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黏弹性节理岩体的位移不连续模型研究 被引量:4
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作者 王志亮 陈强 张宇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期2177-2183,共7页
选用三参数标准线性固体作为岩石本构,提出了一种考虑岩体黏弹性的位移不连续模型;根据一维黏弹性波的特征线法,推导了节理处质点速度、应力和应变递推公式。首先,基于分离式霍普金森压杆(SHPB)对砂层进行试验,得到其应力-应变关系,并... 选用三参数标准线性固体作为岩石本构,提出了一种考虑岩体黏弹性的位移不连续模型;根据一维黏弹性波的特征线法,推导了节理处质点速度、应力和应变递推公式。首先,基于分离式霍普金森压杆(SHPB)对砂层进行试验,得到其应力-应变关系,并换算出砂层节理的法向刚度;接着,通过一维强间断黏弹性波的波速公式、高频波衰减系数以及任一频率下的衰减系数,确定出数值算法中的三参数。最后,基于自制的摆锤装置,探讨了一维应力波在节理岩体中的传播规律,试验中以两根长1 000 mm、直径为68.50 m的岩杆作为入射和透射杆,以3 mm砂层模拟节理。试验和数值结果吻合度良好,进一步验证了该方法的可靠性。 展开更多
关键词 岩石 黏弹性 位移不连续模型 特征线法 波传播系数
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位移不连续模型在黏弹性节理刚度计算的应用 被引量:2
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作者 王观石 熊鹏 +3 位作者 胡世丽 孟世明 龙平 谭谈 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期2175-2183,共9页
考虑节理质量对应力波传播的影响,运用波的位移位函数推导了谐波在厚黏弹性节理的透、反射系数计算公式,采用波形相关系数描述子波穿过黏弹性节理的波形变化,讨论具有一定厚度的黏弹性节理简化位移不连续模型的适用条件。设厚黏弹性节... 考虑节理质量对应力波传播的影响,运用波的位移位函数推导了谐波在厚黏弹性节理的透、反射系数计算公式,采用波形相关系数描述子波穿过黏弹性节理的波形变化,讨论具有一定厚度的黏弹性节理简化位移不连续模型的适用条件。设厚黏弹性节理模型和位移不连续模型的透射波波形相关系数为0.9时对应的节理厚度为临界厚度,岩体与节理的阻抗比对临界厚度的影响很小;临界厚度随子波中心频率增大呈负指数减小,入射角越大,临界厚度随中心频率减小得越慢。试验数据分析表明:当节理厚度为0.03 m时,采用位移不连续模型和厚黏弹性模型计算得到的节理力学参数非常接近,随节理厚度和子波中心频率增加,运用位移不连续模型的计算结果偏差越大,试验结果与理论分析是一致的。 展开更多
关键词 位移不连续模型 黏弹性节理 临界厚度 节理刚度
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裂隙岩体损伤局部化破坏分岔模型及其应用 被引量:13
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作者 刘元高 周维垣 +1 位作者 赵吉东 杨强 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期411-418,共8页
采用概率统计方法分析节理裂隙岩体的几何特征,定义了反映裂隙岩体几何特征的组构张量。基于不可逆热力学理论,通过裂纹扩展的细观分析,得出了损伤的发展机理和演化方程,把损伤演化和裂隙的几何特征的变化联系起来,建立了弹塑性损伤本... 采用概率统计方法分析节理裂隙岩体的几何特征,定义了反映裂隙岩体几何特征的组构张量。基于不可逆热力学理论,通过裂纹扩展的细观分析,得出了损伤的发展机理和演化方程,把损伤演化和裂隙的几何特征的变化联系起来,建立了弹塑性损伤本构关系。为分析含有节理裂隙岩体在发生局部化破坏时的特征,通过对发生局部化时的裂隙岩体的分析,构造了适用于节理裂隙岩体局部化分析的不连续分岔模型。利用非线性规划数值解法,可以得出局部化破坏的方向特征。在有限元方法中,根据该模型给出了节理裂隙岩体相关的算例,分析表明该模型用于分析裂隙岩体的局部化破坏是有效的。 展开更多
关键词 节理裂隙岩体 损伤局部化 几何特征 概率统计方法 局部化破坏 不连续分岔模型 力学性质
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应力波在节理岩体中的传播特性 被引量:1
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作者 李善伟 刘亚强 +3 位作者 贾帅龙 曹泽林 杜鹏 和家兴 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第30期13091-13100,共10页
为了研究应力波在充填节理岩体中的传播规律,通过理论和数值模拟方法对应力波在充填节理岩体中的传播规律进行了分析。首先,采用时域递归方法推导出应力波在充填节理岩体中的传播方程,并进一步将充填节理简化为位移不连续模型。然后,利... 为了研究应力波在充填节理岩体中的传播规律,通过理论和数值模拟方法对应力波在充填节理岩体中的传播规律进行了分析。首先,采用时域递归方法推导出应力波在充填节理岩体中的传播方程,并进一步将充填节理简化为位移不连续模型。然后,利用离散元程序(universal distinct element code,UDEC)对应力波在充填节理岩体中的传播进行模拟,对比发现,理论与数值计算结果较为接近。最后,对充填节理间应力波的传播特性进行分析。结果表明:应力波法向入射充填节理时,充填节理厚度与应力波波长相比较小,可以将充填节理简化为位移不连续模型;存在2个临界值将节理间距对能量透反射系数的影响规律分为3个区间,当节理间距足够大时,能量透反射系数趋于稳定;应力波在节理组间产生多次透反射现象,节理岩体中不同位置的振动速度均是由应力波叠加而成。 展开更多
关键词 时域递归法 充填节理 应力波 位移不连续模型 透反射系数
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纵波在改进的弹性非线性法向变形行为单节理处的传播特性研究 被引量:15
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作者 俞缙 钱七虎 +1 位作者 林从谋 赵晓豹 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1156-1164,共9页
将传统的BB模型与经典指数模型统一起来,提出的准静态条件下改进的节理弹性非线性法向变形本构关系可定量化描述节理变形的这类差异。在不考虑加载速率对节理变形行为影响的情况下,将该本构关系推广至动态条件,建立了法向入射纵波在弹... 将传统的BB模型与经典指数模型统一起来,提出的准静态条件下改进的节理弹性非线性法向变形本构关系可定量化描述节理变形的这类差异。在不考虑加载速率对节理变形行为影响的情况下,将该本构关系推广至动态条件,建立了法向入射纵波在弹性半无限空间中干性单节理处传播的位移不连续模型,基于Lemaitre假设获得了节理透、反射系数TIMP和RIMP的近似解析解;同时结合一维波动方程特征线法推导了节理透、反射波质点速度时域数值差分格式并自编了计算程序,进而得到TIMP、RIMP、透、反射波能量etra和eref、延迟时间Tdel的半数值解,依此研究弹性纵波在单节理处的传播过程及特征。在针对节理法向初始切线刚度Kn,i、节理闭合量与最大允许闭合量比值γ=dn/dmax、入射波频率f等因素对TIMP、RIMP的影响进行探讨的同时,着重分析模型非线性程度ξ及入射波最大振幅vinc的变化对透射波振幅及能量衰减、波形及频谱畸变、时间延迟所产生的影响,并解释了一种"超越"现象。 展开更多
关键词 岩石节理 纵波 位移不连续模型 非线性程度
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水平井体积改造多裂缝扩展形态算法——不同布缝模式的研究 被引量:12
6
作者 陈铭 胥云 +4 位作者 吴奇 李德旗 杨能宇 翁定为 管保山 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期79-87,共9页
为了探索不同布缝模式的水平井体积改造多裂缝扩展形态,基于位移不连续边界元法,建立了三维非平面裂缝应力干扰计算模型,并根据亚临界裂缝扩展模型和最大周向应力准则,提出了多裂缝扩展形态算法。根据该算法,编程求解了不同布缝模式的... 为了探索不同布缝模式的水平井体积改造多裂缝扩展形态,基于位移不连续边界元法,建立了三维非平面裂缝应力干扰计算模型,并根据亚临界裂缝扩展模型和最大周向应力准则,提出了多裂缝扩展形态算法。根据该算法,编程求解了不同布缝模式的裂缝扩展形态,研究发现:(1)多簇压裂模式外侧裂缝为主扩展裂缝,内侧裂缝扩展变短且发生非平面扩展,有利于产生复杂裂缝,单簇压裂有利于单簇缝长的有效延伸;(2)应力干扰只作用于发生交叠的裂缝,并不作用于对称分布的未交叠裂缝;(3)在交错布缝模式下,后续压裂缝与邻近裂缝发生交叠时会向邻近裂缝靠近,偏转角度为5°-6°;交错布缝同步压裂时,井间裂缝以9°-10°的偏转角相互靠近,不利于远井的储层改造,而交错布缝拉链式压裂可提高裂缝延伸长度,增大远井改造体积;(4)多井间隔布缝模式增大了施工缝间距,可减小裂缝偏转幅度,而采用先压裂一段中间井,后在邻井围绕该段压裂的布缝顺序,能够增大裂缝复杂度,提高改造体积。 展开更多
关键词 水平井 体积改造 位移不连续模型 平台作业 布缝模式 裂缝转向 数学模型
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加卸载对盾构隧道材料损伤和结构特性的影响 被引量:8
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作者 卢岱岳 徐国文 王士民 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期1104-1112,共9页
为研究加卸载对盾构隧道结构受力和材料损伤状态的影响,基于混凝土塑性损伤本构、非线性接触理论和Python二次开发,用全周单向受压弹簧模拟地层反力,建立二维管片-接缝不连续模型和三维精细化管片-接缝不连续模型,模拟不同土质中(固结... 为研究加卸载对盾构隧道结构受力和材料损伤状态的影响,基于混凝土塑性损伤本构、非线性接触理论和Python二次开发,用全周单向受压弹簧模拟地层反力,建立二维管片-接缝不连续模型和三维精细化管片-接缝不连续模型,模拟不同土质中(固结黏性土、硬质黏性土、中等程度黏性)盾构隧道上方不同加卸载水平下的结构变形、材料内力以及材料损伤变化规律,并讨论了螺栓异常工作对结构的影响,得到了不同土质中径向相对位移、接头张开量、材料应力和混凝土损伤因子关于加卸载量的关系曲线,及接头张开量、螺栓应力水平分别在预紧力损失和锈蚀深度两种异常状态的变化曲线.研究结果表明:从结构变形宏观指标给出了3种土质条件下加卸载的荷载安全值分别为510、340 k Pa和170 k Pa;从材料应力水平及损伤程度给出了加卸载的荷载安全值分别为340、170 k Pa和170 k Pa;螺栓预紧力损失对结构的影响主要受拱顶接头张开量控制,螺栓锈蚀对结构的影响主要受螺栓应力水平控制,且锈蚀深度的安全限值为6 mm. 展开更多
关键词 塑性损伤本构 盾构隧道 管片-接缝不连续模型 加卸载 螺栓异常
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纵波垂直入射层状非线性节理岩体的半数值时域解 被引量:3
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作者 郭力群 俞缙 +2 位作者 张亚洲 蔡燕燕 彭兴黔 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第S2期158-165,共8页
基于改进的节理弹性非线性法向变形本构关系,建立可描述纵波垂直入射层状非线性节理岩体的波传播位移不连续模型,结合一维波动方程特征线法推导层状非线性节理岩体透射波质点速度半数值时域解。利用该解建立差分格式并编写计算程序,通... 基于改进的节理弹性非线性法向变形本构关系,建立可描述纵波垂直入射层状非线性节理岩体的波传播位移不连续模型,结合一维波动方程特征线法推导层状非线性节理岩体透射波质点速度半数值时域解。利用该解建立差分格式并编写计算程序,通过参数研究初步探求弹性纵波在层状非线性节理处的传播过程及特征,着重分析节理条数N、无量纲节理间距ζ、变形非线性系数ξ、入射波最大振幅vinc与频率f等因素对透射系数|TIMP|、透射波能量比etra、首波波形畸变和时间延迟Tdel产生的影响。研究表明,随着节理条数增加和变形非线性系数增大,|TIMP|、etra减小,Tdel增大;随着节理间距增大,|TIMP|、etra、Tdel均先增大后减小并最终稳定。 展开更多
关键词 层状岩体 纵波 节理间距 位移不连续模型 非线性系数 半数值时域解
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混凝土裂缝扩展模拟研究进展 被引量:6
9
作者 韦未 姚纬明 《水利水电科技进展》 CSCD 2004年第4期53-56,共4页
对20世纪60年代以来国内外混凝土裂缝扩展模拟的方法进行了系统总结,简单了介绍各种方法的基本思想,并对目前国外普遍采用的嵌入不连续模型及其派生出来的SOS,KOS和SKON模型进行了详细介绍,分析了不同方法的优缺点.嵌入不连续模型中的S... 对20世纪60年代以来国内外混凝土裂缝扩展模拟的方法进行了系统总结,简单了介绍各种方法的基本思想,并对目前国外普遍采用的嵌入不连续模型及其派生出来的SOS,KOS和SKON模型进行了详细介绍,分析了不同方法的优缺点.嵌入不连续模型中的SKON模型具有不需要重新剖分网格、计算结果受网格尺寸影响小的优点,因此被认为是现有有限元模拟混凝土裂缝扩展方法中较为实用的方法,并可以推广到岩石及类混凝土材料裂缝扩展模拟的研究中. 展开更多
关键词 混凝土 裂缝扩展 嵌入不连续模型 SOS模型 KOS模型 SKON模型
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频域分析方法在层状节理岩体波动问题中的应用 被引量:2
10
作者 王帅 盛谦 +1 位作者 朱泽奇 周春梅 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2013年第4期62-66,共5页
考虑波的多次反射,采用频域分析方法研究一维波在层状节理岩体中的传播问题。首先基于波动理论、线性位移不连续模型在频域内建立一维波沿多条平行节理传播的总体传递矩阵,结合边界条件解得层状节理岩体中一维波传播的频域解,然后采用... 考虑波的多次反射,采用频域分析方法研究一维波在层状节理岩体中的传播问题。首先基于波动理论、线性位移不连续模型在频域内建立一维波沿多条平行节理传播的总体传递矩阵,结合边界条件解得层状节理岩体中一维波传播的频域解,然后采用离散傅里叶变换和反变换将频域解过渡到时域解,最后运用上述方法研究了SV波在不同间距、不同条数节理组处的传播,并与离散元程序UDEC模拟结果进行对比。结果表明:随节理间距增大,位移透射系数|TN|(透射波与入射波振幅比值)的变化趋势呈现上升、下降、平稳3个阶段;在透射系数|TN|呈上升阶段的节理区间内,透射系数|TN|对节理条数依耐性很小;通过与UDEC计算结果对比表明本文求解方法是可行的。 展开更多
关键词 多条节理 应力波 离散傅里叶变换 频域 线性位移不连续模型
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弹性纵波垂直通过非线性结构面的傅里叶级数分析法 被引量:1
11
作者 龙平 王观石 胡世丽 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1807-1814,共8页
利用傅里叶级数计算任意函数形式的弹性纵波垂直通过非线性结构面的透射波和反射波的速度波形。采用双曲模型描述结构面的变形特性,基于位移不连续模型,结合波振面处动量守恒定律,推导了弹性纵波垂直通过非线性结构面的基本方程。假设... 利用傅里叶级数计算任意函数形式的弹性纵波垂直通过非线性结构面的透射波和反射波的速度波形。采用双曲模型描述结构面的变形特性,基于位移不连续模型,结合波振面处动量守恒定律,推导了弹性纵波垂直通过非线性结构面的基本方程。假设应力波在含结构面岩体中传播时,结构面的存在不改变应力波波形函数的最小正周期,运用傅里叶级数理论和周期延拓方法,得到了任意函数形式的弹性纵波垂直入射时透射波和反射波速度波形的傅里叶级数解,并验证了傅里叶级数解是合理的。利用傅里叶级数解,分析了单一频率的正弦谐波入射至结构面时,透射波中各阶谐波的振幅和相位与谐波阶数的关系。研究结果表明,各阶谐波的振幅与阶数呈负指数关系衰减,前7阶谐波振幅的衰减指数为谐波阶数的二次函数,当谐波阶数大于7时,衰减指数为谐波阶数的一次函数;各阶谐波的相位与谐波阶数呈线性关系。 展开更多
关键词 弹性纵波 非线性结构面 位移不连续模型 傅里叶级数解
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岩石裂纹扩展微观机制声发射定量反演 被引量:19
12
作者 王笑然 李楠 +1 位作者 王恩元 刘晓斐 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2627-2643,共17页
岩石受载内部微裂纹扩展及其震源机制反演有助于认识宏观裂纹扩展过程的非线性断裂力学行为.借助声发射监测手段,本文建立了仅涉及微裂纹张开/闭合和剪切滑移的位移不连续震源模型,通过各位置处传感器耦合质量标定及点源远场P波矩张量... 岩石受载内部微裂纹扩展及其震源机制反演有助于认识宏观裂纹扩展过程的非线性断裂力学行为.借助声发射监测手段,本文建立了仅涉及微裂纹张开/闭合和剪切滑移的位移不连续震源模型,通过各位置处传感器耦合质量标定及点源远场P波矩张量反演获得了含预制裂纹砂岩受载过程的震源机制解及时变响应特征,在全局坐标系下分析了微裂纹的三种断裂力学行为.结果表明:在位移不连续模型中,震源矩张量特征值与试样泊松比之间必须满足特定约束条件,该约束条件下的优化问题可采用拉格朗日乘子和Levenberg-Marquardt迭代法求解;受载砂岩裂纹扩展过程中,声发射震源以剪切滑移机制占优,微裂纹空间取向及运动方向与试样宏观主裂纹夹角平均值分别为40.9°和17.7°;对微裂纹体积分解表明岩体微观破裂机制以沿X方向Ⅰ型张开为主,而沿Y方向的Ⅱ型断裂滑移方向与试样全局变形方向相一致,由于试样内部晶粒分布非均质性造成了少量沿Z方向的Ⅲ型平面外微裂纹滑移行为;受载砂岩裂纹扩展过程中微裂纹模式角与震源极性值变化趋势一致、利用震源震级评估的局部应力降值与实验观测结果相吻合,这两者均表明了位移不连续模型在震源机制定量反演中的适用性. 展开更多
关键词 砂岩 裂纹扩展 位移不连续模型 矩张量反演 微观机制 震源极性法
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充填节理岩体中应力波传播特性研究 被引量:10
13
作者 贾帅龙 王志亮 +2 位作者 熊峰 田诺成 卢志堂 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第8期1073-1081,共9页
在考虑节理接触面与充填材料共同变形的前提下,文章基于时域递归法推导了应力波在充填节理处的传播方程,并对其进行了对比验证;分析了节理接触界面刚度、节理厚度及入射角度对波在充填节理处传播特性的影响规律;依据应力均匀性假定,将... 在考虑节理接触面与充填材料共同变形的前提下,文章基于时域递归法推导了应力波在充填节理处的传播方程,并对其进行了对比验证;分析了节理接触界面刚度、节理厚度及入射角度对波在充填节理处传播特性的影响规律;依据应力均匀性假定,将充填节理简化为不考虑厚度的位移不连续模型,考察了充填节理法向与切向力学性质的变化规律。结果表明:所推导的波传播方程计算值与相关研究结果吻合较好,通过迭代可求出反射波与透射波的数值解;在相同的节理厚度和波入射角度下,透射系数随节理接触界面刚度的增加而增大,反射系数则逐渐减小;不同节理厚度下等效法向与切向刚度均随接触面刚度的增加而增大,而随节理厚度增加,等效法向与切向刚度呈降低趋势。研究结果对揭示应力波在节理岩体中传播规律具有一定参考价值。 展开更多
关键词 应力波 时域递归法 充填节理 接触界面刚度 位移不连续模型
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岩体力学参数对巷道变形特性的影响程度分析 被引量:9
14
作者 付建新 宋卫东 谭玉叶 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2365-2372,2382,共9页
以程潮铁矿为工程背景,基于室内试验及现场测量分别得到主要矿岩的物理力学性质、节理结构及力学参数、地应力大小及分布.利用3DEC离散元软件,通过对不同方案的模拟计算,对节理面影响进行单因素和多因素敏感性分析,并对岩体的等效连续... 以程潮铁矿为工程背景,基于室内试验及现场测量分别得到主要矿岩的物理力学性质、节理结构及力学参数、地应力大小及分布.利用3DEC离散元软件,通过对不同方案的模拟计算,对节理面影响进行单因素和多因素敏感性分析,并对岩体的等效连续特征进行分析.结果表明,不同参数对巷道变形的影响程度由大到小依次是:完整岩石的内摩擦角>内聚力>节理剪切刚度(JKS)>节理法向刚度(JKN)>节理内摩擦角>抗剪强度.当模型中不包含节理时,塑性模型的巷道最大位移是弹性模型的2.5~2.8倍;当有节理时,塑性模型的巷道位移是弹性模型的1.8~4.4倍.当等效连续模型使用的参数为节理岩体参数的40%~50%时,等效连续模型和非等效连续模型会达到比较相似的结果.数值模拟结果与现场监测数据较吻合,验证了研究成果的准确性. 展开更多
关键词 岩石巷道 敏感性分析 三维离散元分析 不连续模型 等效连续模型
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