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循环荷载作用下砂岩损伤演化的声发射与电阻率监测及理论研究 被引量:1
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作者 张胜 柏巍 +4 位作者 徐鼎平 郑虹 江权 李志伟 向天兵 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期53-66,共14页
岩石在循环荷载作用下产生的裂隙会降低其强度,因此研究岩石损伤演化过程具有重要意义。声发射和电阻率监测技术能够通过追踪岩石裂隙的变化来反映其损伤状态,因此可以结合这些参数来表征岩石在循环加卸载状态下的损伤过程。针对不同含... 岩石在循环荷载作用下产生的裂隙会降低其强度,因此研究岩石损伤演化过程具有重要意义。声发射和电阻率监测技术能够通过追踪岩石裂隙的变化来反映其损伤状态,因此可以结合这些参数来表征岩石在循环加卸载状态下的损伤过程。针对不同含水率的砂岩试样,采用声发射和电阻率监测技术对循环荷载作用过程中的岩石损伤进行监测。同时,利用计算机断层成像技术获取破裂后岩石裂隙的分布状态。基于声发射和电阻率参数,建立了损伤变量方程,并推导出单轴循环加卸载作用下的损伤本构方程。研究结果表明,以声发射和电阻率参数构建的损伤变量方程能够有效地反映砂岩在加载与卸载阶段的损伤演化过程。进一步,所提出的损伤本构方程与试验结果拟合较好,证明了该方程在研究循环荷载作用下砂岩的损伤演化规律方面具有实用价值。 展开更多
关键词 砂岩 声发射 电阻率 单轴分级循环加卸载 损伤本构方程
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峰前循环扰动下的深埋花岗岩特征参数演化规律与损伤变量研究 被引量:2
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作者 张胜 徐鼎平 +2 位作者 石汉明 吴小刚 易明尚 《岩土力学》 北大核心 2025年第1期73-87,共15页
深部地下厂房开挖过程中所产生的循环扰动会导致围岩损伤,从而降低围岩力学性质。为揭示叶巴滩水电站地下厂房中深埋花岗岩在循环扰动后的分级卸载破坏特性和损伤过程,首先进行了围压为30 MPa、循环应力分别为12.5%~17.5%(低应力)、10.0... 深部地下厂房开挖过程中所产生的循环扰动会导致围岩损伤,从而降低围岩力学性质。为揭示叶巴滩水电站地下厂房中深埋花岗岩在循环扰动后的分级卸载破坏特性和损伤过程,首先进行了围压为30 MPa、循环应力分别为12.5%~17.5%(低应力)、10.0%~37.5%(中应力)、62.5%~72.5%(高应力)峰值强度的峰前恒幅循环扰动,在此基础上进行了3种分级卸围压试验,进而开展了峰前循环扰动下的深埋花岗岩特征参数演化规律分析与损伤变量构建。研究结果显示:低、中应力循环扰动对花岗岩造成的损伤可忽略不计,但高应力恒幅循环扰动会导致轻微损伤。在不同分级卸围压路径下,岩样变形主要集中在最后3个阶段的围压降低过程中,其宏观破裂模式为压剪破坏;弹性模量呈下降趋势,泊松比呈上升趋势,最大剪胀角基本相同;高轴压恒幅循环扰动后的分级卸围压试验下的岩样累积应变能最高,表现出更强的脆性破坏倾向。此外,分级卸围压下的岩样应变能均高于常规三轴压缩下的岩样应变能,后者可作为分级卸围压岩样是否进入加速损伤破裂阶段的判别阈值。采用侧向应变响应法和裂纹体积应变法确定的深埋花岗岩闭合应力、起裂应力和损伤应力分别为其峰值强度的17.9%、42.7%和73.8%,并据此建立了基于裂纹体积应变的损伤变量,进而划分了深部硬岩损伤过程的4个阶段。研究成果可为分析高应力花岗岩的破坏过程提供试验和理论支撑。 展开更多
关键词 峰前循环扰动 分级卸载 特征阈值 侧向应变响应法 裂纹体积应变
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双江口水电站极高应力大型地下厂房硬岩破坏机制与稳定性控制研究 被引量:1
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作者 李邵军 张世殊 +7 位作者 李永红 柳秀洋 李治国 徐鼎平 程丽娟 江权 汤大明 陈刚 《岩土力学》 北大核心 2025年第5期1581-1594,共14页
水电站地下厂房的建设因其超大规模、高边墙、大跨度和地质条件的复杂性,破坏机制和稳定性控制一直是设计和施工过程中密切关注的焦点和难题。依托当前世界地应力最高的双江口水电站地下厂房,通过现场调查、原位监测、理论分析和数值模... 水电站地下厂房的建设因其超大规模、高边墙、大跨度和地质条件的复杂性,破坏机制和稳定性控制一直是设计和施工过程中密切关注的焦点和难题。依托当前世界地应力最高的双江口水电站地下厂房,通过现场调查、原位监测、理论分析和数值模拟,研究了极高地应力下硬岩变形破坏的工程问题和稳定性控制方法,主要从两个方面进行探讨:首先,利用有限的地应力测试数据和导洞中观察到的脆性破坏现象,估算和修正深切河谷地区地下厂房区的原岩应力场;其次,讨论了极高地应力下厂房洞室的典型破坏现象,包括高应力诱发破坏全局问题和局部岩脉切割导致的块体失稳问题,以及相应的破坏机制和控制措施。研究成果将为后续高应力硬岩大型地下厂房洞室群的建设提供重要的案例和借鉴。 展开更多
关键词 大型地下洞室 高应力 破坏现象 岩脉 稳定性控制
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Damage evolution in sandstone under uniaxial cyclic loading and varying water contents:Theoretical and experimental investigation 被引量:1
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作者 ZHANG Sheng BAI Wei +3 位作者 xu ding-ping ZHENG Hong JIANG Quan LI Zhi-wei 《Journal of Central South University》 2025年第8期3095-3110,共16页
During underground excavation,the surrounding rock mass is subjected to complex cyclic stress,significantly impacting its long-term stability,especially under varying water content conditions where this effect is ampl... During underground excavation,the surrounding rock mass is subjected to complex cyclic stress,significantly impacting its long-term stability,especially under varying water content conditions where this effect is amplified.However,research on the mechanical response mechanisms of surrounding rock mass under such conditions remains inadequate.This study utilized acoustic emission(AE)and resistivity testing to monitor rock fracture changes,revealing the rock’s damage state and characterizing the damage evolution process during uniaxial cyclic loading and unloading.First,a damage variable equation was established based on AE and resistivity parameters,leading to the derivation of a corresponding damage constitutive equation.Uniaxial cyclic loading and unloading tests were then conducted on sandstone samples with varying water contents,continuously monitoring AE signals and resistivity,along with computed tomography scans before and after failure.The predictions from the damage constitutive equation were compared with experimental results.This comparison shows that the proposed damage variable equation effectively characterizes the damage evolution of sandstone during loading and unloading,and that the constitutive equation closely fits the experimental data.This study provides a theoretical basis for monitoring and assessing the responses of surrounding rock mass during underground excavation. 展开更多
关键词 SANDSTONE acoustic emission rock resistivity uniaxial cyclic loading and unloading rock cracks damage constitutive equation
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高应力强卸荷下双江口花岗岩岩爆中间主应力效应宏细观试验研究 被引量:16
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作者 徐鼎平 郭广涛 +4 位作者 夏跃林 柳秀洋 江权 李邵军 李治国 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2375-2386,共12页
高应力强卸荷下的地下洞室围岩岩爆机制是当前亟待研究和解决的前沿课题。针对双江口水电站地下洞室群的花岗岩,利用新型真三轴加卸载试验系统开展不同中主应力下的三向五面真三轴岩爆模拟试验,并采用扫描电镜、能谱仪等综合分析岩爆破... 高应力强卸荷下的地下洞室围岩岩爆机制是当前亟待研究和解决的前沿课题。针对双江口水电站地下洞室群的花岗岩,利用新型真三轴加卸载试验系统开展不同中主应力下的三向五面真三轴岩爆模拟试验,并采用扫描电镜、能谱仪等综合分析岩爆破裂面的细观结构特征,分析了不同中主应力下试样的强度和变形特征、宏观破坏形态、岩爆破坏过程和破裂面及主要矿物细观破裂模式。试验结果表明:(1)随着中间主应力的增加,岩爆后的试样宏观破坏由拉伸破坏向剪切破坏转变;(2)随着中间主应力的增加,岩爆类型由迟滞应变型向即时应变型岩爆转变,岩爆剧烈程度先增大后减弱;(3)各中间主应力下试样爆坑断口为剪切断口,岩爆弹射碎屑上的断口为张拉断口;(4)主要矿物细观破裂模式与中间主应力无关:石英和钾长石发生沿晶和穿晶断裂的几率几乎相同,斜长石和云母则更易发生穿晶断裂。研究成果可为后续开挖阶段的岩爆防治提供技术支撑。 展开更多
关键词 地下洞室群 深埋花岗岩 中间主应力效应 应变型岩爆 细观破裂模式
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三轴及循环加卸载应力路径下深埋硬岩变形破坏特征试验研究 被引量:35
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作者 赵军 郭广涛 +4 位作者 徐鼎平 黄翔 胡偲 夏跃林 张頔 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1521-1530,共10页
硬岩应力型脆性破坏对高应力地下工程围岩稳定构成严重威胁。为研究深埋花岗岩在高围压循环加卸载下的变形破坏特征,采用MTS815电液伺服岩石试验系统对某水电站地下洞室群花岗岩进行了10、30、40、50 MPa围压下的常规三轴及循环加卸载试... 硬岩应力型脆性破坏对高应力地下工程围岩稳定构成严重威胁。为研究深埋花岗岩在高围压循环加卸载下的变形破坏特征,采用MTS815电液伺服岩石试验系统对某水电站地下洞室群花岗岩进行了10、30、40、50 MPa围压下的常规三轴及循环加卸载试验,得到相应的应力-应变曲线及变形破坏特征。研究结果表明:(1)不同围压下两种应力路径花岗岩试样均呈现明显的脆性破坏特征;(2)两种应力路径下,试样峰值强度、裂纹损伤应力随围压线性增大;弹性模量、起裂应力随围压先增大后减小;泊松比随围压先增大后保持不变或减小;(3)同等围压下循环加卸载的试样峰值强度、起裂应力、裂纹损伤应力和泊松比总体上大于常规三轴下的量值,卸荷弹性模量小于常规三轴下的弹性模量;(4)两种应力路径下试样的宏观破坏均以剪切破坏为主。研究揭示的花岗岩试样变形破坏规律对深埋地下工程围岩稳定的岩体力学模型选择、力学参数随损伤变量演化规律以及围岩支护对策的制定均具有显著的参考价值。 展开更多
关键词 深埋硬岩 三轴循环加卸载 卸荷弹性模量 起裂应力
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Strength and failure characteristics of hard rock containing a single structural plane under varied loading angles : A true triaxial investigation
7
作者 xu Huai-sheng LI Shao-jun +3 位作者 xu ding-ping LIU xu-feng FENG Guang-liang WANG Zhao-feng 《Journal of Central South University》 2025年第5期1903-1921,共19页
The spatial relationship between structural planes and principal stresses significantly affects the mechanical properties of deep hard rock.This paper examines the effect of the loading angle under true triaxial compr... The spatial relationship between structural planes and principal stresses significantly affects the mechanical properties of deep hard rock.This paper examines the effect of the loading angle under true triaxial compression.While previous studies focused on the angleβbetween the maximum principal stress and the structural plane,the role of angleω,between the intermediate principal stress and the structural plane,is often overlooked.Utilizing artificially prefabricated granite specimens with a single non-penetrating structural plane,we set the loading angleβto range from 0°to 90°across seven groups,and assignedωvalues of 0°and 90°in two separate groups.The results show that the peak strength is negatively correlated withβup to 45°,beyond which it tends to stabilize.The angleωexerts a strengthening effect on the peak strength.Deformation mainly occurs post-peak,with the strain values ε_(1) and ε_(3) reaching levels 2−3 times higher than those in intact rock.The structural plane significantly influences failure mode whenω=0°,while failure localizes near the σ_(3) surface of the specimens whenω=90°.The findings enhance data on structural plane rocks under triaxial compression and inform theoretical research,excavation,and support design of rock structures. 展开更多
关键词 true triaxial compression hard rock structural plane loading angle STRENGTH failure characteristics
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Deformation warning and microseismicity assessment of collapse in fault development area of Yebatan Hydropower Station
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作者 PEI Shu-feng ZHAO Jin-shuai +4 位作者 CHEN Bing-rui LI Shao-jun JIANG Quan xu ding-ping WANG Ze-nian 《Journal of Central South University》 2025年第9期3348-3360,共13页
The collapse of rock masses in fault-developed zones poses significant safety challenges during the excavation of high-stress underground caverns. This study investigates the spatiotemporal evolution of the collapse m... The collapse of rock masses in fault-developed zones poses significant safety challenges during the excavation of high-stress underground caverns. This study investigates the spatiotemporal evolution of the collapse mechanisms of the cavern in the Yebatan Hydropower Station through using microseismic (MS) monitoring and displacement measurements. We developed a multi-parameter deformation early warning model that integrates three critical indicators: deformation rate, rate increment, and tangential angle of the deformation time curve. The results of the early warning model show a significant and abrupt increase in the deformation of the rock mass during the collapse process. The safety and stability of the local cavern in the face of excavation-induced disturbances are meticulously assessed utilizing MS data. Spatiotemporal analysis of the MS monitoring indicates a high frequency of MS events during the blasting phase, with a notable clustering of these events in the vicinity of the fault. These research results provide a valuable reference for risk warnings and stability assessments in the fault development zones of analogous caverns. 展开更多
关键词 underground cavern collapse failure deformation warning microseismic monitoring stability analysis
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考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价 被引量:8
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作者 刘国锋 冯坤 +3 位作者 晏长根 丰光亮 徐鼎平 周迟 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2115-2128,共14页
鉴于目前关于节理岩体力学参数空间变异性表征及存在潜在滑移面边坡的可靠性问题研究较多,但对于岩质边坡力学参数空间变异性影响及开挖卸荷响应(变形与塑性区)不确定性分析的研究较为有限。提出考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸... 鉴于目前关于节理岩体力学参数空间变异性表征及存在潜在滑移面边坡的可靠性问题研究较多,但对于岩质边坡力学参数空间变异性影响及开挖卸荷响应(变形与塑性区)不确定性分析的研究较为有限。提出考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价方法,该方法以室内岩石力学试验及现场地质勘察测绘数据为基础,利用Hoek-Brown经验准则与Monte Carlo分析手段,构建了以岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength,简称UCS)、地质强度指标(geological strengthindex,简称GSI)和节理工程参数为输入的边坡岩体力学参数概率统计模型,并采用卡方检验进行模型的吻合度检验;基于点估计原理构建岩体力学参数组合方案,并结合数值模拟开展边坡开挖过程的仿真分析,获得边坡开挖后整体安全系数及位移及塑性区的概率分布。利用该方法对在建京秦高速沿线某路堑边坡岩体力学参数及开挖卸荷响应进行分析,得到了岩体强度、弹性模量、黏聚力与内摩擦角的取值及不确定性分布,采用点估计与FLAC3D模拟分析,得到了边坡安全系数及典型观测点的位移与塑性区分布结果,并与实测值进行对比,结果表明该方法的适用性较高。该研究为岩质挖方边坡的力学参数估计及稳定性分析评价提供了一种有效途径,能够为实际工程施工决策提供重要参考依据。 展开更多
关键词 岩质边坡 力学参数 卸荷响应 HOEK-BROWN准则 Monte Carlo模拟 概率分析
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高应力地下交叉洞室爆破诱发掉块的微震活动及震源机制研究 被引量:12
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作者 赵金帅 江权 +3 位作者 裴书锋 陈炳瑞 徐鼎平 宋磊博 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第2期542-554,共13页
岩体掉块是在地下洞室开挖过程中容易遇到的破坏灾害之一。为客观评价爆破开挖引起的地下交叉洞室岩体掉块的微震活动及震源机制,在白鹤滩水电站母线洞安装了6个单轴加速度计和8个单轴检波器,开展原位微震监测试验。在时域上,生产爆破... 岩体掉块是在地下洞室开挖过程中容易遇到的破坏灾害之一。为客观评价爆破开挖引起的地下交叉洞室岩体掉块的微震活动及震源机制,在白鹤滩水电站母线洞安装了6个单轴加速度计和8个单轴检波器,开展原位微震监测试验。在时域上,生产爆破的微震活动响应表明,爆破后3 h内,微震活动处于活跃阶段。在空间域上,随着工作面的推进,开挖区周围的应力集中分布,岩体的破坏和劣化逐渐加剧。微震事件的活动区域与应力集中区域一致。基于矩张量反演法分析破裂机理可知,地下交叉洞室岩体掉块的破裂机理以拉张断裂为主。研究结果可为类似地下洞室围岩的稳定性分析、爆破开挖及支护优化等问题的重新思考提供重要参考依据。 展开更多
关键词 掉块 微震监测 爆破开挖 微震活动特性 震源机制
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Core discing characteristics and mitigation approach by a novel developed drill bit in deep rocks 被引量:8
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作者 ZHENG Min-zong LI Shao-jun +3 位作者 YAO Zou ZHANG Ao-dong xu ding-ping ZHOU Ji-fang 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第10期2822-2833,共12页
Core discing often occurs in deep rocks under high-stress conditions and has been identified as an important characteristic for deep rock engineering.This paper presents the formation mechanism of core discing firstly... Core discing often occurs in deep rocks under high-stress conditions and has been identified as an important characteristic for deep rock engineering.This paper presents the formation mechanism of core discing firstly.Then,the interaction between diamond drill bits and rock was analyzed based on numerical modeling.A novel drill bit with an inner conical crown for the mitigation of core discing was designed and verified by simulation experiments.The mitigation method was applied in the cavern B1 of CJPL-Ⅱand satisfactory results had been achieved.The percentage of core discing had been obviously decreased from 67.8%when drilling with a rectangular crown drill bit,to 26.5%when an inner conical crown drill bit had been adopted.This paper gives full insight into core discing characteristics and provides a new method for core discing mitigation;it will potentially contribute to stress measurement in deep rock engineering. 展开更多
关键词 core discing MITIGATION drill bit crown deep rocks in-situ stress measurements
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