦力共同构成，两者在屈服过程中都是变化的。在以主应力表示时，可以认为岩样的轴向承载能力由其材料强度和围压共同确定，是结构的力学特性。当岩样的轴向应力增大到其承载能力（轴向压缩），或者其承载能力降低到轴向应力（卸围压）时，岩样的材料强度就会降低，即屈服。轴向应力不超过其承载能力，但承载能力在变形过程中可能增大也可能减小。某些岩石在材料强度降低的过程中内摩擦力系数增大，从而即使围压恒定轴向承载能力也会增加，即屈服强化。P87岩石的强度、变形和承载的应力，三者是密切联系的；而这种联系的具体形式我们还很不清楚。P100残余强度是真实岩样破坏之后由摩擦力所维持的承载能力。P103在围压较低时，也就是正应力较低时内摩擦力的增加量小于材料强度的降低，屈服过程中承载能力减小，即屈服弱化；而在围压较高时，摩擦力的增加量就有可能超过岩石材料强度的降低，因而屈服过程中承载力反而会增大，即屈服强化。P109初期压密之后的切线泊松比与岩样形状、围压以及加载方式无关，可以表示岩样弹性状态下应力之间的关系，应推荐使用。P117秦四清《岩石声发射技术概论》大部分材料都是非均质的和有缺陷的，在外应力作用下，内部强度较低的微元体在局部应力集中到某一程度时发生破坏（产生塑性变形），使局部应力松弛，产生应力降，造成局部区域快速卸载，因而产生声发射。材料产生声发射的必要条件是：（1）局部塑性变形或断裂产生应力降；（2）快速卸载，如果卸载的时间较长，释放的能量减小，就可能使灵敏度较低的检测仪器检测不到声发射信号。此外，仪器能否接受到信号还与材料的性质有关，如果材料的衰减系数很大，也有可能接受不到信号。P8一个瞬变信号的能量定义为201()EVtdtR，式中R是电压测量电路的输入阻抗，()Vt为与时间有关的电压。据此，将声发射信号的幅度平方，然后进行包络检波，求出检波后的包络线所围的面积，作为信号所包含的能量的量度。P13塑性变形及微裂纹成核产生的声发射：在应力作用下，位错源的作用使一个晶粒内的屈服强度降低了，由此释放的能量是223()2iqEdE微裂纹成核时释放的能量为：15222[()]thqiGbEkdd，式中12[]2(1)thbkE在微裂纹成核时释放的能量比塑性变形时大，且此时起作用的位错源也最多，那么有可能在微裂纹成核时，即在屈服应力处，声发射率出现峰值。（对真三轴也成立）P23脆性岩石中晶粒断裂产生的声发射释放的能量：232qEdE，式中E为弹性模量。若把阀值应力视为晶粒开始断裂所对应的应力，则初始声发射（应力为0）释放的能量为：2302qEdEP25声发射不仅取决于材料所处的应力状态，而且取决于材料的力学性质，即强度特性。声发射总数与加载速率无关，声发射率与加载速率有关。P26低脆性岩石裂纹尖端塑性变形过程产生的声发射释放的能量：23442232212364(1)(3)msqIIAmBEKAKmm，3A为常数。2A为与材料性质有关的常数，2m为硬化指数的倒数。P30脆性岩石中裂纹扩展产生的声发射释放的能量：试验数据表明，晶粒断裂对声发射的贡献很小，声发射主要来自于原有裂纹的增量。对于脆性岩石，声发射主要与裂纹扩展有关。当裂纹扩展a时，释放的应变能：'2qIEAKaP34由于声发射率与应力强度因子及裂纹长度增量有较弱的对数依赖关系，一旦充分超过声发射的应力强度因子阀值，则声发射率主要与裂纹扩展速率有关。Mirable曾计算出裂纹尖端塑性变形过程释放的能量约为10-11—10-7J之间，裂纹扩展释放的能量约在10-6—10-1J之间。考虑到低脆性岩石裂纹尖端的塑性变形小，释放的能量也较小，故在裂纹扩展期间释放的能量将远大于其塑性变形时释放的能量，因而塑性变形过程产生的声发射可以忽略。P35用一般刚性压机加载时，过峰值强度后，应变速率开始增长。在发生应力降的瞬间，应变速率达到某一极大值，此时声发射率曲线亦出现一个峰值。可以预料：压机刚度越大，声发射率第一峰值与第二峰值之间的“平静时期”越长，第二峰值的幅度越低。若用理想刚性压机加载，则第二峰值不会出现。P40连续型声发射对应变速率很敏感，具有应变速率效应。声发射与岩石的应变速率有明显的关系。当应变增加时，声发射出现；当应变减小时声发射极少，甚至没有。特别当应力接近岩石破裂强度时，这种触发作用变得越明显。应变控制和应力控制试验声发射特性不同。应力控制试验中，在试样接近破裂时，应变速率实际上是逐渐增大的，故声发射率会急剧升高。因此，声发射试验，最好应采用应变控制方式加载。P45岩石的不均匀性对声发射也有影响。（1）非常均匀的岩样中，破坏前声发射极少；（2）不均匀岩样中，破裂前有一些声发射；（3）在非常不均匀的样品中，加力后不断出现声发射，其强度和频度不断增加直到破坏。P47考虑到岩石是一种不均匀及各向异性的材料，再加之加工应力及加载初期裂纹闭合的影响，一般不应选取初始声发射点作为凯塞尔效应特征点。笔者的做法是：根据声发射能量—时间曲线的急增开始点和能率—时间曲线斜率由缓变陡的转折点总和确定凯塞尔效应特征点。P112