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循环加卸载过程中灰岩微细观损伤特征的试验研究 被引量:9
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作者 刘汉香 叶刁瑜 +1 位作者 别鹏飞 朱星 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期685-696,共12页
岩石的动力学性质是影响岩质边坡地震动力稳定性的关键内因。地震产生的循环往复作用会造成岩石损伤和破坏,劣化岩石性能,降低岩质边坡的稳定性。为了深入研究岩石在动力荷载下的损伤特征,以某岩质斜坡出露的二叠系灰岩为研究对象,联合... 岩石的动力学性质是影响岩质边坡地震动力稳定性的关键内因。地震产生的循环往复作用会造成岩石损伤和破坏,劣化岩石性能,降低岩质边坡的稳定性。为了深入研究岩石在动力荷载下的损伤特征,以某岩质斜坡出露的二叠系灰岩为研究对象,联合单轴循环加卸载试验和微细观试验,从微细观角度研究了岩样在循环加卸载过程中的损伤特征和损伤演化规律,分析了不同加载条件对微细观损伤的影响,开展了宏观和微细观参数的关联分析。研究结果表明:岩样内部的损伤是一个渐进性过程,在破坏前,随着应力幅值和循环周次的增加,表现为以小孔隙的生成、扩展和贯通为主,大孔隙的数量轻微增加且数量相对少得多;与变上限应力加载相比,变下限应力加载更有利于小孔隙的连通和大孔隙的形成,导致岩样内部微裂隙面积更大,在宏观上表现为平均弹性模量的降低;在变上限应力时,低应力幅值的循环荷载对岩石内部结构劣化效应比单轴压缩条件下的大,而高应力幅值的循环荷载反而可能对岩石内部孔隙有一定压密作用,导致孔隙度相对较小,劣化效应相对减弱;综合多种微细观损伤变量演化趋势,可判断岩样在循环加卸载下经历了一段裂纹稳定扩展的阶段,对应的上限应力和下限应力范围分别为(0.4~0.6)σ_(f)(σ_(f)为静态峰值强度)和(0.3~0.5)σ_(f)。研究成果有助于从微细观层次更好地理解岩石的动力学特性,为岩质斜坡在地震作用下的动力响应行为和灾害孕育及启动过程提供理论解释。 展开更多
关键词 灰岩 微细观损伤 单轴循环加卸载试验 核磁共振试验 电镜扫描试验
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深部冲击倾向煤岩循环加卸载的纵波波速与应力关系试验研究 被引量:31
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作者 巩思园 窦林名 +3 位作者 何江 贺虎 陆菜平 牟宗龙 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期41-47,共7页
研究了单轴循环加卸载条件下深部冲击倾向煤岩样应力与纵波波速的耦合关系,基于煤岩试样在弹性阶段纵波波速变化梯度大,塑性阶段波速变化趋于平缓的特征建立了应力与纵波波速之间的试验关系模型,并对模型参数进行了分析。研究表明:①由... 研究了单轴循环加卸载条件下深部冲击倾向煤岩样应力与纵波波速的耦合关系,基于煤岩试样在弹性阶段纵波波速变化梯度大,塑性阶段波速变化趋于平缓的特征建立了应力与纵波波速之间的试验关系模型,并对模型参数进行了分析。研究表明:①由于闭合的孔隙和裂隙又重新张开,颗粒之间的压实程度减弱,煤岩试样卸载过程中,随着应力的降低,波速也降低;②部分裂隙和孔隙在压密阶段发生永久闭合,造成应力降低后再无法张开,因此下一循环的开始纵波波速值要大于第一个循环开始时的波速值;③与实测值的相关系数计算结果表明,试验关系模型具有较高的拟合度,很好地体现了试样纵波波速变化对载荷的敏感程度。 展开更多
关键词 单轴循环加卸载 深部 冲击倾向 煤岩样 应力 纵波波速 试验关系模型
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循环荷载作用下砂岩损伤演化的声发射与电阻率监测及理论研究
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作者 张胜 柏巍 +4 位作者 徐鼎平 郑虹 江权 李志伟 向天兵 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期53-66,共14页
岩石在循环荷载作用下产生的裂隙会降低其强度,因此研究岩石损伤演化过程具有重要意义。声发射和电阻率监测技术能够通过追踪岩石裂隙的变化来反映其损伤状态,因此可以结合这些参数来表征岩石在循环加卸载状态下的损伤过程。针对不同含... 岩石在循环荷载作用下产生的裂隙会降低其强度,因此研究岩石损伤演化过程具有重要意义。声发射和电阻率监测技术能够通过追踪岩石裂隙的变化来反映其损伤状态,因此可以结合这些参数来表征岩石在循环加卸载状态下的损伤过程。针对不同含水率的砂岩试样,采用声发射和电阻率监测技术对循环荷载作用过程中的岩石损伤进行监测。同时,利用计算机断层成像技术获取破裂后岩石裂隙的分布状态。基于声发射和电阻率参数,建立了损伤变量方程,并推导出单轴循环加卸载作用下的损伤本构方程。研究结果表明,以声发射和电阻率参数构建的损伤变量方程能够有效地反映砂岩在加载与卸载阶段的损伤演化过程。进一步,所提出的损伤本构方程与试验结果拟合较好,证明了该方程在研究循环荷载作用下砂岩的损伤演化规律方面具有实用价值。 展开更多
关键词 砂岩 声发射 电阻率 单轴分级循环 损伤本构方程
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循环载荷下含水砂岩裂纹演化与损伤特征试验研究 被引量:21
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作者 杨科 张寨男 +3 位作者 池小楼 吕鑫 魏祯 刘文杰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1791-1802,共12页
基于矿井地下水库岩体频繁受到矿震、采动应力等循环荷载扰动这一工程背景,在实验室条件下开展了不同含水率砂岩单轴及循环加卸载试验,采用数字散斑技术,揭示了不同含水率砂岩裂纹扩展及破坏规律,基于电镜扫描微观分析,获得了循环载荷... 基于矿井地下水库岩体频繁受到矿震、采动应力等循环荷载扰动这一工程背景,在实验室条件下开展了不同含水率砂岩单轴及循环加卸载试验,采用数字散斑技术,揭示了不同含水率砂岩裂纹扩展及破坏规律,基于电镜扫描微观分析,获得了循环载荷下不同含水砂岩微观劣化机制。试验结果表明:单轴及循环加卸载条件下,随着含水率增大,砂岩峰值强度均逐渐降低。干燥砂岩峰值轴向应变经历初始变形、等速变形、加速变形和失稳破坏4个阶段,含水砂岩经历初始变形、等速变形和失稳破坏3个阶段;随着含水率的增大,对应阶段内峰值轴向应变逐渐减小。通过变形率分析法验证发现,水对砂岩的变形记忆特性并无影响。单轴循环加卸载条件下,砂岩的破坏模式由干燥时的张拉-劈裂破坏逐渐向拉-剪混合破坏过渡,至饱和状态时呈现单一的剪切破坏。电镜扫描结果表明,随含水率增大,破裂结构面逐渐由光滑结构、浑圆状结构、片状结构向完全破碎结构过渡。随着含水率增大,绝对损伤参数不断增大,从侧面反映水岩耦合损伤的正相关性;累计损伤参数累积速率更快,同一循环周次下,累计损伤参数也更大。 展开更多
关键词 单轴循环加卸载 含水砂岩 数字散斑 裂纹扩展 损伤特征
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岩石单轴压缩试验中能量演化分析方法 被引量:30
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作者 刘之喜 王伟 +1 位作者 罗吉安 缪广红 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3131-3139,共9页
为了探究岩石单轴压缩试验过程中的能量演化规律,利用RMT-150b岩石力学测试系统采用相同的加载速率对白砂岩分别进行了单轴压缩试验、单轴分级加卸载试验。基于裂纹产生及扩展模型研究,假设疲劳损伤和裂纹间的界面摩擦对弹性能无影响,... 为了探究岩石单轴压缩试验过程中的能量演化规律,利用RMT-150b岩石力学测试系统采用相同的加载速率对白砂岩分别进行了单轴压缩试验、单轴分级加卸载试验。基于裂纹产生及扩展模型研究,假设疲劳损伤和裂纹间的界面摩擦对弹性能无影响,则可以认为单轴压缩中与单轴分级加卸载各卸载点荷载相等处,弹性能均相等。基于上述假设对单轴压缩过程中弹性能、耗散能、弹性能占总能量比例、耗散能占总能量比例、弹性能与耗散能比值等进行分析。通过利用红砂岩单轴循环加卸载中弹性能的演化规律验证了这一假设的正确性。研究结果表明:①通过对单轴压缩试验过程中能量演化规律分析发现塑性耗散能、弹性能、滞回效应耗散能存在于岩石单轴压缩的各个阶段。②部分滞回效应能可以储存在岩石内部并且随着荷载增大呈线性增长。③弹性能与塑性能的增长速率都随着荷载增大而增大,通过对弹性能与耗散能比值分析,得出了不同荷载范围内岩石的弹性能与耗散能增长速率的比较,并且在岩石强度的80%左右处弹性能与耗散能比值达到最大,与弹性能量指数相等,说明该分析方法对岩石能量演化趋势的分析具有一定的合理性。④通过红砂岩单轴循环加卸载试验分析发现,疲劳损伤和裂纹间的界面摩擦会产生塑性变形导致岩石加卸载曲线逐渐右移,且对弹性能无影响。⑤根据单轴分级加卸载各卸载点弹性能分析单轴压缩试验过程中能量演化规律,并使用单轴循环加卸载试验的弹性能演化规律进行验证,说明了分析方法的正确性。 展开更多
关键词 能量演化 单轴压缩试验 单轴分级 单轴循环加卸载 弹性能量指数
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Damage evolution in sandstone under uniaxial cyclic loading and varying water contents:Theoretical and experimental investigation
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作者 ZHANG Sheng BAI Wei +3 位作者 XU Ding-ping ZHENG Hong JIANG Quan LI Zhi-wei 《Journal of Central South University》 2025年第8期3095-3110,共16页
During underground excavation,the surrounding rock mass is subjected to complex cyclic stress,significantly impacting its long-term stability,especially under varying water content conditions where this effect is ampl... During underground excavation,the surrounding rock mass is subjected to complex cyclic stress,significantly impacting its long-term stability,especially under varying water content conditions where this effect is amplified.However,research on the mechanical response mechanisms of surrounding rock mass under such conditions remains inadequate.This study utilized acoustic emission(AE)and resistivity testing to monitor rock fracture changes,revealing the rock’s damage state and characterizing the damage evolution process during uniaxial cyclic loading and unloading.First,a damage variable equation was established based on AE and resistivity parameters,leading to the derivation of a corresponding damage constitutive equation.Uniaxial cyclic loading and unloading tests were then conducted on sandstone samples with varying water contents,continuously monitoring AE signals and resistivity,along with computed tomography scans before and after failure.The predictions from the damage constitutive equation were compared with experimental results.This comparison shows that the proposed damage variable equation effectively characterizes the damage evolution of sandstone during loading and unloading,and that the constitutive equation closely fits the experimental data.This study provides a theoretical basis for monitoring and assessing the responses of surrounding rock mass during underground excavation. 展开更多
关键词 SANDSTONE acoustic emission rock resistivity uniaxial cyclic loading and unloading rock cracks damage constitutive equation
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断续双裂隙砂岩的强度与起裂、贯通模式 被引量:6
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作者 庄贤鹏 王述红 +1 位作者 王凯毅 王子和 《科学技术与工程》 北大核心 2019年第20期122-127,共6页
对含预制裂隙砂岩试样进行单轴循环加卸载试验,研究循环荷载作用下含预制裂隙砂岩的力学特性与岩桥贯通机理。试验结果表明:单轴循环加卸载作用下,砂岩试样峰值强度与弹性模量呈现出显著的强化现象;与完整砂岩试样对比,含预制裂隙红砂... 对含预制裂隙砂岩试样进行单轴循环加卸载试验,研究循环荷载作用下含预制裂隙砂岩的力学特性与岩桥贯通机理。试验结果表明:单轴循环加卸载作用下,砂岩试样峰值强度与弹性模量呈现出显著的强化现象;与完整砂岩试样对比,含预制裂隙红砂岩试件力学性能表现出明显的降低趋势,且与裂隙几何参数密切相关;试样峰值强度随着岩桥倾角增大呈现出先降低后增加的“V”形波动趋势,而随着裂隙倾角增大,试样峰值强度则表现出了与岩桥倾角相反的增减变化趋势;利用摄像机全程记录了试样裂纹的扩展,揭示了岩桥贯通机理与裂隙几何参数之间的关系。 展开更多
关键词 砂岩 单轴循环加卸载 裂隙几何参数 力学特性 起裂应力 岩桥贯通
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Static compressive properties and damage constitutive model of rubber cement mortar with dry-and wet-curing conditions 被引量:3
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作者 YANG Rong-zhou XU Ying +1 位作者 CHEN Pei-yuan GONG Jiu 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第7期2158-2178,共21页
To investigate the static compressive properties and mechanical damage evolution of rubber cement-based materials(RCBMs) with dry-and wet-curing conditions, uniaxial compression and cyclic loading-unloading tests were... To investigate the static compressive properties and mechanical damage evolution of rubber cement-based materials(RCBMs) with dry-and wet-curing conditions, uniaxial compression and cyclic loading-unloading tests were carried out on rubber cement mortar(RCM). The mechanical properties of the uniaxial compression specimens cured at 95%(wet-curing) and 50%(dry-curing) relative humidities and cyclic loading-unloading specimens cured at wet-curing were analyzed. Under uniaxial compression, the peak stress loss ratio is higher for dry-curing than for wet-curing. The peak strain decreases with the increase of rubber content, and the peak strain increases with the decrease of curing humidity. Under cyclic loading-unloading, the variation trends of residual strain differences of the normal cement mortar and RCM at each cyclic level with the number of cycles are basically the same, but the failure modes are different. The analysis of the internal mesostructure by a scanning electron microscope(SEM) shows that initial damage is further enhanced by reducing curing humidity and adding rubber aggregate. The damage constitutive model based on strain equivalence principle and statistical theories was used to describe the uniaxial compression characteristics of RCM, and the law of mechanical damage evolution was predicted. 展开更多
关键词 curing humidity rubber cement mortar uniaxial compression cyclic loading-unloading mesoscopic damage constitutive model
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