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基于Grasselli模型的一个新的岩石节理三维粗糙度指标 被引量：12
1
作者 陈曦 曾亚武 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期700-712,共13页
岩石节理粗糙度是影响岩体剪切力学特性和渗流特性的关键因素。为了获得一个具有各向异性特征且能够反映节理剪切机制的三维粗糙度指标,采用三维激光扫描仪对4组砂岩节理开展了形貌扫描试验,结合Grasselli模型的思想,提出了一个新的三... 岩石节理粗糙度是影响岩体剪切力学特性和渗流特性的关键因素。为了获得一个具有各向异性特征且能够反映节理剪切机制的三维粗糙度指标,采用三维激光扫描仪对4组砂岩节理开展了形貌扫描试验,结合Grasselli模型的思想,提出了一个新的三维粗糙度指标θ_(R)^(*)。为了验证新指标的合理性,将其与其他3种模型进行了对比,分析结果表明:相较于Grasselli模型、Liu模型以及Tian模型,新模型与形貌测试结果更加吻合。首次提出了迎剪侧视倾角密度函数的概念,并发现Liu模型实质上遵循Weibull分布。相较于Grasselli模型、Liu模型以及Tian模型的理论密度函数,新模型的密度函数与试验实测结果更加吻合,从而证明了新模型的合理性。新的粗糙度指标更为简单,仅考虑迎剪侧视倾角的作用,量纲和物理意义明确,且和节理的粗糙度呈正相关,试验结果也表明新指标能够较好的反映节理粗糙度的各向异性。 展开更多
关键词 岩石力学 节理 粗糙度指标 Grasselli模型 各向异性
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一种新的表征岩石节理粗糙度指标系统 被引量：14
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作者 班力壬 戚承志 +3 位作者 单仁亮 陶志刚 姜宽 程阳 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期3356-3363,共8页
基于长方体微凸体两种破坏模式提出了等效高差概念来反映微凸体几何参数对剪切强度贡献比例。不同剪切方向的等效高差分布不同可反映节理剪切方向性。进而提出了基于等效高差的节理三维粗糙度指标系统,其中平均等效高差表征了不同破坏... 基于长方体微凸体两种破坏模式提出了等效高差概念来反映微凸体几何参数对剪切强度贡献比例。不同剪切方向的等效高差分布不同可反映节理剪切方向性。进而提出了基于等效高差的节理三维粗糙度指标系统,其中平均等效高差表征了不同破坏形式的微凸体对强度的贡献,也可反映节理面的起伏方向性;分形维数表征了不同尺度粗糙度的关系,可从尺度上全面描述节理面信息,并且也可表示剪切方向性。最后基于三维测量系统获取了节理面离散点坐标值并计算出新指标系统具体数值,验证了指标系统可以描述剪切方向性,同时克服了采样间距的影响。新指标系统物理意义明确,可反映不同微凸体对强度贡献比例。 展开更多
关键词 节理剪切强度 长方体微凸体 岩石形貌 粗糙度指标 分形理论
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考虑真实接触微凸体的岩石节理三维粗糙度指标 被引量：9
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作者 班力壬 戚承志 +3 位作者 李晓照 靳天伟 李惊涛 姜宽 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期4052-4061,共10页
节理在压剪作用下,仅仅是一小部分较陡微凸体发生接触而相互作用。以往在描述粗糙度时是考虑整个形貌面微凸体的分布特点,这使得所得粗糙度指标弱化了较陡微凸体作用而强化了较平缓微凸体对剪切强度的作用(实际上大多平缓微凸体在剪切... 节理在压剪作用下,仅仅是一小部分较陡微凸体发生接触而相互作用。以往在描述粗糙度时是考虑整个形貌面微凸体的分布特点,这使得所得粗糙度指标弱化了较陡微凸体作用而强化了较平缓微凸体对剪切强度的作用(实际上大多平缓微凸体在剪切过程中未接触)。为考虑实际接触节理的粗糙度,基于Grasselli视倾角分布函数研究了不同视倾角的面积比含量,分析了较陡接触微凸体对节理抗剪强度的作用。对于完全耦合的并且没有填充物的节理,当承受法向荷载时,节理少部分接触微凸体会发生弹性变形,在最初接触的微凸体部分会发生屈服。随着法向应力继续增加,会有更多的微凸体相互接触并发生屈服,这一过程会连续发生直至相互接触的微凸体面积足够大能够承受给定法向荷载的作用。因此,所有接触微凸体中的最小倾角为在一定荷载作用下刚好屈服的微凸体的倾角。对于岩石节理在法向应力下的剪切问题,实际接触面积可以近似认为是作用在节理面上法向荷载除以岩石的单轴抗压强度。考虑实际接触部分节理微凸体分布特征,获取了实际接触节理微凸体平均有效视倾角,得到了合理的三维粗糙度指标。采用巴西劈裂试验方法获取岩石节理面,扫描并获取了节理形貌坐标数据,用以研究节理表面粗糙度。节理峰值剪胀角反映了在某一法向应力下节理的剪切性质,并且可以准确的反映节理峰值抗剪强度。对比分析了实际接触节理粗糙度与节理峰值剪胀角趋势变化,结果表明节理粗糙度新指标可以与节理峰值抗剪强度很好地联系起来。 展开更多
关键词 粗糙度指标 节理峰值抗剪强度 接触理论 节理形貌面 微凸体
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岩石节理粗糙度新指标及新的JRC确定方法 被引量：13
4
作者 班力壬 戚承志 +3 位作者 燕发源 刘源 朱淳 陶志刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1059-1065,共7页
为使二维粗糙度指标能够反映岩石节理形貌的方向特征,同时可以克服采样间距取值对粗糙度指标大小的影响。将岩石节理面划分为一系列连续的长方体微凸体,提出一种确定长方体微凸体计算长度的计算模型。通过平均同一剪切方向上长方体微凸... 为使二维粗糙度指标能够反映岩石节理形貌的方向特征,同时可以克服采样间距取值对粗糙度指标大小的影响。将岩石节理面划分为一系列连续的长方体微凸体,提出一种确定长方体微凸体计算长度的计算模型。通过平均同一剪切方向上长方体微凸体的计算高度提出了一个新的描述形貌面粗糙度的指标c。指标c是由长方体微凸体2种破坏模式结合一种确定长方体计算长度的模型得到,可以将节理几何特征与剪切强度结合起来,进而将节理粗糙度与节理剪切强度结合起来,这就为考虑剪切方向性的岩石节理剪切强度公式的提出提供可能。粗糙度指标c可以将形貌面客观定量表示,同时具有方向性,即剪切方向不同时对应的c不同。以标准JRC曲线为例,基于图像分割技术提取了标准JRC曲线坐标信息,阐述了粗糙度指标c的计算过程。在某一测量间距下获取的粗糙度指标不足之处是比该测量间距较小的粗糙度将被掩盖,而小尺度的粗糙对于抵抗剪切的贡献不应被忽略。通过计算不同采样间距的粗糙度指标c,发现指标c随着采样间距增大而呈幂函数形式减小,显示具有分形特征。基于分形思想,提出可同时反映节理形貌面各向异性并且不受测量尺度影响的粗糙度评价系统。分析了粗糙度描述系统指标与JRC之间的关系,证明该描述系统指标可与节理剪切强度建立良好的关系。 展开更多
关键词 节理剪切强度 长方体微凸体 岩石节理形貌 粗糙度指标 分形理论 测量尺度
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基于多目标优化的微铣削表面粗糙度检测指标研究 被引量：2
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作者 李文琴 许金凯 +3 位作者 于化东 张向辉 刘启蒙 于占江 《航空制造技术》 2020年第19期66-72,共7页
针对微铣削表面形貌复杂而难以准确评价的问题,提出了一种基于三维表征的表面粗糙度检测指标。首先,在主成分分析的基础上,基于灰色关联分析方法将表征意义不同的三维表面粗糙度参数Sa、Ssk和Sku转化为单一的灰色关联度作为表面粗糙度... 针对微铣削表面形貌复杂而难以准确评价的问题,提出了一种基于三维表征的表面粗糙度检测指标。首先,在主成分分析的基础上,基于灰色关联分析方法将表征意义不同的三维表面粗糙度参数Sa、Ssk和Sku转化为单一的灰色关联度作为表面粗糙度检测指标;其次,利用响应曲面法建立灰色关联度模型,分析工艺参数对灰色关联度的影响规律;最后,获取最优工艺参数组合并进行验证。结果表明,灰色关联度模型的平均相对误差为6.54%,拟合精度高,预测效果好,验证了模型的有效性;获取的最优工艺参数组合对应的灰色关联度提高了15.27%,实现了表面粗糙度和表面异常特征最小化的目的,证明了检测指标的可行性。 展开更多
关键词 表面微加工 多目标优化 灰色关联分析 响应曲面法 三维表面粗糙度 表面粗糙度检测指标
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基于3D打印技术复制砂浆节理的剪切试验及峰值抗剪强度模型 被引量：6
6
作者 班力壬 戚承志 +4 位作者 薛耀东 燕发源 姜宽 李惊涛 朱柄宇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期643-650,共8页
为进一步研究节理三维形貌特征与节理峰值抗剪强度的关系,首先采用巴西劈裂试验获取了自然劈裂岩石表面,通过三维扫描技术获取了节理面形态的高精度点云,通过逆向建模得到了自然岩石表面的立体模型,结合3D打印技术制作出了与自然岩石表... 为进一步研究节理三维形貌特征与节理峰值抗剪强度的关系,首先采用巴西劈裂试验获取了自然劈裂岩石表面,通过三维扫描技术获取了节理面形态的高精度点云,通过逆向建模得到了自然岩石表面的立体模型,结合3D打印技术制作出了与自然岩石表面一致的PLA模具,以3D打印获得的底模通过水泥砂浆浇筑了含有自然结构面形貌的相似节理面试样。PLA模具与复制材料差异较大,复制材料在凝结过程中不易与PLA模具黏结,进而使脱模过程较为方便,不会破坏节理面。同时PLA模具可重复进行相似材料复制工作,具有可重复使用的优点。然后进行了具有5组形貌面的20个水泥砂浆节理面在4种不同法向荷载情况下的结构面剪切试验,得到了结构面剪切位移-荷载曲线。研究了结构面峰值抗剪强度、峰值位移、剪切刚度影响因素。节理经过剪切后形貌面出现不同程度的磨损,其磨损范围与等效高差分布范围基本一致,并且在等效高差为剪断破坏模式且成片的区域磨损较为严重。在新粗糙度指标基础上提出了新的峰值抗剪强度模型,经试验对比显示出新模型的有效性。在新模型基础上提出了一个简化模型。对比发现新模型简化后其计算精度较新模型有所降低但由于所需参数减小计算较为方便,新模型简化结果精度虽然有所下降但是还是比Barton公式精度高。 展开更多
关键词 粗糙度指标 节理峰值抗剪强度 节理剪切试验 节理形貌面
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基于综合评价的SiC_(p)/Al磨削表面质量试验 被引量：6
7
作者 赵旭 巩亚东 +1 位作者 张伟健 韩冰 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期329-339,共11页
目的针对高体积分数SiC_(p)/Al加工表面缺陷复杂多样,提出其表面质量综合评价方法,研究磨削参数对SiC_(p)/Al磨削表面质量的耦合影响规律,优化加工工艺。方法基于SiC_(p)/Al磨削加工表面缺陷,提出粗糙度综合指标SR为主、表面形貌为辅的... 目的针对高体积分数SiC_(p)/Al加工表面缺陷复杂多样,提出其表面质量综合评价方法,研究磨削参数对SiC_(p)/Al磨削表面质量的耦合影响规律,优化加工工艺。方法基于SiC_(p)/Al磨削加工表面缺陷,提出粗糙度综合指标SR为主、表面形貌为辅的表面质量综合评价方法,采用全因子试验方法分析低、高进给速度工况下主轴转速和磨削深度对表面质量的影响规律。借助Abaqus软件揭示SiC_(p)/Al磨削表面形成机理,解释试验结果。结果小切深(a_(p)为5mm和20mm)时,粗糙度综合指标SR随着主轴转速n_(s)的增加而先递减再增大;大切深(a_(p)为40mm和80mm)时,SR随着n_(s)的递增而递减或近似递减。低主轴转速(n_s为2000 r/min和4000 r/min)时,SR随着磨削深度a_p的增加(a_(p)由5mm递增到80mm)而先增大再减小而后又增加;高主轴转速(n_(s)为6000 r/min和8000 r/min)时,SR随着a_p的增加而先增加再低进给量时减小或高进给量时增加。获得最佳磨削表面质量的最优磨削参数是:进给速度v_(f)=50 mm/min,磨削深度a_(p)=5mm,主轴转速n_(s)=6000r/min。兼顾磨削效率和表面质量的最优磨削参数是:v_(f)=50mm/min,a_(p)=80mm,n_(s)=8000 r/min。结论表面质量综合评价方法的可靠性较高,主轴转速和磨削深度对表面质量的影响具有耦合性,减小磨削深度、采用适当主轴转速有助于改善表面质量。 展开更多
关键词 高体积分数SiC_(p)/Al 磨削 表面质量 粗糙度综合指标 全因子试验
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