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异性结构面剪切特性及抗剪强度计算方法
1
作者 袁维 赖锡鹏 +5 位作者 孙瑞峰 焦海明 王伟 牛庆合 常江芳 尹超 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期124-133,共10页
天然结构面常存在两侧岩体岩性不一致的情况,对该类异性结构面抗剪特性进行研究有利于更全面地分析复杂地层中岩石的稳定性。首先,通过光学扫描技术获取天然结构面形貌点云数据并构建结构面网格模型;其次,将模型进行3维实体重构以浇筑... 天然结构面常存在两侧岩体岩性不一致的情况,对该类异性结构面抗剪特性进行研究有利于更全面地分析复杂地层中岩石的稳定性。首先,通过光学扫描技术获取天然结构面形貌点云数据并构建结构面网格模型;其次,将模型进行3维实体重构以浇筑多组含不同异性结构面的人工试样;然后,开展不同法向应力及剪切方向条件下的直剪试验;最后,通过有限差分仿真模拟软件FLAC3D进行数值模拟。基于JRC–JCS(joint roughness coefficient–joint wall compressive strength)结构面剪切模型,采用2维剖面法量化处理结构面粗糙度系数JRC,引入结构面组合壁面强度CJCS(combined joint wall compressive strength)及壁面强度系数比λ的概念以体现不同强度组合情况下的结构面抗剪特性差异。结果表明:数值模拟与直剪试验结果的规律性表征情况较为一致;在结构面单轴抗压强度较高或者较低一侧被确定时,强度较低侧对结构面峰值抗剪强度起主要的控制作用,强度较高侧则起到一定的增强作用,且壁面强度系数比λ对峰值抗剪强度的影响与法向应力的数值成正比。基于上述现象,利用相关函数对试验结果进行非线性曲面拟合,推导出一种表征不同岩石强度组合情况下的结构面峰值抗剪强度计算公式,并得出有效影响岩石结构面强度的强度比区间。该公式是对JRC–JCS模型的扩展且可在工程实践中广泛应用。 展开更多
关键词 异性结构面 直剪试验 数值模拟 峰值抗剪强度 强度比区间
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横观各向同性岩土结构极限承载力的数值研究 被引量：2
2
作者 常江芳 楚锡华 徐远杰 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1022-1027,共6页
基于Cosserat连续体,建立了描述横观各向同性岩土材料的弹塑性模型,在该模型中,弹性本构关系由5个变形参数描述,塑性阶段通过引入组构张量及加载方向建立了修正的Drucker-Prager准则.针对上述模型推导了一致性映射返回算法的迭代格式及... 基于Cosserat连续体,建立了描述横观各向同性岩土材料的弹塑性模型,在该模型中,弹性本构关系由5个变形参数描述,塑性阶段通过引入组构张量及加载方向建立了修正的Drucker-Prager准则.针对上述模型推导了一致性映射返回算法的迭代格式及模量矩阵,结合适用于Cosserat连续体的平面应变8节点减缩单元应用ABAQUS用户自定义单元接口UEL进行了数值实现.数值算例分析了各向异性程度和材料主方向对横观各向同性岩土结构的极限承载力和变形局部化模式的影响.结果表明,所建立模型能较好地模拟横观各向同性岩土结构的应变局部化行为,且较好地解决了伴随应变局部化现象出现的网格依赖性问题. 展开更多
关键词 岩土结构 横观各向同性 Cosserat连续体 应变局部化 极限承载力 数值模拟
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横观各向同性岩土材料应变局部化现象的有限元模拟 被引量：1
3
作者 常江芳 徐远杰 楚锡华 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期70-80,共11页
岩土材料的各向异性性质与其微结构紧密相关,文中考虑到内摩擦角是应力状态、组构张量及材料主方向的函数,发展了适用于横观各向同性岩土材料的修正的Drucker-Prager屈服准则.基于Cosserat连续体理论,推导了该准则的一致性映射返回算法... 岩土材料的各向异性性质与其微结构紧密相关,文中考虑到内摩擦角是应力状态、组构张量及材料主方向的函数,发展了适用于横观各向同性岩土材料的修正的Drucker-Prager屈服准则.基于Cosserat连续体理论,推导了该准则的一致性映射返回算法,形成了一致性切线模量矩阵,并利用有限元软件Abaqus的用户单元子程序(UEL)进行了数值实现.通过将积分点材料强度随材料主方向及各向异性程度的变化关系与理论结果进行比较,验证了程序开发的正确性.数值算例重点分析了材料主方向和各向异性参数对结构极限承载力及破坏模式的影响,且与经典连续体的结果进行了比较.结果表明,文中方法能够较好地模拟具有横观各向同性的岩土材料的应变局部化现象. 展开更多
关键词 岩土材料 岩土力学 横观各向同性 Cosserat连续体 屈服准则 应变局部化
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脆性颗粒材料的超弹性软化模型及应变局部化模拟
4
作者 楚锡华 修晨曦 常江芳 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期731-735,共5页
在Volokh软化模型的基础上,考虑颗粒材料的变形和破坏机制,认为颗粒材料以剪切变形和破坏为主,提出了表示软化程度的软化因子概念,发展了两种能够部分表征颗粒材料力学行为特征的软化模式,并基于ABAQUS用户材料子程序(UMAT)开发相应程序... 在Volokh软化模型的基础上,考虑颗粒材料的变形和破坏机制,认为颗粒材料以剪切变形和破坏为主,提出了表示软化程度的软化因子概念,发展了两种能够部分表征颗粒材料力学行为特征的软化模式,并基于ABAQUS用户材料子程序(UMAT)开发相应程序.数值算例考察了上述模型模拟颗粒材料应变局部化现象和软化现象的能力.结果表明了所建议模型的有效性和可行性. 展开更多
关键词 颗粒材料 超弹性软化 应变软化 软化因子 应变局部化
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地浸“水平井注-直井抽”井场流场数值模拟与井网优化 被引量：4
5
作者 李召坤 周根茂 +4 位作者 李坡 常江芳 杨睿 赵利信 刘佳佳 《铀矿冶》 CAS 2021年第1期18-24,共7页
利用数值模拟软件建立了"水平井注-直井抽"井场二维、三维模型,探究了流场渗流特点,以最小化浸出死角为目标优选了井网布置参数。数值模拟结果表明:以水平井作为注液井可以形成线性驱替,有效提高注液效率,避免浸出死角;重力... 利用数值模拟软件建立了"水平井注-直井抽"井场二维、三维模型,探究了流场渗流特点,以最小化浸出死角为目标优选了井网布置参数。数值模拟结果表明:以水平井作为注液井可以形成线性驱替,有效提高注液效率,避免浸出死角;重力对渗流场的影响较小,水平注液井应布置在含矿含水层的中部位置;"水平井注-直井抽"井场最优井间距:直井与水平井的间距为35m;直井与直井的间距为50m。 展开更多
关键词 水平井 流场 井网优化 数值模拟
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冲击损伤砂岩动静组合加载力学特性研究 被引量：19
6
作者 闻磊 梁旭黎 +4 位作者 冯文杰 王伟 王亮 常江芳 袁维 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期3540-3552,共13页
利用霍布金森压杆试验装置对灰砂岩试样进行预加静载的循环冲击,使试样产生初始损伤,并分析此过程中试样的损伤演化规律。使用能够施加轴压的霍布金森压杆进行预损伤试样动静组合加载试验,获得试样破坏模式、动态应力-应变关系等指标。... 利用霍布金森压杆试验装置对灰砂岩试样进行预加静载的循环冲击,使试样产生初始损伤,并分析此过程中试样的损伤演化规律。使用能够施加轴压的霍布金森压杆进行预损伤试样动静组合加载试验,获得试样破坏模式、动态应力-应变关系等指标。基于应变等价原理分析预损伤试样动静组合加载条件下的总损伤变量,建立相应的损伤演化方程及损伤本构关系,并与完整试样进行对比。研究结果表明:循环冲击过程中试样损伤变量分为快速上升、低速发展、高速发展3个阶段,预加轴压越大低速发展阶段损伤变量平均值越小;相同动静组合加载条件下预损伤试样动态强度较小,完整试样应变率增强效应更加显著;循环冲击预损伤变量D01、预加静载损伤变量D02对于应力-应变关系的影响是较为复杂的,D01、D02值之和可能为负值;建立的本构关系与试验曲线具有较好的一致性,得到的总损伤变量曲线不仅能够解释试样宏观破坏与细观损伤过程的一致性,并且能够反映循环冲击和预加静载两种因素对岩石总损伤发展的非线性影响。 展开更多
关键词 损伤变量 循环冲击 动静组合加载 本构关系
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基于悬臂梁理论的倒悬危岩体地震弯折崩塌评价方法研究 被引量：7
7
作者 袁维 郑传厂 +4 位作者 王伟 李宗鸿 李家欣 闻磊 常江芳 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期233-239,共7页
倒悬危岩体是常见的一种危岩形式,在地震荷载作用下极易发生弯折崩塌事故,因此,研究地震诱发其崩塌失稳的评价方法对于评估该类型危岩体在地震作用下的安全性具有重要的意义。基于悬臂梁计算理论,首先推导了任意形状的倒悬危岩体在水平... 倒悬危岩体是常见的一种危岩形式,在地震荷载作用下极易发生弯折崩塌事故,因此,研究地震诱发其崩塌失稳的评价方法对于评估该类型危岩体在地震作用下的安全性具有重要的意义。基于悬臂梁计算理论,首先推导了任意形状的倒悬危岩体在水平地震荷载和自身重力作用下最危险截面的最大拉应力计算公式,建立了最大拉应力的地震时程曲线,同时,把最大拉应力强度准则作为危岩体裂缝扩展的判据,并结合弹性应变能与裂缝扩展能量密度之间的关系,建立了裂缝扩展深度的计算方法,进而研究危岩体裂缝扩展随时间变化的演化过程。其次,针对实际工程中常见的危岩体形态,把倒悬危岩体简化为两种特殊形状:等截面长方体和等截面圆柱体,提出了此两类危岩体发生弯折破坏的裂缝临界深度计算公式,并建立了其在地震作用下安全系数的计算方法,即安全系数等于裂缝临界深度与地震后危岩体裂缝深度的比值。最后,以某高速公路隧道进口的倒悬危岩体为研究对象,采用本文的计算方法探讨了其在地震作用下不同时间步的裂缝深度演化规律,结果表明,在8级地震作用下,此处危岩体在14 s时的裂缝总深度(0.175 9 m)超过了满足自稳条件的裂缝临界深度(0.167 m),即在14 s时发生弯折崩塌,从而说明本文计算方法的可行性。 展开更多
关键词 倒悬危岩体 地震崩塌 裂缝扩展 悬臂梁理论 最大拉应力准则
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循环冲击作用下砂岩裂缝扩展及渗透率响应特征
8
作者 王伟 刘泽 +4 位作者 牛庆合 常江芳 袁维 郑永香 商松华 《爆炸与冲击》 2025年第6期78-91,共14页
为了研究循环冲击作用下砂岩型铀矿的裂缝及渗透率特征,通过霍普金森杆实验系统对砂岩试样进行了循环冲击,分别在试样冲击3次、6次和9次后,测得砂岩试样的动态力学特性。随后,对冲击后的砂岩试样进行CT扫描,并对扫描得到的裂隙进行了三... 为了研究循环冲击作用下砂岩型铀矿的裂缝及渗透率特征,通过霍普金森杆实验系统对砂岩试样进行了循环冲击,分别在试样冲击3次、6次和9次后,测得砂岩试样的动态力学特性。随后,对冲击后的砂岩试样进行CT扫描,并对扫描得到的裂隙进行了三维重构,从而测得孔隙裂隙参数的变化,并对冲击后试样内部结构及损伤影响进行分析。进一步,利用微观渗流模拟对试样进行渗透性分析,获得试样的模拟渗透率变化特征。最后,进行了冲击后试样的渗透率室内试验,测得实际渗透率的变化情况。结果显示:循环冲击使得试样产生累积损伤,降低了其动态力学性能,随着冲击次数的增加,试样内能量循环蓄积-释放,导致裂缝“扩展-压实-再扩展-再压实”;循环冲击过程中,试样内部小而孤立的裂缝逐步形成大且相互贯通的裂缝,而中裂缝同时存在错断、连通的双重效应,呈现非线性变化特征;循环冲击作用使得试样内产生更多复杂裂缝,导致流体渗流通道更多、渗流规模更大;循环冲击3次时,试样形成单一裂缝,渗透率提升340.91%~380.00%;循环冲击6次时,裂缝初步连通,渗透率提升1 468.18%~2 893.33%;循环冲击九次时,形成连通裂缝网络,渗透率提升4 718.18%~9 380.00%。研究表明,循环冲击作用能够显著提高砂岩的渗透率,裂缝扩展和连通是渗透率提升的关键驱动因素。 展开更多
关键词 砂岩型铀矿 循环冲击 SHPB CT扫描 渗流模拟
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