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动载作用板岩断裂韧度与裂纹扩展特征试验研究
1
作者 张建国 杨文 +10 位作者 汪海波 拜晓亮 张翌炜 樊永强 邢永杨 杨永斌 杨波 闫高文 薛文飞 段聪 刘振江 《爆破》 北大核心 2025年第1期37-43,55,共8页
为探究动载作用下天然板岩的断裂韧度,论文采用板岩制作直切槽半圆盘弯曲试样(NSCB),利用直径50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统进行了动态冲击试验,同时使用高速摄像机记录了其裂纹扩展过程,研究了不同冲击气压和预制裂纹长度下... 为探究动载作用下天然板岩的断裂韧度,论文采用板岩制作直切槽半圆盘弯曲试样(NSCB),利用直径50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统进行了动态冲击试验,同时使用高速摄像机记录了其裂纹扩展过程,研究了不同冲击气压和预制裂纹长度下板岩的动态断裂韧度及裂纹扩展速度。结果表明:试件的动态断裂韧度与冲击气压和加载率呈现正相关,而随着预制裂纹长度的增加动态断裂韧度先增加后减小,根据拟合结果,当预制裂纹长度为7.45 mm时试件的动态断裂韧度达到最大值,0.2、0.3和0.4 MPa三种冲击气压下对应的动态断裂韧度最大值分别为2.99、3.57和4.14 GPa·m^(1/2);试件的破坏过程可以分为动态损伤、裂纹孕育、裂纹形成、裂纹扩展和试件断裂五个阶段;试件主裂纹的扩展速度波动较大,而预制裂纹长度对试件裂纹扩展速度的影响较小。研究揭示了不同工况下板岩试件动态断裂行为的差异,对该类岩性地下工程支护、爆破参数设计具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 板岩 NSCB SHPB 预制裂纹 动态断裂韧度
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植物源脲酶诱导碳酸钙沉积固化石灰石粉尘试验研究
2
作者 杜常博 陶晗 +2 位作者 易富 黄惠杰 程传旺 《材料导报》 北大核心 2025年第2期67-74,共8页
露天石灰石矿山的粉尘会导致空气、水和土壤污染,对人体健康和周围生态系统产生不利影响,制约着绿色矿山的建设和生产。为了解决这一问题,本工作基于酶诱导碳酸钙沉淀技术,利用大豆脲酶制备生物抑尘剂。从宏观和微观角度分析了生物抑尘... 露天石灰石矿山的粉尘会导致空气、水和土壤污染,对人体健康和周围生态系统产生不利影响,制约着绿色矿山的建设和生产。为了解决这一问题,本工作基于酶诱导碳酸钙沉淀技术,利用大豆脲酶制备生物抑尘剂。从宏观和微观角度分析了生物抑尘剂对石灰石粉尘的固化效果,并揭示其固化机理。结果表明脲酶的活性与尿素浓度和温度密切相关,当胶结液浓度为0.8 mol·L^(-1)时,生物抑尘剂的碳酸钙沉淀比最大,pH值为7.47,呈弱碱性。生物抑尘剂作用下的碳酸钙生成量显著提高,抑尘效率得到大幅提升。生物抑尘剂能够有效提高抗风蚀能力,在最高风速下抑尘效率达49.65%,最低风速下更是达到85.45%。此外,生物抑尘剂能有效减缓腐蚀速率,96 h达到0.020 mm/a,约为水的11.05%。脲酶诱导碳酸钙沉积(Enzyme-induced carbonate precipitation,EICP)的矿化产物主要为方解石型碳酸钙,具有充填、黏附、桥接和整体固化作用,能有效固化石灰石粉尘。研究表明EICP技术的经济性、环保性、可持续性以及对石灰石粉尘的积极影响使其成为一种具有极大潜力的解决方案。 展开更多
关键词 脲酶诱导碳酸钙沉积 生物抑尘剂 石灰石粉尘 抗风蚀测试 固化机理
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干湿循环作用下输电线路嵌岩桩基础桩-岩界面抗剪强度特性研究
3
作者 吕军旗 李飞 +2 位作者 段国勇 马如梦 韩亮 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第3期153-158,共6页
输电线路嵌岩桩基础多采用钢筋混凝土材料,实际环境中的干湿循环作用对嵌岩桩基础的岩石与混凝土结构面的基本力学特性影响明显。对灰岩-混凝土接触面试样进行不同次数的干湿循环处理,开展了室内法向恒载条件下的剪切试验,获取不同法向... 输电线路嵌岩桩基础多采用钢筋混凝土材料,实际环境中的干湿循环作用对嵌岩桩基础的岩石与混凝土结构面的基本力学特性影响明显。对灰岩-混凝土接触面试样进行不同次数的干湿循环处理,开展了室内法向恒载条件下的剪切试验,获取不同法向应力水平条件下的剪切力学特性,建立了灰岩-混凝土接触面抗剪强度-干湿循环次数关系数学模型。结果表明:灰岩-混凝土试样与灰岩单一试样的剪切应力-应变曲线有明显差别;随着试样干湿循环次数的增加,接触面黏聚力呈现降低趋势,接触面的抗剪强度及残余强度不断减小,试样内摩擦角变化则不太明显;接触面抗剪强度-干湿循环关系数学模型能很好反应不同干湿循环条件下峰值应力变化的一般规律,经验证与实际实验数据误差最小仅为4%,最大为12.8%,可为岩溶区输电基础桩岩界面基础力学研究提供理论依据。 展开更多
关键词 灰岩 节理面 干湿循环 剪切试验 抗剪强度
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基于PFC^(2D)的砂岩直剪试验尺寸效应数值模拟研究
4
作者 宋岳 柳滔 余俊爽 《水力发电》 2025年第4期18-24,共7页
以三峡库区库岸边坡砂岩为例,基于PFC^(2D)颗粒流平行黏结本构模型,采用离散元模拟方法,模拟不同尺寸、不同正应力下的砂岩试件直剪破坏试验过程,分析尺寸效应对砂岩剪应力-位移曲线、抗剪强度以及细观黏结键破坏和裂纹扩展特征的影响... 以三峡库区库岸边坡砂岩为例,基于PFC^(2D)颗粒流平行黏结本构模型,采用离散元模拟方法,模拟不同尺寸、不同正应力下的砂岩试件直剪破坏试验过程,分析尺寸效应对砂岩剪应力-位移曲线、抗剪强度以及细观黏结键破坏和裂纹扩展特征的影响。结果表明,弹性变形阶段小尺寸试件更能表现整体性和均一性,而大尺寸试件则表现更强的塑性;随着尺寸的增大,试件的抗剪强度(黏聚力和内摩擦角)产生弱化现象。尺寸效应还表现在裂纹的扩展形式上,小尺寸试件易发生脆性剪切破坏,次生裂纹较少且主裂纹多为直线型;大尺寸试件多产生剪胀性裂纹,次生裂纹较多且主裂纹多为曲线型。 展开更多
关键词 砂岩 直剪试验 尺寸效应 数值模拟 宏-细观特征 颗粒流 平行黏结本构模型
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层状软岩三轴压缩试验数值模拟研究
5
作者 王宗学 《铁道勘察》 2025年第1期46-51,共6页
为探究复杂地质条件下层状软岩隧道围岩力学特性,采用数值模拟的方法对室内三轴压缩力学试验结果进行补充、验证,以探明层状软岩不均匀变形等问题。本研究中三轴压缩数值模拟试验采用遍布节理本构模型,充分模拟层理弱面对岩石强度的削... 为探究复杂地质条件下层状软岩隧道围岩力学特性,采用数值模拟的方法对室内三轴压缩力学试验结果进行补充、验证,以探明层状软岩不均匀变形等问题。本研究中三轴压缩数值模拟试验采用遍布节理本构模型,充分模拟层理弱面对岩石强度的削弱作用,采用1∶1完全对称模型,岩石基体参数和节理强度参数主要参照千枚岩室内三轴压缩试验数据以及相关研究,设置91种工况充分模拟自然界岩体0°~90°的层理角度,并记录不同层理角度的三轴抗压强度。研究结果表明,岩石三轴抗压强度各向异性曲线呈“U”形,10,20,30 MPa下强度各向异性曲线类似,层理倾角20°~82°范围内抗压强度先减小后增大,层理倾角50°时岩石三轴抗压强度最小;岩石应力除层理倾角0°和90°外均关于原点不对称分布。岩石三轴抗压强度力学试验实测值与数值模拟值接近,印证室内力学试验参数的正确性,弥补室内力学试验工况数量的不足。 展开更多
关键词 公路隧道 层状软岩隧道 三轴压缩试验 数值模拟
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不同钙源EICP溶液改良路基黄土动力特性研究 被引量：3
6
作者 田威 云伟 +1 位作者 党可欣 李腾 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期53-61,共9页
由于黄土地区路基基床强度低,在长期动态压力下黄土会发生不均匀沉降、滑坡或坍塌等工程问题。为了使动荷载作用下的黄土强度更符合实际工程需要,有必要进一步研究不同钙源EICP溶液对黄土动强度的改良效果。本工作以陕西某基坑黄土为研... 由于黄土地区路基基床强度低,在长期动态压力下黄土会发生不均匀沉降、滑坡或坍塌等工程问题。为了使动荷载作用下的黄土强度更符合实际工程需要,有必要进一步研究不同钙源EICP溶液对黄土动强度的改良效果。本工作以陕西某基坑黄土为研究对象,在胶凝液中引入环保型木钙代替传统钙源进行技术改进,结合室内动三轴试验在不同围压下比较三种钙源EICP溶液对黄土的固化效果。结果表明:EICP溶液能显著提高黄土的动强度;同一围压下,黄土试样动应力和阻尼比随应变的增大逐渐升高,而动剪切模量随应变的增大逐渐降低;围压较小时,乙酸钙源EICP溶液对黄土动强度的改良效果较好,而当围压较大时,木钙源EICP溶液对黄土动强度的改良效果较好;同一试样所受围压越大,动强度和动剪切模量越大,阻尼比越小。 展开更多
关键词 道路工程 黄土 脲酶诱导碳酸钙沉积(EICP) 木钙 动强度
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裂隙注浆砂岩冲击破坏及能量耗散机制
7
作者 杨文轩 王磊 +2 位作者 马飞飞 王远鹏 陈世官 《工程爆破》 北大核心 2025年第1期34-41,共8页
为研究裂隙注浆砂岩冲击破坏及能量耗散机制,利用φ50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)对不同裂隙倾角注浆裂隙砂岩开展单轴冲击试验,选取典型角度(75°)开展不同应变率单轴冲击试验,分析试验中试件的动态力学特性及破坏形态,依据能量... 为研究裂隙注浆砂岩冲击破坏及能量耗散机制,利用φ50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)对不同裂隙倾角注浆裂隙砂岩开展单轴冲击试验,选取典型角度(75°)开展不同应变率单轴冲击试验,分析试验中试件的动态力学特性及破坏形态,依据能量耗散规律,揭示其破坏机制。结果表明:不同加载角度与加载率条件下,砂岩试件应力-应变曲线均具有“三阶段”变化趋势,都存在由弹性受压阶段发展至失稳阶段的变化趋势;砂岩试件的动态压缩强度随裂隙倾角的增大呈现出先减后增的趋势,45°时出现强度拐点,同时砂岩试件具有明显的应变率效应,其动态抗压强度随应变率的增加而增加,动态抗压强度的极差为16.2 MPa。能量耗散方面,砂岩试件的能量耗散存在明显的应变率效应,随着应变率的增加,试件的各种能耗均有不同程度的增加。对比试件的动能变化,入射能的增加使得更多的能量用于试件动能耗散,导致试件破坏形态更加破碎,产生更多的碎屑;相同应变率,不同角度下试件透射能占比很小,结构面对应力波的衰减效果明显。 展开更多
关键词 裂隙砂岩 冲击破坏 动力学特性 能量耗散
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不同层理倾角煤岩损伤破裂机制及能量响应
8
作者 柏耀宗 李波波 +3 位作者 任崇鸿 李建华 叶平平 王恒宇 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期109-125,共17页
由于煤岩含有多种层理构造,在宏观上具有典型的横观各向同性特征,对煤岩的损伤破坏及能量演化等具有显著影响。基于能量耗散理论,推导不同层理倾角煤岩变形破坏过程的弹塑性应变、损伤变量及各能量表达式,并建立考虑不同层理倾角的能量... 由于煤岩含有多种层理构造,在宏观上具有典型的横观各向同性特征,对煤岩的损伤破坏及能量演化等具有显著影响。基于能量耗散理论,推导不同层理倾角煤岩变形破坏过程的弹塑性应变、损伤变量及各能量表达式,并建立考虑不同层理倾角的能量耗散-损伤本构模型,定量表征了层理倾角与损伤变量、各峰值能量之间的对应关系,探究了荷载作用下层理倾角对煤岩力学和能量响应特征的影响。研究结果表明:(1)不同层理倾角煤岩的能量转换均呈现阶段性演化,分别对应不同破坏阶段;在恒轴压卸围压及不同围压三轴压缩条件下,随层理倾角的增大,峰值弹性能及耗散能均表现出先减小后增大的“U”形趋势,与煤岩峰值强度随层理倾角的变化基本对应,两种条件下层理倾角分别为60°~90°、45°~90°时变化最为敏感,表现为能量角度的各向异性。(2)根据不同层理倾角煤岩能量耗散过程,进一步构建了考虑层理倾角的能量耗散-损伤本构模型,并引用公开发表的试验数据进行验证和分析,结果显示,该模型能够较好地描述不同层理倾角煤岩在常规三轴压缩、恒轴压卸围压等荷载条件下的煤岩变形破坏特征,表明所构建的模型具有较好的适用性。(3)不同层理倾角煤岩耗散能Ud与损伤变量D的演化具有较好的一致性。随轴向应变的增大,二者均经历了由缓到急再趋于平缓的过程,总体呈“S”形变化趋势;随层理倾角的增加,损伤变量D与耗散能Ud均呈现出先减小后增加的“U”形趋势,当层理倾角为90°时,煤岩峰值耗散能Ud与损伤变量D均达最大值,煤岩极易发生破坏。研究结果可为探寻矿压显现规律、煤巷帮部失稳诱发机理和防治冲击地压等矿井灾害提供参考。 展开更多
关键词 层理倾角煤岩 能量演化 损伤本构方程 破裂机制
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岩石类材料直接拉伸破坏的FDEM数值模拟
9
作者 徐浩然 刘平 +4 位作者 刘泉声 曹学 黄兴 罗鑫 邓鹏海 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3416-3425,共10页
有限元-离散元耦合算法(FDEM)在岩石裂纹扩展模拟中广泛应用,尤其在直接拉伸模拟中用于参数校核。然而,模拟结果通常受到拉伸速率和网格尺寸的影响。本文首先阐述FDEM基本原理;然后,建立直接拉伸数值计算模型,探究拉伸速率、网格尺寸及... 有限元-离散元耦合算法(FDEM)在岩石裂纹扩展模拟中广泛应用,尤其在直接拉伸模拟中用于参数校核。然而,模拟结果通常受到拉伸速率和网格尺寸的影响。本文首先阐述FDEM基本原理;然后,建立直接拉伸数值计算模型,探究拉伸速率、网格尺寸及高径比对破坏模式和力学参数的影响;最后,给出直接拉伸模拟中建议采用的拉伸速率和网格尺寸。研究结果表明:随着拉伸速率增加,试样抗拉强度、破坏程度和峰值应变率增加,而平均弹性模量减小;在较低拉伸速率下(v≤0.01 m/s),试样仅产生1条主拉伸裂缝;当拉伸速率较高时,有分支裂缝出现在主拉伸裂缝上侧。网格尺寸对抗拉强度、峰值应变率和平均弹性模量的影响较小,但对破坏模式和破坏程度的影响较显著。随着高径比增加,试样的抗拉强度、破坏程度和峰值应变率增大,但平均弹性模量呈相反趋势,并且高径比对破坏程度的影响较为显著。建议在直接拉伸模拟中使用0.01 m/s的拉伸速率,并将网格尺寸限制在1.5 mm以内。 展开更多
关键词 直接拉伸模拟 有限元-离散元耦合算法 拉伸速率 网格尺寸 高径比
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含二维和三维预制裂隙的脆性岩石试样的破坏特征数值验证
10
作者 罗涛 黄正濛 +3 位作者 李兵磊 刘谦 刘辉 陈志强 《南昌大学学报（工科版）》 CAS 2024年第3期345-350,共6页
为模拟岩体中原生裂隙的真实破坏行为,基于含二维和三维预制裂隙的类岩石试样的单轴压缩试验开展了相应的离散元模拟研究。试验和模拟结果表明:内部次生破坏率先出现在内置二维裂隙下部和三维裂隙周围,且次生拉裂纹与预制裂隙在走向方... 为模拟岩体中原生裂隙的真实破坏行为,基于含二维和三维预制裂隙的类岩石试样的单轴压缩试验开展了相应的离散元模拟研究。试验和模拟结果表明:内部次生破坏率先出现在内置二维裂隙下部和三维裂隙周围,且次生拉裂纹与预制裂隙在走向方向上完全平行呈条带状分布。裂隙倾角的增大对岩样的破坏有不同程度的影响,随着裂隙倾角逐渐减小,次生拉裂纹越来越明显,翼裂纹的曲率越来越大,内置三维裂隙附近的拉裂纹簇分布范围越来越大。同时,次生剪裂纹的产生也随着裂隙倾角的减小而发育越来越明显,连通性增强,试样越容易发生破坏,说明随着预制裂隙倾角在一定范围内减小,试样强度呈现递减趋势。 展开更多
关键词 内置三维裂隙 声发射 PFC 3D模拟 颗粒位移矢量场 裂隙发展机理
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冻融诱发平面滑移型岩质边坡失稳模型试验研究
11
作者 梁博 杨更社 +4 位作者 冯伟 潘振兴 孙杰龙 刘慧 陈奇 《西安科技大学学报》 北大核心 2024年第6期1118-1126,共9页
为研究平面滑移型岩质边坡冻融失稳机制,基于相似理论开展了含主控裂隙边坡模型冻融试验,监测冻融循环全过程中温度、冻胀力、裂隙端部应变、滑体位移及声发射等响应特征。结果表明:冻融过程中裂隙内不同位置温度变化规律一致,可分为快... 为研究平面滑移型岩质边坡冻融失稳机制,基于相似理论开展了含主控裂隙边坡模型冻融试验,监测冻融循环全过程中温度、冻胀力、裂隙端部应变、滑体位移及声发射等响应特征。结果表明:冻融过程中裂隙内不同位置温度变化规律一致,可分为快速降温与过冷、潜热释放与相变结冰、持续降温与冻结、裂隙冰升温与吸热、裂隙冰融化、完全融化等6个阶段;冻胀力峰值随冻融循环次数增加而减小;单次冻融循环过程中冻胀力大小与温度相关,冻胀力峰值出现于冻结相变结冰阶段,二次冻胀峰值出现于裂隙冰融化阶段;滑体在冻融0~5次内位移较小,最大仅为0.5 mm,冻融6~14次垂直位移缓慢下降,水平位移呈“台阶”状增大,最大达到3.8 mm,冻融15~19次位移基本保持不变,直至冻融第20次边坡失稳位移瞬间增大;冻融诱发边坡失稳过程可分为:冻胀损伤积累期、主控裂隙扩展期、裂隙扩展贯通期、滑面抗剪劣化期,其力学机制演化过程依次为“岩桥锁固”“岩桥-摩擦共锁”“摩擦锁固”“摩擦解锁”边坡失稳。研究结果为寒区岩质边坡冻融失稳机制研究提供一定参考。 展开更多
关键词 岩质边坡 冻融循环 模型试验 平面滑移 冻胀力 失稳机制
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酸性干湿循环下泥质砂岩劣化及声发射演化特征识别研究 被引量：2
12
作者 隆能增 任松 +4 位作者 吴斐 陈征 陈国庆 张平 张闯 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2653-2668,共16页
为深入探究降雨−蒸发干湿循环效应及酸雨腐蚀对泥质砂岩边坡运营稳定性的影响,基于不同酸性干湿循环下泥质砂岩单轴压缩、三轴压缩及声发射监测试验研究了其力学参数劣化规律及损伤破坏演化特征。研究结果表明:泥质砂岩的单轴抗压强度... 为深入探究降雨−蒸发干湿循环效应及酸雨腐蚀对泥质砂岩边坡运营稳定性的影响,基于不同酸性干湿循环下泥质砂岩单轴压缩、三轴压缩及声发射监测试验研究了其力学参数劣化规律及损伤破坏演化特征。研究结果表明:泥质砂岩的单轴抗压强度σ、弹性模量E、黏聚力c、内摩擦角φ的劣化度与干湿循环次数正相关,而劣化速率与干湿循环次数负相关,围压延缓了其劣化过程,酸性环境则会加剧岩样的劣化。σ对于酸性干湿循环的敏感度最高,在不同pH值条件下力学参数与干湿循环次数均呈较强的对数关系。声发射振铃累计计数及能量演化特征可分为初始活跃期、稳定增长期和高峰陡增期,并且在稳定增长期表现出较为明显的突变破坏前兆。随着酸性干湿循环的耦合作用效应持续增强,RA-AF张拉裂纹信号持续下降,声发射定位事件特征由中部轴向聚集逐步演变为斜向随机分布,损伤破坏特征由张拉破坏向剪切破坏转变。基于声发射数据驱动的泥质砂岩损伤状态识别模型的综合识别准确率达到93.33%,振铃累计计数和最大能量特征贡献率为81.63%,表明所建模型可较为准确地识别损伤状态等级与声发射数据间的内在关联特征。 展开更多
关键词 酸性干湿循环 泥质砂岩 声发射 劣化 特征识别 数据驱动
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孔洞形状对层状岩石力学特性影响的FDEM数值模拟研究 被引量：1
13
作者 刘平 刘泉声 +4 位作者 夏明锬 罗勇 陈梓韬 黄兴 伯音 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期595-606,共12页
为揭示孔洞形状对层状岩石力学性质和破坏模式的影响,采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)开展系列数值模拟研究。首先,阐述FDEM模拟层状岩石的基本原理,然后,开展不同层理倾角完整试样的单轴压缩模拟,并与试验结果进行对比验证。... 为揭示孔洞形状对层状岩石力学性质和破坏模式的影响,采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)开展系列数值模拟研究。首先,阐述FDEM模拟层状岩石的基本原理,然后,开展不同层理倾角完整试样的单轴压缩模拟,并与试验结果进行对比验证。最后,对含有圆形、椭圆形、三角形、矩形和方形孔洞的层状岩石试样(β为0°、30°、45°、60°和90°)进行单轴压缩模拟研究。研究结果表明:对于不同孔洞形状的试样,抗压强度和试样破坏程度随层理倾角的增大呈V字型变化趋势,且均在层理倾角为0°时抗压强度取得最大值,在90°时破坏程度最为严重;孔洞的存在严重削弱了试样的力学性能,且削弱幅度与孔洞形状密切相关,其中方形和圆形孔洞对抗压强度的削弱能力最弱。将含不同形状孔洞试样的破坏模式随层理倾角的变化主要分为穿层理面拉剪混合破坏(β=0°)、沿层理面与穿层理面混合拉剪破坏(β=30°)、沿层理面剪切破坏(β=45°和60°)和沿层理面拉剪劈裂破坏(β=90°)。 展开更多
关键词 有限元-离散元耦合数值模拟方法 层状岩石 孔洞形状 单轴压缩模拟 力学性质
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有自由面的裂隙网络稳定渗流试验与数值分析 被引量：1
14
作者 张旭 盛建龙 +1 位作者 叶祖洋 周新 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期878-884,共7页
为探究裂隙网络含自由面的稳定渗流特性,设计可视化的二维裂隙网络渗流试验装置,通过调节裂隙网络模型的上、下游水头开展一系列裂隙网络渗流试验,依次记录自由面水头高度和渗流流量大小;同时基于有限元软件COMSOL Multiphysics中的Darc... 为探究裂隙网络含自由面的稳定渗流特性,设计可视化的二维裂隙网络渗流试验装置,通过调节裂隙网络模型的上、下游水头开展一系列裂隙网络渗流试验,依次记录自由面水头高度和渗流流量大小;同时基于有限元软件COMSOL Multiphysics中的Darcy接口,建立等比例二维裂隙网络数值模型,复现试验工况并与试验结果对比分析。对比发现试验结果与模拟结果基本吻合,这验证了试验结果的有效性以及数值模拟的准确性。研究结果表明:影响自由面变化的主要因素为上、下游水头高度及二者高度差:渗流水力梯度越大,自由面位置的下降越快;渗流水力梯度相同的水力条件,上、下游水头越高,形成的自由面水头越高,自由面降落曲线也越陡。其中,若上、下游水头高度不处于近似的水平,二者对于自由面位置的影响存在较大差异。自由面变化的基本规律符合Dupuit公式的表述。稳定渗流的水力梯度与平均流量仅在流量较小时符合线性相关,随着水力梯度的增加,二者关系呈现明显的非线性。 展开更多
关键词 稳定渗流 裂隙网络 自由面 透水层 渗流水力梯度 水头
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激光照射岩石热裂特性与裂隙分布研究
15
作者 王义江 郁东旭 +2 位作者 孙立鹏 朱启银 王建州 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1809-1819,共11页
激光辅助破岩是一种非接触式破岩技术,破岩效果主要受激光功率、照射时间和离焦距离等参数影响。选择石灰岩、砂岩和花岗岩3类岩石,开展了不同照射参数的破岩试验,分析了温度、射孔参数、比能、热裂效能、裂隙分布、矿物组分和微观结构... 激光辅助破岩是一种非接触式破岩技术,破岩效果主要受激光功率、照射时间和离焦距离等参数影响。选择石灰岩、砂岩和花岗岩3类岩石,开展了不同照射参数的破岩试验,分析了温度、射孔参数、比能、热裂效能、裂隙分布、矿物组分和微观结构等变化规律。结果表明,激光照射下3类岩石表面温度均超过2000℃、温度梯度最高可达1500℃/mm,相同位置处花岗岩表面温度和温度梯度最高、砂岩次之、石灰岩最低;3类岩石射孔直径、射孔深度和射孔速率均与照射参数密切相关,砂岩、石灰岩和花岗岩最大射孔速率分别为3.18,2.68,0.8 mm/s。相同照射参数下,比能较热裂效能高1~2个数量级,3类岩石比能排序为:花岗岩>石灰岩>砂岩。照射后岩样均存在数条主裂隙,沿径向延伸至试样边缘,石灰岩和花岗岩次生裂隙发育,砂岩未发现明显次生裂隙。照射后岩石矿物衍射强度和微观结构发生显著改变。 展开更多
关键词 激光破岩 温度分布 比能 热裂效能 裂隙分布
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岩体结构面循环剪切设备和剪切力学特性的研究现状及展望
16
作者 尹敬涵 盛谦 +2 位作者 陈健 张茂础 崔臻 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期1202-1230,共29页
总结了岩体结构面在循环荷载作用下的力学特性若干重要问题的研究进展,包括4个方面:(1)岩体结构面表面形态信息;(2)岩体结构面循环剪切试验设备;(3)循环剪切试验影响因素;(4)结构面力学特性的描述与表征。在对现有研究成果进行评述的基... 总结了岩体结构面在循环荷载作用下的力学特性若干重要问题的研究进展,包括4个方面:(1)岩体结构面表面形态信息;(2)岩体结构面循环剪切试验设备;(3)循环剪切试验影响因素;(4)结构面力学特性的描述与表征。在对现有研究成果进行评述的基础上指出了需要解决的问题和今后的发展方向。目前,结构面粗糙度描述缺乏统一的评判标准,在单向剪切中足以模拟地震动荷载的剪切设备仍有待进一步研发,且法向循环加载试验,特别是切向和法向循环荷载耦合剪切试验还有待研究,此外针对循环加载试验,仍缺乏一个完备的理论能够综合考虑所有影响因素;结构面的变形和强度公式如何选择也是一个较难解决的问题。研发新的动态、多自由度循环剪切设备,进行完备的循环剪切变形和强度公式研究是岩体结构面动态剪切问题研究的必由之路。希望本文可为今后的相关工作提供一定的参考和依据。 展开更多
关键词 岩体结构面 循环剪切设备 结构面力学特性 综述
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预制裂隙砂岩巴西劈裂特性试验研究
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作者 张明远 姚华彦 +3 位作者 江浩 刘武 王旭洋 朱艺媛 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第4期20-27,共8页
为研究裂隙对岩石宏观破裂形态的影响,开展了单裂隙、共线双裂隙、平行双裂隙3种裂隙类型下砂岩的巴西劈裂试验,分析3种裂隙类型不同裂隙倾角下的破裂形态并对其分类,同时分析不同裂隙倾角下3种裂隙类型抗拉强度的变化。试验结果表明:... 为研究裂隙对岩石宏观破裂形态的影响,开展了单裂隙、共线双裂隙、平行双裂隙3种裂隙类型下砂岩的巴西劈裂试验,分析3种裂隙类型不同裂隙倾角下的破裂形态并对其分类,同时分析不同裂隙倾角下3种裂隙类型抗拉强度的变化。试验结果表明:裂隙会削弱岩石的抗拉强度,裂隙数量、裂隙倾角及裂隙间几何排布对试样的破裂形态及抗拉强度造成影响;单裂隙、共线双裂隙与平行双裂隙砂岩试样分别存在5种、4种与3种类型的破裂形式,岩石非均质性导致同一裂隙倾角下试样的破裂形态有所不同;单裂隙与共线双裂隙砂岩的抗拉强度总体在0°裂隙倾角时最大,随着裂隙倾角的增大,单裂隙砂岩抗拉强度呈先下降后上升再下降的变化规律,共线双裂隙砂岩抗拉强度呈现下降趋势,而平行双裂隙砂岩的抗拉强度在45°裂隙倾角时最大。 展开更多
关键词 巴西劈裂试验 预制裂隙 破裂形态 抗拉强度
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花岗岩冲击剪切力学行为的试验及数值模拟研究 被引量：2
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作者 袁伟 李建春 李星 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1675-1685,共11页
为探究动态剪切荷载作用下岩石的力学特性,采用冲击直剪方法,对立方体花岗岩试样进行了不同正应力和冲击速度条件下的动态剪切试验。分析了花岗岩的冲击剪切变形演化过程,讨论了正应力和冲击速度对花岗岩剪切变形和破坏模式的影响。然后... 为探究动态剪切荷载作用下岩石的力学特性,采用冲击直剪方法,对立方体花岗岩试样进行了不同正应力和冲击速度条件下的动态剪切试验。分析了花岗岩的冲击剪切变形演化过程,讨论了正应力和冲击速度对花岗岩剪切变形和破坏模式的影响。然后,采用颗粒流程序模拟了花岗岩的冲击直剪试验,从细观角度探讨了花岗岩剪切变形破坏的演化机制。结果表明,冲击剪切荷载作用下,试样剪切变形过程中正应力持续变化,剪应力峰值对应的正应力可达到初始值的数倍。得到了回弹型和断裂型两类剪应力−剪切位移曲线,随着初始正应力的增大,峰值剪应力增大,峰值剪切位移和最大剪切位移减小;随着冲击速度的增大,峰值剪应力和最大剪切位移均增大。花岗岩的断裂包含主断裂面和多条翼裂纹,随正应力和冲击速度的增大,花岗岩的轮廓由起伏变得平直,断裂面由粗糙变得平坦,这与断裂后的摩擦滑移有关。花岗岩试样的起裂源于内部,并沿剪切方向扩展至试样边界,起裂方向与剪切面的夹角与接触力集中区的倾角一致。该研究可为岩石的动态剪切力学参数测试提供新的方法参考,也有助于揭示岩石冲击剪切断裂的动力诱灾机制。 展开更多
关键词 动态剪切 花岗岩 冲击直剪试验 颗粒流 剪切断裂
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考虑实际接触三维粗糙度退化的软岩节理剪胀规律预测模型
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作者 班力壬 杜伟升 +2 位作者 候宇航 戚承志 陶志刚 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1008-1017,共10页
为预测岩石节理的剪胀变形行为,分析了恒法向荷载作用下实际接触微凸体三维粗糙度在剪切过程中的退化规律,提出了一个适用于软岩节理的剪胀曲线预测模型。在剪切荷载作用下节理法向位移的变化是节理在三角形微凸体侧面爬坡上升行为与爬... 为预测岩石节理的剪胀变形行为,分析了恒法向荷载作用下实际接触微凸体三维粗糙度在剪切过程中的退化规律,提出了一个适用于软岩节理的剪胀曲线预测模型。在剪切荷载作用下节理法向位移的变化是节理在三角形微凸体侧面爬坡上升行为与爬越一些微凸体顶点后闭合行为的叠加,爬坡行为与闭合行为引起的位移都正比于节理最大可能剪胀角。最大可能剪胀角退化的实质是实际接触节理微凸体平均等效倾角的退化。通过分析初始剪切与残余应力阶段的节理形貌特征,提出了计算初始最大可能剪胀角与残余应力阶段剪胀角的模型。基于软岩节理不发生突然脆性破坏的假设,进一步通过研究剪切过程中节理微凸体退化规律,量化了最大可能剪胀角的变化规律。定量了节理爬坡行为、闭合行为与最大可能剪胀角之间的关系,进而提出了节理剪胀规律预测模型,通过试验验证了模型的有效性。模型可较准确预测软岩节理的剪胀规律,并可合理描述节理初始阶段剪切压密行为。 展开更多
关键词 节理剪胀 形貌退化 微凸体 三维粗糙度 节理形貌
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高应力巷道围岩板裂-岩爆模拟试验及声发射频域研究
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作者 常新科 吴顺川 +2 位作者 程海勇 代风 张侦锐 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第6期97-110,共14页
为了揭示高应力环境下巷道围岩的板裂-岩爆破坏机制,针对深埋巷道赋存的“高地应力+应力调整”环境,在实验室内对含圆形通孔的灰岩试样进行真三轴试验。试验过程中,采用微型摄像机和声发射监测系统记录试样孔洞产生的宏观破坏现象及其... 为了揭示高应力环境下巷道围岩的板裂-岩爆破坏机制,针对深埋巷道赋存的“高地应力+应力调整”环境,在实验室内对含圆形通孔的灰岩试样进行真三轴试验。试验过程中,采用微型摄像机和声发射监测系统记录试样孔洞产生的宏观破坏现象及其内部微观损伤释放的瞬态弹性波。通过快速傅里叶变换将声发射波形从时域转换到频域,建立了表征频率能量迁移特性的FR参数,重点研究了巷道围岩的板裂-岩爆破坏过程及其对应的声发射频域信息演化规律。研究结果表明:巷道围岩的板裂-岩爆破坏过程可分为平静阶段、小颗粒弹射阶段、板裂剥落阶段和岩爆喷射阶段;在板裂-岩爆过程中,垂直应力引起的张性破坏和水平应力引起的剪性破坏共同作用,导致了“V”形岩爆坑的形成;通过声发射峰值频率和频率质心可将信号进一步分为低频信号、次低频信号、次高频信号和高频信号,分别对应岩石内部不同的裂纹尺度和破坏模式;不同频率信号的共现现象和FR参数的阶跃特征,反映了岩石内部结构的剧烈变化;岩爆的发生主要取决于围岩的应力状态和岩体的储能极限,板裂作为岩爆的充分不必要条件,促进了岩爆的演化。 展开更多
关键词 岩石力学 真三轴试验 板裂-岩爆 声发射 频域信息
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