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核级石墨PFC^(2D)模型的宏细观参数分析
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作者 陆忠晓 陈红鸟 +2 位作者 沈杰 许应杰 刘灯凯 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期290-298,共9页
颗粒流软件PFC能够很好地处理非连续介质力学的问题,模拟核级石墨的损伤和断裂过程具有独特的优势。在采用PFC^(2D)模拟核级石墨时,为了增加模拟的便捷性,实现了PFC^(2D)细观参数的快速标定。本文首先设计了四因素四水平的正交试验,分... 颗粒流软件PFC能够很好地处理非连续介质力学的问题,模拟核级石墨的损伤和断裂过程具有独特的优势。在采用PFC^(2D)模拟核级石墨时,为了增加模拟的便捷性,实现了PFC^(2D)细观参数的快速标定。本文首先设计了四因素四水平的正交试验,分析了核级石墨的宏观参数与PFC^(2D)的细观参数关系;然后基于建立的核级石墨宏细观参数的关系,采用PFC^(2D)模拟石墨IG11的三点弯曲试验,并从位移场变形、荷载-位移曲线和断裂参数三个方面验证其宏细观参数关系的正确性。结果表明,弹性模量E随平节理模量E_(c)的增加线性增加;抗拉强度σ_(t)随平节理抗拉强度σ_(b)的增加线性增加;泊松比ν随平节理刚度比k_(n)/k_(s)的增加先增大后减小;数值模拟的位移场变化和荷载-裂缝口张开位移P-CMOD曲线与试验结果较吻合,此外,断裂参数的最大误差不超过3.57%。 展开更多
关键词 核级石墨 PFC^(2D) 正交试验设计 宏细观参数关系
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无黏结材料颗粒流模型的宏细观参数关系研究 被引量:19
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作者 颜敬 曾亚武 +1 位作者 高睿 杜欣 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2012年第5期45-50,共6页
基于颗粒流(PFC2D/3D)模型的细观离散元方法是近些年来兴起的一种新的岩土数值计算方法,在岩土工程非连续介质领域中发挥着重要作用,但由于该类模型宏细观参数关系的复杂性,使其在实际工程应用中受到限制。在前人研究的基础上,以无黏结... 基于颗粒流(PFC2D/3D)模型的细观离散元方法是近些年来兴起的一种新的岩土数值计算方法,在岩土工程非连续介质领域中发挥着重要作用,但由于该类模型宏细观参数关系的复杂性,使其在实际工程应用中受到限制。在前人研究的基础上,以无黏结颗粒材料为例,采用4因素3水平正交试验方法设计了9类试样,并各自在3种侧压下进行双轴试验,以探求细观参数不同组合对介质宏观特性的影响,从而避免了控制变量法固定某些参数的局限,更加科学地分析了细观参量对宏观特性影响的敏感程度,并据此提出该类材料宏细观参数匹配的调整原则。最后利用人工神经网络实现了该类材料宏细观参数之间的互演计算,以供PFC模型在实际岩土工程计算时参考。 展开更多
关键词 颗粒流模型 正交试验 宏细观参数关系 神经网络算法 互演计算
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考虑滚动阻抗的线性接触模型离散元宏细观参数敏感性研究 被引量:4
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作者 马少坤 黄骁 +2 位作者 韦榕宽 刘莹 段智博 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期104-110,共7页
为克服无黏性土的离散元研究中未考虑颗粒间抗转动作用的缺陷,基于抗转动线性接触模型开展一系列排水固结三轴压缩模拟试验,结合随机森林算法详细探讨抗转动线性接触模型中各细观参数(有效模量、刚度比、摩擦系数、抗转动系数)与试样的... 为克服无黏性土的离散元研究中未考虑颗粒间抗转动作用的缺陷,基于抗转动线性接触模型开展一系列排水固结三轴压缩模拟试验,结合随机森林算法详细探讨抗转动线性接触模型中各细观参数(有效模量、刚度比、摩擦系数、抗转动系数)与试样的宏观参数(初始弹性模量、泊松比、峰值强度)间的关系。结果表明:颗粒有效模量的提高会使试样的初始弹性模量提高而泊松比提高,权重值分别为0.69514和0.20157;刚度比的增加会使试样的初始弹性模量降低而泊松比提高,权重值分别为0.751和0.19364;抗转动系数与摩擦系数提高会显著提高试样的抗剪强度,权重值分别为0.56472和0.4275;抗转动系数对试样的剪胀性具有显著影响。 展开更多
关键词 离散元 抗转动作用 宏细观参数 敏感性分析
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基于离散元的复合岩体结构面宏细观参数响应特征 被引量:2
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作者 姜耀飞 李清波 +1 位作者 陈艳国 高平 《人民长江》 北大核心 2023年第10期214-220,共7页
在基于离散元的复合岩体结构面数值模拟中,细观参数校核是重中之重,而探讨宏细观参数之间的响应特征可为细观参数校核提供重要依据。分别利用粘结强度清除法和Smooth-joint模型建立复合平直结构面数值模型,深入分析了两种不同方法所建... 在基于离散元的复合岩体结构面数值模拟中,细观参数校核是重中之重,而探讨宏细观参数之间的响应特征可为细观参数校核提供重要依据。分别利用粘结强度清除法和Smooth-joint模型建立复合平直结构面数值模型,深入分析了两种不同方法所建立的结构面宏细观参数响应关系。研究结果表明:在基于粘结强度清除法的平直结构面模型中,峰值强度与细观颗粒摩擦系数值呈正相关;应用Smooth-joint模型模拟结构面时,细观基本摩擦系数(sj_fric)与结构面宏观基本摩擦角呈正相关且约等于其反正切值;细观法向刚度(sj_kn)和细观切向刚度(sj_ks)分别与结构面宏观的法向刚度和切向刚度呈正相关。最后结合拟合与试错法给出了新的参数校核模型,该模型具有准确和效率高的优点,可为结构面细观参数快速、高精度校核提供重要参考。 展开更多
关键词 结构面 宏细观参数 细观参数校核 离散元理论 复合岩体
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非饱和土三维离散元计算中宏-细观参数关系探究 被引量:11
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作者 蔡国庆 刘少鹏 +2 位作者 宋建正 许自立 赵成刚 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第A01期110-115,共6页
提出了一种建立非饱和土体宏-细观参数之间关系的方法,来建立在不同孔隙比和含水率等初始条件下非饱和土在不同应力路径下的离散元计算模型;通过编制离散元程序,基于接触粘结模型,对现有的PFC3D(Particle Flow Code in three dimensions... 提出了一种建立非饱和土体宏-细观参数之间关系的方法,来建立在不同孔隙比和含水率等初始条件下非饱和土在不同应力路径下的离散元计算模型;通过编制离散元程序,基于接触粘结模型,对现有的PFC3D(Particle Flow Code in three dimensions)离散元程序进行改进,从而对在不同颗粒间粘结强度下的离散元试样进行一维固结的数值模拟试验来确定其结构屈服应力,并以结构屈服应力为桥梁建立颗粒间粘结强度随含水率变化的函数关系,最后建立能够反映真实非饱和土试样颗粒级配和在不同含水量下的离散元数值模型,为通过PFC3D等三维离散元软件研究非饱和土的基本力学特性提供思路. 展开更多
关键词 非饱和土 三维颗粒流数值模拟 宏细观参数 含水率 接触粘结模型
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基于中心组合设计的颗粒流平直节理模型宏−细观参数相关性研究 被引量:11
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作者 张权 饶秋华 +1 位作者 沈晴晴 李卓 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期779-789,共11页
基于控制变量法,研究细观参数对宏观力学参数的影响规律,确定细观参数取值范围;采用适合多因素、多水平的中心组合设计方法及多元回归分析,建立岩石类材料PFC^(2D)平直节理模型的宏−细观参数关系式,并计算得到不同岩石PFC^(2D)细观参数... 基于控制变量法,研究细观参数对宏观力学参数的影响规律,确定细观参数取值范围;采用适合多因素、多水平的中心组合设计方法及多元回归分析,建立岩石类材料PFC^(2D)平直节理模型的宏−细观参数关系式,并计算得到不同岩石PFC^(2D)细观参数;采用计算得到的细观参数通过PFC^(2D)模拟分析单、双轴压缩下完整岩石试件的应力−应变曲线和单轴压缩下含多裂纹的岩石试件断裂轨迹,并通过开展相应的试验进行验证。研究结果表明:应力−应变曲线和断裂轨迹模拟分析结果与试验结果较吻合,从而验证了基于中心组合设计法建立的PFC^(2D)宏−细观参数关系式的合理性和有效性。该中心组合设计方法可推广应用于PFC^(2D)其他模型和其他脆性材料的细观参数确定,为定量分析多裂纹多场耦合断裂的细观机理提供依据。 展开更多
关键词 颗粒流 平直节理模型 细观参数关系式 中心组合设计 岩石
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基于球面对称设计的离散元细观参数定量确定方法 被引量:6
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作者 彭霞 饶秋华 +1 位作者 李卓 张杰 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2801-2812,共12页
采用球面对称设计法,通过宏观参数范围确定细观参数取值范围,得到多因素球面对称设计试验表,利用试验模拟计算结果和多元回归分析,建立岩石材料颗粒流PFC2D(particle flow code 2D)的宏-细观参数关系式。采用基于宏-细观参数关系式计算... 采用球面对称设计法,通过宏观参数范围确定细观参数取值范围,得到多因素球面对称设计试验表,利用试验模拟计算结果和多元回归分析,建立岩石材料颗粒流PFC2D(particle flow code 2D)的宏-细观参数关系式。采用基于宏-细观参数关系式计算得到的PFC2D细观参数,进行单轴压缩下完整岩石的应力-应变曲线和宏观力学参数、含多裂纹岩石试件断裂轨迹的模拟计算。研究结果表明:岩石的应力-应变曲线、宏观力学参数、断裂轨迹的计算结果与试验结果较吻合,从而验证了该宏-细观参数关系式的有效性;采用球面对称设计建立PFC2D宏-细观参数关系式的方法可推广应用于其他脆性材料,可为PFC定量分析复杂荷载条件下的材料细观破坏机理提供参考依据。 展开更多
关键词 -细观参数关系式 颗粒流 球面对称设计法 平行黏结模型 岩石
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基于抗转模型的颗粒材料宏-细观关系研究 被引量:14
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作者 王一伟 刘润 +1 位作者 孙若晗 许泽伟 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期945-956,968,共13页
接触模型的宏-细观参数标定是成功使用离散元方法的关键。在离散元的接触模型中线性接触模型与抗转线性接触模型均可用于模拟砂性土的力学行为,其中抗转线性接触模型在模拟密砂的剪胀性方面具备优势。采用抗转线性接触模型对室内密实砂... 接触模型的宏-细观参数标定是成功使用离散元方法的关键。在离散元的接触模型中线性接触模型与抗转线性接触模型均可用于模拟砂性土的力学行为,其中抗转线性接触模型在模拟密砂的剪胀性方面具备优势。采用抗转线性接触模型对室内密实砂土三轴试验进行了离散元模拟,验证了抗转线性接触模型的可靠性;进而系统分析了颗粒间摩擦系数、刚度比和抗转动系数等细观参数与砂土峰值内摩擦角、残余内摩擦角、峰值剪胀角等宏观参数的相关关系并进行了验证;揭示了偏应力作用下,细观参数对密实砂土试样内部剪切带宽度与倾角变化的影响规律,提出了考虑剪胀角的剪切带倾角经验公式。通过研究建立了抗转线性接触模型宏-细观参数的量化关系并给出了标定参数的具体流程图,提出了快速标定宏观参数的方法并应用实例进行了验证,为采用抗转线性接触模型精准模拟密实砂土的力学特性提供依据。 展开更多
关键词 密实砂土 离散元模拟 抗转模型 -细观参数 剪切带 剪胀角
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基于弹塑性颗粒流本构模型的Lac du Bonnet花岗岩破坏细观机理模拟 被引量:1
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作者 彭述权 刘芹 +1 位作者 包卓冉 樊玲 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2020年第1期142-148,共7页
考虑理想弹塑性弯扭-Mohr-Coulomb-最大拉应力破坏准则,以及拉伸失效、压剪失效、转动屈服和扭转屈服4种失效模式,提出一种新的离散元弹塑性本构模型。该模型植入二次开发的三维颗粒流程序,通过数值试验研究宏细观参数关系,模拟Lac du B... 考虑理想弹塑性弯扭-Mohr-Coulomb-最大拉应力破坏准则,以及拉伸失效、压剪失效、转动屈服和扭转屈服4种失效模式,提出一种新的离散元弹塑性本构模型。该模型植入二次开发的三维颗粒流程序,通过数值试验研究宏细观参数关系,模拟Lac du Bonnet(LDB)花岗岩试样压剪和拉伸强度试验。研究表明:颗粒转动弹塑性弯扭矩对宏观内摩擦角和黏聚力具有显著影响;宏观黏聚力随细观黏聚力和屈服弯扭矩增加而趋于恒定;宏观内摩擦角随屈服弯扭矩和细观摩擦系数增加而增加;岩石宏观单轴抗拉强度随细观极限拉应力的增加而趋于恒定;宏观弹性模量和泊松比主要受细观弹性模量和刚度比影响。弹塑性颗粒流本构模型模拟的LDB花岗岩的强度参数和变形参数,以及压拉强度比和裂缝分布与室内试验结果吻合较好。LDB花岗岩单轴压剪模拟试验在达到峰值应力前,试样内部裂缝以细观拉伸裂缝为主,从试样端部向中部发展成近似X状;在接近或超过峰值应力后,试样内部开始出现压剪裂缝、转动屈服裂缝和扭转屈服裂缝,从试样一端向另一端发展成单斜状,其倾角与宏观破坏倾角接近,发展成宏观压剪破坏面,从而揭示了宏观裂缝形成的细观机理。 展开更多
关键词 LAC du Bonnet花岗岩 理想弹塑性弯扭 Mohr-Coulomb-最大拉应力准则 离散元弹塑性本构模型 三维颗粒流 宏细观参数 裂缝
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泥岩卸荷损伤-水次序作用下的劣化规律研究 被引量:3
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作者 王宇 夏厚磊 +1 位作者 茆苏徽 闫亮 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期385-395,共11页
工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物... 工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物颗粒形态破坏、微裂缝发育,在后续水-岩作用下颗粒间胶结程度持续弱化,孔隙、裂缝进一步扩展。宏细观参数随水-岩作用时间的增长,其中质量m呈现先上升后骤然下降再趋于稳定的趋势,纵波波速P呈现先减少后上升的趋势,体积应变εv呈现逐渐增大的趋势,分形维数K呈逐渐增长的趋势;且各参数的增长速率均随卸荷损伤程度D的增大呈幂函数增加,当D≥0.49时,各参数的增长速率急剧增大;确定以质量、纵波波速、体积应变和分形维数作为与水反应系统的变量,并运用非线性动力学理论建立了水-岩作用下的泥岩劣化模型,并验证了模型的合理性。研究结果表明所建模型能表征卸荷损伤泥岩在水-岩作用下的宏细观特征参数变化趋势提供一定理论参考。 展开更多
关键词 卸荷损伤 水-岩作用 宏细观参数 劣化规律 非线性动力学模型
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渗透压—应力耦合作用下煤体常规三轴试验的颗粒流模拟 被引量:16
11
作者 王刚 王锐 +2 位作者 武猛猛 王鹏飞 周煜明 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S1期537-546,共10页
为了研究在渗透压-应力耦合作用下围压和瓦斯压力对煤体变形破坏规律的影响,借助PFC2D软件进行了340组抗压及抗拉试验模拟,建立了煤体宏观力学参数与细观参数之间的关系。利用平行黏结模型和推导得出的细观参数,对煤体进行了不同围压和... 为了研究在渗透压-应力耦合作用下围压和瓦斯压力对煤体变形破坏规律的影响,借助PFC2D软件进行了340组抗压及抗拉试验模拟,建立了煤体宏观力学参数与细观参数之间的关系。利用平行黏结模型和推导得出的细观参数,对煤体进行了不同围压和瓦斯压力条件下常规三轴试验的颗粒流模拟,并将模拟结果与物理试验结果进行对比及误差分析,对煤体宏观力学参数的变化规律进行了总结。分析结果表明,经过推导得到的宏细观参数关系,可以控制模拟结果的误差在10%之内,能较好地模拟煤体的力学特征;围压增大时,煤体的抗压强度、残余强度及弹性模量呈增大趋势,泊松比以及煤体的破裂角度变小,与物理试验所得围压对煤体的刚度和强度起增强作用的结论一致;瓦斯压力的升高会导致煤体抗压强度,残余强度及弹性模量减小,泊松比以及煤体破裂角度变大,验证了物理试验中瓦斯压力对煤体强度具有劣化作用的结论。 展开更多
关键词 渗透压-应力耦合 常规三轴试验 颗粒流模拟 宏细观参数
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基于颗粒流理论的煤与瓦斯突出数值模拟研究 被引量:10
12
作者 王锐 修毓 +2 位作者 王刚 武猛猛 杜文州 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2016年第4期52-61,共10页
针对煤与瓦斯突出机理的复杂性,基于颗粒流离散元理论,利用PFC3D(particle flow code)软件对煤体进行340组单轴压缩及巴西劈裂试验,建立了煤体宏观参数与颗粒流数值模拟所需细观参数之间的关系。基于寺河矿煤样单轴压缩和抗拉物理实验... 针对煤与瓦斯突出机理的复杂性,基于颗粒流离散元理论,利用PFC3D(particle flow code)软件对煤体进行340组单轴压缩及巴西劈裂试验,建立了煤体宏观参数与颗粒流数值模拟所需细观参数之间的关系。基于寺河矿煤样单轴压缩和抗拉物理实验的实测宏观参数,推算出模拟煤与瓦斯突出所需的细观参数。在PFC3D流固耦合理论的基础上,利用PFC模拟软件进行了煤与瓦斯突出的数值模拟,再现了煤体的堆积过程。研究表明:在突出准备阶段,煤壁深部瓦斯压力较高,突出孔洞附近瓦斯压力梯度较高;发动及发展阶段,平衡状态被破坏,形成口小腔大的突出孔洞,破坏范围由巷道高度的中间位置向顶底板处扩展;在突出过程中,工作面前方煤体靠近煤壁的暴露面处的最大主应力向量逐渐偏离垂直方向,且应力向量连线形成一个凸向煤壁深部的圆弧。 展开更多
关键词 颗粒流 煤与瓦斯突出 PFC3D -细观参数
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Quantitative determination of PFC3D microscopic parameters 被引量:7
13
作者 LI Zhuo RAO Qiu-hua 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第3期911-925,共15页
It is important to calibrate micro-parameters for applying partied flow code(PFC)to study mechanical characteristics and failure mechanism of rock materials.Uniform design method is firstly adopted to determine the mi... It is important to calibrate micro-parameters for applying partied flow code(PFC)to study mechanical characteristics and failure mechanism of rock materials.Uniform design method is firstly adopted to determine the microscopic parameters of parallel-bonded particle model for three-dimensional discrete element particle flow code(PFC3D).Variation ranges of microscopic of the microscopic parameters are created by analyzing the effects of microscopic parameters on macroscopic parameters(elastic modulus E,Poisson ratio v,uniaxial compressive strengthσc,and ratio of crack initial stress to uniaxial compressive strengthσci/σc)in order to obtain the actual uniform design talbe.The calculation equations of the microscopic and macroscopic parameters of rock materials can be established by the actual uniform design table and the regression analysis and thus the PFC3D microscopic parameters can be quantitatively determined.The PFC3D simulated results of the intact and pre-cracked rock specimens under uniaxial and triaxial compressions(including the macroscopic mechanical parameters,stress−strain curves and failure process)are in good agreement with experimental results,which can prove the validity of the calculation equations of microscopic and macroscopic parameters. 展开更多
关键词 quantitative relationship of microscopic and macroscopic parameters uniform design method three-dimensional particle flow code(PFC3D) ROCK
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Macro and meso characteristics evolution on shear behavior of rock joints 被引量:1
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作者 李凯辉 曹平 +1 位作者 张科 钟涌芳 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第8期3087-3096,共10页
Direct shear tests were conducted on the rock joints under constant normal load(CNL), while the acoustic emission(AE) signals generated during shear tests were monitored with PAC Micro-II system. Before and after shea... Direct shear tests were conducted on the rock joints under constant normal load(CNL), while the acoustic emission(AE) signals generated during shear tests were monitored with PAC Micro-II system. Before and after shearing, the surfaces of rock joints were measured by the Talysurf CLI 2000. By correlating the AE events with the shear stress-shear displacement curve, one can observe four periods of the whole course of shearing of rock joints. By the contrast of AE location and actual damage zone, it is elucidated that the AE event is related to the morphology of the joint. With the increase of shearing times, the shear behavior of rock joints gradually presents from the response of brittle behavior to that of ductile behavior. By combining the results of topography measurement, four morphological parameters of joint surface, S p(the maximum height of joint surface), N(number of islands), A(projection area) and V(volume of joint) were introduced, which decrease with shearing. Both the joint roughness coefficient(JRC) and joint matching coefficient(JMC) drop with shearing, and the shear strength of rock joints can be predicted by the JRC-JMC model. It establishes the relationship between micro-topography and macroscopic strength, which have the same change rule with shearing. 展开更多
关键词 rock joint shear behavior surface morphology acoustic emission joint roughness coefficient (JRC) joint matchingcoefficient (JMC)
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