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Dynamic characteristics of high stressed red sandstone subjected to unloading and impact loads 被引量:14
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作者 GONG Feng-qiang ZHONG Wen-hui +2 位作者 GAO Ming-zhong SI Xue-feng WU Wu-xing 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期596-610,共15页
In the process of deep projects excavation,deep rock often experiences a full stress process from high stress to unloading and then to impact disturbance failure.To study the dynamic characteristics of three-dimension... In the process of deep projects excavation,deep rock often experiences a full stress process from high stress to unloading and then to impact disturbance failure.To study the dynamic characteristics of three-dimensional high stressed red sandstone subjected to unloading and impact loads,impact compression tests were conducted on red sandstone under confining pressure unloading conditions using a modified split Hopkinson pressure bar.Impact disturbance tests of uniaxial pre-stressed rock were also conducted(without considering confining pressure unloading effect).The results demonstrate that the impact compression strength of red sandstone shows an obvious strain rate effect.With an approximately equal strain rate,the dynamic strength of red sandstone under confining unloading conditions is less than that in the uniaxial pre-stressed impact compression test.Confining pressure unloading produces a strength-weakening effect,and the dynamic strength weakening factor(DSWF)is also defined.The results also indicate that the strain rate of the rock and the incident energy change in a logarithmic relation.With similar incident energies,unloading results in a higher strain rate in pre-stressed rock.According to the experimental analysis,unloading does not affect the failure mode,but reduces the dynamic strength of pre-stressed rock.The influence of confining pressure unloading on the shear strength parameters(cohesion and friction angle)is discussed.Under the same external energy impact compression,prestressed rock subjected to unloading is more likely to be destroyed.Thus,the effect of unloading on the rock mechanical characteristics should be considered in deep rock project excavation design. 展开更多
关键词 deep rock excavation unloading unloading confining pressure three-dimensional high stress strengthweakening effect impact disturbance
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水围压环境下煤的冲击破裂特征及能量耗散规律试验研究
2
作者 王凯 冯国瑞 +1 位作者 白锦文 张俊亮 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第3期467-476,共10页
为研究三轴条件下煤岩体真实冲击破裂过程及能量耗散规律,基于自主研发的多场耦合霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展煤样的可视化试验,研究不同水围压条件下煤样裂纹演化特征,分析煤样动力学指标与冲击速度、应变率和水围压之间的关系,... 为研究三轴条件下煤岩体真实冲击破裂过程及能量耗散规律,基于自主研发的多场耦合霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展煤样的可视化试验,研究不同水围压条件下煤样裂纹演化特征,分析煤样动力学指标与冲击速度、应变率和水围压之间的关系,阐明水围压作用对煤样能量吸收—转化—释放的影响特征。结果表明:水围压环境中,煤体的动态强度呈现明显的应变率效应。水围压与煤体的动态强度之间具有良好的二次函数关系,且随水围压的升高煤样的破坏应变呈递减趋势,破裂模式由轴向劈裂破坏向压剪破坏转变。冲击载荷越大,输入煤体的总能量和用于损伤变形的耗散能越高,煤体的变形程度也愈严重。随着水围压的增大,总输入能呈现逐渐增加的变化趋势,意味着煤体发生破坏时需要外界输入更多能量。 展开更多
关键词 水围压 霍普金森压杆(SHPB) 断裂特征 冲击载荷 能量耗散
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蠕变损伤煤岩分段增幅循环劣化机制
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作者 李杨杨 张士川 +3 位作者 沈宝堂 许亚栋 党金铭 侯嘉琦 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期64-76,共13页
受开挖影响,深部煤岩在高应力长时作用下产生明显的蠕变损伤,在工作面采动作用下已蠕变损伤的煤体突变失稳诱发冲击地压灾害,给深部煤柱安全回采造成了严重威胁。基于长时蠕变-循环载荷-卸围压试验,研究了初始蠕变损伤与循环载荷叠加作... 受开挖影响,深部煤岩在高应力长时作用下产生明显的蠕变损伤,在工作面采动作用下已蠕变损伤的煤体突变失稳诱发冲击地压灾害,给深部煤柱安全回采造成了严重威胁。基于长时蠕变-循环载荷-卸围压试验,研究了初始蠕变损伤与循环载荷叠加作用下煤岩劣化特性的演化规律,分析了循环载荷下不同应力区间煤岩的强度特征及累积损伤特性,探究了循环载荷次数对煤岩蠕变损伤效应的组合作用机制,揭示了蠕变损伤效应下煤岩变形破坏过程中能量的转化机理。结果表明:煤岩在循环载荷低应力区间内受蠕变预损伤效应影响较小,随应力水平区间的上升,煤岩的长时损伤越大且非线性劣化越明显,失稳后的破裂程度越剧烈;当蠕变应力处于弹性阶段内,蠕变可使经历周期载荷煤样在强化到劣化之间存在时长不超过16 h,在高应力区间内劣化作用才得到显著呈现;循环加卸载后期,加卸载变形模量随循环次数剧烈波动,不可逆形变稳定增加,预示煤样处于即将失稳破坏的“临界点”。基于损伤力学理论创建了蠕变与循环载荷叠加作用损伤演化模型,结合试验结果发现长时蠕变后的煤样因内部劣化程度较高,储存的能量较少,应力释放有所缓和,突变失稳现象不明显;煤样储能能力的大小在蠕变损伤时长方面同样存在“临界点”,较长的蠕变损伤时长可使试样存储的可释放弹性能减小,在一定程度上延缓了弹性能的释放,减小了发生动力灾害破坏的范围。研究成果将对减少遗煤长时蠕变诱冲灾害,提高采空区遗煤回采效率,推动矿区生态文明建设具有重要的工程意义。 展开更多
关键词 蠕变 循环载荷 卸围压 损伤煤岩 非线性劣化
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多源煤基固废胶结充填体卸围压变形与损伤破坏试验
4
作者 何祥 魏龙强 +4 位作者 杨科 张通 张村 张子龙 陈焱军 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期163-175,共13页
【目的】将多源煤基固废制备成充填材料进行间隔条带充填开采是绿色采煤的重要手段之一,条带煤柱回采时多源煤基固废胶结充填体(下称“充填体”)的变形破坏规律直接影响采场的稳定性。【方法】选用5种典型固废与水泥混合制备成胶结充填... 【目的】将多源煤基固废制备成充填材料进行间隔条带充填开采是绿色采煤的重要手段之一,条带煤柱回采时多源煤基固废胶结充填体(下称“充填体”)的变形破坏规律直接影响采场的稳定性。【方法】选用5种典型固废与水泥混合制备成胶结充填体,开展充填体试件常规三轴及恒轴压卸围压应力试验,分析2种应力加载路径下充填体应力-应变曲线和破坏特征,探究卸围压过程中变形参数随围压的演变规律,揭示充填体卸荷损伤机制和强度准则。【结果和结论】(1)充填体试件在常规三轴试验中表现为脆性破坏特征,裂隙逐渐发育并在破坏时迅速扩展贯通,在卸围压试验中的脆性破坏特征有所增强,试件破坏之前应变变化值不及破坏时的6.5%。(2)在卸围压过程中充填体试件体积变形由压缩过渡为扩容,变形模量降低量达破坏阶段的10%,泊松比在试件破坏时突破弹塑性材料极限0.5。(3)围压差比随初始围压线性减小,表明高围压环境下充填体更易破坏,损伤因子D演化与泊松比高度同步。(4)Mogi-Coulomb强度准则适用于充填体试件恒轴压卸围压三轴试验,卸荷行为对充填体的黏聚力有弱化效应,而对内摩擦角有强化效应。研究结果为间隔条带充填开采采场稳定性控制提供参考。 展开更多
关键词 三轴卸围压 多源煤基固废 胶结充填体 损伤演化 Mogi-Coulomb强度准则
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深部动压巷道卸-固协同控制技术研究
5
作者 王书刚 熊怀鑫 +4 位作者 孙利辉 刘亮平 白忠 龙亚鑫 秦宇坤 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期57-66,共10页
针对深部动压巷道受高原岩应力、强烈采动应力的双重叠加扰动影响,巷道围岩频繁发生大变形、支护结构失效、反复维修等问题。以云驾岭矿八采区运输平巷受12805下工作面采动影响为工程背景,通过理论分析、岩石力学实验、数值模拟、现场... 针对深部动压巷道受高原岩应力、强烈采动应力的双重叠加扰动影响,巷道围岩频繁发生大变形、支护结构失效、反复维修等问题。以云驾岭矿八采区运输平巷受12805下工作面采动影响为工程背景,通过理论分析、岩石力学实验、数值模拟、现场监测等方法,研究动压扰动下巷道变形破坏规律,分析采动影响下巷道围岩大变形机理,提出扰动源巷道切顶卸压+动压扰动巷道“双壳”加固的联合治理技术。研究结果表明:深井巷道受高应力场和工作面动压扰动等双重叠加应力扰动影响,巷道围岩结构发生不可逆性强度损伤,围岩体应力强度普遍下降,导致动压巷道支护结构大面积失效,巷道围岩发生大变形破坏;扰动源巷道采用切顶卸压后,工作面侧向支承压力影响范围和应力传递强度均大幅度减小,为动压区巷道加强支护提供了稳定的应力环境,动压巷道采用双壳支护后,巷道破碎区岩体强度得到提高,围岩承载能力得到加强,抑制了动压巷道的变形破坏。现场试验结果表明:动压巷道围岩变形量控制在220 mm以内,锚杆(索)最大受力为极限破断力的54.7%,动压巷道围岩变形得到有效控制,锚杆(索)受力均在合理范围内,扰动源切顶卸压+动压巷道“双壳”支护的联合治理方案现场应用效果良好。 展开更多
关键词 开采扰动 循环加卸载 围岩大变形 切顶卸压 双壳支护
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考虑循环围压和加载频率影响的间歇循环荷载作用下软黏土变形特性试验研究
6
作者 黄珏皓 钟宇 +3 位作者 吴佳明 孟超 陈健 付晓东 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第S1期46-50,共5页
列车运行时,下卧土体会经历循环加载和间歇停振阶段,间歇停振阶段的存在会影响土体力学性质。在循环加载阶段,交通荷载引起的土单元应力场中,轴向偏应力和围压循环变化,土体响应频率也不断变化。因此,通过对软黏土开展循环三轴试验,研... 列车运行时,下卧土体会经历循环加载和间歇停振阶段,间歇停振阶段的存在会影响土体力学性质。在循环加载阶段,交通荷载引起的土单元应力场中,轴向偏应力和围压循环变化,土体响应频率也不断变化。因此,通过对软黏土开展循环三轴试验,研究了间歇循环荷载作用下软黏土变形特性,分析了循环加载阶段循环围压和加载频率对软黏土累积轴向变形影响。结果表明,不同试验条件下各加载阶段产生的累积轴向应变增量均随加载阶段而减小,且应变增量的衰减程度与循环围压和加载频率有关,即循环围压的存在使试样各加载阶段产生的累积轴向应变增量衰减程度更为明显,且加载频率越大对应的应变增量衰减程度愈剧烈;与此同时,不同试验条件下应变增量的差异性在第1加载阶段中最为显著,即应变增量随循环围压和加载频率的增大而减小,但这一应变增量差异性在后续加载阶段中则可以忽略不计。结合上述试验结果,提出了一个考虑循环围压和加载频率影响的计算间歇循环荷载作用下软黏土累积应变表达式,且预测结果与实测值较为吻合。上述研究成果有助于加深对间歇循环荷载作用下软黏土动力特性的认知,也可为交通工程的设计工作提供一定技术支撑。 展开更多
关键词 间歇循环荷载 循环围压 加载频率 软黏土 变形特性
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三轴循环荷载下珊瑚砾块灰岩力学特性试验
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作者 蒋雪 孟庆山 +1 位作者 王志兵 李浩明 《桂林理工大学学报》 北大核心 2025年第2期199-205,共7页
为探究循环荷载作用下珊瑚砾块灰岩的力学特性,使用电液伺服三轴试验系统(MTS 815.03)对珊瑚砾块灰岩进行1、2、4、8 MPa下的静态三轴压缩试验与三轴循环荷载试验,从珊瑚砾块灰岩试样应力-应变曲线形态、强度特性及破坏模式等方面进行... 为探究循环荷载作用下珊瑚砾块灰岩的力学特性,使用电液伺服三轴试验系统(MTS 815.03)对珊瑚砾块灰岩进行1、2、4、8 MPa下的静态三轴压缩试验与三轴循环荷载试验,从珊瑚砾块灰岩试样应力-应变曲线形态、强度特性及破坏模式等方面进行了分析。结果表明:围压对珊瑚砾块灰岩存在明显的强化作用,随着围压增大,珊瑚砾块灰岩的峰值强度、残余强度、体积应变明显增大,珊瑚砾块灰岩强度符合Mohr-Coulomb强度准则;三轴及循环荷载作用下珊瑚砾块灰岩破坏后均保持较高的残余强度;在初始较低循环荷载作用下,珊瑚砾块灰岩内部原生孔隙逐渐闭合,过渡到弹性变形阶段与裂纹扩展阶段,随荷载等级升高,裂纹加速演化,岩样逐渐失稳破坏;随着围压和加载频率的增大,破坏模式由劈裂-剪切破坏逐渐向单斜面剪切破坏形式过渡。 展开更多
关键词 珊瑚砾块灰岩 三轴循环荷载 加载频率 围压 岩石力学
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围压卸荷过程中煤体裂隙动态演化及损伤破裂特征 被引量:1
8
作者 雷国荣 李春元 +4 位作者 崔春阳 王嘉敏 李向上 袁红辉 刘化广 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期89-100,共12页
为研究围压卸荷过程中煤体裂隙的动态破裂演化及损伤破裂特征,利用原位加卸载CT扫描系统,开展了煤样CT实时扫描加卸载试验,获取了煤样的卸荷应力–应变曲线,统计分析了围压卸荷过程中煤体内裂隙的二维裂隙率、三维裂隙体积、三维分形维... 为研究围压卸荷过程中煤体裂隙的动态破裂演化及损伤破裂特征,利用原位加卸载CT扫描系统,开展了煤样CT实时扫描加卸载试验,获取了煤样的卸荷应力–应变曲线,统计分析了围压卸荷过程中煤体内裂隙的二维裂隙率、三维裂隙体积、三维分形维数与数量、长度及角度等几何特征的动态演化规律,获得了三维裂隙体积、分形维数与卸荷量的关系,建立了三维裂隙体积与煤体损伤的关系,揭示了围压卸荷过程中煤样剪裂、拉裂损伤的动态演化特征及其对煤体最终破坏形态的影响机制。结果表明:围压卸荷过程中,卸荷应力增大,煤样的轴向应变持续增加;煤样切片层面的裂隙率随卸荷量增大而增加,并存在突增现象;三维裂隙体积、裂隙分形维数、整体损伤变量均随卸荷量增大呈非线性指数增长特征;围压卸荷可导致煤样同时发生剪破裂与拉破裂,两者的损伤程度决定了煤体的最终破坏形态和结构特征。 展开更多
关键词 围压卸荷 CT扫描 裂隙演化 损伤破裂 煤样
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铁路隧道内无砟轨道上拱变形模型及其应用研究
9
作者 赵国堂 李晨曦 +2 位作者 宋慧来 赵磊 赵一馨 《铁道学报》 北大核心 2025年第1期101-111,共11页
隧道在复杂地质和高水压环境下易产生衬砌裂损、渗漏水及隧底变形等病害,尤其是隧底隆起,对铁路安全和轨道平顺性构成威胁。提出水是隧底隆起的源头,基于水致泥岩膨胀与高水压对隧底及衬砌结构局部作用效应,构建隧底结构-荷载模型,并建... 隧道在复杂地质和高水压环境下易产生衬砌裂损、渗漏水及隧底变形等病害,尤其是隧底隆起,对铁路安全和轨道平顺性构成威胁。提出水是隧底隆起的源头,基于水致泥岩膨胀与高水压对隧底及衬砌结构局部作用效应,构建隧底结构-荷载模型,并建立有限元模型分析不同隧底围压下结构变形与层间损伤。计算结果表明:隧底围压增加导致结构层间及施工缝界面黏结失效迅速发展,轨道高低、水平、三角坑不平顺性增大,节段挤出效应显著;双线隧道更易发生显著的结构及轨道变形,单线隧道在相同条件下可减少80%隆起量;仰拱厚度不足加剧结构变形和层间离缝,仰拱隆起与无砟轨道上拱变形呈非线性,双线隧道仰拱厚度不足0.2 m时,结构隆起与上拱变形快速增加,层间黏结破坏的临界围压由厚度0.6 m的1.3 MPa降至厚度0.3 m的0.9 MPa。计算结果验证了结构-荷载模型的科学性,其揭示的隆起与上拱变形规律对铁路设计、建造与运维具有重要作用。 展开更多
关键词 隧道仰拱隆起 隧底围压 结构-荷载模型 轨道上拱变形 层间伤损
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各向异性层状千枚岩渗透率及有效孔隙率试验研究 被引量:3
10
作者 王伟 陈超维 +3 位作者 刘世藩 曹亚军 段雪雷 聂文俊 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期445-451,共7页
采用岩石全自动三轴伺服仪和气体渗透装置,对一种致密的各向异性层状千枚岩开展了气体渗透率及有效孔隙率试验,研究常规三轴压缩和围压循环加卸载2种应力路径下,气体渗透率、有效孔隙率随层理倾角及偏应力的演化规律。结果表明:围压相同... 采用岩石全自动三轴伺服仪和气体渗透装置,对一种致密的各向异性层状千枚岩开展了气体渗透率及有效孔隙率试验,研究常规三轴压缩和围压循环加卸载2种应力路径下,气体渗透率、有效孔隙率随层理倾角及偏应力的演化规律。结果表明:围压相同时,岩样的初始气体渗透率k0随着层理倾角β的增大呈“W”型变化,在β=45°时取最大值;在围压循环加卸载过程中,气体渗透率先随围压的加载而减小,后随围压的卸载而增大,卸载时的气体渗透率小于加载时的渗透率;层状千枚岩有效孔隙率和气体渗透率呈指数关系;平行于层理方向的气体渗透率远大于垂直于层理方向的气体渗透率;岩样有效孔隙率和气体渗透率随偏应力变化经历初始压密阶段、线弹性阶段和塑性变形阶段,随着偏应力的增大,岩样有效孔隙率和气体渗透率先减小,接着保持稳定,最后快速增大,并在岩样应力-应变曲线斜率接近于0时达到最大值。 展开更多
关键词 层状岩石 各向异性 气体渗透率 有效孔隙率 常规三轴压缩 围压循环加卸载
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高渗压与循环加卸载环境下开挖卸荷岩体力学特性试验研究 被引量:6
11
作者 陈兴周 白亚妮 +3 位作者 陈莉丽 马彬 王文瑞 龚盛 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期737-745,共9页
探究高渗压与循环加卸载环境下深部开挖卸荷岩体力学特性的演化规律,有助于揭示复合荷载作用下工程开挖卸荷围岩的变形破坏机理。从区分开挖扰动强度与渗压量级入手,以高渗压环境下遭受开挖扰动的卸荷岩体为对象,开展了考虑特定孔压与... 探究高渗压与循环加卸载环境下深部开挖卸荷岩体力学特性的演化规律,有助于揭示复合荷载作用下工程开挖卸荷围岩的变形破坏机理。从区分开挖扰动强度与渗压量级入手,以高渗压环境下遭受开挖扰动的卸荷岩体为对象,开展了考虑特定孔压与循环荷载复合作用条件下的三轴加卸载试验。结果表明:(1)卸荷量级直接影响循环加卸载过程岩样的变形规律及其破坏强度,孔隙水压促进了岩样循环加卸载过程的拉剪破坏;(2)孔压增幅加剧了同量级卸荷岩样循环加卸载过程的延性变形及强度衰减,且卸荷岩样的轴向、环向与体积变形曲线均在2MPa孔压时产生波动;(3)伴随孔压增加,岩样卸荷量级为30%时的环向变形呈先增加后减小的趋势,而岩样卸荷量级为60%时的环向变形呈现先减小后增加的规律;(4)伴随卸荷量级与孔压增加,岩样破坏时端部裂隙的倾角逐渐增大,沿岩样轴向产生的拉剪破裂面愈加凸显。 展开更多
关键词 深部岩体 开挖卸荷 高渗压 循环加卸载 力学特性
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加卸载花岗岩强度与岩爆倾向性试验研究 被引量:2
12
作者 王云飞 宋梦怡 +3 位作者 焦华喆 王立平 郑晓娟 李志超 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第3期43-52,共10页
为了进一步提高硬性花岗岩岩爆倾向性预测水平,系统开展了花岗岩巴西劈裂、单/三轴和不同卸围压速率应力路径下的岩石力学试验,详细分析了花岗岩强度和岩爆倾向性特征。研究结果表明:花岗岩在主应力σ_(3)–σ_(1)平面内,不同应力路径... 为了进一步提高硬性花岗岩岩爆倾向性预测水平,系统开展了花岗岩巴西劈裂、单/三轴和不同卸围压速率应力路径下的岩石力学试验,详细分析了花岗岩强度和岩爆倾向性特征。研究结果表明:花岗岩在主应力σ_(3)–σ_(1)平面内,不同应力路径下的强度受围压和卸围压速率影响显著,呈带状分布;在τ_(oct)–(σ_(1)+σ_(3))/2平面内,不同加卸载应力路径下的强度都呈良好的线性特征。据此建立了花岗岩八面体强度计算通式,可统一表达不同加卸载应力路径;针对花岗岩硬岩的压密和屈服特性不明显,弹性特性显著的特征,提出了简化剩余弹性能指数岩爆分级法;并依据花岗岩试验岩样破坏形态和破坏声学特征,对已有花岗岩岩爆等级进行了细分。揭示了在相同初始围压下,卸围压速率越大,简化剩余弹性能指数越大,岩爆倾向性越强;相同卸围压速率下,初始围压越大,简化剩余弹性能指数也越大,岩爆倾向性也越强。研究成果可为更科学合理的评估花岗岩岩爆倾向性提供理论参考。 展开更多
关键词 花岗岩 应力路径 岩爆 破坏特征 卸围压强度
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卸围压下弱胶结软岩分数阶蠕变损伤本构模型 被引量:2
13
作者 刘家顺 周妮 +2 位作者 左建平 郑智勇 金佳旭 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2937-2948,共12页
为研究地下硐室开挖卸荷诱发的软岩蠕变损伤特征,以西部矿区弱胶结软岩为研究对象,利用GDS HPTAS开展了分级卸围压蠕变试验,研究了不同含水条件下弱胶结软岩卸围压下蠕变特征和蠕变速率特征。基于稳态蠕变速率倒数的方法,确定了弱胶结... 为研究地下硐室开挖卸荷诱发的软岩蠕变损伤特征,以西部矿区弱胶结软岩为研究对象,利用GDS HPTAS开展了分级卸围压蠕变试验,研究了不同含水条件下弱胶结软岩卸围压下蠕变特征和蠕变速率特征。基于稳态蠕变速率倒数的方法,确定了弱胶结软岩长期强度和含水率的数学指数函数关系。基于蠕变速率曲线特征提出了一种确定衰减蠕变与等速蠕变分界点t_1和等速蠕变与加速蠕变分界点t_2的新方法。引入Riemann-Liouville分数阶积分算子和负时间指数损伤演化变量,定义了非线性损伤Abel黏壶,建立了一个包括弹性元件、黏弹性损伤元件、黏性元件和非线性黏塑性损伤元件的六元件分数阶蠕变损伤本构模型。基于试验结果,采用Trust-Region算法进行了模型参数识别和敏感性分析。结果表明,所建立的模型具有物理意义明确、与试验值吻合度较高等特点,可较为准确地反映开挖卸荷条件下弱胶结软岩蠕变损伤特性,对保障地下工程长期稳定性具有重要的意义。 展开更多
关键词 弱胶结软岩 卸围压 分数阶积分 蠕变损伤本构模型 长期强度
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分级循环卸-加围压下粉砂岩的力学特征
14
作者 苗胜军 段懿轩 +1 位作者 刘春康 卢新爱 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第6期1-8,共8页
针对不同的实际工程,开展不同应力路径的试验来研究岩体的力学特性是解决实际问题的关键。为研究粉砂岩在围压循环卸-加载特殊应力路径下的力学特征,采用MTS815岩石力学测试系统开展不同轴力水平下分级循环卸-加载围压试验,研究不同轴... 针对不同的实际工程,开展不同应力路径的试验来研究岩体的力学特性是解决实际问题的关键。为研究粉砂岩在围压循环卸-加载特殊应力路径下的力学特征,采用MTS815岩石力学测试系统开展不同轴力水平下分级循环卸-加载围压试验,研究不同轴力水平下轴、环向塑性应变及弹性模量的演化特征,并结合耗散能量的计算,分析能量演化与试件变形破坏之间的关系。结果表明:随着循环次数的增加,滞回环向应变增大方向移动,卸-加围压下应力-应变曲线逐渐闭合,滞回环间距整体表现为由“疏”到“密”的变化特征;单一变量时,围压卸载等级越低弹性模量越低,轴力水平越低弹性模量越高,弹性模量受轴力水平和围压卸载等级两种参量共同作用;单次循环中环向塑性应变在数值上总是大于对应的轴向塑性应变,循环卸-加围压特殊应力路径下,高轴力水平下岩石抵抗塑性变形的能力要强于低轴力水平;岩石破坏最终所耗散的总能量与轴力水平一定程度上呈线性正相关。 展开更多
关键词 粉砂岩 循环卸-加围压 塑性应变 耗散能量 岩石力学 应力路径
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活动门试验中土压力盒标定方法
15
作者 李尧 董星 +2 位作者 杜旭超 郭张龙 陈厚先 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第23期10008-10014,共7页
为确保活动门试验结果的准确性,根据试验填土深度的不同,对一批相同型号的电阻式土压力盒进行了垂直方向上的分级加载和卸载标定,并考虑标定装置内壁摩擦力影响,修正了作用在土压力盒上的有效加载和卸载应力。通过对加卸载过程进行离散... 为确保活动门试验结果的准确性,根据试验填土深度的不同,对一批相同型号的电阻式土压力盒进行了垂直方向上的分级加载和卸载标定,并考虑标定装置内壁摩擦力影响,修正了作用在土压力盒上的有效加载和卸载应力。通过对加卸载过程进行离散元模拟,证明有效加载和卸应力修正方法较为合理。标定试验结果表明,加载过程中微应变量-有效应力曲线呈线性变化,可使用线性函数拟合;卸载过程中微应变量-有效应力曲线存在明显的滞后现象,且滞后程度随有效加载应力的增大而增大,可使用单指数曲线拟合。标定土压力盒后,开展了填土试验,结果表明土压力盒不宜在压力过小或填土深度过小时使用。 展开更多
关键词 土木工程 土压力盒 加载标定 卸载标定 离散元模拟 活动门试验
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循环荷载作用下干燥与饱和泥质粉砂岩变形特性及其能量演化规律
16
作者 吴鹏 陈健 +1 位作者 付晓东 黄珏皓 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期195-207,共13页
泥质粉砂岩是岩土工程中常见的亲水性岩石,受水和循环荷载作用力学特性变化显著。因此,系统地研究不同干湿条件下泥质粉砂岩在循环荷载作用下的力学行为对指导工程设计、提高灾害预报的准确性具有重要意义。对湖北十堰泥质粉砂岩干燥与... 泥质粉砂岩是岩土工程中常见的亲水性岩石,受水和循环荷载作用力学特性变化显著。因此,系统地研究不同干湿条件下泥质粉砂岩在循环荷载作用下的力学行为对指导工程设计、提高灾害预报的准确性具有重要意义。对湖北十堰泥质粉砂岩干燥与饱和试样进行了不同频率和围压下的三轴循环加载试验,对比分析了干燥与饱和试样的强度与变形特性以及频率和围压对其力学特性的影响,并从能量角度阐明了泥质粉砂岩在循环荷载下的力学机制。结果表明:(1)与干燥试样相比,饱和试样强度和模量明显下降,滞回圈向应变增大方向移动更明显;(2)干燥试样变形随频率增加较小,而频率增加则会明显加速饱和试样的劣化;(3)较小的围压可限制饱和试样裂隙发展,但围压过大则会加速饱和试样破坏;(4)高频下干燥试样能量消耗率与耗散能小于低频情况,饱和后耗散能随频率增大而增加,低围压下饱和试样耗散能基本不变,围压较大时耗散能增加显著;(5)围压增加,干燥试样破坏形态变为共轭剪切破坏,饱和试样破坏面角度增大。 展开更多
关键词 循环荷载 频率 围压 泥质粉砂岩 饱和
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不同排水条件间歇循环荷载作用下软黏土变形特性试验研究
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作者 黄珏皓 徐临风 +3 位作者 卢渊 晏文隆 陈健 付晓东 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期92-96,共5页
以往研究中通常采用间歇加载循环三轴试验来研究交通荷载作用下软黏土的变形特性。但交通荷载引起的土单元应力场中,水平应力和轴向应力循环变化。而且在循环加载阶段和间歇停振阶段,土体孔隙水均可以排出。因此,通过对软黏土开展两类... 以往研究中通常采用间歇加载循环三轴试验来研究交通荷载作用下软黏土的变形特性。但交通荷载引起的土单元应力场中,水平应力和轴向应力循环变化。而且在循环加载阶段和间歇停振阶段,土体孔隙水均可以排出。因此,通过对软黏土开展两类循环三轴试验,即不排水和部分排水条件下的间歇加载循环三轴试验,研究了间歇循环荷载作用下软黏土变形特性,分析了循环围压和排水条件对软黏土累积轴向变形的影响。试验结果表明,累积轴向应变受循环围压和排水条件影响显著。累积应变增量随加载阶段的增加而减小,但不同循环围压下应变增量的衰减程度不同;在部分排水条件下,应变增量随循环围压增加而增大,而在不排水条件下则下降;另一方面,相较于不排水条件,部分排水条件下应变增量的衰减程度更为显著;同时,不同试验条件下应变增量的差异性在第一个加载阶段中较为明显,而在后续加载阶段中则可以忽略。基于上述试验结果,提出了一个考虑循环围压和排水条件影响的预测间歇循环荷载作用下软黏土累积应变的表达式,预测结果与实测值较为吻合。上述研究成果有助于加深对间歇循环荷载作用下软黏土力学性质的认识。 展开更多
关键词 间歇循环荷载 软黏土 应变增量 循环围压 排水条件
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液氮冻融对饱水煤体力学特性的影响 被引量:1
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作者 齐消寒 谢文坤 +1 位作者 王品 朱同光 《兰州大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期836-843,共8页
利用基于图像测量技术的新型高围压三轴可视测量系统对不同预处理和围压下的煤样进行三轴加卸荷实验.结果表明,在围压3、6、9 MPa时,液氮冻融煤样相较于干燥煤样抗压强度分别下降0.29%、33.93%、91.09%,经饱水后再用液氮冻融处理的煤样... 利用基于图像测量技术的新型高围压三轴可视测量系统对不同预处理和围压下的煤样进行三轴加卸荷实验.结果表明,在围压3、6、9 MPa时,液氮冻融煤样相较于干燥煤样抗压强度分别下降0.29%、33.93%、91.09%,经饱水后再用液氮冻融处理的煤样内部结构损伤更严重,脆性增加.液氮冻融煤样的轴向、径向、体应变值均小于干燥煤样,围压卸载实验的体应变大于轴压加载实验,饱水后再用液氮冻融处理及围压卸载的方式对煤样的致裂增透效果更好.液氮冻融处理后的煤样端面最大裂隙宽度增加220.83%,盒维数增加43.9%,实验后不能保持原有形状,呈块状与粉末状结合体.饱水后再用液氮冻融处理的煤样裂隙发育,内部结构损伤严重. 展开更多
关键词 液氮冻融 轴压加载 围压卸载 结构损伤
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基于伯格斯混杂接触的砂质泥岩加轴压卸围压蠕变细观研究 被引量:1
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作者 李庆文 徐康康 +4 位作者 高翔 潘创创 钟宇奇 聂帆帆 高森林 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第6期44-61,共18页
为了探究不同轴-围增卸比下深部软岩蠕变特性和失稳规律,利用颗粒流程序(PFC^(2D))进行二次开发,并引入一种伯格斯-平行黏结混杂接触,建立了不同开采条件下砂质泥岩细观蠕变模型,基于已有砂质泥岩常规三轴压缩和加轴压卸围压蠕变试验验... 为了探究不同轴-围增卸比下深部软岩蠕变特性和失稳规律,利用颗粒流程序(PFC^(2D))进行二次开发,并引入一种伯格斯-平行黏结混杂接触,建立了不同开采条件下砂质泥岩细观蠕变模型,基于已有砂质泥岩常规三轴压缩和加轴压卸围压蠕变试验验证了细观模型的可靠性,并在此基础上开展了不同加轴压卸围压蠕变应力路径下砂质泥岩细观蠕变特性及能量演化规律研究。研究结果表明:3种轴-围增卸比下砂质泥岩应力-应变曲线均表现为应变硬化特征,峰值偏应力与总裂纹数随轴-围增卸比的增大而增大;设计了3种不同加轴压卸围压细观蠕变应力路径,在相同围压及其卸载速率下,随轴-围增卸比的增大,加速蠕变失稳阶段历时快速减少,轴-径应变极值的差值逐渐增大,且同阶段的轴向稳态蠕变速率也增大;随蠕变时间的增长,放顶煤和无煤柱开采的伯格斯接触占比呈先增加而后减小,保护层开采则呈先缓降后快速减小,且在同蠕变时间时,伯格斯接触占比与线性接触占比均随轴-围增卸比的增加而增长,平行黏结接触占比随轴-围增卸比的增加而下降;在相同围压及其卸载蠕变速率下,卸荷前砂质泥岩总能量以弹性能为主,卸荷后耗散能占主导地位,弹性能耗比初始阶段随轴应变的增加而呈非线性快速增长,后在前3个蠕变阶段呈“锯齿状”缓慢下降至加速蠕变阶段起始点,而后以较大速率突增,且增长速率随轴-围增卸比的增大而逐渐减小。 展开更多
关键词 砂质泥岩 PFC^(2D) 伯格斯-平行黏结接触 加轴压卸围压蠕变 弹性能耗比
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瓦斯压力对卸荷原煤力学及渗透特性的影响 被引量:38
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作者 尹光志 李铭辉 +3 位作者 李文璞 蒋长宝 曹偈 张千贵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1499-1504,共6页
运用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,以原煤煤样作为研究对象,在不同瓦斯压力条件下对含瓦斯煤进行了固定轴向应力的卸围压瓦斯渗流试验,研究卸围压过程中瓦斯压力对煤体的力学及渗透特性的影响。研究结果表明:开始... 运用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,以原煤煤样作为研究对象,在不同瓦斯压力条件下对含瓦斯煤进行了固定轴向应力的卸围压瓦斯渗流试验,研究卸围压过程中瓦斯压力对煤体的力学及渗透特性的影响。研究结果表明:开始卸围压后,煤体出现明显的扩容现象,径向发生明显膨胀应变,煤体中的渗流通道张开,煤体中瓦斯的渗流速率随之加快;随着瓦斯压力的升高,解除单位围压后煤样产生的变形变大,渗流速率升高的速率也随之增大;瓦斯压力越高,煤样从开始卸围压起至破坏的时间越短,即煤体强度越低;在卸围压初始阶段,煤样变形模量变化不大,在进入屈服阶段和失稳破坏阶段后,煤样的变形模量减小的速率开始明显加快。从煤样开始卸围压至破坏之前,煤样的变形模量下降了3.71%~7.45%;煤样的泊松比逐渐增大,围压与泊松比的对应具有较为明显的幂函数关系。 展开更多
关键词 瓦斯压力 卸围压 原煤 力学特性 渗透特性
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