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基于矿物晶体模型非均质岩石单轴压缩力学特性研究
被引量：
21
1
作者
刘黎旺
李海波
+2 位作者
李晓锋
张国凯
武仁杰
《岩土工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第3期542-550,共9页
为研究岩石微观结构非均质性对宏观力学特性及裂纹扩展规律的影响,结合花岗岩室内单轴试验及矿物晶体模型(Grain-based model, GBM)对岩石的微观矿物结构进行离散元建模,研究了非均质岩石宏观应力-应变曲线、声发射及晶体尺度裂纹扩展...
为研究岩石微观结构非均质性对宏观力学特性及裂纹扩展规律的影响,结合花岗岩室内单轴试验及矿物晶体模型(Grain-based model, GBM)对岩石的微观矿物结构进行离散元建模,研究了非均质岩石宏观应力-应变曲线、声发射及晶体尺度裂纹扩展规律。通过改变岩石微观结构进一步研究了不同矿物组成条件下岩石宏观力学特性及其变化原因。结果表明:GBM可在考虑岩石微结构及强度非均质的条件下,有效模拟岩石加载过程中宏观及微观力学特性;加载初期,岩石内部晶体尺度裂纹首先以晶间裂纹为主,随后转变为以晶内裂纹为主,且裂纹破坏主要为拉伸破坏,岩石破坏时拉伸裂纹及晶内裂纹与总裂纹占比分别约为93.87%,60.95%;加载过程中,岩石微裂纹首先随机分布在岩石内部,后开始聚集并造成宏观破裂面的出现,且宏观破裂面的形成主要与矿物晶体内裂纹的扩展及聚合有关;随岩石内长石矿物含量的增加,岩石峰值应力与损伤应力整体呈增加的变化趋势,且该变化规律可能与长石矿物内裂纹数增加及云母矿物内裂纹数减小有关;通过矿物晶体模型对岩石微观结构进行模拟并对非均质性所造成的力学特性变化进行微观尺度解释,有利于更好理解岩石非均质性与宏观力学特性的关系。
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关键词
非均质岩石
矿物晶体模型
晶体
尺度裂纹
声发射
离散元方法
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职称材料
基于微观岩石力学试验及精确矿物晶体建模的砂岩力学性质及波速分析
2
作者
倪祖甲
乔江美
+1 位作者
张俊楷
唐旭海
《岩土力学》
北大核心
2025年第6期1865-1880,共16页
砂岩作为一种广泛分布的沉积岩,工程应用广泛,从微观尺度出发研究砂岩的宏观物理力学性质具有重要意义。从矿物晶体尺度出发,提出了通过建立数值模型来预测砂岩单轴抗压强度及纵波波速的方法。首先,搭建由光学显微镜、全自动矿物分析仪...
砂岩作为一种广泛分布的沉积岩,工程应用广泛,从微观尺度出发研究砂岩的宏观物理力学性质具有重要意义。从矿物晶体尺度出发,提出了通过建立数值模型来预测砂岩单轴抗压强度及纵波波速的方法。首先,搭建由光学显微镜、全自动矿物分析仪及纳米压痕仪组成的微观岩石力学试验系统,来获取砂岩的矿物组成、微观结构及主要成岩矿物和胶结矿物的力学参数。然后,基于微观试验结果,建立砂岩的精确矿物晶体模型,通过单轴压缩模拟可以直观地显示矿物中的应力演变过程以及从微裂纹在胶结矿物高岭石和白云母中产生到扩展再到模型整体剪切破坏的全过程;通过波速模拟可以直观地显示纵波在砂岩中的传播特征主要受到微孔隙的影响。研究结果表明:模拟获得的砂岩单轴抗压强度及纵波波速与室内单轴压缩试验及超声波试验的结果相近似,验证了从矿物晶体尺度出发,利用微观岩石力学试验结果建立精确矿物晶体模型来预测砂岩单轴抗压强度及纵波波速的可行性。该方法为砂岩研究提供了从矿物晶体尺度到宏观力学特性的跨尺度分析新视角,为砂岩工程应用及解释地质演化历史提供了理论依据。
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关键词
砂岩
微观岩石力学试验
精确
矿物晶体模型
单轴抗压强度
波速
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职称材料
基于PFC-GBM非均质模型的砂岩裂纹演化细观规律研究
被引量：
1
3
作者
张国桥
孙鹏
+3 位作者
吴祥业
王婧雅
郭文斌
田宇航
《中国矿业》
北大核心
2024年第9期158-169,共12页
砂岩作为巷道围岩的重要组成部分,其细观损伤特征直接影响巷道围岩岩层稳定性。不同粒径的砂岩其矿物晶体的结构具有较明显的非均质性,为研究砂岩裂纹演化细观规律,综合运用室内试验、数值模拟及理论分析的方法,以现场巷道围岩钻取的三...
砂岩作为巷道围岩的重要组成部分,其细观损伤特征直接影响巷道围岩岩层稳定性。不同粒径的砂岩其矿物晶体的结构具有较明显的非均质性,为研究砂岩裂纹演化细观规律,综合运用室内试验、数值模拟及理论分析的方法,以现场巷道围岩钻取的三种不同粒径的砂岩试件为研究对象,基于PFC2D软件构建二维等效晶体模型Grain-Based Model(GBM),从细观角度分析非均质砂岩试件破裂过程裂纹演化规律。研究结果表明:砂岩试件颗粒粒径越小,岩石的总接触数量越多且晶间接触占总接触比例越小,单轴加载过程中岩石产生的声发射信号及裂纹内部产生的裂纹数量越多,岩石试件的单轴抗压强度越大且破坏模式越剧烈;三种不同粒径砂岩试件在裂纹演化规律上具有一致性,单轴加载过程中,砂岩内部裂纹演化顺序为晶间拉伸裂纹、晶内拉伸裂纹、晶间剪切裂纹、晶内剪切裂纹;砂岩各矿物晶体内部产生的裂纹数量与矿物含量成正比,与矿物晶体的强度成反比,矿物强度与单位面积裂纹数量系数Kl成反比;砂岩试样破坏时,拉伸裂纹占总裂纹数量的90%以上,拉伸破坏为砂岩在单轴压缩条件下的主要破坏类型。
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关键词
岩石力学
矿物晶体模型
破坏模式
尺寸效应
裂纹演化规律
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职称材料
题名
基于矿物晶体模型非均质岩石单轴压缩力学特性研究
被引量：
21
1
作者
刘黎旺
李海波
李晓锋
张国凯
武仁杰
机构
中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室
中国科学院大学
南京理工大学机械工程学院
出处
《岩土工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第3期542-550,共9页
基金
国家自然科学基金项目(51439008)
国家自然科学基金青年基金项目(51809137)
岩土力学与工程国家重点实验室课题(Z017015)。
文摘
为研究岩石微观结构非均质性对宏观力学特性及裂纹扩展规律的影响,结合花岗岩室内单轴试验及矿物晶体模型(Grain-based model, GBM)对岩石的微观矿物结构进行离散元建模,研究了非均质岩石宏观应力-应变曲线、声发射及晶体尺度裂纹扩展规律。通过改变岩石微观结构进一步研究了不同矿物组成条件下岩石宏观力学特性及其变化原因。结果表明:GBM可在考虑岩石微结构及强度非均质的条件下,有效模拟岩石加载过程中宏观及微观力学特性;加载初期,岩石内部晶体尺度裂纹首先以晶间裂纹为主,随后转变为以晶内裂纹为主,且裂纹破坏主要为拉伸破坏,岩石破坏时拉伸裂纹及晶内裂纹与总裂纹占比分别约为93.87%,60.95%;加载过程中,岩石微裂纹首先随机分布在岩石内部,后开始聚集并造成宏观破裂面的出现,且宏观破裂面的形成主要与矿物晶体内裂纹的扩展及聚合有关;随岩石内长石矿物含量的增加,岩石峰值应力与损伤应力整体呈增加的变化趋势,且该变化规律可能与长石矿物内裂纹数增加及云母矿物内裂纹数减小有关;通过矿物晶体模型对岩石微观结构进行模拟并对非均质性所造成的力学特性变化进行微观尺度解释,有利于更好理解岩石非均质性与宏观力学特性的关系。
关键词
非均质岩石
矿物晶体模型
晶体
尺度裂纹
声发射
离散元方法
Keywords
heterogeneous rock
grain-based model
grain-scale crack
acoustic emission
discrete element method
分类号
TU452 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
基于微观岩石力学试验及精确矿物晶体建模的砂岩力学性质及波速分析
2
作者
倪祖甲
乔江美
张俊楷
唐旭海
机构
武汉大学土木建筑工程学院
武汉大学深圳研究院
中国地质大学工程学院
出处
《岩土力学》
北大核心
2025年第6期1865-1880,共16页
基金
国家自然科学基金(No.12172264)
深圳市基础研究专项(No.JCYJ20230807090102006)。
文摘
砂岩作为一种广泛分布的沉积岩,工程应用广泛,从微观尺度出发研究砂岩的宏观物理力学性质具有重要意义。从矿物晶体尺度出发,提出了通过建立数值模型来预测砂岩单轴抗压强度及纵波波速的方法。首先,搭建由光学显微镜、全自动矿物分析仪及纳米压痕仪组成的微观岩石力学试验系统,来获取砂岩的矿物组成、微观结构及主要成岩矿物和胶结矿物的力学参数。然后,基于微观试验结果,建立砂岩的精确矿物晶体模型,通过单轴压缩模拟可以直观地显示矿物中的应力演变过程以及从微裂纹在胶结矿物高岭石和白云母中产生到扩展再到模型整体剪切破坏的全过程;通过波速模拟可以直观地显示纵波在砂岩中的传播特征主要受到微孔隙的影响。研究结果表明:模拟获得的砂岩单轴抗压强度及纵波波速与室内单轴压缩试验及超声波试验的结果相近似,验证了从矿物晶体尺度出发,利用微观岩石力学试验结果建立精确矿物晶体模型来预测砂岩单轴抗压强度及纵波波速的可行性。该方法为砂岩研究提供了从矿物晶体尺度到宏观力学特性的跨尺度分析新视角,为砂岩工程应用及解释地质演化历史提供了理论依据。
关键词
砂岩
微观岩石力学试验
精确
矿物晶体模型
单轴抗压强度
波速
Keywords
sandstone
microscale rock mechanics test
accurate grain-based model
uniaxial compressive strength
wave velocity
分类号
TU458 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
基于PFC-GBM非均质模型的砂岩裂纹演化细观规律研究
被引量：
1
3
作者
张国桥
孙鹏
吴祥业
王婧雅
郭文斌
田宇航
机构
国家能源集团乌海能源有限公司
内蒙古科技大学矿业与煤炭学院
内蒙古自治区矿业工程重点实验室
内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心
内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心
呼伦贝尔学院矿业与化学化工学院
出处
《中国矿业》
北大核心
2024年第9期158-169,共12页
基金
国家自然科学基金项目资助(编号:52264010)
内蒙古自治区“高等学校青年科技人才发展项目”资助(编号:NJYT23065)
内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目资助(编号:2023QNJS096)。
文摘
砂岩作为巷道围岩的重要组成部分,其细观损伤特征直接影响巷道围岩岩层稳定性。不同粒径的砂岩其矿物晶体的结构具有较明显的非均质性,为研究砂岩裂纹演化细观规律,综合运用室内试验、数值模拟及理论分析的方法,以现场巷道围岩钻取的三种不同粒径的砂岩试件为研究对象,基于PFC2D软件构建二维等效晶体模型Grain-Based Model(GBM),从细观角度分析非均质砂岩试件破裂过程裂纹演化规律。研究结果表明:砂岩试件颗粒粒径越小,岩石的总接触数量越多且晶间接触占总接触比例越小,单轴加载过程中岩石产生的声发射信号及裂纹内部产生的裂纹数量越多,岩石试件的单轴抗压强度越大且破坏模式越剧烈;三种不同粒径砂岩试件在裂纹演化规律上具有一致性,单轴加载过程中,砂岩内部裂纹演化顺序为晶间拉伸裂纹、晶内拉伸裂纹、晶间剪切裂纹、晶内剪切裂纹;砂岩各矿物晶体内部产生的裂纹数量与矿物含量成正比,与矿物晶体的强度成反比,矿物强度与单位面积裂纹数量系数Kl成反比;砂岩试样破坏时,拉伸裂纹占总裂纹数量的90%以上,拉伸破坏为砂岩在单轴压缩条件下的主要破坏类型。
关键词
岩石力学
矿物晶体模型
破坏模式
尺寸效应
裂纹演化规律
Keywords
rock mechanic
mineral crystal model
failure mode
size effect
crack evolution law
分类号
TD315 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于矿物晶体模型非均质岩石单轴压缩力学特性研究
刘黎旺
李海波
李晓锋
张国凯
武仁杰
《岩土工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
21
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职称材料
2
基于微观岩石力学试验及精确矿物晶体建模的砂岩力学性质及波速分析
倪祖甲
乔江美
张俊楷
唐旭海
《岩土力学》
北大核心
2025
0
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职称材料
3
基于PFC-GBM非均质模型的砂岩裂纹演化细观规律研究
张国桥
孙鹏
吴祥业
王婧雅
郭文斌
田宇航
《中国矿业》
北大核心
2024
1
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职称材料
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