岩体脆性破坏是导致众多工程事故和地质灾害发生的重要原因。当前研究，关于岩石累进性动态破坏过程是仍有待突破的重要问题。本报告基于应变、应力、声发射、视电阻率、波速等多物理场测试，提出了反映不同应力水平下的岩石累进性破坏机制，阐明了脆性破坏过程中荷载、变形与多物理场参数等的关联信息，岩石脆性变形破坏过程中多物理场的时空特征变化，提出岩石脆性破坏临界信息的识别方法。 岩石脆性破坏过程可视为逾渗相变过程，假定岩体细观微元体强度服从Weibull分布，基于系统在逾渗阈值处有尺度不变的性质，建立了岩石破坏二维和三维重正化群模型，并计算了系统相应的逾渗阈值，研究了岩体脆性破坏在逾渗阈值附近的临界特性：当破裂概率远离临界概率 时，各破裂集团短程关联，此时系统破裂是局部的；在临界点附近，岩石系统中各破裂单元之间的关联长度骤然增加，致使各破裂单元之间出现协同作用，宏观表现为原有随机、无序分布的破裂逐渐向未来破裂面集中。 岩石脆性破坏导致的各种现象可以分为两类：①与物理力学参数和结构特征改变有关，表现为岩石本身变得破碎，承载力降低，变形速率增大，模量变小，渗透率增大，波速参数与电阻率值突变；②与能量释放及物理场参数变化有关，体现在声发射信号激增，电磁辐射强度增加，红外辐射加大。试验和理论分析表明：岩石破裂前临界特征点所对应的应力和岩石峰值应力比值约在70%~80%之间。本文通过分析得出，岩石脆性破坏的各种信息与岩石微破裂发展存在特定的关联性，利用综合信息源可以很好的进行脆性破坏临界点的识别。 2100433B

岩石脆性破坏失稳会带来地震、崩塌、岩爆、滑坡、煤矿突水以及地表塌陷地质灾害与工程问题等，造成惨重的损失。当前研究中，限于地质体固有属性和力学性质的复杂性，使得岩石脆性破坏导致的灾害的预测是非常困难。本项目先采用试验对不同含水量的花岗岩和灰岩进行不同加载速率和围压的单轴/三轴加载试验，并进行应变、应力、声发射、视电阻率、波速等物理量的同步测试；针对同组试样控制不同加载应力水平，进行压汞试验和扫描电镜分析岩石微裂隙发育规律，探索含水量、加载速率和围压效应对岩石脆性破坏过程和膨胀点位置的影响及声发射、视电阻率等物理信息的变化规律；同时利用二维与三维重整化群理论研究岩石脆性破坏过程中临界破坏概率及膨胀点与脆性破坏前兆信息的关联性，并开发相应的数值计算程序，寻找岩石脆性破坏临界识别因子，提出岩石脆性破坏的前兆信息识别方法。

岩石是经过漫长地质作用形成的各种矿物的天然集合体，具有明显的非均质性和各向异性特性。而岩土工程失稳表现为典型的时效渐进破坏过程，探讨非均匀性岩石亚临界裂纹扩展速度效应势在必行。本项目以试验为基础，研究非均匀性岩石在不同载荷条件下裂纹扩展的机制，揭示岩石裂纹扩展过程中内部缺陷动态演化过程及演化机理，建立岩石的裂纹扩展与宏观破坏之间的关系；试验研究非均匀性岩石不同应力状态亚临界裂纹扩展规律，获得相应的亚临界裂纹扩展时间相关参数；建立非均匀性岩石裂纹亚临界扩展速率方程，确立裂纹扩展优势方向，建立裂纹亚临界扩展速度与活化能、断口形貌及破坏模式之间的定量关系；探讨时间相关性岩土工程稳定性与其力学性能弱化之间的规律，预测裂纹稳定扩展的极限时间；数值模拟结构在不同条件下的应力和变形及非均匀性岩石裂纹稳定扩展规律；将研究成果应用于实际工程，检验其有效性。

本项目组根据申请书和计划书的研究内容及研究进度计划开展研究工作。四年来，项目执行顺利，达到了预期的研究目的，取得了新的研究成果。 其主要内容为：考虑岩石非均匀性特性时的裂纹亚临界扩展速度效应，在理论、试验、数值模拟与应用方面进行了研究。通过非均匀性岩石双扭试验，测定松弛曲线，建立了不同方向的裂纹亚临界扩展速度与裂纹扩展参数的关系，从扩展能量出发研究裂纹扩展，确定不同条件下裂纹扩展的起裂条件、门槛值及岩桥贯通方式；通过核磁共振试验，测定弛豫时间，探讨内部细观结构成像规律、孔隙度、孔隙尺寸分布规律、细观结构变化及损伤累积规律；通过岩石断裂表面微观形貌试验，建立裂纹亚临界扩展速度与形貌特征参数的关系；以试验为基础，探讨非均匀性岩石亚临界裂纹扩展的机制，分析非均匀性岩石结构的在不同载荷条件下的应力、变形及岩石裂纹稳定扩展规律，确立三个主轴方向及其弹性参数，推导非均匀性岩石初始等效柔度张量及裂纹扩展引起的附加柔度张量，探讨内部缺陷的动态损伤演化效应，建立非均匀性岩石本构模型，确立裂纹快速扩展的条件，预测裂纹稳定扩展的极限时间；结合具体边坡工程，进行稳定性分析及加固措施以检验其有效性。 研究发现：各个节理倾角下的lgKI –lgV关系都有很好的线性规律，断裂韧度KIC、松弛最大荷载Pmax、单轴抗压强度和弹性模量均随层理面倾角的增大呈“U”型变化趋势；裂纹扩展的极限时间随拉应力的增加而减小，极限时间对节理倾角的变化的灵敏度不同，拉应力越小时，临界时间受节理倾角的影响越大；分形维数能较好的表述裂纹扩展形成的断口断面；核磁共振孔隙度与浸泡时间成指数衰减函数关系，与单轴抗压强度、弹性模量成线性关系。

金属材料以及压力管道的脆性破坏并不一定都由低温脆性引起、实际上，脆性破坏是事故材料的缺陷主要原因，而其中尤以裂纹性缺陷引起的事故所占的比例最高。金属管道在焊接时不可避免地带来许多缺陷，包括夹渣、气孔、未焊透及裂纹。裂纹是一种平面型的缺陷，因而是一种最危险的缺陷。裂纹的尖端存在严重的应力集中，而且往往与最大主应力相垂直，因此最容易引起低应力脆性破坏。