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多形态贯通型岩体结构面宏细观剪切力学行为研究
被引量:
18
1
作者
刘新荣
许彬
+4 位作者
黄俊辉
蔺广义
周小涵
王继文
熊飞
《岩土工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第3期406-415,F0002,共11页
采用室内直剪试验和PFC^(2D)离散元程序,系统地研究了考虑一阶(二阶)起伏体影响的贯通型锯齿状(波浪状)岩体结构面宏细观剪切力学行为。研究表明:(1)相同法向压力下,结构面宏观损伤质量、峰值剪应力(位移)及应力降随一阶起伏角变大而分...
采用室内直剪试验和PFC^(2D)离散元程序,系统地研究了考虑一阶(二阶)起伏体影响的贯通型锯齿状(波浪状)岩体结构面宏细观剪切力学行为。研究表明:(1)相同法向压力下,结构面宏观损伤质量、峰值剪应力(位移)及应力降随一阶起伏角变大而分别增大、近似线性增大(减小)及先增大后减小;相同一阶起伏角下,其则随法向压力变大而分别增大、均近似线性增大及增大(锯齿状)或先增大后减小(波浪状)。(2)结构面宏细观损伤演化过程经历初始压密非线性变形(压密效应)、近似线弹性压剪变形(爬坡效应)、缓慢压剪断裂非线性变形(爬坡-啃断效应)、应力脆性跌落塑性变形(啃断效应)及理想塑性流动变形(滑移效应)5个发展阶段。(3)结构面宏细观剪切破坏模式可概化为压密-爬坡破坏、爬坡-啃断破坏及啃断-滑移破坏3种基本类型;结构面细观损伤裂纹数量(能量)演化曲线均呈初期微增、中期陡增及后期缓增的阶段性变化特征,且细观损伤颗粒近似呈"梯形面状"分布于结构面附近。(4)根据极限平衡法和强度折减法,通过岩质边坡算例稳定性分析验证了结构面剪切强度估算公式的合理性。
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关键词
岩体结构面形态
直剪试验
PFC^(2D)
宏细观
剪切力学行为
剪切
强度估算公式
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职称材料
贯通型锯齿状节理岩体的剪切力学行为
被引量:
4
2
作者
刘新荣
曾夕
+3 位作者
许彬
周小涵
刘馨琳
王继文
《土木与环境工程学报(中英文)》
CSCD
北大核心
2023年第5期1-9,共9页
为探究一阶起伏角和法向应力对贯通型锯齿状节理岩体剪切强度及变形的影响规律,在不同法向应力作用下对含不同一阶起伏角的锯齿节理试样进行室内直剪试验,建立一个贯通型锯齿状节理岩体剪切强度估算公式并进行验证。结果表明:相同法向...
为探究一阶起伏角和法向应力对贯通型锯齿状节理岩体剪切强度及变形的影响规律,在不同法向应力作用下对含不同一阶起伏角的锯齿节理试样进行室内直剪试验,建立一个贯通型锯齿状节理岩体剪切强度估算公式并进行验证。结果表明:相同法向应力作用下,根据其形态特征的不同,剪切应力-位移曲线分为滑动型曲线、滑动-峰值型曲线和峰值型曲线3类,滑动型曲线和滑动-峰值型曲线可分为非线性缓慢上升阶段、线性陡升阶段“、上凸形”缓慢上升阶段、近似平直阶段和平直阶段,峰值型曲线可分为非线性缓慢上升阶段、线性陡升阶段、“微凸型”上升阶段、脆性跌落阶段和波动缓降阶段;根据起伏角的不同,锯齿节理岩体的破坏模式可概化为滑移破坏、爬坡破坏和爬坡啃断破坏,每种破坏模式下节理损伤演化过程均可分为3个阶段,即滑移破坏模式可分为压密阶段、克服摩擦阶段和滑移阶段,爬坡破坏模式可分为压密阶段、爬坡滑移阶段和塑性流动阶段,爬坡啃断破坏模式可分为压密爬坡阶段、爬坡啃断阶段和啃断滑移阶段;含不同一阶起伏角的锯齿节理岩体剪切强度均随法向应力和起伏角的增加而增大,其计算表达式仍然遵循M-C准则。
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关键词
锯齿状节理
直剪试验
剪切力学行为
破坏模式
剪切
强度
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职称材料
正融碎屑冰冻体剪切强度劣化机理数值模拟研究
3
作者
孟秋杰
宋宜祥
+2 位作者
黄达
马文著
钟助
《煤炭学报》
北大核心
2025年第4期2051-2062,共12页
冰川碎屑冰冻体的冰水赋存状态对温度的变化非常敏感。近年受到气候变暖影响,由碎屑冰冻升温融化而引发的冰崩灾害被广泛报道。为了研究温升条件下碎屑冰冻体的抗剪强度劣化行为,提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型(F-DEM)。模...
冰川碎屑冰冻体的冰水赋存状态对温度的变化非常敏感。近年受到气候变暖影响,由碎屑冰冻升温融化而引发的冰崩灾害被广泛报道。为了研究温升条件下碎屑冰冻体的抗剪强度劣化行为,提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型(F-DEM)。模型将碎屑冰冻体概化为冻土、碎石实体单元以及黏聚力单元,将根据试验所得的碎屑冰冻体抗剪强度升温劣化描述为黏聚力单元的黏结强度的升温劣化过程。首先,在冻土内预置使用“牵引-分离”准则的黏聚力单元来代表孔隙冰。然后,在Abaqus软件中使用用户自定义子程序VUSDFLD,通过温度场变量对黏聚力单元的黏结强度劣化规律进行控制。将数值结果与试验进行对比,发现峰值抗剪强度、变形模式、破坏模式等宏观响应特征和强度劣化规律与试验结果吻合较好。对融冰率、碎石率和载荷水平等条件对碎屑冰冻体剪切力学行为的影响进行了研究,结果表明:当融冰率≤2%,剪切破坏模式为粗糙的“锯齿状”;随着融冰率增加(> 2%),剪切破裂面逐渐向较为平滑的“圆弧状”转变。在冻土-碎石界面,由于强度差异较大容易形成应力集中,导致裂缝沿该界面形成渐进式贯通。含石率的增加会导致碎屑冰冻体抗剪强度的降低。随融冰率增加,碎屑冰冻体抗剪强度对含石率的敏感性降低。对于维持着较高剪切负荷的碎屑冰冻体来说,环境温度的轻微上升可能导致剪切应变的突变。恒载下的变形可分为3个阶段:初始阶段、发育阶段以及快速变形阶段。在初始阶段,剪切应变先增加后稳定;在发育阶段,剪切应变出现拐点;在快速变形阶段,剪切应变快速增加。拐点的温度随着初始剪切应力的增加而降低,两者近似为线性关系。较高的应力水平下,碎屑冰冻体的剪切应变对温度的改变十分敏感。未来应就模型简化方法、参数取值规律、冰水相变和尺寸效应等问题进行进一步研究,以适应实际冰川案例中剪切强度劣化行为的模拟。
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关键词
碎屑冰冻体
融化
直剪试验
剪切力学行为
有限-离散元
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职称材料
岩体结构面直剪力学行为的颗粒流分析
被引量:
1
4
作者
杨泽进
张昌锁
王晨龙
《太原理工大学学报》
CAS
北大核心
2021年第4期542-546,共5页
采用颗粒流程序重点研究了岩体结构面直剪力学行为,分析了粘结解绑法和光滑节理接触法模拟结构面剪切力学行为的可行性。颗粒的尺寸和位置随机分布会引入一定的粗糙度,进而造成粘结解绑法结构面剪切过程中产生非实际的应力集中现象;结...
采用颗粒流程序重点研究了岩体结构面直剪力学行为,分析了粘结解绑法和光滑节理接触法模拟结构面剪切力学行为的可行性。颗粒的尺寸和位置随机分布会引入一定的粗糙度,进而造成粘结解绑法结构面剪切过程中产生非实际的应力集中现象;结构面两侧颗粒在剪切过程中容易穿越结构面而引起颗粒间接触模型的不合理设置,使得光滑节理接触法结构面产生非实际应力集中现象,采用结构面相交接触判别法和结构面两侧颗粒组接触判别法解决光滑节理接触法存在的弊端。通过摩擦角为57°的岩体平直结构面在法向应力为3 MPa、5 MPa和7 MPa的直剪模拟与理论值对比分析,验证了结构面两侧颗粒组接触判别法能够真实模拟岩体结构面剪切力学行为的结论。
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关键词
岩体工程安全性
岩体结构面
剪切力学行为
颗粒流分析
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职称材料
正融冰川碎屑冰冻体剪切强度劣化机制研究
5
作者
孟秋杰
宋宜祥
+3 位作者
黄达
马文著
钟助
岑夺丰
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期197-212,共16页
受到气候变暖的影响,青藏高原冰川剪切滑动带中的碎屑冰冻体存在融化风险,这严重影响了冰川的抗剪强度和稳定性。为了研究融化过程对碎屑冰冻体剪切力学特性的影响,引入融冰率定量评估融化程度,对正融碎屑冰冻体试样开展了室内直剪试验...
受到气候变暖的影响,青藏高原冰川剪切滑动带中的碎屑冰冻体存在融化风险,这严重影响了冰川的抗剪强度和稳定性。为了研究融化过程对碎屑冰冻体剪切力学特性的影响,引入融冰率定量评估融化程度,对正融碎屑冰冻体试样开展了室内直剪试验。基于试验结果提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型并进行了对比验证,研究了融冰率和碎石含量对碎屑冰冻体剪切力学行为的影响规律。结果表明:融化过程显著降低了峰值剪切强度、黏聚力和内摩擦角;强度参数与融冰率的关系可用线性准则表达;正碎屑冰冻体剪切强度急剧劣化的主因是孔隙冰融化导致的冻土-孔隙冰界面黏聚力降低;当融冰率从2%增加到4%,试样变形模式由应变软化过渡为应变硬化,破坏模式由粗糙的“锯齿状”过渡为平滑的“圆弧状”;随着碎石含量增加,碎屑冰冻体剪切强度明显降低,降低幅度随融冰率的增加而减小。该研究可作为冰川稳定性评价的有益补充。
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关键词
碎屑冰冻体
融化
直剪试验
剪切力学行为
有限-离散元
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职称材料
题名
多形态贯通型岩体结构面宏细观剪切力学行为研究
被引量:
18
1
作者
刘新荣
许彬
黄俊辉
蔺广义
周小涵
王继文
熊飞
机构
重庆大学土木工程学院
库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心
山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学)
出处
《岩土工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第3期406-415,F0002,共11页
基金
国家自然科学基金项目(41972266,41772319)
国家重点研发计划项目(2018YFC1504802)
+1 种基金
重庆市博士后科研基金项目(cstc2019jcyj-bshX0072)
重庆市研究生科研创新项目(CYS19005)。
文摘
采用室内直剪试验和PFC^(2D)离散元程序,系统地研究了考虑一阶(二阶)起伏体影响的贯通型锯齿状(波浪状)岩体结构面宏细观剪切力学行为。研究表明:(1)相同法向压力下,结构面宏观损伤质量、峰值剪应力(位移)及应力降随一阶起伏角变大而分别增大、近似线性增大(减小)及先增大后减小;相同一阶起伏角下,其则随法向压力变大而分别增大、均近似线性增大及增大(锯齿状)或先增大后减小(波浪状)。(2)结构面宏细观损伤演化过程经历初始压密非线性变形(压密效应)、近似线弹性压剪变形(爬坡效应)、缓慢压剪断裂非线性变形(爬坡-啃断效应)、应力脆性跌落塑性变形(啃断效应)及理想塑性流动变形(滑移效应)5个发展阶段。(3)结构面宏细观剪切破坏模式可概化为压密-爬坡破坏、爬坡-啃断破坏及啃断-滑移破坏3种基本类型;结构面细观损伤裂纹数量(能量)演化曲线均呈初期微增、中期陡增及后期缓增的阶段性变化特征,且细观损伤颗粒近似呈"梯形面状"分布于结构面附近。(4)根据极限平衡法和强度折减法,通过岩质边坡算例稳定性分析验证了结构面剪切强度估算公式的合理性。
关键词
岩体结构面形态
直剪试验
PFC^(2D)
宏细观
剪切力学行为
剪切
强度估算公式
Keywords
morphology of rock joints
direct shear test
PFC^(2D)
macro-meso shear mechanical behavior
shear strength estimation formula
分类号
TU45 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
贯通型锯齿状节理岩体的剪切力学行为
被引量:
4
2
作者
刘新荣
曾夕
许彬
周小涵
刘馨琳
王继文
机构
重庆大学土木工程学院
出处
《土木与环境工程学报(中英文)》
CSCD
北大核心
2023年第5期1-9,共9页
基金
国家自然科学基金(41972266、52074042)
重庆市研究生科研创新项目(CYS21024)
2018年重庆市基础研究与前沿探索项目(cstc2018jcyjAX0453)。
文摘
为探究一阶起伏角和法向应力对贯通型锯齿状节理岩体剪切强度及变形的影响规律,在不同法向应力作用下对含不同一阶起伏角的锯齿节理试样进行室内直剪试验,建立一个贯通型锯齿状节理岩体剪切强度估算公式并进行验证。结果表明:相同法向应力作用下,根据其形态特征的不同,剪切应力-位移曲线分为滑动型曲线、滑动-峰值型曲线和峰值型曲线3类,滑动型曲线和滑动-峰值型曲线可分为非线性缓慢上升阶段、线性陡升阶段“、上凸形”缓慢上升阶段、近似平直阶段和平直阶段,峰值型曲线可分为非线性缓慢上升阶段、线性陡升阶段、“微凸型”上升阶段、脆性跌落阶段和波动缓降阶段;根据起伏角的不同,锯齿节理岩体的破坏模式可概化为滑移破坏、爬坡破坏和爬坡啃断破坏,每种破坏模式下节理损伤演化过程均可分为3个阶段,即滑移破坏模式可分为压密阶段、克服摩擦阶段和滑移阶段,爬坡破坏模式可分为压密阶段、爬坡滑移阶段和塑性流动阶段,爬坡啃断破坏模式可分为压密爬坡阶段、爬坡啃断阶段和啃断滑移阶段;含不同一阶起伏角的锯齿节理岩体剪切强度均随法向应力和起伏角的增加而增大,其计算表达式仍然遵循M-C准则。
关键词
锯齿状节理
直剪试验
剪切力学行为
破坏模式
剪切
强度
Keywords
saw-tooth joints
direct shear test
shear mechanical behavior
failure mode
shear strength
分类号
TU458 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
正融碎屑冰冻体剪切强度劣化机理数值模拟研究
3
作者
孟秋杰
宋宜祥
黄达
马文著
钟助
机构
河北工业大学土木与交通学院
长安大学地质工程与测绘学院
北京科技大学土木与资源工程学院
三峡大学土木与建筑学院
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第4期2051-2062,共12页
基金
国家自然科学基金资助项目(42272331,41902290,42277187)。
文摘
冰川碎屑冰冻体的冰水赋存状态对温度的变化非常敏感。近年受到气候变暖影响,由碎屑冰冻升温融化而引发的冰崩灾害被广泛报道。为了研究温升条件下碎屑冰冻体的抗剪强度劣化行为,提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型(F-DEM)。模型将碎屑冰冻体概化为冻土、碎石实体单元以及黏聚力单元,将根据试验所得的碎屑冰冻体抗剪强度升温劣化描述为黏聚力单元的黏结强度的升温劣化过程。首先,在冻土内预置使用“牵引-分离”准则的黏聚力单元来代表孔隙冰。然后,在Abaqus软件中使用用户自定义子程序VUSDFLD,通过温度场变量对黏聚力单元的黏结强度劣化规律进行控制。将数值结果与试验进行对比,发现峰值抗剪强度、变形模式、破坏模式等宏观响应特征和强度劣化规律与试验结果吻合较好。对融冰率、碎石率和载荷水平等条件对碎屑冰冻体剪切力学行为的影响进行了研究,结果表明:当融冰率≤2%,剪切破坏模式为粗糙的“锯齿状”;随着融冰率增加(> 2%),剪切破裂面逐渐向较为平滑的“圆弧状”转变。在冻土-碎石界面,由于强度差异较大容易形成应力集中,导致裂缝沿该界面形成渐进式贯通。含石率的增加会导致碎屑冰冻体抗剪强度的降低。随融冰率增加,碎屑冰冻体抗剪强度对含石率的敏感性降低。对于维持着较高剪切负荷的碎屑冰冻体来说,环境温度的轻微上升可能导致剪切应变的突变。恒载下的变形可分为3个阶段:初始阶段、发育阶段以及快速变形阶段。在初始阶段,剪切应变先增加后稳定;在发育阶段,剪切应变出现拐点;在快速变形阶段,剪切应变快速增加。拐点的温度随着初始剪切应力的增加而降低,两者近似为线性关系。较高的应力水平下,碎屑冰冻体的剪切应变对温度的改变十分敏感。未来应就模型简化方法、参数取值规律、冰水相变和尺寸效应等问题进行进一步研究,以适应实际冰川案例中剪切强度劣化行为的模拟。
关键词
碎屑冰冻体
融化
直剪试验
剪切力学行为
有限-离散元
Keywords
glacial debris
thawing
direct shear test
shear behavior
F-DEM
分类号
P343.6 [天文地球—水文科学]
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职称材料
题名
岩体结构面直剪力学行为的颗粒流分析
被引量:
1
4
作者
杨泽进
张昌锁
王晨龙
机构
太原理工大学矿业工程学院
太原理工大学机械与运载工程学院
煤炭工业太原设计研究院集团有限公司
出处
《太原理工大学学报》
CAS
北大核心
2021年第4期542-546,共5页
基金
山西省面上青年基金资助项目(2019D1D211066)7。
文摘
采用颗粒流程序重点研究了岩体结构面直剪力学行为,分析了粘结解绑法和光滑节理接触法模拟结构面剪切力学行为的可行性。颗粒的尺寸和位置随机分布会引入一定的粗糙度,进而造成粘结解绑法结构面剪切过程中产生非实际的应力集中现象;结构面两侧颗粒在剪切过程中容易穿越结构面而引起颗粒间接触模型的不合理设置,使得光滑节理接触法结构面产生非实际应力集中现象,采用结构面相交接触判别法和结构面两侧颗粒组接触判别法解决光滑节理接触法存在的弊端。通过摩擦角为57°的岩体平直结构面在法向应力为3 MPa、5 MPa和7 MPa的直剪模拟与理论值对比分析,验证了结构面两侧颗粒组接触判别法能够真实模拟岩体结构面剪切力学行为的结论。
关键词
岩体工程安全性
岩体结构面
剪切力学行为
颗粒流分析
Keywords
safety of rock engineering
rock discontinuity
shear mechanical behavior
Particle Flow Code
分类号
TD713 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
正融冰川碎屑冰冻体剪切强度劣化机制研究
5
作者
孟秋杰
宋宜祥
黄达
马文著
钟助
岑夺丰
机构
河北工业大学土木与交通学院
长安大学地质工程与测绘学院
北京科技大学土木与资源工程学院
出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期197-212,共16页
基金
国家自然科学基金资助项目(No.42272331,No.U23A202579,No.42277187,No.41972297,No.42007276)
河北省自然科学基金资助项目(No.D2021202001,No.D2020202002)。
文摘
受到气候变暖的影响,青藏高原冰川剪切滑动带中的碎屑冰冻体存在融化风险,这严重影响了冰川的抗剪强度和稳定性。为了研究融化过程对碎屑冰冻体剪切力学特性的影响,引入融冰率定量评估融化程度,对正融碎屑冰冻体试样开展了室内直剪试验。基于试验结果提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型并进行了对比验证,研究了融冰率和碎石含量对碎屑冰冻体剪切力学行为的影响规律。结果表明:融化过程显著降低了峰值剪切强度、黏聚力和内摩擦角;强度参数与融冰率的关系可用线性准则表达;正碎屑冰冻体剪切强度急剧劣化的主因是孔隙冰融化导致的冻土-孔隙冰界面黏聚力降低;当融冰率从2%增加到4%,试样变形模式由应变软化过渡为应变硬化,破坏模式由粗糙的“锯齿状”过渡为平滑的“圆弧状”;随着碎石含量增加,碎屑冰冻体剪切强度明显降低,降低幅度随融冰率的增加而减小。该研究可作为冰川稳定性评价的有益补充。
关键词
碎屑冰冻体
融化
直剪试验
剪切力学行为
有限-离散元
Keywords
subglacial debris
thawing
direct shear test
shear behavior
finite-discrete element
分类号
TU462 [建筑科学—结构工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
多形态贯通型岩体结构面宏细观剪切力学行为研究
刘新荣
许彬
黄俊辉
蔺广义
周小涵
王继文
熊飞
《岩土工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
18
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职称材料
2
贯通型锯齿状节理岩体的剪切力学行为
刘新荣
曾夕
许彬
周小涵
刘馨琳
王继文
《土木与环境工程学报(中英文)》
CSCD
北大核心
2023
4
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职称材料
3
正融碎屑冰冻体剪切强度劣化机理数值模拟研究
孟秋杰
宋宜祥
黄达
马文著
钟助
《煤炭学报》
北大核心
2025
0
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职称材料
4
岩体结构面直剪力学行为的颗粒流分析
杨泽进
张昌锁
王晨龙
《太原理工大学学报》
CAS
北大核心
2021
1
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职称材料
5
正融冰川碎屑冰冻体剪切强度劣化机制研究
孟秋杰
宋宜祥
黄达
马文著
钟助
岑夺丰
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
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