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Shear failure behaviors and degradation mechanical model of rockmass under true triaxial multi-level loading and unloading shear tests
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作者 Zhi Zheng Ronghua Li +3 位作者 Pengzhi Pan Jinghua Qid Guoshao Su Hong Zheng 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第10期1385-1408,共24页
The redistribution of three-dimensional(3D)geostress during underground tunnel excavation can easily induce to shear failure along rockmass structural plane,potentially resulting in engineering disasters.However,the c... The redistribution of three-dimensional(3D)geostress during underground tunnel excavation can easily induce to shear failure along rockmass structural plane,potentially resulting in engineering disasters.However,the current understanding of rockmass shear behavior is mainly based on shear tests under2D stress without lateral stress,the shear fracture under 3D stress is unclear,and the relevant 3D shear fracture theory research is deficient.Therefore,this study conducted true triaxial cyclic loading and unloading shear tests on intact and bedded limestone under different normal stress σ_(n) and lateral stressσ_(p)to investigate the shear strength,deformation,and failure characteristics.The results indicate that under differentσ_(n)and σ_(p),the stress–strain hysteresis loop area gradually increases from nearly zero in the pre-peak stage,becomes most significant in the post-peak stage,and then becomes very small in the residual stage as the number of shear test cycles increases.The shear peak strength and failure surface roughness almost linearly increase with the increase inσ_(n),while they first increase and then gradually decrease asσ_(p)increases,with the maximum increases of 12.9%for strength and 15.1%for roughness.The shear residual strength almost linearly increases withσ_(n),but shows no significant change withσ_(p).Based on the acoustic emission characteristic parameters during the test process,the shear fracture process and microscopic failure mechanism were analyzed.As the shear stressτincreases,the acoustic emission activity,main frequency,and amplitude gradually increase,showing a significant rise during the cycle near the peak strength,while remaining almost unchanged in the residual stage.The true triaxial shear fracture process presents tensile-shear mixture failure characteristics dominated by microscopic tensile failure.Based on the test results,a 3D shear strength criterion considering the lateral stress effect was proposed,and the determination methods and evolution of the shear modulus G,cohesion c_(jp),friction angleφ_(jp),and dilation angleψjpduring rockmass shear fracture process were studied.Under differentσ_(n)andσ_(p),G first rapidly decreases and then tends to stabilize;cjp,φ_(jp),andψjpfirst increase rapidly to the maximum value,then decrease slowly,and finally remain basically unchanged.A 3D shear mechanics model considering the effects of lateral stress and shear parameter degradation was further established,and a corresponding numerical calculation program was developed based on3D discrete element software.The proposed model effectively simulates the shear failure evolution process of rockmass under true triaxial shear test,and is further applied to successfully reveal the failure characteristics of surrounding rocks with structural planes under different combinations of tunnel axis and geostress direction. 展开更多
关键词 true triaxial shear test Lateral stress effect Acoustic emission monitoring Shear parameters evolution Shear degradation mechanical model
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Intermittent disturbance mechanical behavior and fractional deterioration mechanical model of rock under complex true triaxial stress paths 被引量:4
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作者 Zhi Zheng Hongyu Xu +3 位作者 Kai Zhang Guangliang Feng Qiang Zhang Yufei Zhao 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期117-136,共20页
Mechanical excavation,blasting,adjacent rockburst and fracture slip that occur during mining excavation impose dynamic loads on the rock mass,leading to further fracture of damaged surrounding rock in three-dimensiona... Mechanical excavation,blasting,adjacent rockburst and fracture slip that occur during mining excavation impose dynamic loads on the rock mass,leading to further fracture of damaged surrounding rock in three-dimensional high-stress and even causing disasters.Therefore,a novel complex true triaxial static-dynamic combined loading method reflecting underground excavation damage and then frequent intermittent disturbance failure is proposed.True triaxial static compression and intermittent disturbance tests are carried out on monzogabbro.The effects of intermediate principal stress and amplitude on the strength characteristics,deformation characteristics,failure characteristics,and precursors of monzogabbro are analyzed,intermediate principal stress and amplitude increase monzogabbro strength and tensile fracture mechanism.Rapid increases in microseismic parameters during rock loading can be precursors for intermittent rock disturbance.Based on the experimental result,the new damage fractional elements and method with considering crack initiation stress and crack unstable stress as initiation and acceleration condition of intermittent disturbance irreversible deformation are proposed.A novel three-dimensional disturbance fractional deterioration model considering the intermediate principal stress effect and intermittent disturbance damage effect is established,and the model predicted results align well with the experimental results.The sensitivity of stress states and model parameters is further explored,and the intermittent disturbance behaviors at different f are predicted.This study provides valuable theoretical bases for the stability analysis of deep mining engineering under dynamic loads. 展开更多
关键词 true triaxial static and disturbance test Mechanical properties Failure mechanism and precursor Intermittent disturbance effect Fractional mechanical model
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Microdynamic mechanical properties and fracture evolution mechanism of monzogabbro with a true triaxial multilevel disturbance method 被引量:1
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作者 Zhi Zheng Bin Deng +3 位作者 Hong Liu Wei Wang Shuling Huang Shaojun Li 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期385-411,共27页
The far-field microdynamic disturbance caused by the excavation of deep mineral resources and underground engineering can induce surrounding rock damage in high-stress conditions and even lead to disasters.However,the... The far-field microdynamic disturbance caused by the excavation of deep mineral resources and underground engineering can induce surrounding rock damage in high-stress conditions and even lead to disasters.However,the mechanical properties and damage/fracture evolution mechanisms of deep rock induced by microdynamic disturbance under three-dimensional stress states are unclear.Therefore,a true triaxial multilevel disturbance test method is proposed,which can completely simulate natural geostress,excavation stress redistribution(such as stress unloading,concentration and rotation),and subsequently the microdynamic disturbance triggering damaged rock failure.Based on a dynamic true triaxial test platform,true triaxial microdynamic disturbance tests under different frequency and amplitudes were carried out on monzogabbro.The results show that increasing amplitude or decreasing frequency diminishes the failure strength of monzogabbro.Deformation modulus gradually decreases during disturbance failure.As frequency and amplitude increase,the degradation rate of deformation modulus decreases slightly,disturbance dissipated energy increases significantly,and disturbance deformation anisotropy strengthens obviously.A damage model has been proposed to quantitatively characterize the disturbance-induced damage evolution at different frequency and amplitude under true triaxial stress.Before disturbance failure,the micro-tensile crack mechanism is dominant,and the micro-shear crack mechanism increases significantly at failure.With the increase of amplitude and frequency,the micro-shear crack mechanism increases.When approaching disturbance failure,the acoustic emission fractal dimension changes from a stable value to local large oscillation,and finally increases sharply to a high value at failure.Finally,the disturbance-induced failure mechanism of surrounding rock in deep engineering is clearly elucidated. 展开更多
关键词 true triaxial disturbance test Mechanical properties Fracture evolution mechanism Disturbance-induced damage evolution Failure mechanism and precursor
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Study on fracture propagation behavior in ultra-heavy oil reservoirs based on true triaxial experiments
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作者 LIN Botao SHI Can +2 位作者 ZHUANG Li YOU Hongjuan HUANG Yong 《Petroleum Exploration and Development》 2020年第3期651-660,共10页
As the ultra-heavy oil reservoirs developed by steam assisted gravity drainage(SAGD)in the Fengcheng oilfield,Xinjiang have problems such as huge steam usage,long preheating period,low production,and inaccessible rese... As the ultra-heavy oil reservoirs developed by steam assisted gravity drainage(SAGD)in the Fengcheng oilfield,Xinjiang have problems such as huge steam usage,long preheating period,low production,and inaccessible reserve in local parts.Based on the rock mechanics and porosity/permeability characteristics of heavy oil reservoir and interlayer,a series of true triaxial experiments and CT tests considering the fracturing fluid injection rate,viscosity,perforation density and location of fracture initiation were conducted to disclose the propagation behavior of micro-and macro-fractures in the reservoirs and mudstone interlayers.These experiments show that fracturing in the heavy oil reservoirs only generates microfractures that cannot break the interlayer.In contrast,when fracturing in the interlayer,the higher the injection rate(greater than 0.6 m^3/min),the lower the viscosity,the easier it is to form macro-fractures in the interlayers,and the further the fractures will propagate into the reservoirs.Also,increasing perforation density tends to create complex macro-fracture network in the interbedded reservoirs and mudstone interlayers.The findings of this study can provide scientific guidance for the selection of fracturing layer and the optimization of parameters in the interlayer fracturing of heavy oil reservoirs. 展开更多
关键词 ultra-heavy oil SAGD mudstone interlayer muddy interlayer fracture propagation true triaxial test
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Experimental study of the dynamic mechanical responses and failure characteristics of coal under true triaxial confinements 被引量:4
5
作者 Zhanguo Ma Pengfei Yan +3 位作者 Shixing Cheng Peng Gong Fuzhou Qi Jianguo Wang 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期761-772,共12页
Investigations on the dynamic mechanical properties and failure mechanisms of coal under in-situ stress is essential for the prevention of dynamic disasters in deep coal mines.Thus,a modified true triaxial Hopkinson b... Investigations on the dynamic mechanical properties and failure mechanisms of coal under in-situ stress is essential for the prevention of dynamic disasters in deep coal mines.Thus,a modified true triaxial Hopkinson bar was employed to explore the dynamic mechanical behaviors of coal at different confining pressures(0–20 MPa)and strain rates(40–220 s^(-1)).The results show that the dynamic peak stress is positively correlated with lateral static pre-stressσy andσz,but negatively correlated with axial static prestressσx.At approximate strain rates,increasing the lateral static pre-stress facilitates increasing the dynamic peak stress,but the minimum lateral static pre-stress is the primary factor limiting a significant increase in dynamic peak stress of coal.Furthermore,the dynamic differential stress is linearly related to the logarithm of strain rate,and the peak strain varies linearly with strain rate.However,there is no significant correlation between confining pressure and peak strain.Moreover,X-ray CT images and photographic fracture observations of coal samples show the failure patterns under uniaxial and triaxial conditions are splitting failure and shear failure,respectively.The device provides a viable approach for fully comprehending the dynamic mechanical behaviors of rock-like material in complex stress conditions. 展开更多
关键词 COAL true triaxial SHPB test Dynamic mechanical properties Failure characteristics
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含不同倾角预制结构面的深埋隧洞岩爆发生机制研究
6
作者 吴顺川 张侦锐 +3 位作者 韩龙强 程海勇 李武 傅鑫 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期6-17,共12页
为研究结构面倾角对深埋隧洞岩爆破坏机制的影响,选取云南某深部矿山的深部矿井灰岩,预制成含圆孔的立方体试件(100 mm×100 mm×100 mm,圆孔?=50 mm)模拟地下隧洞结构,利用预制裂隙模拟结构面,使用高速摄像系统监测不同试件的... 为研究结构面倾角对深埋隧洞岩爆破坏机制的影响,选取云南某深部矿山的深部矿井灰岩,预制成含圆孔的立方体试件(100 mm×100 mm×100 mm,圆孔?=50 mm)模拟地下隧洞结构,利用预制裂隙模拟结构面,使用高速摄像系统监测不同试件的岩爆孕育演化过程;利用PFC软件模拟了不同试样的压缩试验,分析了含不同倾角结构面隧洞的破坏模式和应力–应变特征。研究结果表明:结构面使围岩内部应力和能量的传播路径发生了改变,其附近岩体应力集中,使岩爆提前发生;结构面显著增强了岩爆烈度,灰岩中的围岩破坏形式主要表现为剧烈的剪切弹射。随结构面倾角的改变,围岩破坏程度发生变化;当结构面倾角为0°和180°时,围岩破坏程度较弱;当结构面倾角为90°时,隧洞围岩破坏最为严重;结构面倾角对圆形隧洞应力特征影响显著,根据试验数据构建了结构面倾角与圆形隧洞应力特征(σ_(αmax)/σ_(c))间的理论关系式。研究结果可为地下岩体工程灾害防治与岩爆预测等提供参考。 展开更多
关键词 深埋隧洞 结构面 岩爆 真三轴试验 破裂机制
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防冲钻机钻测智能化试验平台研制及初步应用
7
作者 谭健 刘学生 +3 位作者 耿艳峰 付彪 王洪磊 许珂 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期673-684,共12页
为研究钻机钻进参数与围岩参数定量关系,实现冲击地压卸压钻进与预警评价同步,自主研发一套防冲钻机钻测智能化试验平台。该平台由智能钻测试验钻机、大尺度真三轴应力加载系统、计算机控制系统和其他辅助装置等组成。平台能够较好地还... 为研究钻机钻进参数与围岩参数定量关系,实现冲击地压卸压钻进与预警评价同步,自主研发一套防冲钻机钻测智能化试验平台。该平台由智能钻测试验钻机、大尺度真三轴应力加载系统、计算机控制系统和其他辅助装置等组成。平台能够较好地还原现场环境下的岩体力学参数与结构特征,实现随钻参数的实时测量与收集;利用该平台初步开展验证性试验。结果表明:真三轴应力加载系统通过电液伺服系统控制横向与竖向加载液压缸,实现大尺度试件的精确均匀真三轴加载,最大压力达6000kN,可真实再现千米深井围岩应力状态;智能钻测试验钻机在导轨式液压钻机基础上,设计新型高精度传感装置及信号传输模块,实现复杂工况下钻杆钻进过程中近钻头处随钻参数的实时测量与传输;计算机控制系统具有真三轴加载、钻机钻进控制、钻进参数收集等功能,实现钻进与参数采集同步;平台整体结构设计合理,操作简单。研发的试验平台可开展真三轴应力状态下大尺度试件钻进试验,对于研究建立钻机钻进参数与围岩参数定量关系,研发钻进过程中冲击危险性同步智能预警技术,实现围岩稳定性评估并进行同步预警等具有重要意义。 展开更多
关键词 试验平台 冲击地压 真三轴加载 随钻参数 实时测量
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真三轴路径下双线性修正邓肯-张模型研究
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作者 辛葱葱 包磊 +4 位作者 孙融融 王舒 高帅 尹炬尧 姚普静 《西北水电》 2025年第1期87-93,共7页
邓肯-张模型因参数求取简便而被广泛应用,但不适用于非轴对称受力的真三轴应力状态。为论证考虑中主应力影响的邓肯-张模型在真三轴应力状态下的适用性,本文提出一种双线性修正邓肯-张模型以适应这种应力状态下的土体行为,采用西安市某... 邓肯-张模型因参数求取简便而被广泛应用,但不适用于非轴对称受力的真三轴应力状态。为论证考虑中主应力影响的邓肯-张模型在真三轴应力状态下的适用性,本文提出一种双线性修正邓肯-张模型以适应这种应力状态下的土体行为,采用西安市某工地的土样进行真三轴试验,将固结应力设定为50、100、150 kPa,中主应力比值分别为0、0.25、0.5、0.75、1.00。结果表明:随着中主应力比值增加,土体切线模量增大,表明中主应力对剪切变形有显著影响。基于数据建立的双线性修正模型在重塑黄土、原状黄土及应变硬化型重塑砂土预测中准确性高。模型预测的误差与固结应力的大小成反比,与中主应力比值成正比。此模型为工程实际和数值模拟提供了准确可靠的理论支撑,特别是在考虑中主应力影响的真三轴应力状态下土体行为预测中。 展开更多
关键词 邓肯-张模型 真三轴试验 双线性修正 中主应力 应力-应变关系
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复杂应力条件下粗粒料的剪胀性研究进展 被引量:1
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作者 周跃峰 左永振 万航 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第8期104-112,共9页
粗粒料的剪胀性是其强度和变形研究的重要问题之一,它取决于颗粒排列、粒间压力等细微观作用;在宏观层面,受相对密度与应力状态的影响。围绕复杂应力条件下粗粒料的剪胀问题,从粗粒料力学特性的试验研究、粗粒料的剪胀性强度准则以及临... 粗粒料的剪胀性是其强度和变形研究的重要问题之一,它取决于颗粒排列、粒间压力等细微观作用;在宏观层面,受相对密度与应力状态的影响。围绕复杂应力条件下粗粒料的剪胀问题,从粗粒料力学特性的试验研究、粗粒料的剪胀性强度准则以及临界状态与剪胀性方面,对国内外的研究进展进行了系统论述。在此基础上,提出该领域呈现如下发展态势:①通过大型真三轴试验开展粗粒料剪胀率的试验研究与理论分析,能够促进粗粒料本构理论的发展进步;②结合应力路径试验中的应力变形规律研究,可实现从常规三轴条件下向复杂应力条件下的剪胀方程的进一步发展,从而体现强度与变形问题的统一;③采用状态参量去评价土体的松密状态与剪胀性,能够耦合应力状态与孔隙比,尽量避免“一种材料,多组参数”。研究结果表明状态参量和应力路径相结合的方法,使得粗粒料的力学特性研究更加具有科学性和系统性。 展开更多
关键词 粗粒料 剪胀性 真三轴试验 强度准则 状态参量
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基于真三轴卸载试验不同倾角组合煤岩力学特性研究 被引量:3
10
作者 彭岩岩 郦亦凡 +3 位作者 余虎 韩攀嵘 朱淳 何满潮 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第2期1-10,共10页
为深入研究煤炭开采过程中顶板结构面倾角对煤岩力学特性的影响,通过自主研发的地声过程模拟试验系统,开展不同结构面倾角条件下组合煤岩真三轴加卸载试验,并利用声发射探测系统进行监测。研究结果表明:随着结构面倾角的增大,试样的破... 为深入研究煤炭开采过程中顶板结构面倾角对煤岩力学特性的影响,通过自主研发的地声过程模拟试验系统,开展不同结构面倾角条件下组合煤岩真三轴加卸载试验,并利用声发射探测系统进行监测。研究结果表明:随着结构面倾角的增大,试样的破坏强度逐步下降,裂隙发展也逐渐减弱,其破坏形态从张拉剪切破坏逐渐向剪切破坏转变,直至倾角达到40°时,试样整体发生滑移破坏;在卸载破坏前,倾角<30°的试样发生充分的塑性变形,其承载力得到充分发挥,而倾角≥30°的试样达到临界破坏极限时迅速破坏,出现部分或完全滑移破坏;声发射信号集中于卸载破坏阶段,试样的结构面倾角越大,声发射累计计数越少,当倾角达到40°时发生滑移破坏,最大振铃计数大幅下降,对其累计计数略有影响。研究成果可为深入认识顶板结构面倾角引起的卸载破坏机制及矿山安全开采提供参考。 展开更多
关键词 组合煤岩 真三轴试验 结构面倾角 声发射
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真三轴单面卸荷条件下中间主应力对深埋洞室岩爆影响特征
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作者 孙飞跃 郭佳奇 +2 位作者 刘希亮 郝宪杰 王树仁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期220-235,共16页
岩爆灾害已成为国内外深埋洞室建设的重大安全隐患。利用新型真三轴岩爆试验系统,开展了不同中间主应力下“单面侧向卸荷-三向五面受力-竖向持续加载”的室内物理模拟试验,对比分析了不同中间主应力下岩样的弹射破坏过程、破坏形态特征... 岩爆灾害已成为国内外深埋洞室建设的重大安全隐患。利用新型真三轴岩爆试验系统,开展了不同中间主应力下“单面侧向卸荷-三向五面受力-竖向持续加载”的室内物理模拟试验,对比分析了不同中间主应力下岩样的弹射破坏过程、破坏形态特征、声发射特性、碎块特征以及弹射动能等变化规律;基于三维离散元理论和多晶建模技术(随机生成Voronoi矿物晶粒),研究了真三轴单面卸荷条件下岩爆“孕育—发生—发展—破坏”全过程及能量演化特征。研究结果表明:不同中间主应力下岩爆弹射破坏过程可概括为颗粒局部弹射、岩石劈裂成板、板折断裂成块及块片全面弹射;其中,岩石劈裂成板是岩爆孕育过程中必然经历的破坏现象。岩样临空面破坏形态具有相似的多元分区破坏特征,即邻近临空面区域产生以张拉破坏为主的劈裂裂缝,远离临空面区域产生以剪切破坏为主的贯穿性斜裂缝。声发射撞击数演化过程可分为相对平稳阶段、快速上升阶段、整体破坏阶段及平静期阶段。随着中间主应力的不断增大,碎块的弹射动能呈增大的变化趋势。岩爆碎块多以粗粒、中粒与细粒碎块为主,且随中间主应力的增加,微粒碎块质量基本不变,细粒、中粒与粗粒碎块质量则呈平稳增加的趋势。利用考虑颗粒矿物成分的晶体尺度精细仿真模型(CSFM)模拟了岩爆“孕育—发生—发展—破坏”全过程,获得了岩样的应力-应变曲线,其变化趋势与室内试验测试结果基本一致且曲线吻合度较好。弹性应变能的演化曲线大致可分为早期增长速率递增阶段、近似线性增长阶段、屈服平台期间增长速率递减阶段及峰后急剧下降阶段。 展开更多
关键词 深埋洞室 岩爆 中间主应力 真三轴试验 离散元方法
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考虑中间主应力效应的修正Hoek-Brown真三轴强度准则
12
作者 李亚鹏 吴晓锁 +1 位作者 张强 蒋斌松 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期81-89,共9页
为改善Hoek-Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响,通过岩石真三轴试验结果分析了岩石强度的演化规律,引入中间主应力系数,量化分析主应力系数对岩石真三轴强度的影响,考虑Hoek-Brown强度准则中的参数和岩石应力水平间的关联... 为改善Hoek-Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响,通过岩石真三轴试验结果分析了岩石强度的演化规律,引入中间主应力系数,量化分析主应力系数对岩石真三轴强度的影响,考虑Hoek-Brown强度准则中的参数和岩石应力水平间的关联性,提出了基于拉格朗日插值方法的修正岩石真三轴Hoek-Brown强度准则,分析了其空间包络特征。最后,利用7种岩石的真三轴试验数据与其它3种真三轴强度准则进行最优拟合误差分析,探讨了修正强度准则的合理性。研究结果表明:岩石强度随着最小主应力的增加逐渐增大,随着中间主应力的增加则呈现先增大后减小的变化规律,表现出显著的区间效应;修正强度准则不仅能够继承Hoek-Brown强度准则在子午面上的非线性优点,且能够表征岩石强度在应力空间中的基本特性;线性和非线性插值形式的修正强度准则空间包络面分别为非等边的六棱锥面以及能够满足拉压子午面区间连续光滑要求的圆锥面;修正强度准则能够较好地预测岩石真三轴试验强度,较为合理地反映中间主应力对岩石强度的影响;相比于线性插值形式强度准则,二次插值形式强度准则能够提高岩石强度的预测精度1.2~2.0倍;相较于其他真三轴强度准则,修正强度准则对不同硬脆性岩石的真三轴试验结果均具有良好的强度预测精度,体现了修正强度准则的适用性和可靠性。 展开更多
关键词 岩石 HOEK-BROWN强度准则 真三轴试验 中间主应力 拉格朗日插值
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基于离散元的颗粒材料中应变局部化形成与演化研究
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作者 李易奥 周伟 +2 位作者 邹宇雄 王頔 马刚 《中国农村水利水电》 北大核心 2024年第7期196-202,209,共8页
岩土颗粒材料的应变局部化失效问题广泛存在于工程设计应用中,主要表现为介观尺度上的应变局部化现象和宏观尺度上的剪切带产生,目前在微观尺度上的形成机理尚不明确。为了系统研究颗粒集合体的应变局部化的形成与演化过程,通过使用离... 岩土颗粒材料的应变局部化失效问题广泛存在于工程设计应用中,主要表现为介观尺度上的应变局部化现象和宏观尺度上的剪切带产生,目前在微观尺度上的形成机理尚不明确。为了系统研究颗粒集合体的应变局部化的形成与演化过程,通过使用离散单元法(Discrete Element Method,DEM)模拟了指定平面应变加载路径的真三轴试验,获取了宏观和微观尺度上的颗粒材料几何、运动以及力学信息。为了找出表征应变局部化特性的最佳特征量,比较了颗粒温度、波动位移和局部剪胀角等微观指标,发现波动位移在表征应变局部化方面与其他参数相比相关性更好,并选定其作为应变局部化表征变量。为了量化颗粒集合体从应变局部化开始产生到发育完成的具体应变区间,采用莫兰指数对波动位移的空间分布特征进行统计和分析,确定了颗粒集合体在弹塑性转换阶段的发育区间。进一步对颗粒集合体应变局部化发育区间内的波动位移空间分布进行探究,并统计不同空间区域内波动位移的概率密度函数,发现研究区域外部的局部塑性在过渡阶段停止演化,而内部塑性以逾渗模式发展。最终,通过波动位移的空间分布进行聚类分析,获得了描述介观尺度上应变局部化的团簇体模型。该模型可以将颗粒集合体宏观剪切带的形成与发育和单个颗粒的微观塑性发展相联系,刻画颗粒集合体从介观尺度上的应变局部化出现到宏观尺度上剪切带完全形成的演化过程。 展开更多
关键词 颗粒材料 真三轴试验 非仿射变形 应变局部化 离散单元法
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单面卸载条件下深埋圆形洞室围岩岩爆的试验模拟研究
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作者 焉兆熙 刘科伟 +3 位作者 杨家彩 郭腾飞 宋锐涛 王培宇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2437-2449,共13页
为深入研究深部洞室开挖诱发邻近既有洞室围岩岩爆的发生过程和机制,采用真三轴电液伺服诱变试验系统对具有强岩爆倾向性的花岗岩开展试验研究,模拟500 m的三维应力状态。通过卸载洞室围岩单侧荷载模拟邻近洞室开挖,在围岩应力重分布作... 为深入研究深部洞室开挖诱发邻近既有洞室围岩岩爆的发生过程和机制,采用真三轴电液伺服诱变试验系统对具有强岩爆倾向性的花岗岩开展试验研究,模拟500 m的三维应力状态。通过卸载洞室围岩单侧荷载模拟邻近洞室开挖,在围岩应力重分布作用下最终诱发岩爆,试验中借助监测设备实时观测洞壁的破坏现象。试验结果表明:(1)在单面卸载条件下,岩爆过程可分为6个阶段,即卸载后的应力重分布、准备期、第1轮岩屑弹射和剥落、平静期、第2轮岩屑弹射和剥落、剧烈破坏;(2)在卸荷作用的影响下,洞壁岩爆呈现出明显的时空特征和非对称性,表现为卸荷后洞室顶底部率先出现明显裂纹,在随后的持续加载过程中,远离卸载面一侧发生剧烈岩爆并形成沿轴向贯通的V型槽;(3)基于定义的滞后效应系数可知,与三向加载岩爆相比,单面卸载下的洞室岩爆具有更强的突然性,且极易导致洞室的整体垮塌。为预防该类型岩爆,邻近洞室开挖时应及时对既有洞室远离卸载面一侧进行支护和加固处理。 展开更多
关键词 试验模拟 邻近洞室开挖 岩爆 真三轴试验系统 单面卸载
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含层理砂岩真三轴条件下力学特性研究
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作者 高荡 彭俊 +2 位作者 王航龙 王林飞 彭坤 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期349-358,共10页
为了研究层状砂岩的力学特性与各向异性特征,开展了不同层理倾角与不同中间主应力下的砂岩力学试验。对7种不同倾角(0。、15。、30。、45。、60。、75。、90。)的砂岩进行了3个不同中间主应力水平(10、100、160 MPa)的真三轴试验研究,... 为了研究层状砂岩的力学特性与各向异性特征,开展了不同层理倾角与不同中间主应力下的砂岩力学试验。对7种不同倾角(0。、15。、30。、45。、60。、75。、90。)的砂岩进行了3个不同中间主应力水平(10、100、160 MPa)的真三轴试验研究,探讨了层理面倾角对砂岩变形、强度和破坏模式的影响。结果表明,随着中间主应力的增加,砂岩的各向异性逐渐减弱,并趋于各向同性;在高中间主应力的条件下,杨氏模量和破坏角均随各向异性角的增加逐渐增大;峰值强度也受到中间主应力和层面倾角耦合作用的影响;在中间主应力较低的条件下,峰值强度表现出典型的U型变化,随着中间主应力的增加,U型曲线逐渐变得平坦。该研究结果对于指导深埋硬岩工程的设计和施工具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 真三轴试验 中间主应力 各向异性岩石 强度 破坏模式
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高应力巷道围岩板裂-岩爆模拟试验及声发射频域研究
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作者 常新科 吴顺川 +2 位作者 程海勇 代风 张侦锐 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第6期97-110,共14页
为了揭示高应力环境下巷道围岩的板裂-岩爆破坏机制,针对深埋巷道赋存的“高地应力+应力调整”环境,在实验室内对含圆形通孔的灰岩试样进行真三轴试验。试验过程中,采用微型摄像机和声发射监测系统记录试样孔洞产生的宏观破坏现象及其... 为了揭示高应力环境下巷道围岩的板裂-岩爆破坏机制,针对深埋巷道赋存的“高地应力+应力调整”环境,在实验室内对含圆形通孔的灰岩试样进行真三轴试验。试验过程中,采用微型摄像机和声发射监测系统记录试样孔洞产生的宏观破坏现象及其内部微观损伤释放的瞬态弹性波。通过快速傅里叶变换将声发射波形从时域转换到频域,建立了表征频率能量迁移特性的FR参数,重点研究了巷道围岩的板裂-岩爆破坏过程及其对应的声发射频域信息演化规律。研究结果表明:巷道围岩的板裂-岩爆破坏过程可分为平静阶段、小颗粒弹射阶段、板裂剥落阶段和岩爆喷射阶段;在板裂-岩爆过程中,垂直应力引起的张性破坏和水平应力引起的剪性破坏共同作用,导致了“V”形岩爆坑的形成;通过声发射峰值频率和频率质心可将信号进一步分为低频信号、次低频信号、次高频信号和高频信号,分别对应岩石内部不同的裂纹尺度和破坏模式;不同频率信号的共现现象和FR参数的阶跃特征,反映了岩石内部结构的剧烈变化;岩爆的发生主要取决于围岩的应力状态和岩体的储能极限,板裂作为岩爆的充分不必要条件,促进了岩爆的演化。 展开更多
关键词 岩石力学 真三轴试验 板裂-岩爆 声发射 频域信息
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深部直墙拱形巷道围岩板裂破坏的试验研究 被引量:1
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作者 司雪峰 张子龙 宫凤强 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第4期111-125,共15页
为了研究深部直墙拱形巷道围岩板裂破坏特征,利用TRW-3000岩石真三轴电液伺服诱变试验机,对含直墙拱形贯穿巷道的立方体花岗岩试样进行了三向不等压加载试验,并借助微型摄像机实时监控围岩破坏情况。试验结果表明,花岗岩直墙拱形巷道围... 为了研究深部直墙拱形巷道围岩板裂破坏特征,利用TRW-3000岩石真三轴电液伺服诱变试验机,对含直墙拱形贯穿巷道的立方体花岗岩试样进行了三向不等压加载试验,并借助微型摄像机实时监控围岩破坏情况。试验结果表明,花岗岩直墙拱形巷道围岩产生平行于直墙的板裂化结构,呈明显的拉伸破坏特征。随着板裂破坏沿巷道两侧围岩逐渐向深部发展,最终在围岩两侧距拱底(0.20~0.25)h(h为直墙拱形巷道的高度)处形成对称的V型槽。在相同应力条件下,与花岗岩圆形巷道破坏特征相比,直墙拱形巷道围岩初始破坏应力较高,主要表现为静态破坏,产生的岩片较大,呈细长条状,具有明显的层裂现象;而圆形巷道围岩破坏较为剧烈,属于动态破坏,产生的岩片相对较小,但是两种断面产生的岩片均表现出中间厚两边薄的特征。通过对比不同岩性直墙拱形巷道围岩破坏特征发现,花岗岩的破坏较为剧烈,红砂岩的较弱。对于千枚岩直墙拱形巷道,随着层理角度的增加,围岩的破坏模式从平行于层理面的拉伸破坏转变为平行于层理面的剪切滑移破坏,再到穿越层理面的剪切破坏,最后转化为穿越层理面的拉伸破坏。 展开更多
关键词 直墙拱形巷道 板裂破坏 真三轴试验 三维高应力 岩性
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真三轴条件下延安蟠龙地区致密砂岩力学特性试验
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作者 任颖惠 韩进 《石油地质与工程》 CAS 2024年第2期8-12,21,共6页
为了研究不同荷载作用下延安蟠龙地区致密砂岩的强度及变形特征,对致密砂岩开展真三轴试验,研究常规三轴应力下抗压强度与围压的关系,以及真三轴应力下σ_(3)和σ_(2)对致密砂岩强度和变形的影响。研究结果表明,真三轴应力下,σ_(3)和σ... 为了研究不同荷载作用下延安蟠龙地区致密砂岩的强度及变形特征,对致密砂岩开展真三轴试验,研究常规三轴应力下抗压强度与围压的关系,以及真三轴应力下σ_(3)和σ_(2)对致密砂岩强度和变形的影响。研究结果表明,真三轴应力下,σ_(3)和σ_(2)对致密砂岩的强度都起了一定的保护作用,使得岩石的承载能力增强;随着σ_(3)和σ_(2)的增大,岩样的弹性模量和峰值强度均不断增大,峰值应变逐渐减小。σ_(1)-ε_(1)峰值前后曲线陡升陡降,说明研究区致密砂岩具有明显的脆性特征,表明研究区在压裂过程中容易形成压裂缝,有利于非常规油气的开采。该研究对致密砂岩油气开采具有借鉴意义。 展开更多
关键词 真三轴试验 非常规油气 致密砂岩 强度 变形
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不同中主应力条件下粗粒土应力变形特性试验研究 被引量:27
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作者 潘家军 程展林 +3 位作者 余挺 江洎洧 左永振 徐晗 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期2078-2084,共7页
采用长江科学院大型真三轴仪,对粗粒土进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验和平面应变试验,研究了中主应力对粗粒土的应力变形的影响规律。试验结果表明,中主应力比b一定时,应力–应变关系曲线的斜率和峰值强度随着固结压... 采用长江科学院大型真三轴仪,对粗粒土进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验和平面应变试验,研究了中主应力对粗粒土的应力变形的影响规律。试验结果表明,中主应力比b一定时,应力–应变关系曲线的斜率和峰值强度随着固结压力的增大而增加,在低围压条件下,体变关系曲线在加载过程中表现为先剪缩后剪胀的特性,而在高围压下,整个加载过程中表现剪缩的特性;固结压力一定时,随着b值的增大,应力在峰值后的软化现象愈加明显,体变全过程曲线表现出剪胀特征对应的固结压力越来越低,小主应变–大主应变关系曲线的斜率绝对值增大。研究成果可为进一步研究粗粒土的本构模型奠定基础。 展开更多
关键词 粗粒土 真三轴 中主应力 试验 应力应变
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粉细砂的真三轴试验与强度特性 被引量:26
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作者 扈萍 黄茂松 +1 位作者 马少坤 吕玺琳 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期465-470,共6页
采用柔性真三轴仪对上海粉细砂进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验,针对中主应力对粉细砂强度特性的影响进行了系统分析。基于真三轴试验结果对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进,并采用试验结果对强度准则进行验... 采用柔性真三轴仪对上海粉细砂进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验,针对中主应力对粉细砂强度特性的影响进行了系统分析。基于真三轴试验结果对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进,并采用试验结果对强度准则进行验证。结果表明,建立在真三轴试验基础上的强度准则能更准确地反映砂土三维应力状态下的强度特性。 展开更多
关键词 粉细砂 真三轴试验 中主应力 三维 强度
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