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受加载速率影响花岗岩破坏试验及前兆研究
1
作者 殷志强 韩宁 +5 位作者 齐潮 张驰 张永坤 刘浩 章新生 曹坤 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期194-204,共11页
为研究受加载速率效应影响深部硬岩巷道围岩失稳破坏过程中各阶段破裂响应机制,对花岗岩开展了五种不同加载速率的试验并配以声发射监测系统,分析了变加载速率下花岗岩试件各应力阶段的破裂演化特征、力学参数、声发射参数的变化规律,... 为研究受加载速率效应影响深部硬岩巷道围岩失稳破坏过程中各阶段破裂响应机制,对花岗岩开展了五种不同加载速率的试验并配以声发射监测系统,分析了变加载速率下花岗岩试件各应力阶段的破裂演化特征、力学参数、声发射参数的变化规律,并基于声发射振幅集中度曲线Γ的变化规律,获得花岗岩失稳破坏前兆的预警信息。结果表明:加载速率越大,试件破坏所需时间越短且破坏越烈;试件峰值强度,弹性模量与加载速率呈现出良好的正相关性,当加载速率超过0.1kN/s时二者增幅均减缓,峰值强度增幅由26.00%下降至6.50%,弹性模量增幅由35.60%下降至12.00%,峰值应变与加载速率呈现出良好的负相关性;声发射活动度呈现明显的阶段性增长,AE振铃计数呈现出指数增长,AE能量信号逐渐由“孤震型”向“群震型”转化;声发射b值随加载时间总体呈现出“W”型变化,试件破坏时声发射b值随加载速率的升高而降低,由0.47(0.02kN/s)降至0.30(0.50kN/s),该现象表明加载速率越大,试件的破裂尺度越大,试件破坏的越彻底;RA-AF散点数据在各应力阶段分布特征表明,加载速率越大,试件内部剪切裂纹随发育越好;振幅集中度曲线Γ在震荡上升阶段和骤然上升阶段之间的斜率突变点定义为变加载速率下花岗岩试件的临界损伤因子,该点可作为岩石失稳破坏前的预警信息。 展开更多
关键词 花岗岩 加载速率效应 破裂演化特征 声发射 破坏前兆
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锚固角度对节理岩体动态压剪响应的影响研究
2
作者 殷志强 张驰 +3 位作者 张志雄 齐潮 章新生 曹坤 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第2期163-172,共10页
为探究锚固角度对贯通节理岩体动态力学特性和锚固体破坏行为的影响。利用分离式霍普金森压杆系统,对锚固角度为15°、30°、45°、60°和75°的全锚节理岩体进行动载冲击试验,分析不同锚固角度下锚固岩体动态应力... 为探究锚固角度对贯通节理岩体动态力学特性和锚固体破坏行为的影响。利用分离式霍普金森压杆系统,对锚固角度为15°、30°、45°、60°和75°的全锚节理岩体进行动载冲击试验,分析不同锚固角度下锚固岩体动态应力应变、锚固锚杆应变与锚固基体滑移压剪行为。结果表明:随锚固角度的增加,锚固体峰值应力呈先增大再减小的趋势,分别为15.8、18.1、20.9、24.7和23.3 MPa,在锚杆抵抗压剪作用下锚固体的动态应力应变曲线呈“双峰”形态;在岩体压剪行为下锚杆轴向应变呈降低趋势,冲击瞬间锚杆应变率随角度的增加出现下降,45°锚固角度下位于节理面左右侧的应变片所监测的应变幅值接近;锚固体受载端沿冲击方向位移呈现逐渐减小趋势,分别为4.84、1.71、1.40、1.01和0.84 mm,锚杆抵抗锚固基体沿节理面压剪滑移的能力逐渐增强。 展开更多
关键词 锚固角度 贯通节理 应力 锚杆应变 滑移压剪
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考虑动态拉压比影响的岩石损伤本构模型
3
作者 胡学龙 汪亦显 +4 位作者 尹作明 张明 郭盼盼 殷志强 张向阳 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期53-64,共12页
基于连续介质损伤力学,建立了一个弹塑性损伤耦合的岩石动态本构模型。该模型以统一强度理论作为屈服准则,并引入动态拉压比充分反映应变率效应;采用有效塑性应变和体积塑性应变表示压损伤变量和用有效塑性应变表示拉损伤变量从而反映... 基于连续介质损伤力学,建立了一个弹塑性损伤耦合的岩石动态本构模型。该模型以统一强度理论作为屈服准则,并引入动态拉压比充分反映应变率效应;采用有效塑性应变和体积塑性应变表示压损伤变量和用有效塑性应变表示拉损伤变量从而反映拉压条件下岩石不同的损伤演化规律;采用分段函数来刻画岩石拉压条件下的不同塑性硬化行为;基于Fortran语言和LS-DYNA用户材料自定义接口(Umat)对所建立的本构模型进行数值实现;通过岩石单轴和三轴压缩试验、岩石单轴拉伸试验和岩石弹道试验等三个经典算例对所建立的本构模型展开验证。结果表明,该本构模型能全面刻画岩石的动静态力学行为。 展开更多
关键词 本构模型 损伤 拉压比 应变率
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爆破扰动高应力巷道围岩力学响应特征研究 被引量：6
4
作者 常聚才 齐潮 +4 位作者 殷志强 史文豹 吴博文 王拓 高翔 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1-13,共13页
为研究深井厚硬顶板采场巷道围岩在高静载和强动载耦合作用下的力学响应,基于相似模拟试验分析原岩应力、采动应力及爆破扰动三阶段的巷道围岩应力场与位移场,结合光纤环向应变场研究巷道围岩破坏特征,探索爆破扰动应力波在不同煤岩体... 为研究深井厚硬顶板采场巷道围岩在高静载和强动载耦合作用下的力学响应,基于相似模拟试验分析原岩应力、采动应力及爆破扰动三阶段的巷道围岩应力场与位移场,结合光纤环向应变场研究巷道围岩破坏特征,探索爆破扰动应力波在不同煤岩体中的传播规律及巷道动力响应机制。研究结果表明:巷道开挖后顶底板卸压明显,两帮产生应力集中区,采动应力阶段应力集中区范围增加50%,爆破后顶板围岩沿垮落角大范围卸压,应力沿巷道左肩窝逆时针逐渐增大;浅部巷道围岩呈现向自由面膨胀–变形,受巷道肩窝处剪切滑移错动影响,锚杆、锚索支护场产生相反的位移量,应力波扰动后,巷道左帮产生拉伸裂纹并与锚杆支护场连成宏观裂纹,裂纹发育高度大于锚杆支护场高度;巷道围岩顶底板呈现明显的张拉破坏特征,左右肩角呈现张拉及剪切复合破坏形式;应力波由小阻抗介质进入大阻抗介质的衰减速度最快,在同种介质中衰减速度次之,由大阻抗介质进入小阻抗介质中应力波峰值反而增大,应力波峰值强度衰减后仍大于巷道顶板极限抗拉强度,导致巷道围岩大变形失稳并产生一定程度的动力响应。基于应力波连续穿过层状岩体理论模型,结合动静载叠加理论,可优化爆破参数从而实现减冲抗冲主被动联合支护。 展开更多
关键词 高静载 强动载 巷道围岩 爆破扰动 高应力
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动静载作用下充填节理砂岩应力波传播特性研究 被引量：1
5
作者 殷志强 马凯莉 +3 位作者 吴昊原 刘贤 高路路 王超 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期432-442,共11页
为研究节理角度和不同围压作用下的充填节理岩石的动态力学特性和应力波传播规律,利用改造后的动静组合加载霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置,对充填节理厚度为8 mm的砂岩试样进行冲击试验,研究不同围压等级(0、4... 为研究节理角度和不同围压作用下的充填节理岩石的动态力学特性和应力波传播规律,利用改造后的动静组合加载霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置,对充填节理厚度为8 mm的砂岩试样进行冲击试验,研究不同围压等级(0、4、6和8 MPa)和不同节理倾角(0°、15°、30°、45°)下充填节理试样的动态力学特性和应力波传播的规律,采用应力波斜射理论并进行验证。试验结果表明:(1)完整砂岩的反射波幅值最小,以0 MPa为例,反射波幅值从0.194×10^(-3)增长到0.299×10^(-3),与倾角成正相关,透射波幅值与倾角成负相关,且从0.169×10^(-3)减小到0.053×10^(-3);以0°为例,反射波幅值与围压呈负相关,且从0.194×10^(-3)减小到0.074×10^(-3),透射波幅值相反从0.169×10^(-3)增长到0.257×10^(-3);(2)在冲击动载作用下,一定程度围压可以起到限制变形,抑制胶结面分离,提高承载能力;节理倾角越大的充填节理产生的变形越大,承载状态越差;(3)倾角试件随着围压增大反射能力降低,透射能力提高,0°倾角试件的反射系数从0.603减小到0.147,透射系数从0.569均匀增加到0.789,围压试件随着倾角的增大反射能力增大,透射能力降低与理论分析规律一致;(4)节理倾角与试样吸收能密度呈负相关,围压与试样吸收能密度呈正相关,与围压作用下的透反射规律一致。 展开更多
关键词 充填节理 围压等级 SHPB冲击 动态力学特性 应力波斜射理论
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基于扩张滑模观测器的电液伺服系统鲁棒控制 被引量：6
6
作者 臧万顺 沈刚 +1 位作者 赵军 臧克江 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期611-621,共11页
为了提高电液伺服系统(EHSSs)控制性能,考虑外部干扰力、摩擦力、参数变动、结构振动及未建模特性等系统不确定性,构建系统状态空间模型.为了应对系统不确定性,提出新型扩张滑模观测器(ESMO),用于同时估计系统全状态和系统不确定性,并... 为了提高电液伺服系统(EHSSs)控制性能,考虑外部干扰力、摩擦力、参数变动、结构振动及未建模特性等系统不确定性,构建系统状态空间模型.为了应对系统不确定性,提出新型扩张滑模观测器(ESMO),用于同时估计系统全状态和系统不确定性,并结合等值注入原理及饱和函数进行合理优化.利用系统不确定性的估计值,在反步控制设计中引入障碍Lyapunov函数,将系统的跟踪误差约束在一定范围内,结合参数自适应律,提高系统控制性能.为了验证所提控制方法的性能,在MATLAB/Simulink软件平台构建仿真模型,进一步地,搭建电液伺服系统实验台及实时控制系统,进行仿真和实验验证.结果表明所提方法的性能优于基于障碍Lyapunov函数的反步控制器及传统的反步控制器. 展开更多
关键词 电液伺服系统 系统不确定性 扩张滑模观测器 参数自适应 障碍Lyapunov函数 反步控制
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动载作用下端锚锚固体力学响应特征研究 被引量：6
7
作者 常聚才 齐潮 +3 位作者 殷志强 史文豹 贺凯 吴昊原 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期3294-3304,共11页
为研究动载作用下巷道围岩失稳破坏机制,基于SHPB试验系统,研究了不同冲击气压(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 MPa)下预应力端锚锚固体的应力波传播规律及层裂破坏特征,采用图解法计算了锚固体试件的层裂强度及应变率,建立了锚固体层裂损伤... 为研究动载作用下巷道围岩失稳破坏机制,基于SHPB试验系统,研究了不同冲击气压(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 MPa)下预应力端锚锚固体的应力波传播规律及层裂破坏特征,采用图解法计算了锚固体试件的层裂强度及应变率,建立了锚固体层裂损伤模型并采用高速摄像机进行了验证。结果表明:不同冲击气压下试件应力波峰值应变均呈指数形式衰减,且空间衰减幅值及衰减指数与冲击气压呈正相关关系;锚固体试件层裂首先发生在自由端附近,沿反射波传播方向层裂厚度逐渐增加,0.3 MPa冲击气压以上,试件每两处层裂面中间产生一道新层裂;在18~33 s^(-1)应变率范围内,应变率率效应占主导地位,层裂强度最高达69 MPa,而应变率为41 s^(-1)时,层裂强度降低至17 MPa;锚固体自由端在动载冲击后出现层裂闭合现象,但在锚固端由于锚固界面残余黏聚力作用,层裂位置未发生闭合现象。 展开更多
关键词 动载 锚固体 应力波衰减 层裂 应变率 损伤模型
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动载作用下全锚锚固体应力波传播及破坏特征 被引量：4
8
作者 常聚才 齐潮 +2 位作者 殷志强 史文豹 高翔 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1996-2007,共12页
深井巷道受动载扰动变形严重,明晰动载作用下锚固支护体的应力波传播及破坏特征具有重要意义。基于霍普金森杆(SHPB)试验系统,研究了不同冲击气压下锚固体试件的应力波传播规律,基于一维应力波理论计算了锚固体的层裂强度;利用ABAQUS数... 深井巷道受动载扰动变形严重,明晰动载作用下锚固支护体的应力波传播及破坏特征具有重要意义。基于霍普金森杆(SHPB)试验系统,研究了不同冲击气压下锚固体试件的应力波传播规律,基于一维应力波理论计算了锚固体的层裂强度;利用ABAQUS数值模拟软件还原了动载冲击试验,再现了锚固体试件的应力波传播全过程,分析了锚固体轴向不同位置处的应变–时序特征。研究结果表明:①随冲击气压增大,应力波衰减速度越快,空间响应幅值及衰减系数逐渐增大,锚固体试件层裂强度与冲击气压呈正相关关系,0.6 MPa冲击气压下的层裂强度相较于0.4 MPa冲击气压下增加了41%,呈现出明显的应变强化效应;②锚固尾部及中部锚固剂的应力波峰值应变略大于围岩峰值应变,而锚固端部由于净拉应力作用导致围岩峰值应变骤增;③锚杆、锚固剂及围岩3者动力响应具有时序性,锚固围岩与锚固剂率先受到压缩应力波作用,锚杆产生滞后于锚固剂与围岩的拉伸应力波,阻止锚固体试件发生协同破坏;④锚固尾部锚杆、锚固剂及围岩应变起跳时间间隔为0,随着应力波向锚固中部及端部传递,3者应变起跳间隔时间逐渐增加,锚杆峰值应变随之增加,锚固端部锚杆破坏最严重,随冲击气压的增大,3者不协同作用逐渐加剧,锚固体试件加速劣化。 展开更多
关键词 动载作用 锚固体 应力波传播 层裂强度 应变–时序特征
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