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常规三轴压缩条件下岩石蠕变破坏时间预测模型
1
作者 张亮亮 程桦 +1 位作者 姚直书 王晓健 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2011-2022,共12页
为弥补常规三轴压缩条件下岩石蠕变破坏时间预测模型较少及其精度不高等不足,基于Norton蠕变本构关系,将Kachanov岩石蠕变破坏时间函数的蠕变应力用等速蠕变速率函数替换,建立常规三轴压缩条件下一种新的岩石蠕变破坏时间预测模型,提出... 为弥补常规三轴压缩条件下岩石蠕变破坏时间预测模型较少及其精度不高等不足,基于Norton蠕变本构关系,将Kachanov岩石蠕变破坏时间函数的蠕变应力用等速蠕变速率函数替换,建立常规三轴压缩条件下一种新的岩石蠕变破坏时间预测模型,提出了模型参数确定方法并分析了其影响因素。开展砂质泥岩常规三轴压缩蠕变试验,同时统计5种不同类型岩石蠕变破坏时间试验数据,对新建模型的合理性和精确性进行验证。结果表明:常规三轴压缩条件下,岩石等速蠕变速率的对数与其蠕变破坏时间的对数呈线性关系;新建模型可以削弱试样之间非均质性和不均匀性给预测结果带来的不利影响,其适用性相对于从蠕变应力角度建立的预测模型更加广泛;6种不同类型岩石蠕变试验结果与新建模型预测结果基本吻合,验证了其精确性和合理性。 展开更多
关键词 岩石蠕变 损伤率 Norton方程 蠕变速率 破坏时间
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冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性研究
2
作者 石浩 张后全 +3 位作者 宋雷 李明 林钢 陆鹏举 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第1期274-286,共13页
研究冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性保障地下工程结构的长效稳定具有重要意义。首先通过双轴压缩模拟试验获取“天然”分布的裂隙,并分析不同围压下裂隙的分布特征;然后,对“天然”分布裂隙进行提取,对其整体旋转0、90°、... 研究冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性保障地下工程结构的长效稳定具有重要意义。首先通过双轴压缩模拟试验获取“天然”分布的裂隙,并分析不同围压下裂隙的分布特征;然后,对“天然”分布裂隙进行提取,对其整体旋转0、90°、180°及270°并移植至SHPB(split hopkinson pressure bar)颗粒流数值模型;最后,通过模拟动力加载研究“天然”破裂砂岩的冲击强度与双轴压缩强度、裂隙分布信息、冲击方向等因素之间的对应关系。结果显示:1)当双轴压缩围压较低时,试件滑移面相对清晰;随着围压的增加,滑移面的识别难度加大。2)随着双轴压缩轴压水平及围压的增加,试件冲击强度及其对应的时间基本均呈减小趋势;冲击强度大于20 MPa的试件,其应力–时间曲线在峰前弹性阶段的切线斜率基本一致。3)当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向垂直时,裂隙数量对冲击强度的影响更显著;当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向平行时,裂隙数量对冲击强度的影响相对较弱。4)为深入分析裂隙数量对试件冲击强度的影响,提出分布裂隙数量反值的概念;在不同冲击方向下,分布裂隙数量反值与冲击强度随试件双轴压缩强度的变化基本同步。5)冲击强度对冲击方向的依赖性与宏观破裂面具有重要关联;宏观破裂面的存在能够有效阻隔应力在试件中的传递,从而在不同冲击方向下改变冲击应力的传播路径及范围。 展开更多
关键词 冲击方向 “天然”分布裂隙 强度特性 颗粒流数值模拟 裂隙提取、旋转及移植
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SHPB高低能冲击劈裂下钢纤维混凝土圆盘动态力学特征及损伤断裂机理
3
作者 杨荣周 王林兵 +2 位作者 陈佩圆 徐颖 陈子杨 《振动与冲击》 北大核心 2025年第20期231-243,294,共14页
高性能支护混凝土是深部隧道围岩稳定的关键,但冲击扰动下其拉伸破坏影响围岩稳定。针对这一问题,研究以隧道高性能钢纤维混凝土为对象,探究了分离式霍普金森压杆高低能冲击劈裂下其动态力学特征与损伤断裂机理。结果表明:较低冲击能不... 高性能支护混凝土是深部隧道围岩稳定的关键,但冲击扰动下其拉伸破坏影响围岩稳定。针对这一问题,研究以隧道高性能钢纤维混凝土为对象,探究了分离式霍普金森压杆高低能冲击劈裂下其动态力学特征与损伤断裂机理。结果表明:较低冲击能不足以完全克服钢纤维的牵拉阻裂作用,使得试样在基体发生劈裂损伤后仍因钢纤维的牵拉阻裂作用而在峰后阶段表现出较好的抗冲击性能;较高冲击能足以完全克服钢纤维的牵拉阻裂作用,试样会因过高冲击能对基体所造成的严重损伤断裂而表现出明显的峰后应力减小特征;基体在低能冲击下已发生了明显的劈裂损伤,继而在高能冲击下使得钢纤维对基体的阻裂约束作用增强;劈裂应力对基体劈裂损伤过程更为敏感,钢纤维的阻裂约束作用更多的是增强试样韧性;冲击能增大更多的是造成应变率和极限应变的增大,体现了高能冲击下试样在基体劈裂后因钢纤维受牵拉被拔出过程而表现出的延性破坏特征;试样在低能冲击下的起裂方式由“一端起裂”向“两端起裂”转化,损伤断裂最终趋向于加载端的“压剪剥落+劈拉裂缝扩展贯通”;试样在高能冲击下的损伤断裂程度要显著大于低能冲击,导致了严重的结构性破坏。 展开更多
关键词 钢纤维混凝土 高低能冲击劈裂 动态力学损伤 能量演化 损伤断裂机理
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花岗岩真三轴岩爆时滞性破坏特征试验
4
作者 曾京江 赵军 王晓飞 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第25期10850-10860,共11页
高应力环境中的隧道围岩岩爆机制是当前亟待研究和解决的前沿课题。为分析不同加载速率下花岗岩岩爆的时滞性破坏特征,利用真三轴岩爆试验系统模拟实际工程中隧道开挖后临空面岩体的受力情况和边界条件,通过三向六面加载且单面快速卸荷... 高应力环境中的隧道围岩岩爆机制是当前亟待研究和解决的前沿课题。为分析不同加载速率下花岗岩岩爆的时滞性破坏特征,利用真三轴岩爆试验系统模拟实际工程中隧道开挖后临空面岩体的受力情况和边界条件,通过三向六面加载且单面快速卸荷的方法对花岗岩发生岩爆时的时滞性特征、力学特性、能量演化和声发射特征进行了研究。试验结果表明:花岗岩岩样在真三轴压缩破坏过程中表现出长短不一的“时间效应”,根据时间长短将其分为“无明显时间效应”“弱时间效应”和“强时间效应”岩样;在相同的应力加载速率下,有时滞性的岩样的稳压应力与峰值应力差异较小,有时滞性的岩样弹性模量整体上大于无时滞性的岩样,且时滞性越强,岩样的弹性模量越大。在不同的应力加载速率下,低加载速率下岩样的峰值应力均小于高加载速率下的相应值;在不同的应力加载速率下,相同时滞性破坏的花岗岩岩样破坏强度随加载速率的提高而上升。相同时滞性的花岗岩岩样,能量的曲线走势总体上趋近。不同时滞性岩样在其应力加载过程声发射(acoustic emission,AE)撞击率变化特征存在较大差异,有时滞性的岩样在其初始压密阶段及线弹性阶段时岩石内部的声发射活动较剧烈。研究成果可为实际工程中的岩爆灾害预警提供有力参考和帮助。 展开更多
关键词 真三轴岩爆 时滞性 力学特性 声发射
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秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土基本性能正交试验 被引量：2
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作者 姚韦靖 韩金秀 +1 位作者 方冉 庞建勇 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第6期156-163,共8页
应用正交试验法开展了16组秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土和3组玻化微珠保温混凝土基本性能试验。完成了秸秆粉末体积率VS、玻化微珠代砂率VG和聚丙烯纤维体积率VP这3种因素对秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土立方体抗压、劈裂... 应用正交试验法开展了16组秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土和3组玻化微珠保温混凝土基本性能试验。完成了秸秆粉末体积率VS、玻化微珠代砂率VG和聚丙烯纤维体积率VP这3种因素对秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土立方体抗压、劈裂抗拉强度极差和方差分析。结果表明:玻化微珠掺入可有效提高混凝土隔热保温性、工作性,但会造成强度损失。玻化微珠对混凝土抗压强度减小最为显著,最大损失幅度为24.64%,秸秆粉末和聚丙烯纤维对抗压强度影响可忽略;聚丙烯纤维对混凝土抗拉强度提高极为显著,最大提升幅度为16.72%,同时显著提高拉压比。基于试验数据建立了秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土抗压和抗拉强度预测模型,预测效果较好。 展开更多
关键词 保温混凝土 秸秆 聚丙烯纤维 玻化微珠 力学性能 正交试验 强度预测模型
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不同界面倾角岩石-混凝土组合体蠕变特性研究 被引量：1
6
作者 姚韦靖 刘宇 +2 位作者 庞建勇 韩金秀 肖宇辰 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第4期137-149,共13页
为探究岩石-混凝土界面对地下建筑支护结构失效的影响,通过7种不同界面倾角的岩石-混凝土组合体试件的单轴和分级加载蠕变试验,研究了其蠕变特性。研究结果表明:随界面倾角的增大,组合体抗压强度呈“W”形变化,倾角在0°,45°,9... 为探究岩石-混凝土界面对地下建筑支护结构失效的影响,通过7种不同界面倾角的岩石-混凝土组合体试件的单轴和分级加载蠕变试验,研究了其蠕变特性。研究结果表明:随界面倾角的增大,组合体抗压强度呈“W”形变化,倾角在0°,45°,90°时出现极大值,而倾角在30°,60°~75°时出现极小值;并将其破坏模式分为轴向破坏、组合破坏、界面破坏等3种典型破坏模式。组合体蠕变破坏强度低于单轴抗压强度,表明长期加载对组合体会造成损伤;瞬时应变随界面倾角的增大,先减小后增大;与倾角0°的相比,倾角45°,60°,75°,90°的瞬时应变分别减少了22.68%,47.72%,52.01%,4.56%;蠕变比随应力水平的提高呈下降-稳定-上升3个阶段特征;随界面倾角的增大,蠕变破坏临界应力逐渐减小,蠕变稳定阶段逐渐缩短,组合体稳定性逐渐降低。基于试验结果对Burgers蠕变模型参数进行辨识,所得理论曲线与瞬时变形和衰减蠕变阶段试验数据吻合较好。研究成果可为深入认识混凝土支护与围岩结构界面倾角引起的蠕变破坏机制及地下建筑结构支护安全提供参考。 展开更多
关键词 岩石-混凝土组合体 界面倾角 应力水平 蠕变 BURGERS模型
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考虑微元强度韦伯分布与裂纹长度幂律排布的砂岩强度预测模型 被引量：4
7
作者 石浩 张后全 +4 位作者 吴疆宇 宋雷 李明 荣传新 陆鹏举 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1114-1124,共11页
构建统筹考虑岩石内部宏细微观缺陷影响的强度预测模型对于保障智慧矿山的建设以及井下人员设备的安全都具有重要意义。综合考虑岩石微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布规律,采用数值模拟与理论推导方法分别建立损伤岩石试件的离... 构建统筹考虑岩石内部宏细微观缺陷影响的强度预测模型对于保障智慧矿山的建设以及井下人员设备的安全都具有重要意义。综合考虑岩石微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布规律,采用数值模拟与理论推导方法分别建立损伤岩石试件的离散元计算模型与强度预测模型,并利用数值计算结果对理论模型的合理性进行验证。结果表明:①通过编程同时实现了PFC2D计算模型中微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布,分析了岩石中的宏、细微观损伤与相应分布参数间的定量对应关系。②数值建立了400个同时考虑宏、细微观损伤的砂岩试件并对其进行了模拟加载,实现了对微元强度、预制裂纹信息及岩石强度间关系的统计分析。根据模拟结果构建了砂岩试件单轴抗压强度四维空间散点,得到了多损伤参量影响下的试件抗压强度流动规律。③联合Mori⁃Tanaka方法及岩石损伤概率分布理论,推导建立了12参数的岩石强度预测模型。该模型能够同时描述细微观微元强度与宏观裂纹信息对岩石强度的影响,并且理论模型计算结果与数值模拟结果高度吻合,相关系数达0.991。 展开更多
关键词 微元损伤统计 韦伯分布 预制裂纹长度 幂律排布 岩石强度预测模型
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基于TRIZ理论的许疃矿南翼探水巷底鼓控制技术研究 被引量：2
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作者 姚韦靖 刘雨姗 +2 位作者 王成军 庞建勇 张金松 《煤炭工程》 北大核心 2023年第10期92-97,共6页
针对许疃煤矿33采区南翼探水巷底鼓治理工程实际问题,基于TRIZ理论,采用功能组件分析、因果轴分析,揭示了底鼓现象的原因,采用物-场分析和技术矛盾分析,完成了底鼓控制措施的概念性设计和优化,最终提出了“隔水层+反拱衬砌+锚杆+聚丙烯... 针对许疃煤矿33采区南翼探水巷底鼓治理工程实际问题,基于TRIZ理论,采用功能组件分析、因果轴分析,揭示了底鼓现象的原因,采用物-场分析和技术矛盾分析,完成了底鼓控制措施的概念性设计和优化,最终提出了“隔水层+反拱衬砌+锚杆+聚丙烯纤维混凝土地坪”的综合底鼓治理方案。在试验巷道完成反拱衬砌施工和现场监测,结果表明:施工完成后60 d的底板最大隆起量小于60 mm,底鼓控制效果显著。TRIZ理论作为一种高度有效的创新方法,扩展了巷道支护工程优化设计思路,为类似工程设计提供了有益参考借鉴。 展开更多
关键词 巷道底鼓 TRIZ理论 围岩控制 反底拱 优化设计
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