注浆加固是地下工程结构事故处理与预防的主要手段，由于岩体工程的隐蔽性以及岩体内部裂隙、孔洞等缺陷分布的随机性，开展注浆加固后岩体的破坏机理研究，是一个具有挑战性的研究课题，关于周期荷载下的注浆加固体的力学性能及破坏机理研究尚无系统研究，其疲劳寿命及损伤演化模型尚未建立，本研究基于试验研究，以注浆加固后的岩石及类岩石材料为研究对象，通过抗弯及抗压静态加载和疲劳加载试验，揭示注浆加固后的破坏机理，并建立相应的疲劳寿命方程和损伤演化模型，本项目研究完成了: (1)探讨了树脂和水泥加固含裂隙红砂岩、大理岩、类岩石材料的压缩破坏机理，分析了注浆材料、裂纹类型、裂纹数量岩石类型等因素对应力重分布即开裂模式的影响规律；(2)揭示了树脂加固含裂隙岩石三点弯破坏机理，研究三种裂隙形式、注浆深度、增韧树脂对破坏模式的影响规律；(3)考虑应力比对疲劳寿命的影响，建立了压缩和三点弯疲劳双对数高频疲劳寿命方程，结果吻合较好，疲劳寿命存在应力水平的门槛值，当应力水平小于门槛值，不会发生疲劳破坏，当循环比n/Nf达到0.5时，裂隙面横向应变突然迅速增加达到了门槛值导致开裂，与试验中观测到的开裂现象一致。(4)应力水平是影响疲劳力学性能的主要因素，当应力水平较高时，试样的损伤破坏分为三个阶段，即，初始损伤加速阶段，裂纹稳定扩展阶段和裂纹不稳定加速扩展阶段。而当应力水平较低时，损伤破坏退化为二个阶段；(5)根据Logistic 模型，提出一种倒S型曲线模拟疲劳损伤演化曲线，实测数据与拟合曲线吻合较好。本项目的资助下，共发表论文9篇，申请专利2项，出国参加国际会议1次并作分组报告，培养硕士研究生2名，另外还有1名在读硕士研究生。本项目研究成果可为地下及其他岩土工程注浆加固后效果评价提供理论与试验依据，为岩土工程事故处理及设计方案提供基础数据，具有重要的科学意义和实用价值。 2100433B

岩体在周期荷载作用下的力学性能是影响岩体工程长期稳定性的重要因素之一，研究周期荷载作用下岩石的疲劳变形特性及损伤演化规律，有助于正确认识岩体的破坏机理，科学地评价岩体的长期稳定性。本项目以裂隙岩石注浆加固体为研究对象，对注浆加固体的疲劳破坏机理以及损伤演化规律进行基础科学研究。通过裂隙岩石注浆加固后的静动态加载实验，分析注浆加固体的强度与变形规律，揭示裂隙岩石注浆加固后的静态加载破坏机理。研究疲劳破坏过程中不可逆变形的变化规律，探讨疲劳损伤累积量的影响因素以及影响规律，对比静态破坏机理、原裂隙岩石疲劳破坏机理，揭示注浆加固后的疲劳破坏机理。观测残余塑性变形、剩余强度和寿命随循环次数的变化规律，建立循环次数与残余塑性应变之间的对应关系，利用残余应变差来定义损伤变量，推导损伤演化方程，对承受循环荷载作用的注浆加固岩体进行剩余寿命预测，为采矿、隧道、边坡等岩土工程注浆加固提供理论和实验依据。

本课题针对岩石开挖工程广泛关注的爆区附近围岩稳定问题,开展重复爆破荷载条件下岩石动态疲劳损伤特性研究。通过设计一套实现重复爆破荷载加载试验装置进行试验，研究重复爆破荷载弹性波作用下岩体疲劳损伤特征、裂纹分形演化和疲劳强度变化规律，将裂纹扩展规律和疲劳累积损伤演化统一起来，定义与多次爆破载荷相对应的疲劳损伤因子；并进一步分析研究疲劳参数对岩石疲劳劣化的机理和对岩石疲劳损伤寿命的影响。通过编制XFEM（扩展有限元）程序对岩石动态疲劳损伤特性、断裂特性和裂纹扩展进行数值模拟研究，为岩石开挖工程围岩安全控制提供科学依据和实用手段。

疲劳是零件由于循环载荷引起的局部损伤的过程，是一个由包括零件裂纹萌生、扩展和最终断裂等组成的累积过程所导致产生的综合结果。在循环加载期间，在最高应力区域发生局部塑性变形，这种塑性变形引起零件的永久损伤和裂纹扩展。随着零件所承受的加载循环次数不断增加，裂纹长度(损伤)随之增加。在达到一定循环次数之后，裂纹将导致零件失效(断裂)。

通常，疲劳过程可以观察到裂纹成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展和最终断裂四阶段。

裂纹在接近高应力集中的局部剪切面上开裂，如稳定滑移带、夹杂物、疏松或晶粒不连续分布等，局部剪切面通常发生在晶粒表面或边界之内。在这一阶段，裂纹成核是疲劳过程的第一步。一旦裂纹成核并且持续施加循环载荷，裂纹就会沿着最大切应力面并通过晶粒边界扩展。

在工程应用中，将零件在裂纹成核和微观裂纹扩展期间的寿命长度称为裂纹萌生阶段，而将零件在宏观裂纹扩展期间的寿命长度称为裂纹扩展阶段。通常，对从萌生到扩展的过渡阶段无法做出精确的定义。钢制零件的裂纹萌生阶段一般占其疲劳寿命的大部分，特别是在高周疲劳状态下(约大于10000次循环)。在低周疲劳状态下(约小于10000次循环)，疲劳寿命的大部分时间耗费在裂纹扩展。

一旦裂纹形成或者发生完全失效，就可以检查到疲劳失效的表面。弯曲或轴向疲劳失效通常会留下蛤壳状或海滩状斑纹，这些斑纹的名称源自断裂表面的形貌特征。裂纹成核区域位于壳的中央，裂纹像是从裂纹成核所在区域扩展开来的样子，通常呈辐射状，留下一个半椭圆形的图案。在某些情况下，通过检测裂纹部位所遗留海滩斑纹的尺寸和位置，可以识别裂纹扩展开始或者结束的不同阶段。海滩斑纹的线条呈条纹状与树干横断面的年轮线相似。这些条纹状呈现出在一个加载循环期间裂纹扩展的范围。与树类似，树每年长一圈，而疲劳损伤则在每个加载循环产生一个圈。在发生疲劳失效时，会出现一个最终的剪切裂痕，这是材料在失效之前对载荷的最后一点支撑。切变裂痕的尺寸取决于加载的类型、材料和其他条件。

裂隙岩体在动荷载作用下的力学特性以及动态损伤、断裂特征是研究岩石工程在爆炸荷载以及地震荷载作用下响应的重要参数，也是研究爆炸冲击波以及地震波在岩石介质中传播以及衰减课题的基本参数。该项目在深入认识和研究裂隙在动荷载作用下扩展规律的基础上，建立荷载速率、围压、摩擦系数以及细观力学参数对裂隙岩体动态损伤局部化影响的理论模型，获得其数值求解方法及其有限元分析程序。该模型的特色是考虑了裂隙岩体的变形-强度-应力-时间的关系。通过理论分析和模型试验，掌握荷载速率和裂隙扩展速率之间的关系，揭示围压、摩擦系数以及细观力学参数对裂隙扩展规律的影响，进而确定荷载速率、围压、摩擦系数以及细观力学参数对裂隙岩体的变形和强度特性的影响规律。该项目的研究成果有助于我们揭示裂隙岩体在爆炸荷载和地震荷载作用下发生破坏的机理，并为我国目前急需的岩体工程抗震设计方法提供科学依据。