水/超临界CO_(2)对低黏土含量砂岩力学性质影响的试验研究 被引量：1

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作者 吴青钱 石露 +1 位作者 李小春 白冰 《岩土力学》 北大核心 2025年第5期1442-1454,共13页

砂岩是CO_(2)含水层封存中重要岩石类型,其中的黏土矿物吸附CO_(2)或H_(2)O后会发生膨胀,影响岩石的力学性质,进而可能威胁储层的力学稳定性。以一种低黏土含量的石英胶结砂岩为研究对象,分别在干燥、饱和超临界CO_(2)(supercritical CO... 砂岩是CO_(2)含水层封存中重要岩石类型,其中的黏土矿物吸附CO_(2)或H_(2)O后会发生膨胀,影响岩石的力学性质,进而可能威胁储层的力学稳定性。以一种低黏土含量的石英胶结砂岩为研究对象,分别在干燥、饱和超临界CO_(2)(supercritical CO_(2),简称scCO_(2))和饱和H_(2)O条件下进行了三轴压缩试验(孔隙压力恒定为10 MPa),对比分析了不同流体对砂岩的峰值强度、黏聚力、摩擦角及宏微观破坏特征的影响。结果显示,相比于干燥状态,超临界CO_(2)和H_(2)O的存在最大降低了砂岩试样7.61%、18.02%的峰值强度,不同围压水平下超临界CO_(2)对砂岩峰值强度的削弱程度几乎为定值,而H_(2)O的削弱程度随围压先升高后降低。砂岩的黏聚力在饱和超临界CO_(2)和H_(2)O条件下分别降低了12.11%、16.03%,而摩擦角几乎不受流体影响。超临界CO_(2)和H_(2)O都降低了砂岩的破坏角。 展开更多

关键词 CO_(2)地质封存 砂岩 黏土矿物 三轴压缩 力学性质

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结构面拐点对花岗岩隧洞围岩失稳破坏机制影响的试验研究

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作者 陈燕和 明仁贵 +4 位作者 陈东方 龙益彬 陈世杰 朱鑫杰 徐鼎平 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第5期21-32,共12页

受地质运动影响,岩体结构面产状在地应力作用下易发生突变而形成拐点。为探究结构面拐点对隧洞围岩失稳破坏机制的影响,开展了结构面拐点角尖正对隧洞、结构面拐点角尖背对隧洞和无结构面拐点的花岗岩隧洞试样双轴压缩试验,并对比了试... 受地质运动影响,岩体结构面产状在地应力作用下易发生突变而形成拐点。为探究结构面拐点对隧洞围岩失稳破坏机制的影响,开展了结构面拐点角尖正对隧洞、结构面拐点角尖背对隧洞和无结构面拐点的花岗岩隧洞试样双轴压缩试验,并对比了试样的数字图像相关(digital image correlation,DIC)主应变云图、声发射(acoustic emission,AE)特征参数和应力-应变曲线。结果表明:①结构面拐点与隧洞的相对位置显著影响试样的峰值强度、轴向应变率、破坏模式及AE计数率时间分布。相较于无结构面拐点试样,拐点角尖正对隧洞的试样呈现延性破坏特征,其峰值强度无明显变化,但轴向应变率显著增大,且内部破裂信号产生较早;而拐点角尖背对隧洞的试样则呈现脆性破坏特征,其峰值强度降低,轴向应变率减小,内部破裂信号集中于峰值强度达90%时至破坏阶段。②结构面拐点对试样应力分布具有显著影响。拐点角尖正对隧洞区域为应力集中区,背侧为应力分散区;当隧洞位于应力分散区时,靠近结构面一侧的边墙破坏程度降低,另一侧则显著增加;当隧洞位于应力集中区时,靠近结构面一侧的边墙易与结构面拐点形成贯通破坏,另一侧的破坏程度低于无结构面拐点试样。该研究结果可为结构面拐点控制的隧洞工程岩体稳定性分析及破坏模式预测提供参考。 展开更多

关键词 结构面 双轴压缩试验 数字图像相关(DIC) 声发射(AE) 岩石力学 破坏机制

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岩芯自适应连续刻划试验技术研究

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作者 陈石 呼怀刚 +3 位作者 胡大伟 杨福见 周辉 周玉玲 《岩土力学》 北大核心 2025年第10期3302-3314,3328,共14页

快速、准确获取岩石强度参数是安全建设岩体工程的必要前提。常规切割取芯―端面打磨―压缩破碎的制样与试验周期冗长,而岩芯连续刻划试验快捷便利,仅对岩芯表面造成轻微刮擦损伤,能够快速获取岩石的单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力参... 快速、准确获取岩石强度参数是安全建设岩体工程的必要前提。常规切割取芯―端面打磨―压缩破碎的制样与试验周期冗长,而岩芯连续刻划试验快捷便利,仅对岩芯表面造成轻微刮擦损伤,能够快速获取岩石的单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力参数。针对传统固定深度刻划方式无法考虑岩芯表面凹凸起伏的局限性,提出了一种精准感知岩芯表面凹凸特性与刻划深度实时自适应调整技术,并研发了相应的岩芯自适应连续刻划试验装备。基于固定深度、自适应等分、自适应选点3种刻划模式,开展了一系列致密砂岩连续刻划试验。结果表明:以标准压缩试验为对照,自适应刻划测试岩石强度参数的最大误差为10.57%;相比于传统固定深度刻划,自适应等分与自适应选点刻划的单轴抗压强度测试精度分别提升了44.44%、53.09%。此外,讨论了不同刻划模式产生强度测试误差的原因,并明确了尖刀头、钝刀头各自适用的刻划模式与应用场景。岩芯自适应连续刻划试验技术能够在不破坏岩块完整性的情况下较为准确地快速测出强度参数,优化了传统刻划无法保证实际切削深度恒定造成的荷载计量误差,为岩石力学参数快速测试提供了一种简便高效的新技术手段。 展开更多

关键词 岩芯连续刻划 自适应刻划 破碎比能 划痕强度 致密砂岩

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冻融循环作用下尾矿宏观力学损伤与微观结构影响研究

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作者 张超 汤杰 +3 位作者 刘勇锋 马昌坤 陈青林 曾鹏 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期9-17,共9页

目的为揭示冻融循环作用下尾矿的宏-微观损伤机制,开展冻融循环作用下尾矿宏观力学损伤与微观结构影响研究。方法通过三轴固结不排水剪切试验、扫描电镜(SEM)和微米CT扫描试验,研究冻融循环次数对尾矿力学性能和微观结构的影响规律,并... 目的为揭示冻融循环作用下尾矿的宏-微观损伤机制,开展冻融循环作用下尾矿宏观力学损伤与微观结构影响研究。方法通过三轴固结不排水剪切试验、扫描电镜(SEM)和微米CT扫描试验,研究冻融循环次数对尾矿力学性能和微观结构的影响规律,并建立宏观力学损伤与微观结构演化的关联机制。结果结果表明:冻融循环导致尾矿宏观力学特性显著劣化,峰值抗剪强度经1次冻融后降幅达13.35%;5~10次冻融循环阶段的峰值强度下降率为8.8%;10~15次循环阶段峰值降幅减小至3.9%。经15次冻融循环后,黏聚力与内摩擦角分别降低50.9%,59.3%。冻融循环作用导致尾矿颗粒棱角磨损及形态圆润化,形状因子由1.38下降至1.34;孔隙分形维度从1.55增至1.64,孔隙率由8.9%上升至16.91%,其中连通孔隙占比从4.68%显著提升至15.51%.研究进一步揭示了孔隙率与抗剪强度呈非线性负相关,内摩擦角随颗粒形状因子增大呈指数增长规律。结论研究结果可为冻土区尾矿库稳定性分析及灾害防控提供参考。 展开更多

关键词 尾矿 冻融循环 力学损伤 微观结构

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基于跨孔声波探测技术的高地应力软岩隧道围岩扰动演化规律研究

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作者 杨朝帅 洪开荣 +1 位作者 黄兴 刘永胜 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第S1期42-50,共9页

为揭示深部高地应力软岩隧道在开挖支护过程中围岩扰动的演化规律,以渭武高速木寨岭隧道为依托工程,选取桩号ZK220+020~+090作为监测段,通过从先行隧道向后行隧道施打2个平行钻孔,采用跨孔声波探测技术,监测获取后行隧道围岩波速随径向... 为揭示深部高地应力软岩隧道在开挖支护过程中围岩扰动的演化规律,以渭武高速木寨岭隧道为依托工程,选取桩号ZK220+020~+090作为监测段,通过从先行隧道向后行隧道施打2个平行钻孔,采用跨孔声波探测技术,监测获取后行隧道围岩波速随径向深度和与掌子面距离的变化特征,反演分析隧道掘进过程围岩扰动时空演化和施工工序影响规律。研究结果表明:1)在时间上,围岩受到大幅度扰动主要集中在开挖前5 d到开挖后10 d,反映出掌子面距离对围岩扰动的影响;2)在空间上,软岩隧道中掌子面开挖支护对围岩的扰动在纵向的影响范围约为1.25D(15 m,D为隧道开挖直径)、径向约为2.08D(25 m);3)在不同施工工序作用下,根据对围岩的扰动程度可以将施工工序分为上台阶与中台阶、下台阶与仰拱开挖2个扰动阶段,其中,上、中台阶开挖阶段对围岩的扰动程度最大。 展开更多

关键词 高地应力软岩隧道 围岩扰动 跨孔声波 时空演化规律 施工工序 双行隧道

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考虑不同凸起体宽度的规则形态土-岩界面剪切试验研究

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作者 杨烜宇 王勇 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期195-204,共10页

界面力学行为是岩土工程领域的研究热点问题,其中土-岩接触面作为广泛存在于各类地质体中的界面,其力学行为与工程稳定和地质灾害发育密切相关。几何形态是影响土-岩界面力学行为的重要因素,以不同形态的土-岩接触面为对象,通过3D打印... 界面力学行为是岩土工程领域的研究热点问题,其中土-岩接触面作为广泛存在于各类地质体中的界面,其力学行为与工程稳定和地质灾害发育密切相关。几何形态是影响土-岩界面力学行为的重要因素,以不同形态的土-岩接触面为对象,通过3D打印技术还原了天然接触面形态,并分别打印了含矩形接触面、锯齿状接触面以及弧形接触面的基岩模具,制备了含不同界面形态的土-岩试样。在此基础上,开展了室内剪切试验,研究了不同凸起体宽度下,规则界面形态对试样剪切行为的影响。研究发现:(1)相同材料中,天然界面具有明显的剪切峰值,规则界面无显著的峰值。凸起体宽度占比低于35%时,弧形界面剪切强度最大,其次为锯齿状界面,矩形界面的剪切强度最低;当凸起体宽度占比超过35%,锯齿状界面剪切强度最大,其次为弧形界面,矩形界面的剪切强度最低。并且随着凸起体宽度的增加,剪切强度逐渐增大。(2)界面的黏聚力按照从大到小排序为锯齿状>弧形>矩形,内摩擦角按照从大到小排序为矩形>锯齿状>弧形。(3)含凸起体界面在剪切过程中有两个剪切面,位于土-岩界面的主剪切面和凸起体中的次剪切面,次剪切面是造成不同形态界面剪切行为差异的主要原因。 展开更多

关键词 土-岩界面 剪切强度 几何形态 破坏机制

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冲击荷载作用下岩石动态拉伸破坏特征及细观机制

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作者 李晓锋 李海波 +1 位作者 刘黎旺 傅帅旸 《岩土力学》 北大核心 2025年第8期2387-2398,共12页

了解岩石动态抗拉特性对于研究岩体工程在爆破和地震荷载作用下的动态响应具有重要意义。结合超高速相机和数字图形相关技术(digital image correlation,DIC)对花岗岩开展冲击劈裂试验。通过电测应变法和超高速相机判断了巴西圆盘试样... 了解岩石动态抗拉特性对于研究岩体工程在爆破和地震荷载作用下的动态响应具有重要意义。结合超高速相机和数字图形相关技术(digital image correlation,DIC)对花岗岩开展冲击劈裂试验。通过电测应变法和超高速相机判断了巴西圆盘试样的应力平衡和中心起裂条件。采用超高速DIC方法分析了微秒时间尺度上岩石变形场演化,并结合偏光镜试验讨论了晶体尺度上的材料率效应机制。结果表明:花岗岩的抗拉强度随应变速率的关系存在3个分区,II区满足统一动态强度模型,其特征应变率和动增长系数分别为48.3 s^(−1)和0.97,且平均破碎尺寸并不随应变率的增加而显著变化;残余动能占耗散能比值为23%~47%。在晶体尺度上,细观破裂主要以穿晶裂纹、弯折裂纹、裂纹簇聚成带和晶体粉碎化等形式出现。随着应变率增加,岩石的破坏过程发生从中心起裂到边界失效转变,当应变率超过一定值,应力平衡和中心起裂条件失效,动态抗拉强度随应变速率增加反而降低,导致试验条件的有效性存在偏差,试验结果需审慎评估。 展开更多

关键词 岩石力学 冲击荷载 率效应机制 统一强度模型 破碎演化

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高应力层状碎裂硬岩巷道渐进破裂与大变形机制的模拟分析

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作者 谢振坤 邱士利 +3 位作者 李邵军 江权 李铁平 荆留杰 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第5期1-14,共14页

高应力层状碎裂硬岩巷道因多尺度非均质与非连续结构特性,在开挖卸荷作用下易诱发渐进破裂与大变形灾害,威胁施工安全。为揭示此类巷道的渐进破裂与大变形机制,以中国某金属矿山为背景,开发并应用了三维黏结块体损伤本构模型(bonded blo... 高应力层状碎裂硬岩巷道因多尺度非均质与非连续结构特性,在开挖卸荷作用下易诱发渐进破裂与大变形灾害,威胁施工安全。为揭示此类巷道的渐进破裂与大变形机制,以中国某金属矿山为背景,开发并应用了三维黏结块体损伤本构模型(bonded block damage model, BBDM),该模型耦合了块体单元错断与结构面接触损伤机制,能更真实地模拟碎裂岩体的渐进破坏过程。基于该模型理论,融合现场结构面识别数据,建立了包含离散裂隙网络的层状碎裂硬岩巷道合成岩体模型(synthetic rockmass model, SRM),系统模拟了巷道围岩开挖损伤演化全过程。结果显示:巷道拱脚位置受层状结构面影响,形成薄层状弱化区,并在挤压应力作用下发生持续性挤出变形(位移量达40 mm);巷道顶拱V形破坏区岩块出现拉伸损伤特征,并向临空面产生阶段性滑移(位移量达23 mm);结构面损伤积累导致围岩完整性丧失,进而诱发了围岩渐进破裂与大变形破坏,模拟结果与现场破坏特征一致。研究通过所建立的BBDM-SRM数值模型,明确了高应力层状碎裂岩巷道大变形的结构面控制机制,可为同类工程支护设计优化提供理论依据。 展开更多

关键词 高应力层状碎裂硬岩巷道 渐进破裂 大变形机制 节理本构 合成岩体模型

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干热岩裂隙对流换热系数计算新方法

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作者 郑志伟 刘先珊 +5 位作者 白冰 雷宏武 张天成 于明智 孙梦 黄子宣 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第4期12-23,共12页

在干热岩地热开发中,综合换热系数是评价裂隙流体换热性能的关键参数。针对现有计算方法多依赖裂隙面温度分布的假设与简化,且缺乏统一评价标准的问题,建立了一种更精确的综合换热系数计算方法,并对主流公式进行了评价。采用数值模型直... 在干热岩地热开发中,综合换热系数是评价裂隙流体换热性能的关键参数。针对现有计算方法多依赖裂隙面温度分布的假设与简化,且缺乏统一评价标准的问题,建立了一种更精确的综合换热系数计算方法,并对主流公式进行了评价。采用数值模型直接获取裂隙表面温度分布数据,并提出了新的综合换热系数计算方法(公式E),同时给出了换热系数的经验公式F;基于数值模拟数据和试验数据,对各公式(A~F)进行了评价;将公式F嵌入数值模拟程序中进行了现场尺度的换热数值模拟,进一步验证了公式F的有效性。结果表明:公式E、F均具有较高计算精度和适用性;在所有工况中,现有公式A、D与新提出的公式E、F的变化趋势相似,计算结果较为接近且未出现异常值,表现出良好的稳定性和可靠性;作为一种独立的补充关系,公式F可直接嵌入数值模拟程序中有效模拟现场尺度的流体换热。 展开更多

关键词 换热系数 干热岩 数值模拟 裂隙

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水弱化作用下某露天矿富含节理岩质边坡稳定性分析

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作者 杨涛 张秀丽 田湖南 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第3期188-196,共9页

随着金属露天矿开采深度的持续增加,节理岩质边坡在水-力耦合作用下的稳定性问题日益凸显,尤其在降雨频繁区域,水弱化效应引发的边坡失稳已成为矿山重大地质灾害的主要诱因。以某金属露天矿岩质边坡为研究对象,采用边坡变形监测、节理... 随着金属露天矿开采深度的持续增加,节理岩质边坡在水-力耦合作用下的稳定性问题日益凸显,尤其在降雨频繁区域,水弱化效应引发的边坡失稳已成为矿山重大地质灾害的主要诱因。以某金属露天矿岩质边坡为研究对象,采用边坡变形监测、节理现场调查、节理水弱化试验和节理有限元模拟等方法,深入探讨了水弱化作用对边坡变形破坏演化的影响。结果显示:边坡变形呈现出推移式特征,其变形曲线可划分为缓慢变形、匀速变形和加速变形3个阶段,具有明显的阶跃式演化特征,与降雨之间存在较强的相关性,边坡失稳模式主要表现为顺倾滑移和楔形体破坏;节理的强度特性具有显著的水弱化效应,其中黏聚力的弱化效应显著高于内摩擦角,黏聚力的弱化率约为50%,而内摩擦角的弱化率则不超过20%;在降雨入渗条件下,节理逐渐饱和,导致抗剪强度随之降低,使得边坡稳定性逐渐降低,当节理强度弱化程度超过0.8时,边坡整体失稳,出现大规模变形破坏,变形体上部边界基本呈平面状,由顺倾节理J1所主导,而下部则呈现曲面状,由2组节理交错形成。研究成果定量揭示了节理水弱化效应与边坡失稳之间的内在关联,可为露天矿边坡稳定性评价、矿山地质灾害防治提供科学依据。 展开更多

关键词 岩质边坡 稳定性分析 变形破坏 水弱化作用 节理有限元模拟

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走滑应力特征下川南深层页岩高温真三轴压裂物理模拟试验

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作者 刘宇鹏 常鑫 +4 位作者 杨春和 郭印同 侯振坤 李双明 贾长贵 《岩土力学》 北大核心 2025年第10期3104-3116,共13页

当前深层页岩已成为页岩气探勘开发的主阵地,渝东南地区作为我国页岩气开发的主战场,其独特的高温、层理发育和走滑应力地质特征导致水力压裂缝高扩展受限,严重阻碍了页岩气的增产改造。基于此,开展温度-结构-应力三控机制影响下的真实... 当前深层页岩已成为页岩气探勘开发的主阵地,渝东南地区作为我国页岩气开发的主战场,其独特的高温、层理发育和走滑应力地质特征导致水力压裂缝高扩展受限,严重阻碍了页岩气的增产改造。基于此,开展温度-结构-应力三控机制影响下的真实页岩大尺寸真三轴物理模拟压裂试验,系统探究了温度、压裂液黏度、注入排量和地应力差等关键参数对压裂改造效果的影响机制,并采用分形维数计算方法,对储层水力压裂改造效果进行了定量评估。研究结果表明:三控机制作用下,压后缝网形态呈现扁平化特征,热冲击活化层理诱导裂缝转向,显著抑制缝高扩展;应力差增大、采用高黏压裂液和大注液排量施工可促进裂缝穿层扩展。高温环境虽弱化岩石破裂强度,但会增强岩石塑性特征,导致延伸压力升高;压裂液黏度对延伸压力呈非线性调控,中等黏度可平衡滤失效应与黏滞阻力,实现延伸压力优化。储层整体改造效果分析表明,高温和大排量泵注显著提升缝网分形维数,暂堵压裂技术对促进体积改造和提高缝网复杂度效果显著。热冲击引发弱面张性扩展,且在裸眼段生成大量微裂纹,采用暂堵压裂工艺可重构流体能量分布,有效沟通未被利用的裂缝系统。 展开更多

关键词 深层页岩 走滑应力 层理 水力压裂 物理模拟

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强烈构造区硬梁包水电站地下洞室群围岩变形破坏特征与泸定地震响应分析

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作者 刘健 夏勇 +5 位作者 江权 陈涛 贺维国 范国刚 熊先涛 郑虹 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2265-2280,共16页

中国西部地区地质构造强烈、岩体赋存环境复杂,使得大型地下洞室群建造过程中面临围岩变形突变、破坏模式多样的严峻挑战。为此,围绕大渡河流域的硬梁包水电站地下洞室群,总结了中高应力下地下洞室群的典型应力-结构型破坏模式,分析了2... 中国西部地区地质构造强烈、岩体赋存环境复杂,使得大型地下洞室群建造过程中面临围岩变形突变、破坏模式多样的严峻挑战。为此,围绕大渡河流域的硬梁包水电站地下洞室群,总结了中高应力下地下洞室群的典型应力-结构型破坏模式,分析了2022年“9·5”泸定地震对地下洞群围岩稳定性的影响,最后提出围岩应力-结构型破坏工程控制策略。研究表明:(1)3大洞室开挖后90%监测点围岩变形值小于100 mm,开挖变形服从对数正态分布;(2)开挖卸荷下硬梁包地下洞室围岩一般变形曲线为平缓台阶式状增长,但围岩劣化会引起围岩变形的跃迁式增长,单日变形量超过90 mm,突出反映了硬梁包花岗岩硬、脆、杂的变形特征;(3)锚索荷载总体呈现正态分布特征,锚索荷载较大部位与变形较大部位对应;(4)9.5泸定地震对3大洞室影响整体较小,但是对于应力集中区或不连续面附近的支护结构易造成不利影响;(5)地下洞室开挖存在浅层破坏频发、深层破坏处置难成本高的挑战,破坏模式上存在应力型、结构型以及应力-结构型破坏并存,以应力-结构型破坏为主。针对硬梁包地下洞室群围岩破坏问题,提出地下洞室支护的“保压-增强”原理,实践并验证了“精细爆破+快速喷砼+适时预应力锚杆”抑制浅层围岩劣化、“细分层+大吨位预应力锚索”抑制中深层围岩劣化的控制策略,可为中国西部大型地下洞室建造提供参考。 展开更多

关键词 地下洞室 地震响应 围岩变形 破坏模式 控制策略

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非饱和花岗岩残积土的小应变剪切模量特性与其持水特征曲线确定方法

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作者 尚召伟 孔令伟 +3 位作者 鄢俊彪 高志傲 王斐 黎澄生 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1131-1140,共10页

持水特征曲线是研究非饱和土强度、变形及渗流特性的基础,室内直接测量持水特征曲线复杂耗时。为快速准确获取花岗岩残积土的持水特征曲线,开展了不同含水率原状花岗岩残积土的共振柱试验,研究了非饱和花岗岩残积土的小应变剪切模量特性... 持水特征曲线是研究非饱和土强度、变形及渗流特性的基础,室内直接测量持水特征曲线复杂耗时。为快速准确获取花岗岩残积土的持水特征曲线,开展了不同含水率原状花岗岩残积土的共振柱试验,研究了非饱和花岗岩残积土的小应变剪切模量特性,并分别基于双应力状态变量最大剪切模量预测模型和单应力状态变量最大剪切模量预测模型反演了花岗岩残积土的持水特征曲线。研究表明:含水率对花岗岩残积土小应变剪切模量影响显著,剪切模量随着含水率的增大而减小,随围压的增大而增大;基于双应力状态变量最大剪切模量预测模型反演的持水特征曲线与压力板试验获得的结果较为一致,并通过试验数据检验了双应力状态变量最大剪切模量预测模型的准确性,讨论了模型的力学机制。利用共振柱试验不仅能够直接研究非饱和花岗岩残积土的小应变剪切模量特性,还可以通过反演法确定花岗岩残积土的持水特征曲线,为持水特征曲线的获取提供了一种新途径。 展开更多

关键词 原状花岗岩残积土 共振柱试验 小应变剪切模量 非饱和土 持水特征曲线 反演分析

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基于FM-CM-FCE的深埋TBM隧道岩爆预警方法

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作者 肖华波 赵龙翔 +4 位作者 陈靖文 石伟明 肖枫 刘仕勇 邓益 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第5期66-79,共14页

岩爆灾害已成为制约深部工程安全建设的关键因素。针对深埋全断面隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)隧道岩爆影响因素复杂、量化困难、指标权重自适应性弱、模糊评价隶属度随机性不足等问题,建立了一种深埋TBM隧道岩爆预警方法。首... 岩爆灾害已成为制约深部工程安全建设的关键因素。针对深埋全断面隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)隧道岩爆影响因素复杂、量化困难、指标权重自适应性弱、模糊评价隶属度随机性不足等问题,建立了一种深埋TBM隧道岩爆预警方法。首先,基于多个深埋TBM隧道工程案例建立数据库;接着,运用相关系数法、互信息法和ReliefF算法等过滤式方法(filter method,FM)特征选择技术,筛选并构建了岩爆多源预警指标体系;然后,提出了基于相关性理论的权重自适应调整与动态更新机制,并结合云模型(cloud model,CM)和模糊综合评价(fuzzy comprehensive evaluation,FCE)理论,建立了模糊隶属云模型;最后,将该方法应用于中国西部某深埋TBM隧道,以验证其准确性。结果表明,该预警方法能显著提升岩爆风险预测准确率,可为深埋TBM隧道施工安全提供技术支撑。 展开更多

关键词 全断面隧道掘进机(TBM) 岩爆预警 过滤式方法(FM) 模糊综合评价(FCE) 云模型(CM)

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深部开采覆岩结构面演变过程孔壁图像数字式描述方法

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作者 汪进超 邹俊鹏 +2 位作者 李生海 王超 李晓斌 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第6期212-222,共11页

【目的】随着我国矿产资源开采活动日益向地球深部拓展,确保深部资源的安全、高效开采已成为国家层面亟需攻克的重大战略科技难题。掌握深部环境下采动岩层运动规律,有助于提升矿山灾害智能防控水平,保障深部资源安全高效开采。【方法... 【目的】随着我国矿产资源开采活动日益向地球深部拓展,确保深部资源的安全、高效开采已成为国家层面亟需攻克的重大战略科技难题。掌握深部环境下采动岩层运动规律,有助于提升矿山灾害智能防控水平,保障深部资源安全高效开采。【方法】针对深部开采过程中覆岩结构面复杂多样的表现形式,以及缺少具有针对性的结构面演变过程描述方法的研究现状,提出深部开采覆岩结构面演变过程的孔壁图像数字式描述方法,首先,在充分利用孔壁岩体结构图像信息的基础上,提出能够反映结构面空间形态和空间位置信息的特征点描述方法,实现覆岩结构面三维空间数字化;随后,根据结构面的典型演变特征,分别构建包含线性移动演变、扭转移动演变和厚度演变3类特征的覆岩结构面演变过程特征描述体系;最后,结合实际案例进行详细分析,相较于传统单一的图像描述方式,体现提出方法在关键区域演变过程精细化描述的优越性。【结果和结论】提出的深部开采覆岩结构面演变过程描述方法能够以三维点云坐标的方式呈现深部不同位置岩体结构面的演变特征,相较于传统的图像展示,空间特征点散点云图中变化过程更为明晰,能够实现关键区域演变过程的更精细化描述,有利于快速搜索岩移的典型特征区域,能够为揭示矿山开采过程中内部岩移变化规律提供更加便捷的数字基础,是矿山开采岩层移动过程研究的一种新型演变过程数字式描述技术手段。 展开更多

关键词 深部开采 覆岩结构 岩层移动 孔壁图像 演变过程 特征描述

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循环荷载作用下拱肩非连续面-洞室模型损伤破裂机制试验研究

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作者 江浩 李仁杰 +3 位作者 王立波 陈卫兵 于生飞 张胜 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第5期33-46,共14页

含非连续面的地下洞室在循环荷载作用下的渐进破坏机理是岩石工程领域的关键科学问题之一。采用室内试验与数值模拟相结合的研究方法,系统探究了拱肩非连续面-洞室模型在循环荷载作用下的强度特性与变形机制。综合运用声发射(acoustic e... 含非连续面的地下洞室在循环荷载作用下的渐进破坏机理是岩石工程领域的关键科学问题之一。采用室内试验与数值模拟相结合的研究方法,系统探究了拱肩非连续面-洞室模型在循环荷载作用下的强度特性与变形机制。综合运用声发射(acoustic emission,AE)、电阻率测试和数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术,实现了对模型损伤演化过程的多维度同步监测。结果表明:非连续面的存在显著弱化了洞室结构的承载性能,其抗压强度随非连续面与洞室间距的增大及倾角的增大而提高;完整洞室模型的破坏模式主要表现为拱顶沉降及边墙片帮破坏,而含非连续面洞室模型的破裂行为受控于非连续面倾角,相同倾角条件下破裂模式具有相似性,且随非连续面与洞室间距的减小,结构整体破坏程度显著加剧;电阻率值随加载过程呈持续下降趋势,并伴随荷载波动呈现规律性变化,声发射活动在加载初期表现较弱,临近峰值强度时呈现显著活跃特征;非连续面几何参数对声发射事件演化规律影响较小,但对裂纹类型分布具有显著控制作用,即小倾角非连续面以张拉裂纹为主导,而大倾角非连续面则更易发育剪切裂纹。试验结果较好地再现了非连续面-洞室模型的裂纹扩展过程,为揭示其破裂机制提供了可靠依据,可为非连续面影响区地下洞室工程的稳定性评价与灾害防控提供理论支撑。 展开更多

关键词 物理模型 非连续面-洞室 地下洞室 电阻率 声发射(AC) 数字图像相关(DIC)

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基于三相孔隙介质模型的地震动传播特性研究

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作者 杨艳霜 闫磊 +4 位作者 张占荣 刘永莉 崔臻 彭剑承 亢兆鹏 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1109-1121,共13页

研究地震动在软土层中的传播特性对建筑物抗震设防具有重要现实意义。根据地震动在离心振动台试验中的衰减特性,将获取的土样重塑成35%、45%、55%含水率的土样并进行常规物理试验。通过宏细观参数对比来设定模型中颗粒之间的团簇形态和... 研究地震动在软土层中的传播特性对建筑物抗震设防具有重要现实意义。根据地震动在离心振动台试验中的衰减特性,将获取的土样重塑成35%、45%、55%含水率的土样并进行常规物理试验。通过宏细观参数对比来设定模型中颗粒之间的团簇形态和颗粒之间黏结的切法向刚度、摩擦系数、泊松比、阻尼比等参数,并引入质量阻尼β_(n)和刚度阻尼k_(n)来限制颗粒的运动状态,调节颗粒运动中的碰撞。依据不同含水率常规物理试验结果修正三相孔隙介质地层模型的细观参量,以研究在地震荷载下不同含水率的软土对峰值加速度传播衰减效应的影响。研究结果表明,在不同地震动条件下,峰值加速度在30m深度段,软硬分层土质中呈现出先缓慢衰减后急剧衰减再回弹上升的变化规律。随着含水率增加,深度30~8m地层内峰值加速度衰减倍率在2.33~2.70区间内增加;而深度8~0m地层对应放大倍率则在1.60~1.23区间内减小。反应谱周期0.2~1.1s对应中低频率范围,加速度值呈现增加趋势,在周期1.1~2.0s内对应的是高频率范围,加速度值普遍呈现减小趋势,这与高频衰减效应一致。通过数值模拟与理论分析对比验证,初步探明了不同含水率条件下地震动在近地表的传播放大规律,为评估地震灾害风险及提升地震防护提供了理论依据。 展开更多

关键词 地震波 放大效应 离散元 峰值加速度 含水率

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考虑初衬-二衬界面效应下隧道地震易损性研究

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作者 赵武胜 周帅 +3 位作者 解佩瑶 高厚 秦长坤 陈卫忠 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期477-490,共14页

准确分析隧道的地震易损性是高烈度区隧道工程震害风险管控的前提。复合式衬砌结构在强震区隧道工程中广泛应用,但已有隧道地震易损性分析方法未考虑含防水板初衬-二衬界面的非连续力学行为。为此,开展了含防水板初衬-二衬混凝土界面的... 准确分析隧道的地震易损性是高烈度区隧道工程震害风险管控的前提。复合式衬砌结构在强震区隧道工程中广泛应用,但已有隧道地震易损性分析方法未考虑含防水板初衬-二衬界面的非连续力学行为。为此,开展了含防水板初衬-二衬混凝土界面的直剪试验,建立了界面的接触力学模型及仿真程序;采用增量动力有限元分析方法研究了复合式衬砌隧道的地震易损性。结果表明:直剪过程中,随着剪切位移的增加,界面剪应力先后经历线性增长、非线性增长、损伤演化下降及摩擦滑移4个阶段。防水板降低了界面的刚度与强度。当界面法向应力处于0.3~2.0 MPa区间时,抗剪强度随法向应力呈线性增长,摩擦角约23.7°,黏聚力约0.18 MPa。地震过程中防水板起到了缓冲和吸收变形作用,考虑初衬-二衬界面处位移的非连续效应后,隧道不同损伤等级下直径变形率的阈值增加。忽略初衬-二衬界面效应会低估隧道的抗震性能。研究结果可为高烈度区复合式衬砌隧道的震害风险评价提供参考。 展开更多

关键词 复合式衬砌 界面 防水板 地震易损性 增量动力分析

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昼夜温差循环对黄土土柱水汽迁移影响机制与数值模拟研究

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作者 胡梦玲 王治文 +2 位作者 陈豪 宫建华 匡智彬 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第6期2572-2582,共11页

为明确昼夜温差循环作用对不透水汽覆盖层下黄土土柱水汽迁移的影响机制,以我国西北地区的黄土为研究对象,搭建水汽迁移土柱模型试验装置,开展边界加热条件下土柱水汽迁移试验,获得了有覆盖层情况下土柱温湿度分布规律;并采用COMSOL数... 为明确昼夜温差循环作用对不透水汽覆盖层下黄土土柱水汽迁移的影响机制,以我国西北地区的黄土为研究对象,搭建水汽迁移土柱模型试验装置,开展边界加热条件下土柱水汽迁移试验,获得了有覆盖层情况下土柱温湿度分布规律;并采用COMSOL数值软件建立水热耦合土柱水汽迁移计算模型,模拟了夏季30 d昼夜温差循环作用导致覆盖层下土柱湿化现象,进一步预测了60 d昼夜温差循环作用对土柱湿度的影响。研究结果表明:白天持续加热使土柱温度升高,温度沿深度从高到低基本呈线性分布,夜晚停止加热12 h后,土柱温度会降低到接近初始温度,土柱中部温度略高于顶部和底部。含水率方面,在顶部封闭条件下,土柱顶部含水率在昼夜温差作用下不断往复变化,白天持续加热作用使土柱顶部含水率减小,最大减幅为1.5%,夜间低温因锅盖效应含水率增大,最大增幅为1.4%;除顶部外,土柱上部含水率大于初始含水率,最大增幅接近3%;下部小于初始含水率,最大减幅为1.9%。从模拟结果可知,第30 d和第60 d土柱含水率变化基本趋于稳定,分别在白天加热结束时刻和夜晚停止加热结束时刻处于动态平衡;进一步分析可得到覆盖层下路基湿化将导致路基性能劣化,诱发开裂和下沉等病害。研究结果对于保障道路长期安全稳定性具有重要意义。 展开更多

关键词 昼夜温差循环作用 水汽迁移 土柱模型 水热耦合 数值模拟

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壳聚糖协同EICP固化/稳定化石墨尾矿性能及机制研究

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作者 杜常博 张程玮 +5 位作者 梁冰 易富 张相国 李江山 孙琦 黄惠杰 《岩土力学》 北大核心 2025年第10期3143-3156,共14页

酶诱导碳酸盐沉淀(enzyme-induced calcite precipitation,简称EICP)技术是用于土体力学性质改善与重金属污染物控制的新兴技术。然而,不同粒径尺寸石墨尾矿渗透特性的差异导致矿化稳定性和修复效果显著不同。利用生物聚合物协同EICP技... 酶诱导碳酸盐沉淀(enzyme-induced calcite precipitation,简称EICP)技术是用于土体力学性质改善与重金属污染物控制的新兴技术。然而,不同粒径尺寸石墨尾矿渗透特性的差异导致矿化稳定性和修复效果显著不同。利用生物聚合物协同EICP技术对石墨尾矿进行固化/稳定化,基于力学强度和环境效应双重角度探讨壳聚糖(chitosan,简称CTS)在不同粒径尾矿生物矿化中的应用潜力,结合扫描电镜、红外光谱及X射线衍射分析揭示影响尾矿固化/稳定化的内在机制。结果表明:CTS-EICP有效克服了传统EICP技术在尾矿固化/稳定化中因粒径减小而效果显著降低的局限性;当CTS掺量为1.5%时,粒径小于75μm尾矿试样的抗压强度和CaCO_(3)含量分别较EICP处理提升了210.29%和150.1%;处理后尾矿浸出液pH值稳定在7.81~8.36,重金属离子浓度降低率在89.59%~100%。CTS通过脲酶稳定机制促进碳酸盐晶体形成,晶体嵌入CTS分子交联形成的三维网络,构建了“尾矿-CTS-碳酸盐-CTS-尾矿”复合屏障结构。研究成果有望为EICP作用于不同粒径石墨尾矿固化/稳定化提供有益借鉴。 展开更多

关键词 酶诱导碳酸盐沉淀(EICP) 壳聚糖(CTS) 石墨尾矿 粒径 力学强度 环境效应

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