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Dynamic characteristics of high stressed red sandstone subjected to unloading and impact loads 被引量:14
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作者 GONG Feng-qiang ZHONG Wen-hui +2 位作者 GAO Ming-zhong SI Xue-feng WU Wu-xing 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期596-610,共15页
In the process of deep projects excavation,deep rock often experiences a full stress process from high stress to unloading and then to impact disturbance failure.To study the dynamic characteristics of three-dimension... In the process of deep projects excavation,deep rock often experiences a full stress process from high stress to unloading and then to impact disturbance failure.To study the dynamic characteristics of three-dimensional high stressed red sandstone subjected to unloading and impact loads,impact compression tests were conducted on red sandstone under confining pressure unloading conditions using a modified split Hopkinson pressure bar.Impact disturbance tests of uniaxial pre-stressed rock were also conducted(without considering confining pressure unloading effect).The results demonstrate that the impact compression strength of red sandstone shows an obvious strain rate effect.With an approximately equal strain rate,the dynamic strength of red sandstone under confining unloading conditions is less than that in the uniaxial pre-stressed impact compression test.Confining pressure unloading produces a strength-weakening effect,and the dynamic strength weakening factor(DSWF)is also defined.The results also indicate that the strain rate of the rock and the incident energy change in a logarithmic relation.With similar incident energies,unloading results in a higher strain rate in pre-stressed rock.According to the experimental analysis,unloading does not affect the failure mode,but reduces the dynamic strength of pre-stressed rock.The influence of confining pressure unloading on the shear strength parameters(cohesion and friction angle)is discussed.Under the same external energy impact compression,prestressed rock subjected to unloading is more likely to be destroyed.Thus,the effect of unloading on the rock mechanical characteristics should be considered in deep rock project excavation design. 展开更多
关键词 deep rock excavation unloading unloading confining pressure three-dimensional high stress strengthweakening effect impact disturbance
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Calculation of foundation pit deformation caused by deep excavation considering influence of loading and unloading 被引量:13
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作者 黄明 刘新荣 +1 位作者 张乃烊 沈启炜 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第9期2164-2171,共8页
A new analytical solution for ground surface settlement induced by deep excavation is proposed based on the elastic half space Melan’s solution,and the analytical model is related to the physical and mechanical prope... A new analytical solution for ground surface settlement induced by deep excavation is proposed based on the elastic half space Melan’s solution,and the analytical model is related to the physical and mechanical properties of soil with the loading and unloading action during excavation process.The change law of earth pressure of the normal consolidation soil after the foundation pit excavation was analyzed,and elastic displacement calculation methods of analytic solution were further established given the influence of excavation and unloading.According to the change of stress state in the excavation process of foundation pit,the planar mechanical analysis model of the foundation excavation problem was established.By combining this model with the physical equations and geometric equations of plane strain problem with consideration of the loading and unloading modulus of soil,constitutive equation of the plane strain problem was also established.The loading and unloading modulus formula was obtained by using the parameter calculation method in Duncan-Chang curve model.The constitutive equation obtained from the model was used to calculate the soil stress state of each point to determine its loading and unloading modulus.Finally,the foundation pit displacement change after excavation was calculated,and thus the soil pressure distribution after retaining structure deformation.The theoretical results calculated by making corresponding programs were applied to engineering practice.By comparing the conventional calculation results with monitoring results,the practicability and feasibility of the calculation model were verified,which should provide a theoretical basis for similar projects. 展开更多
关键词 foundation pit Melan's solution loading and unloading stress state Duncan-Chang curve model
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三轴加卸载下煤岩强度及变形破坏特征 被引量:1
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作者 蒋力帅 李丕茂 +3 位作者 王庆伟 王宗可 李春盎 黄屹峰 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期109-121,共13页
深部煤岩体处于高应力的三向应力状态在掘进与回采等工程扰动影响下,煤岩体的三向应力平衡状态被打破。为研究煤岩体的变形破坏特征与其所处应力状态之间的关系,开展了煤岩体在不同围压下的三轴压缩实验和不同加卸载路径下的三轴加卸载... 深部煤岩体处于高应力的三向应力状态在掘进与回采等工程扰动影响下,煤岩体的三向应力平衡状态被打破。为研究煤岩体的变形破坏特征与其所处应力状态之间的关系,开展了煤岩体在不同围压下的三轴压缩实验和不同加卸载路径下的三轴加卸载实验,借助应力应变曲线、煤样破坏形态素描图及裂隙面分形维数,探究了围压与不同卸载路径对其强度与变形破坏特征的影响。研究结果表明:煤岩三轴压缩强度与围压呈现非线性关系,弹性模量与围压呈现二次函数关系;在卸载条件下,其力学特性和破坏形式与加载条件下有着本质的区别;三轴加卸载下煤岩最大主应力大幅度减小,有明显的扩容现象,表现出明显的脆性破坏;经历卸载过程的煤样,与同等围压下三轴压缩相比,破坏后裂隙面分形维数普遍增大,破碎程度加剧。 展开更多
关键词 三轴加卸载 煤岩体 应力应变 强度特征 破坏特征
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考虑开挖卸荷应力重分布的顶拱围岩塌落深度解析分析方法
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作者 黄书岭 于国起 +2 位作者 张雨霆 王祥祥 郁培阳 《水电能源科学》 北大核心 2025年第3期119-122,118,共5页
输水隧洞穿越断层破碎带地层易发顶拱垮塌失稳破坏,现有地下洞室拱效应分析方法还缺少能够考虑围岩卸荷应力重分布的塌落深度解析分析方法。为此,提出了考虑围岩重分布应力加持作用的顶拱自稳高度概念,结合圆形隧洞围岩径向和切向应力... 输水隧洞穿越断层破碎带地层易发顶拱垮塌失稳破坏,现有地下洞室拱效应分析方法还缺少能够考虑围岩卸荷应力重分布的塌落深度解析分析方法。为此,提出了考虑围岩重分布应力加持作用的顶拱自稳高度概念,结合圆形隧洞围岩径向和切向应力解析解,基于三角形塌落拱形态,推导得到顶拱自稳高度和考虑围岩重分布应力加持作用的实际塌落深度解析表达式,实现了基于迭代法的顶拱塌落深度。案例分析结果表明,所提解析分析方法能够更准确地预测地下洞室顶拱围岩塌腔深度并确定围岩支护力,为穿越断层破碎带的隧洞施工提供更准确的动态设计依据。 展开更多
关键词 开挖卸荷 拱效应 应力重分布 塌落深度 解析解
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深部高地应力隧道开挖卸荷围岩能量计算方法及演化机制 被引量:1
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作者 郑可跃 施成华 +3 位作者 娄义黎 贾朝军 雷明锋 杨益 《岩土力学》 北大核心 2025年第1期165-177,共13页
深部高地应力隧道开挖卸荷后围岩的变形破坏过程受能量的驱动,其本质是输入能超出围岩储能极限后耗散和释放的结果。既有的理论研究主要针对弹性卸载条件下深部圆形隧(巷)道围岩弹性应变能的计算,很少有学者对弹塑性卸载下深部圆形隧道... 深部高地应力隧道开挖卸荷后围岩的变形破坏过程受能量的驱动,其本质是输入能超出围岩储能极限后耗散和释放的结果。既有的理论研究主要针对弹性卸载条件下深部圆形隧(巷)道围岩弹性应变能的计算,很少有学者对弹塑性卸载下深部圆形隧道围岩的能量计算和能量演化开展理论研究。首先根据岩石的能量演化过程,明确了弹性应变能、塑性耗散能和塑性释放能的定义;然后基于弹塑性理论和Hoek-Brown强度准则,考虑岩石的峰后应变软化特性,提出半径增量法计算围岩的卸荷应力路径;最终,建立了基于卸荷应力路径的深部圆形隧道围岩能量计算方法。基于能量守恒定律验证了计算方法的正确性,并分析了不同峰值强度下深部圆形隧道围岩的能量演化机制。研究结果表明:隧道开挖后能量从远处围岩输入,弹性阶段输入能全部转化弹性应变能,越靠近隧道洞壁弹性应变能密度越大。塑性阶段能量持续输入,弹性应变总能继续增大,但靠近洞壁的围岩达到储能极限,产生塑性区,且受应变软化行为影响,塑性区的储能极限降低,围岩的耗散能和释放能呈指数增加;峰值强度越大的深部岩体,在高地应力环境下开挖后以能量释放为主,硬岩岩爆源于能量释放机制。对于峰值强度低的深部软岩,在高地应力环境下开挖后以能量耗散为主,软岩挤压大变形源于能量耗散机制。 展开更多
关键词 深部隧道 卸荷应力路径 能量演化 能量耗散 能量释放
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卸荷与补偿路径下深部岩体力学特性与变形破坏特征
6
作者 戚敏杰 赵光明 +2 位作者 刘崇岩 许文松 王坤 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1541-1554,共14页
为了研究应力补偿对单面卸荷砂岩力学特性与变形破坏特征的影响,采用真三轴扰动卸荷岩石测试系统对砂岩进行不同中间主应力单面卸荷试验和应力补偿路径下岩体破坏试验,基于Mg-C强度准则研究了2种应力路径对卸荷岩石强度参数的影响,分析... 为了研究应力补偿对单面卸荷砂岩力学特性与变形破坏特征的影响,采用真三轴扰动卸荷岩石测试系统对砂岩进行不同中间主应力单面卸荷试验和应力补偿路径下岩体破坏试验,基于Mg-C强度准则研究了2种应力路径对卸荷岩石强度参数的影响,分析了应力补偿后卸荷岩石的力学特性和变形特征。结果表明:在研究范围内,即使是在非常规真三轴状态下,中间主应力σ_(2 )的增大同样可以有效提高岩石的承载能力和稳定性,使岩石由塑性向脆性转化;2种应力路径下卸荷岩石的破坏模式存在差异,岩石的整体破坏模式随着σ_(2 )的梯次增大由张拉向张拉-剪切复合再到剪σ_(3)'切破坏发展,卸荷面附近的破碎区逐渐由深部向浅部转移,而随着卸荷面补偿应力的梯次增大,整体破坏模式由张拉-剪切复合破坏向剪切破坏转变,卸荷面附近的破碎区逐渐由浅部向深部转移;岩石在单面卸荷与应力补偿支护过程中,伴随着ε_(3)的扩容与压缩,ε_(2)基本上无明显变化,但是ε_(1)和ε_(v)发生2次明显的回弹变形,且ε_(1)和ε_(v)的变形与ε_(3)同步;应力补偿可以有效补偿卸荷引起的岩石应力损失,提高砂岩的黏聚力和破坏强度,使砂岩加卸载期间的补偿系数η(m1)、η(m^(3))、η(mv)逐渐增大,但对内摩擦角和η(m2)影响较小;在任意补偿应力条件下压裂系数ξ(m2)和ξ(m^(3))均为负值,岩石在σ_(2 )和σ_(3)方向处于扩容状态,而ξ(m1)和ξ(mv)正好相反,在任意补偿应力条件下均为正值,岩石处于压缩状态。 展开更多
关键词 真三轴 单面卸荷 中间主应力 卸荷效应 应力补偿
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反射爆炸应力波作用下动静裂纹的贯通机理
7
作者 周星源 岳中文 +5 位作者 金庆雨 任猛 徐胜男 刘伟 王煦 薛克军 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期123-137,共15页
采用动光弹的实验方法,研究了反射爆炸应力波作用下动静裂纹的作用关系及贯通后瞬态卸荷现象的产生机制。结果表明:P波的反射波前沿为拉伸波,后沿为压缩波,其前沿拉伸波向裂纹尖端施加拉伸应力增大动态强度因子,促进裂纹的扩展,而后沿... 采用动光弹的实验方法,研究了反射爆炸应力波作用下动静裂纹的作用关系及贯通后瞬态卸荷现象的产生机制。结果表明:P波的反射波前沿为拉伸波,后沿为压缩波,其前沿拉伸波向裂纹尖端施加拉伸应力增大动态强度因子,促进裂纹的扩展,而后沿压缩波向裂纹尖端施加压缩应力,降低应力强度因子,抑制裂纹的扩展;P波反射后转换出的S波会导致裂纹扩展方向的偏转和速度的变化,呈现波浪状不稳定扩展;爆炸裂纹与静止裂纹贯通后,裂纹面附近储存的弹性能以卸载波的形式向外快速释放,卸载波在静止裂纹尖端出现应力集中,诱发静止裂纹尖端次生裂纹的产生。 展开更多
关键词 反射爆炸应力波 静止裂纹 爆炸裂纹 卸载波
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地表卸载下浅埋隧道变形计算方法研究
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作者 姚亮 余飞 +1 位作者 李剑 李世昌 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第8期133-141,共9页
上覆土体开挖卸荷产生的土体回弹将带动浅埋隧道结构发生上浮,引发既有结构变形,影响地铁轨道平顺和列车安全运营。准确计算土体卸荷回弹带来的影响需要获得土体的回弹模量,传统方法在计算覆土开挖引发的地铁隧道结构上浮变形时,未考虑... 上覆土体开挖卸荷产生的土体回弹将带动浅埋隧道结构发生上浮,引发既有结构变形,影响地铁轨道平顺和列车安全运营。准确计算土体卸荷回弹带来的影响需要获得土体的回弹模量,传统方法在计算覆土开挖引发的地铁隧道结构上浮变形时,未考虑土体回弹模量随初始固结压力及当前应力水平的非线性变化,分析结果往往较实际情况偏大。为解决该问题,开展土体侧限压缩条件下的加-卸载试验,建立考虑初始固结压力和当前应力水平的土体回弹模量非线性计算模型,将该计算模型嵌入数值仿真程序中,通过对初始固结压力和当前应力水平的追踪,实现回弹模量参数的自动调整赋值。将该方法运用到浅埋地铁隧道覆土开挖计算分析中,计算不同覆土开挖深度下隧道拱顶/底的竖向变形、相对变形及隧道结构的椭圆度,并与现场监测数据对比,左右线拱顶测点竖向变形误差不超过0.7 mm,拱底测点竖向变形误差不超过0.5 mm。计算和监测结果表明,对于精细化安全评估项目,应考虑土体卸荷回弹计算时回弹模量的动态变化。 展开更多
关键词 浅埋隧道 地表卸载 卸荷回弹 应力水平 回弹模量 数值计算
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10 m超大采高工作面煤壁片帮“支-卸”协同防控原理
9
作者 刘江斌 黄志增 +5 位作者 刘前进 张震 韩存地 蔺星宇 马镕山 赵振 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1965-1978,共14页
煤壁片帮是制约10 m超大采高工作面安全生产的主要因素之一,针对10 m超大采高工作面片帮机制不清、围岩控制难度大的问题,实测统计分析超大采高工作面煤壁片帮特征,研究水平应力卸荷对脆性煤体超高煤壁破坏失稳的影响规律和作用机制,提... 煤壁片帮是制约10 m超大采高工作面安全生产的主要因素之一,针对10 m超大采高工作面片帮机制不清、围岩控制难度大的问题,实测统计分析超大采高工作面煤壁片帮特征,研究水平应力卸荷对脆性煤体超高煤壁破坏失稳的影响规律和作用机制,提出了超大采高工作面围岩“支-卸”协同防控原理。结果表明:10 m超大采高工作面煤壁片帮形态以“半月”状和“斜台”状为主,工作面周期来压强矿压显现加剧了煤壁的片帮;煤壁片帮是采动应力作用的结果,煤壁前方煤体塑性损伤破坏主要发生在超前支承压力的峰后卸荷阶段,在该阶段,煤体水平应力和侧压系数呈梯度衰减变化,由于煤壁中部受顶底板夹持作用弱,水平应力衰减程度最大,且随着采高的增大,煤壁前方水平应力卸荷程度显著增强;水平应力卸荷导致的围压降低是脆性裂隙煤岩体超高煤壁破坏失稳的主控因素,煤壁破坏优先朝向水平应力卸荷程度最大和侧压系数最小的方向发展,据此得出了煤壁微裂隙群贯通轨迹,解释了煤壁“半月”状和“斜台”状片帮的机制。可通过减小作用在煤壁上的顶板载荷和增大煤壁水平支护力2方面来减轻超大采高工作面煤壁损伤破坏,形成了“高强度支护-大流量压裂卸压”协同控制技术,10 m超大采高工作面强矿压显现和煤壁片帮问题得到有效管控。 展开更多
关键词 10 m超大采高 煤壁片帮 水平应力卸荷 脆性煤体 “支-卸”协同控制
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基于能量原理的岩石卸荷破坏判据研究
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作者 张钦榕 郭建强 +3 位作者 刘继 王姣姣 伍安杰 王涓 《金属矿山》 北大核心 2025年第3期25-35,共11页
深地空间岩体赋存环境较为复杂,探明采动扰动下岩石卸荷破坏的前兆信号对深部资源安全开采具有重要意义。针对采动扰动的岩石加卸载破坏问题,基于能量耗散理论,建立了考虑扰动损伤的岩石破坏判据。探究了不同岩石加卸载过程及破坏时的... 深地空间岩体赋存环境较为复杂,探明采动扰动下岩石卸荷破坏的前兆信号对深部资源安全开采具有重要意义。针对采动扰动的岩石加卸载破坏问题,基于能量耗散理论,建立了考虑扰动损伤的岩石破坏判据。探究了不同岩石加卸载过程及破坏时的判据指数变化规律,分析了判据指数与岩石破坏的内在联系。并基于新建立的岩石破坏判据,讨论了不同岩性岩石的卸荷破坏判据条件。研究表明:①岩石破坏判据通过引入损伤变量,不仅考虑了采动扰动对岩石卸荷破坏的影响,还反映了岩石劣化过程中荷载、变形对岩石临界状态的影响。②判据指数与损伤变量可用于分析岩石破坏特征的差异性和应力路径对岩石力学行为的影响。③根据岩石卸荷破坏的扩容特征,引入能量增长率概念,建立了适用于花岗岩卸荷破坏的能量增长率界限值,验证结果表明,该界限值预测效果良好,最大主应力误差约5%。 展开更多
关键词 能量耗散理论 卸荷应力路径 岩石劣化 破坏判据
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基于卸荷应力的思山岭深部采区地应力场反演方法研究
11
作者 崔松 王晓南 +5 位作者 丁勇 刘杨 关广学 宋建村 史述浩 金长宇 《金属矿山》 北大核心 2025年第7期25-32,共8页
地应力作为地下工程的主要载荷,其理论分析与回归方法一直是岩土领域的研究热点。受地质演化过程、地质条件以及地应力测试精度等不确定性影响,在地应力场回归过程中容易出现解的不唯一性与易陷入局部最优的难题,因而提出了一种考虑卸... 地应力作为地下工程的主要载荷,其理论分析与回归方法一直是岩土领域的研究热点。受地质演化过程、地质条件以及地应力测试精度等不确定性影响,在地应力场回归过程中容易出现解的不唯一性与易陷入局部最优的难题,因而提出了一种考虑卸荷应力的地应力场精细反演方法。首先通过现场测试获得原岩地应力与卸荷地应力量值;然后采用数值计算对地质演化与开采扰动过程进行模拟,利用岩体路径上关键节点处应力值,采用神经网络反演计算模型边界条件,最终将反演获得的边界条件输入计算模型,进而计算获得工程区域地应力场。根据该方法对思山岭深部采区地应力场进行了反演,通过地应力测试值与反演结果对比证明了所提方法的科学性和适用性,为该矿深部采区稳定性分析提供了依据。 展开更多
关键词 地应力场 深部开采 卸荷应力 反演
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砂性地层中开挖卸荷条件下抗拔桩承载特性
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作者 王剑 王际凯 +1 位作者 丁海滨 孔跃跃 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第11期4743-4753,共11页
由于忽略了基坑卸荷效应对抗拔桩承载性状的影响,故当开挖卸荷面积较大时,原位试桩结果的准确性尚待考究,且目前关于抗拔桩研究多以桩侧摩阻力反映桩的承载性状,对于桩侧桩-土界面法向压力研究较少。桩侧桩-土界面法向压力与桩侧摩阻力... 由于忽略了基坑卸荷效应对抗拔桩承载性状的影响,故当开挖卸荷面积较大时,原位试桩结果的准确性尚待考究,且目前关于抗拔桩研究多以桩侧摩阻力反映桩的承载性状,对于桩侧桩-土界面法向压力研究较少。桩侧桩-土界面法向压力与桩侧摩阻力相较而言,可以直观地体现基坑开挖卸荷对抗拔桩承载性状影响。有鉴于此,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,通过改变基坑开挖范围和桩粗糙度等变量,探究在开挖卸荷条件下抗拔桩的应力响应以及变形规律,继而揭示抗拔桩承载机理。结果表明:基坑开挖的卸荷效应与基坑深度、宽度、有效桩长和桩侧粗糙度有关,按影响程度分:有效桩长>基坑深度>桩侧粗糙度>基坑宽度;基坑宽度对桩抗拔承载特性的影响存在临界值,当基坑宽度大于临界值时,基坑宽度的增加对抗拔桩承载特性影响较小;在同一有效桩长条件下,开挖后的桩侧法向应力与基坑深度成正比,与基坑宽度成反比,与桩粗糙度的关系较小;在同一有效桩长条件下,开挖后的桩侧摩阻力与基坑深度、桩的粗糙度成正比,与基坑宽度成反比。 展开更多
关键词 抗拔桩 开挖卸荷 模型试验 桩侧法向应力
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Macro and micro failure mechanism of surrounding rock of small span tunnel under different stress paths 被引量:2
13
作者 LIU He-yi CONG Yu +4 位作者 ZHANG Li-ming ZHENG Ying-ren WANG Zai-quan ABI Erdi LIU Li-peng 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第5期1616-1629,共14页
According to the different stress paths,similar model test and PFC simulation test of tunnel surrounding rock are designed to compare the failure mechanisms at macroscopic and mesoscopic scales.The following conclusio... According to the different stress paths,similar model test and PFC simulation test of tunnel surrounding rock are designed to compare the failure mechanisms at macroscopic and mesoscopic scales.The following conclusions are drawn.1)Excavation unloading will disturb the surrounding rock to form a certain excavation damaged zone.2)Under the loading path,the stress of surrounding rock failure is 1.500 MPa;under the unloading path with initial stress of 60% σ_(Zmax) and 100% σ_(Zmax),the failure stress is 1.583 and 1.833 MPa respectively in the model test.3)In terms of the failure mode of rocks under different stress paths,tensile fractures first appear in two sides of the vertical walls;thereafter,the spandrel and arch foot are loosened due to the stress concentration.The fractures gradually coalesce with those occurring in the vertical walls.4)In the process of excavation unloading,the proportion of shear cracks is 35.3%,and the rock is subject to strong shear effect.The final failure surface is approximately V-shaped.5)The tangential peak stress on the vertical walls at the free face is the lowest;the vertical walls at the free face show the poorest bearing capacity and are easily subjected to tensile failure. 展开更多
关键词 stress paths similarity test PFC simulation excavation unloading macroscopic and mesoscopic scales
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不同应力路径下层理煤体力学特性试验研究 被引量:10
14
作者 范浩 王磊 王连国 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期385-395,共11页
为探究不同应力路径下层理煤体力学特性和破坏特征,利用MTS816岩石力学试验系统对0°、30°、45°、60°和90°层理倾角煤样开展了常规三轴加载、增轴压卸围压和恒轴压卸围压应力路径下的力学试验,分析了应力路径... 为探究不同应力路径下层理煤体力学特性和破坏特征,利用MTS816岩石力学试验系统对0°、30°、45°、60°和90°层理倾角煤样开展了常规三轴加载、增轴压卸围压和恒轴压卸围压应力路径下的力学试验,分析了应力路径和层理倾角对煤样强度、变形及破坏特征的影响规律。研究结果表明:(1)常规三轴加载条件下煤样在达到峰值强度前,应力-应变曲线呈近线性关系,达到峰值强度后,应力-应变曲线迅速跌落;增轴压卸围压条件下,随着卸荷比的增加,轴向应变增量比呈线性增加趋势,而环向应变增量比和体积应变增量比呈低速增长-急剧增长-平稳增长的三阶段变化特征;恒轴压卸围压条件下,轴向应变增量比、环向应变增量比和体积应变增量比均呈低速增长-急剧增长的两阶段变化特征。(2)随着层理倾角的增加,不同应力路径下煤样峰值强度和轴向峰值应变均呈先减小后增大的V型变化趋势,在0°时达到最大值,在60°时达到最小值。(3)随着卸荷比的增大,煤样变形模量先平缓后迅速劣化,泊松比先缓慢增加后呈指数形式增加,临界卸荷比随层理倾角的增大先增加后减小;当层理倾角相同时,增轴压卸围压条件下的临界卸荷比低于恒轴压卸围压。(4)常规三轴加载条件下煤样发生脆性剪切破坏,增轴压卸围压和恒轴压卸围压条件下煤样呈张拉-剪切混合破坏模式,当层理倾角为60°时,煤样主剪切破裂面角度与层理倾角几乎一致。 展开更多
关键词 应力路径 层理煤体 力学特性 破坏特征 卸荷比
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应力-渗流耦合作用下不同卸荷路径对砂岩损伤特性及能量演化规律的影响研究 被引量:8
15
作者 张培森 许大强 +3 位作者 颜伟 张晓乐 董宇航 赵铭 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期325-339,共15页
岩体灾害发生的本质是能量驱动下的一种失稳现象,受开挖卸荷扰动影响导致的岩体结构破裂失稳是诱发采场突水等动力灾害的主要原因之一。为探究开挖卸荷过程对岩体结构破裂的影响,明晰围岩劣化损伤规律及突水等动力灾害孕育机制,针对应力... 岩体灾害发生的本质是能量驱动下的一种失稳现象,受开挖卸荷扰动影响导致的岩体结构破裂失稳是诱发采场突水等动力灾害的主要原因之一。为探究开挖卸荷过程对岩体结构破裂的影响,明晰围岩劣化损伤规律及突水等动力灾害孕育机制,针对应力-渗流耦合因素影响下岩石损伤特性及能量演化规律研究较少的特点,采用Rock Top多场耦合试验仪,在应力-渗流耦合作用下对砂岩开展了常规三轴(C组)、不同初始损伤程度常规卸围压(W组)及循环加卸围压(X组)3种应力路径下的岩石损伤特性及能量演化规律试验研究。试验结果表明:岩石能量演化规律与应力-应变曲线具有明显相关性,基于岩石弹性应变能演化特征,将常规三轴压缩(C组)下岩石应力-应变曲线分为5个阶段,并对每个阶段U_(1)、U_(3)、U_(e)、U_(d)及渗透率变化特点进行了详细阐释(U_(e)为弹性应变能,U_(d)为耗散能,U_(1)为轴向应力对岩石做正功转化的岩石应变能,U_(3)为做负功所释放的应变能);常规卸围压过程中,U_(1)、U_(3)演化规律与C组岩石基本一致,但U_(3)负增长更为显著,岩石输入能逐渐从以U_(e)为主导转变为以U_(d)为主导,初始损伤程度对该规律无明显影响,卸围压过程中渗透率呈波动上升趋势,围压与渗透率呈负相关;循环加卸围压过程中,各能量演化规律与W组岩石基本一致,仅因时间效应而导致能量积累量存有差异。整体来看,无论何种应力路径,峰前阶段岩石均以U_(e)为主导,以能量存储为主,峰后阶段则以能量释放及耗散为主,轴向应力加载是U_(e)得以快速积累的主要影响因素,围压改变不足以引起U_(e)发生较大变化,轴向载荷作用为工程致灾的主要影响因素。此外,岩石损伤变量与围压存在明显负相关,围压越大,岩石U_(e)释放比例越小,岩石损伤越小,围压束缚作用可有效提高岩石储能能力并抑制岩石能量的耗散与释放。 展开更多
关键词 岩石力学 应力-渗流耦合 卸荷路径 损伤特性 能量演化
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加卸载花岗岩强度与岩爆倾向性试验研究 被引量:2
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作者 王云飞 宋梦怡 +3 位作者 焦华喆 王立平 郑晓娟 李志超 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第3期43-52,共10页
为了进一步提高硬性花岗岩岩爆倾向性预测水平,系统开展了花岗岩巴西劈裂、单/三轴和不同卸围压速率应力路径下的岩石力学试验,详细分析了花岗岩强度和岩爆倾向性特征。研究结果表明:花岗岩在主应力σ_(3)–σ_(1)平面内,不同应力路径... 为了进一步提高硬性花岗岩岩爆倾向性预测水平,系统开展了花岗岩巴西劈裂、单/三轴和不同卸围压速率应力路径下的岩石力学试验,详细分析了花岗岩强度和岩爆倾向性特征。研究结果表明:花岗岩在主应力σ_(3)–σ_(1)平面内,不同应力路径下的强度受围压和卸围压速率影响显著,呈带状分布;在τ_(oct)–(σ_(1)+σ_(3))/2平面内,不同加卸载应力路径下的强度都呈良好的线性特征。据此建立了花岗岩八面体强度计算通式,可统一表达不同加卸载应力路径;针对花岗岩硬岩的压密和屈服特性不明显,弹性特性显著的特征,提出了简化剩余弹性能指数岩爆分级法;并依据花岗岩试验岩样破坏形态和破坏声学特征,对已有花岗岩岩爆等级进行了细分。揭示了在相同初始围压下,卸围压速率越大,简化剩余弹性能指数越大,岩爆倾向性越强;相同卸围压速率下,初始围压越大,简化剩余弹性能指数也越大,岩爆倾向性也越强。研究成果可为更科学合理的评估花岗岩岩爆倾向性提供理论参考。 展开更多
关键词 花岗岩 应力路径 岩爆 破坏特征 卸围压强度
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降低井底岩石抗钻能力的钻速提高方法研究及钻头设计 被引量:4
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作者 刘永旺 李坤 +3 位作者 管志川 毕琛超 霍韵如 于濮玮 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期11-20,共10页
为解决深部地层岩石硬度大、研磨性强、地应力高及可钻性差导致的钻头破岩效率低、钻井速度慢的问题,在分析现有提速技术的基础上,提出了释放地层应力、降低井底岩石抗钻能力的钻井提速新思路,基于该思路设计了井底应力诱导卸荷钻头、... 为解决深部地层岩石硬度大、研磨性强、地应力高及可钻性差导致的钻头破岩效率低、钻井速度慢的问题,在分析现有提速技术的基础上,提出了释放地层应力、降低井底岩石抗钻能力的钻井提速新思路,基于该思路设计了井底应力诱导卸荷钻头、聚能攻击卸荷井底应力钻头、差压式钻头、中心差压式钻头、诱导卸荷与磨料射流联合作用钻头、阶梯式钻头和自激轴冲与诱导卸荷耦合破岩钻头等7种新式钻头。通过室内试验、现场试验,验证了其中2种钻头的提速效果:中心差压式钻头在室内试验中提速30.01%,现场试验最高提速318.11%;诱导卸荷与磨料射流联合作用钻头在室内试验中钻进石灰岩和红砂岩时分别提速59.0%和336.0%。该方法的提出及钻头的研制,为解决深部难钻地层的提速问题提供了新途径。 展开更多
关键词 应力卸载 深部地层 机械钻速 PDC钻头 钻头设计
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峰前峰后循环加卸载对砂岩动力特性的影响 被引量:2
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作者 王瑞红 贾敬茹 +3 位作者 骆浩 危灿 张健锋 贾依行 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第3期94-101,共8页
为深入分析砂岩峰前和峰后不同阶段的动力特性规律,开展单轴分级循环加卸载试验,综合分析下限应力对砂岩峰前峰后不同加卸载阶段的表观弹性模量、滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数及动弹性模量等相关动力参数的影响。研究结果表明:①岩样... 为深入分析砂岩峰前和峰后不同阶段的动力特性规律,开展单轴分级循环加卸载试验,综合分析下限应力对砂岩峰前峰后不同加卸载阶段的表观弹性模量、滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数及动弹性模量等相关动力参数的影响。研究结果表明:①岩样在峰后因内部损伤加深和累积,相同下限应力下滞回曲线位于峰前右侧,且应变量增幅和最大应变增幅均随下限应力的增加而逐渐减小,说明峰后岩样虽然强度已达到极限状态,但只要岩石未完全破坏失稳,其致密性仍可以在高应力条件下的循环加卸载中得到增强。②砂岩在峰前峰后循环加卸载下的变化过程,可以通过表观弹性模量曲线斜率a值的变化得以体现,低下限应力循环加卸载试验中,致密性增强系数a_(1)>致密性劣化系数a_(2),斜率a均为正值,轴向应力对岩石整体的压密作用明显强于劣化损伤作用;随着下限应力升高,a_(2)的降低速率高于a_(1)的升高速率,a值逐渐减小甚至变为负值,说明轴向应力对岩石整体的压密作用逐渐弱于劣化损伤作用。③4组不同下限应力条件下,岩样峰后的滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数均高于峰前状态,而动弹性模量低于峰前状态,说明岩样在峰后循环加卸载过程中内部劣化损伤程度高于峰前。 展开更多
关键词 砂岩 峰前峰后 循环加卸载 表观弹性模量 下限应力 动力特性
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细长桁架臂卸载反弹动应力分布规律及试验 被引量:1
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作者 刘洋 付玲 +1 位作者 刘延斌 尹莉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第15期251-260,共10页
为研究细长桁架臂在卸载冲击下的动态响应变化规律,提出了基于等效梁振型函数的桁架臂动应力分布计算模型。根据等效梁振型函数,探讨了卸载后桁架臂动应力分布假设,分析了影响桁架臂卸载反弹动响应的相关参数。以装备细长桁架臂的动臂... 为研究细长桁架臂在卸载冲击下的动态响应变化规律,提出了基于等效梁振型函数的桁架臂动应力分布计算模型。根据等效梁振型函数,探讨了卸载后桁架臂动应力分布假设,分析了影响桁架臂卸载反弹动响应的相关参数。以装备细长桁架臂的动臂塔机为对象,建立了桁架臂精细化有限元模型和起重机刚柔耦合模型,通过仿真辨识了应力分布模型的关键参数。实施了动臂塔机系列载荷卸载冲击试验,桁架臂上主弦杆的动应力试验值与理论计算结果误差小于7%,表明动应力分布理论模型与实际相符。通过理论模型预测了极限工况下桁架臂上主弦杆动应力分布状态,发现在最大载荷卸载条件下起重臂动应力峰值超过结构承载极限,为卸载条件下起重机关键结构的优化设计提供依据。 展开更多
关键词 动应力分布模型 振型函数 桁架臂 刚柔耦合模型 卸载冲击试验
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深部岩体爆破开挖围岩动态破坏机理研究
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作者 陶明 徐源泉 赵瑞 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2024年第5期143-152,共10页
为了揭示高地应力下爆破开挖损伤区(EDZ)形成机理,建立了非均匀应力场条件下深部岩体爆破开挖卸荷数学模型,并利用模态分解和拉普拉斯变换获得不同应力环境中爆破开挖围岩的应力重分布解析解。结合有限元数值模拟,采用Hoek-Brown准则确... 为了揭示高地应力下爆破开挖损伤区(EDZ)形成机理,建立了非均匀应力场条件下深部岩体爆破开挖卸荷数学模型,并利用模态分解和拉普拉斯变换获得不同应力环境中爆破开挖围岩的应力重分布解析解。结合有限元数值模拟,采用Hoek-Brown准则确定岩体强度参数,揭示了爆破加载和初始应力卸载对EDZ形成的定量化贡献。结果表明:爆破加载与初始应力卸载以及产生的次生应力在弹性阶段线性叠加。在浅部较低应力环境下,爆破加载是EDZ形成的主导因素。随着应力的增加,初始应力状态对EDZ的影响更加显著,而爆破加载是高度损伤区(HDZ)形成的主要因素。 展开更多
关键词 深部岩体 爆破开挖 应力卸荷 围岩损伤
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