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干燥与饱和岩石裂隙受压变形与声发射特性研究 被引量：12
1
作者 李博 叶鹏进 +3 位作者 黄林 王丁 赵程 邹良超 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期2249-2257,共9页
天然岩体处于各类复杂的地质环境中,定量描述岩石裂隙在各种条件下的变形破坏行为是开展各类与岩石裂隙力学特性相关研究的基础。通过单轴压缩试验和弹塑性接触数值计算研究了两种具有不同岩性的岩石裂隙在干燥与饱和状态下的受压变形... 天然岩体处于各类复杂的地质环境中,定量描述岩石裂隙在各种条件下的变形破坏行为是开展各类与岩石裂隙力学特性相关研究的基础。通过单轴压缩试验和弹塑性接触数值计算研究了两种具有不同岩性的岩石裂隙在干燥与饱和状态下的受压变形破坏行为,并对试验过程中的声发射信号进行了采集分析。结果表明:试验与数值计算得到的法向应力–位移曲线和塑性破坏区域皆基本吻合,验证了弹塑性接触计算方法的可靠性;塑性变形均值增量up随法向应力σn的增长呈现变化速率降低的非线性减小关系,利用力学及几何参数建立的拟合公式可较好地预测该关系;声发射源位置与试验及数值模拟得到的损伤破坏区域基本匹配,干燥状态下两种岩石声发射振铃计数、累计计数均高于饱和状态;声发射振铃计数与塑性变形均值增量的变化趋势基本一致。研究结果定量地揭示了岩石基本力学参数和裂隙表面特征对其受压变形破坏行为的控制作用。 展开更多
关键词 岩石裂隙 变形 弹塑性接触 声发射 法向应力
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岩石裂隙内浆液–水两相流可视化试验与驱替规律研究 被引量：10
2
作者 李博 王晔 +1 位作者 邹良超 杨磊 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1608-1616,I0004,I0005,共11页
富水裂隙岩体中的注浆是一个将浆液压入裂隙内空腔并驱替地下水的过程,开展浆液–水两相流驱替渗流规律研究对优化工程注浆方案具有重要意义。研发了基于粒子图像测速技术(PIV)的可视化驱替试验系统与方法,获取了3D打印的透明粗糙裂隙... 富水裂隙岩体中的注浆是一个将浆液压入裂隙内空腔并驱替地下水的过程,开展浆液–水两相流驱替渗流规律研究对优化工程注浆方案具有重要意义。研发了基于粒子图像测速技术(PIV)的可视化驱替试验系统与方法,获取了3D打印的透明粗糙裂隙内的流场分布以及流速与压差的关系;基于有限元法求解Navier-Stokes偏微分方程组模拟驱替过程,与试验测试结果进行了对比验证。结果表明:在恒定流速条件下,注浆压力会随着时间的增加呈现先缓慢增大再加速增大,最终趋于一个定值的演变趋势;浆液首先沿优势渗流通道驱替水,在到达出口后压力增速减缓,随后在较长的时间内逐渐驱替残余水;残余水的分布主要集中在连通主要渗流通道边缘的盲端孔隙和开度大小发生突变的细小孔隙处,具有较低的流速;采用平行平板模型评价具有相同开度的粗糙裂隙中的注浆过程将低估注浆压力达45%。注浆压力是工程注浆中的一个关键控制参数,在理论计算中应充分考虑粗糙度的影响以确定合理的注浆压力,提升注浆效果。 展开更多
关键词 粗糙裂隙 注浆 两相流 PIV 驱替
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单裂隙内浆液基本流动规律的理论、试验、模拟对比分析 被引量：3
3
作者 李博 刘蓉蓉 邹良超 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期751-760,共10页
工程中广泛使用的水泥浆液是一种非牛顿流体,在裂隙内扩散时表现出复杂的宏观非线性渗流特征,在细观流场上也因屈服应力的作用呈现出柱塞流等特殊流动现象。配制符合Herschel-Bulkley(H-B)模型的模拟浆液,利用粒子图像测速(particle ima... 工程中广泛使用的水泥浆液是一种非牛顿流体,在裂隙内扩散时表现出复杂的宏观非线性渗流特征,在细观流场上也因屈服应力的作用呈现出柱塞流等特殊流动现象。配制符合Herschel-Bulkley(H-B)模型的模拟浆液,利用粒子图像测速(particle image velocity,PIV)技术开展平直裂隙内的可视化渗流试验,同时求解H-B-P(H-B-Papanastasiou)方程开展浆液渗流有限元数值模拟。基于平直裂隙中单相屈服幂律流体渗流解析解,从理论、试验、模拟相结合的角度分析了平直裂隙内注浆压力与流速的非线性关系;通过对流速剖面图的对比,分析了H-B流体的柱塞流特征;通过与Bingham模型的对比证明了H-B流体更符合实际浆液流动规律。通过原创的可视化测试手段验证了理论和数值模型,提出了参数取值依据,对提升复杂工程岩体中的注浆工艺具有参考价值。 展开更多
关键词 注浆 Herschel-Bulkley流体 平直裂隙 PIV 柱塞流
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某引水隧洞大变形缓冲层支护方案设计参数优化研究 被引量：4
4
作者 舒晓云 田洪铭 +5 位作者 陈卫忠 朱珍德 杨帆 田云 张朝轩 张韬 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3117-3129,共13页
高地应力软岩隧道围岩变形具有显著的时效特性,容易引起运营期隧道衬砌结构开裂和破坏。以新疆某引水隧洞泥岩大变形段为背景,提出在初期支护与二次衬砌之间设置高压缩缓冲层的支护方案,以保证隧洞在运营期安全。首先针对现有缓冲层支... 高地应力软岩隧道围岩变形具有显著的时效特性,容易引起运营期隧道衬砌结构开裂和破坏。以新疆某引水隧洞泥岩大变形段为背景,提出在初期支护与二次衬砌之间设置高压缩缓冲层的支护方案,以保证隧洞在运营期安全。首先针对现有缓冲层支护方案,开展了支护结构受力的现场监测与分析,然后采用数值仿真方法对缓冲层支护方案进行了参数优化,最后将优化后方案与原方案的支护效果进行了对比分析。(1)现有支护方案的监测结果表明:当现场安装密度为90~100 kg/m~3的5 cm聚乙烯缓冲层后,缓冲层易进入压密阶段,围岩形变压力达到0.36 MPa,衬砌受力仍具有非均匀性,缓冲层材料和厚度还有可优化的空间。(2)缓冲层支护参数优化表明:缓冲层平台应力偏大会导致其难以被压缩而降低吸能效果,偏小将难以有效限制围岩变形,两者都会造成缓冲层对围岩形变能的吸收不足,衬砌的安全性较低。随着缓冲层厚度的增加,衬砌破坏程度逐渐减小,但减小幅度逐渐减弱。对于本工程而言,当平台应力为0.5 MPa,压缩率≥0.6,厚度为10 cm时,缓冲层支护效果最佳。(3)对比分析表明:相比于原缓冲层支护方案,优化后的缓冲层支护将使得衬砌最大主应力减小了20%~30%,缓解衬砌的应力集中程度,可保障隧道支护结构的长期稳定。 展开更多
关键词 时效变形 隧道支护 缓冲层 数值模拟 参数优化
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花岗岩热破裂裂隙动态演化特性数值模拟研究
5
作者 周长冰 闫俊豪 李小双 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期694-704,共11页
为揭示不同压力条件下花岗岩热破裂裂隙演化规律,采用数值计算方法,结合细观损伤理论,建立了岩石热-弹性本构模型,提出了适用于Comsol Multiphysics数值计算软件的矿物颗粒形态提取技术。开展了静水压力及单轴压力下花岗岩热破裂数值模... 为揭示不同压力条件下花岗岩热破裂裂隙演化规律,采用数值计算方法,结合细观损伤理论,建立了岩石热-弹性本构模型,提出了适用于Comsol Multiphysics数值计算软件的矿物颗粒形态提取技术。开展了静水压力及单轴压力下花岗岩热破裂数值模拟研究,分析了拉伸和剪切裂隙动态发育过程。研究结果表明:花岗岩内矿物热破裂顺序依赖于各自的力学特性、强度,3种矿物的破裂顺序为云母、长石、石英,热破裂裂隙网络由拉伸裂隙和剪切裂隙组成,拉伸裂隙的发育主导了裂缝网络形成。裂隙演化可划分为3个阶段:微裂隙萌生阶段、裂隙爆发阶段、稳定增长阶段。热破裂阈值受最小主应力控制,单轴压力对阈值的影响较小,受静水压力的影响较大。静水压力下裂隙发育没有明显的方向性,单轴压力压扩展方向垂直于最小主应力,压力越大方向性越明显。 展开更多
关键词 花岗岩 热破裂 数值计算 裂隙扩展
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法向应力作用下砂岩错位裂隙变形行为研究 被引量：3
6
作者 李博 崔逍峰 +2 位作者 莫洋洋 邹良超 伍法权 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1850-1860,共11页
受地质活动影响,天然裂隙往往存在不同程度的变形错位,对此类裂隙在法向应力作用下的变形行为尚缺乏定量的描述和评价,文献中经典裂隙变形模型的适用性尚未得到试验和数值模拟的验证。通过法向加载试验和弹塑性接触数值计算研究了具有... 受地质活动影响,天然裂隙往往存在不同程度的变形错位,对此类裂隙在法向应力作用下的变形行为尚缺乏定量的描述和评价,文献中经典裂隙变形模型的适用性尚未得到试验和数值模拟的验证。通过法向加载试验和弹塑性接触数值计算研究了具有不同错位的砂岩裂隙在法向应力作用下的变形破坏行为。采用经典的双曲线模型、统一指数模型和对数模型拟合了应力-位移曲线,确定了模型中参数的变化规律。结果表明:试验得到的应力-位移曲线与塑性破坏区域与数值计算结果基本吻合,验证了自主开发的弹塑性接触计算程序的可靠性;双曲线模型和对数模型在应力水平较小的阶段与数值计算结果存在较大偏离,而统一指数模型通过引入系数n,能够较好地匹配整个加载过程中的应力-位移关系;模型中的最大闭合量Vmax与裂隙最大开度正相关,初始法向刚度K_(ni)与岩石弹性模量正相关,与裂隙表面粗糙度和错位率负相关,系数n与裂隙表面粗糙度和错位率正相关;基于上述规律建立了针对V_(max)、K_(ni)和n的预测公式,预测结果与试验结果吻合良好。 展开更多
关键词 岩石裂隙 法向应力 法向位移 错位 弹塑性接触
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含裂隙碳酸盐岩酸化中超临界CO_(2)对虫孔生长的影响初探 被引量：1
7
作者 李博 芮守超 赵志宏 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2084-2091,共8页
酸化是一种广泛应用于碳酸盐岩储层的增渗改造技术,其基本原理是将酸液注入储层裂隙,通过溶蚀反应使矿物溶解形成虫孔等通道,从而提高储层的渗透性和生产效率。以往的研究主要聚焦于优化注酸条件以提高成孔效率,忽略了碳酸盐岩酸化副产... 酸化是一种广泛应用于碳酸盐岩储层的增渗改造技术,其基本原理是将酸液注入储层裂隙,通过溶蚀反应使矿物溶解形成虫孔等通道,从而提高储层的渗透性和生产效率。以往的研究主要聚焦于优化注酸条件以提高成孔效率,忽略了碳酸盐岩酸化副产物CO_(2)的影响。本研究针对三个含单裂隙的碳酸盐岩试样,开展不同浓度盐酸溶液的酸化实验,监测试样渗透率的变化;并在试验前后分别进行裂隙表面形貌激光扫描和内部空隙CT扫描,基于扫描结果对比分析了注酸条件对溶蚀效果的影响。研究结果表明:在流速、酸液浓度与种类等条件相同的条件下,CO_(2)是否进入超临界态对虫孔形态有重要影响;超临界CO_(2)可有效促进虫孔的生长,生成窄而长的虫孔,并显著提高溶蚀效果,试样的渗透率可提高3~9倍;而在CO_(2)未进入超临界态的条件下,溶蚀形态接近面溶蚀或锥形虫孔,未贯通试样,试验前后渗透率没有显著变化,这是因为酸化反应产生的气态CO_(2)会阻碍酸液的流动,从而降低酸化效果。本文结果揭示了在酸化中正面利用副产物CO_(2)的可能性,有助于对现有酸化工程方案的优化和提升。 展开更多
关键词 碳酸盐岩 酸化 超临界CO_(2) 虫孔
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考虑锚固支护对层面剪切特性影响的隧道变形破坏特征 被引量：2
8
作者 朱珍德 舒晓云 +3 位作者 陈卫忠 宋广骞 田洪铭 田云 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期895-907,共13页
本文基于对ABAQUS有限元软件切向接触模型的二次开发,研究层状软岩隧道在不同层面倾角条件下的稳定性变化规律,分析层面抗剪强度与锚固支护之间的关系,揭示锚固支护强度对层状软岩隧道围岩变形破坏的影响规律。研究结果表明:在层面抗剪... 本文基于对ABAQUS有限元软件切向接触模型的二次开发,研究层状软岩隧道在不同层面倾角条件下的稳定性变化规律,分析层面抗剪强度与锚固支护之间的关系,揭示锚固支护强度对层状软岩隧道围岩变形破坏的影响规律。研究结果表明:在层面抗剪强度较低时,围岩变形可分为基岩变形与层面剪切滑移变形;不同地应力条件下,基岩变形在层面倾角为45°时最小,且随层面倾角的变化呈“U”形分布;在地应力较小时,层面剪切滑移变形显著,围岩发生层面剪切滑移变形与基岩屈曲变形的复合破坏模式;锚固加固后,随着层面黏聚力增加,层面剪切滑移与基岩变形均呈指数减小,基岩塑性区分布由“纺锤形”逐步过渡为均匀分布,基岩的塑性破坏区显著减小;层状软岩隧道开挖后,垂直层面正应力分布沿层面可分为应力降低区与应力增强区,锚固支护可减小层面正应力的降低幅度,抑制基岩的屈曲变形。层状软岩隧道变形破坏本身具有明显的非对称性,锚固支护可协调层面与基岩之间的变形差异性,使围岩变形区域更均匀,有效提升围岩整体承载力。 展开更多
关键词 锚固支护 层状软岩隧道 数值模拟 变形破坏
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