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考虑损伤和硬化的岩石单轴加速蠕变本构模型
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作者 李英波 刘文博 张树光 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期133-142,共10页
针对当前岩石蠕变研究中对非线性特征、加速蠕变变形规律理解与描述不足,以及现有模型难以全面反映蠕变过程中损伤与硬化耦合效应的问题,基于Rabotnov蠕变损伤法则,结合硬化与损伤理论,通过理论推导与模型验证相结合的方式,构建了考虑... 针对当前岩石蠕变研究中对非线性特征、加速蠕变变形规律理解与描述不足,以及现有模型难以全面反映蠕变过程中损伤与硬化耦合效应的问题,基于Rabotnov蠕变损伤法则,结合硬化与损伤理论,通过理论推导与模型验证相结合的方式,构建了考虑损伤和硬化双重效应的单轴加速蠕变本构模型。结果显示,破坏应力下岩石损伤变量随时间呈现出缓慢增长-陡然激增且接近破坏时趋近于1的特征,硬化函数验证了稳定阶段硬化现象的客观性,模型能准确描述不同应力下蠕变行为(相关性系数高于0.90)且对破坏应力下变形规律预测良好;该模型能有效弥补现有模型不足。研究成果可为理解岩石蠕变关键规律提供可靠理论工具,对地下工程围岩稳定评估及地质灾害防治有重要实际价值。 展开更多
关键词 损伤 硬化 加速蠕变 破坏应力 损伤变量
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基于物质点法的隧道开挖面失稳破坏数值分析
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作者 甄亮 王剑锋 +4 位作者 柳楚楠 孔雷 桑琴扬 许达 朱文轩 《宁波大学学报(理工版)》 2026年第1期36-43,共8页
开挖面失稳坍塌是隧道施工安全的重大威胁之一,合理设计隧道开挖面极限支护压力和预测开挖面失稳破坏影响范围是隧道施工安全的保障。采用自编隐式物质点法(Material Point Method,MPM)程序对隧道开挖面失稳机制进行研究。首先通过理论... 开挖面失稳坍塌是隧道施工安全的重大威胁之一,合理设计隧道开挖面极限支护压力和预测开挖面失稳破坏影响范围是隧道施工安全的保障。采用自编隐式物质点法(Material Point Method,MPM)程序对隧道开挖面失稳机制进行研究。首先通过理论和试验对比,验证了隐式MPM模拟开挖面稳定性的可行性。随后建立工程尺度的隧道模型,分析土体摩擦角对隧道开挖面坍塌和地层变形响应的影响。结果表明:(1)隐式MPM可有效捕捉掌子面失稳-破坏全过程特征;(2)在临界状态下,隧道掌子面的极限支护力、失稳区域和地表沉降均随土体摩擦角的增加呈负相关关系;(3)当隧道掌子面发生倒塌破坏时,涌入隧道的土体质量与土体摩擦角呈负相关关系。 展开更多
关键词 物质点法 开挖面稳定性 破坏形态 大变形计算
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渗流-采动应力耦合作用下深部砂岩力学及能量演化规律研究 被引量:1
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作者 张培森 王洪伟 +7 位作者 洪荒 许大强 陈增宝 邓云驰 梁展 李金坤 陈文豪 崔乾 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期1997-2010,共14页
煤矿地下灾害的主要诱因是受人为采动与煤炭资源被采出影响而导致围岩发生应力集中以及高强度卸荷,尤其是在围岩受承压水影响时,易失稳破坏,进而致使灾害的发生。基于此,借助Rock Top多场耦合试验仪开展了渗流-采动应力耦合作用下砂岩... 煤矿地下灾害的主要诱因是受人为采动与煤炭资源被采出影响而导致围岩发生应力集中以及高强度卸荷,尤其是在围岩受承压水影响时,易失稳破坏,进而致使灾害的发生。基于此,借助Rock Top多场耦合试验仪开展了渗流-采动应力耦合作用下砂岩力学特性与能量演化规律试验研究。试验结果表明:(1)砂岩全应力-应变曲线可划分为5个阶段,砂岩开始卸荷后,由以轴向变形为主转为以环向变形为主。(2)砂岩的峰值应力随卸荷水平的升高而增大,随渗透压差的增大,砂岩峰值应力因受围岩与水压叠加影响而规律性不明显。(3)砂岩卸荷水平越高,其峰值应力处的轴向应变值越大,高卸荷水平下砂岩的轴向变形更明显;砂岩剪胀角曲线演化规律大致遵循“增―减―增―减”的规律,低卸荷水平下砂岩扩容现象更显著。(4)随初始卸荷水平的升高,砂岩的弹性应变能密度整体呈增大趋势;弹性应变能密度能量分配系数随岩样轴向应变的增加而呈现先增大后减小的规律。(5)砂岩的弹性应变能瞬时能量分配系数随岩样轴向应变增大而呈现“增―减―增”的变化规律;砂岩弹性应变能储能能力在其进入弹性变形阶段后达到峰值,其释能能力在进入残余应力阶段前达到峰值。 展开更多
关键词 水力耦合 力学特性 深部围岩 能量演化 储能能力
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含内套环储能花岗岩单一径向压缩下的力学特性及能量演化规律
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作者 王成 李起航 +2 位作者 王春 任雨蒙 李润泽 《岩土力学》 北大核心 2025年第12期3694-3706,共13页
为保障地热能开采过程中井筒围岩稳定,保证地热能开采的高效性。开展含内套环储能花岗岩单一径向压缩力学试验,借助VIC-3D非接触全场应变系统、静态应变测试分析系统等多组设备辅助监测,探究地热能开采过程中储能花岗岩在高温、冷热循... 为保障地热能开采过程中井筒围岩稳定,保证地热能开采的高效性。开展含内套环储能花岗岩单一径向压缩力学试验,借助VIC-3D非接触全场应变系统、静态应变测试分析系统等多组设备辅助监测,探究地热能开采过程中储能花岗岩在高温、冷热循环等复杂地质工况条件下,井筒围岩损伤破坏特征及岩石内部能量演化规律,并建立相关损伤破坏判据。研究结果表明:不同条件处理后含内套环储能花岗岩单一径向受压时荷载-位移曲线峰值前存在明显的上凹段和直线段,峰值后受内套环和岩石非均质性影响有快速陡降和下降后回升或保持水平而后再次下降两种形式;含内套环储能花岗岩最终破坏为3块或4块,损伤破坏历程为裂纹率先从平行加载方向的内孔壁起裂,后从垂直加载方向外壁起裂,添加套环的岩样破坏裂纹宽度较小,破坏形态和裂纹发育一定程度上受岩样与套环的黏结效果影响;含内套环储能花岗岩峰值前总能量演化发展呈指数形式,依据峰值前弹性能、耗散能以及其占自身峰值前总能量比例,分析能量同套环厚度变化的发展规律,得到1.0~1.5 mm的套环厚度为套环增益效果较好区间,结合理论分析构建了含内套环储能花岗岩损伤破坏判据,并进行了合理性验证。 展开更多
关键词 内套环 储能花岗岩 单一径向压缩 力学特性 能量演化 破坏判据
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彭水页岩节理面形貌的分形特征及基于节理粗糙度系数的各向异性表征
5
作者 董佳斌 鲁一帆 +4 位作者 金毅 董文浩 侯鹏 刘顺喜 牛然 《岩土力学》 北大核心 2025年第11期3549-3561,共13页
岩石节理粗糙度各向异性的定量表征对其力学特性的评估具有重要意义,然而,节理面形貌结构的复杂性以及现有分析方法的局限性给粗糙度计算及各向异性评估带来诸多挑战。以重庆彭水地区的页岩为研究对象,结合分形拓扑理论与节理粗糙度系数... 岩石节理粗糙度各向异性的定量表征对其力学特性的评估具有重要意义,然而,节理面形貌结构的复杂性以及现有分析方法的局限性给粗糙度计算及各向异性评估带来诸多挑战。以重庆彭水地区的页岩为研究对象,结合分形拓扑理论与节理粗糙度系数JRC(joint roughness coefficient)定量表征节理面形貌各向异性。首先,利用三维激光扫描仪获取了不同劈裂方向的页岩样品表面粗糙形貌;随后,在各个方向上计算了节理剖面线的JRC及分形维数D以比较节理面的各向异性特征。研究结果表明:(1)JRC综合考虑了节理剖面的分形特征与振幅特征,较分形维数D而言,与劈裂方向表现出更强的相关性,以页岩纹理面为参考面,该面与劈裂方向之间的夹角越大,节理面的JRC值越高。(2)单个节理面的JRC值分布可采用椭圆近似拟合,且该椭圆的面积随着纹理面与劈裂方向夹角的增大而增大,这表明当劈裂方向垂直于纹理面时,裂隙面更加粗糙。为岩石节理面各向异性特征的定量表征提供了方法参考,也为劈裂方向对节理面粗糙度控制机制的挖掘提供了新思路。 展开更多
关键词 分形拓扑 分形维数 劈裂面 粗糙度 各向异性
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不同pH环境下石窟砂岩干湿循环强度试验研究
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作者 王成龙 郭越 +2 位作者 仉文岗 蒋思维 刘东升 《地下空间与工程学报》 北大核心 2025年第4期1202-1210,共9页
石窟寺作为重要室外文化遗存,长期受到降雨、渗水等自然环境造成的干湿循环的影响,导致其物理力学性质发生劣化,容易引起失稳破坏。为更好地开展石窟文物保护工作,选取大足石刻石窟砂岩作为研究对象,通过单轴抗压试验和巴西劈裂试验,对... 石窟寺作为重要室外文化遗存,长期受到降雨、渗水等自然环境造成的干湿循环的影响,导致其物理力学性质发生劣化,容易引起失稳破坏。为更好地开展石窟文物保护工作,选取大足石刻石窟砂岩作为研究对象,通过单轴抗压试验和巴西劈裂试验,对干湿循环作用下石窟砂岩的强度劣化特性开展试验研究,分析了不同pH值溶液浸泡下的干湿循环对石窟砂岩劣化的影响。结果表明:(1)完全干燥后砂岩的单轴抗压强度和抗拉强度相较于天然状态的有所提升;(2)经过多次干湿循环,砂岩的力学特性发生劣化,随着循环次数的增加,劣化逐渐加重,当干湿循环到达一定次数时,对砂岩的强度影响减弱;(3)pH值也会对砂岩劣化程度造成影响,且浸泡时溶液的pH值越低,砂岩的力学性质劣化越严重;(4)在使用酸性溶液进行多次干湿循环后,砂岩破坏形式相较于天然状态下的破坏形式发生改变。 展开更多
关键词 石窟砂岩 干湿循环 单轴压缩 巴西劈裂 力学特性
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基于NSM分析纵向垂直压力和下穿荷载对隧道纵向力学的响应
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作者 江学辉 章锦艳 +2 位作者 柴天建 颜建伟 胡瑞奇 《铁道学报》 北大核心 2025年第10期193-203,共11页
当前实际隧道边界约束条件复杂,对既有隧道纵向力学性能的研究,忽略隧道等效抗弯刚度变化的影响,从而影响盾构隧道力学性能的准确计算。为快速准确地评估下穿隧道对既有隧道纵向力学性能的响应,在隧道管片接缝处建立纵向垂直压力和弯矩... 当前实际隧道边界约束条件复杂,对既有隧道纵向力学性能的研究,忽略隧道等效抗弯刚度变化的影响,从而影响盾构隧道力学性能的准确计算。为快速准确地评估下穿隧道对既有隧道纵向力学性能的响应,在隧道管片接缝处建立纵向垂直压力和弯矩耦合作用下的隧道刚度理论计算模型;在Pasternak-EB理论基础上建立纵向压力作用下的隧道变形控制方程,并结合两阶段法计算盾构下穿引起的附加荷载;形成零空间矩阵方程并采用零空间法(NSM)求解盾构隧道纵向力学性能,且同时考虑纵向垂直压力引起隧道刚度变化的迭代计算;通过模型试验、经典等效抗弯刚度理论和实测结果验证了所提计算模型的可靠性。研究结果表明:考虑纵向垂直压力引起隧道刚度变化迭代计算的隧道沉降变形值更接近实测值;隧道纵向等效抗弯刚度由隧道中心向隧道两端呈非线性增加的纵向变化规律,且盾构下穿对隧道刚度影响范围为隧道外直径D的6.5倍;隧道沉降变形和管片接缝张开量与纵向压力呈反相关性,无纵向垂直压力的沉降变形值是均质隧道沉降变形值的1.44倍;隧道纵向弯矩和剪力与纵向压力呈非线性正相关性。该理论揭示了盾构隧道工后沉降和承载力降低的原因,且可快速合理评估盾构下穿对既有隧道的影响,为盾构下穿既有隧道的设计和变形控制提供理论依据。 展开更多
关键词 隧道工程 NSM 纵向垂直压力 力学性能 等效抗弯刚度
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考虑锚杆滞后支护的竖井围岩加固力学模型半解析研究
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作者 张基伟 张佳鑫 +3 位作者 马文著 贾红学 吴卫东 王传宝 《岩土力学》 北大核心 2025年第11期3395-3409,共15页
中国西部地区的能源开发项目,需要在稳定性较差的弱胶结砾石层中建设大量竖井。锚杆支护是控制围岩变形的重要手段。然而,目前的锚杆加固理论大都忽略了锚杆的滞后支护。为此,基于工作面的空间约束效应、弹塑性理论和锚杆应力均布法,提... 中国西部地区的能源开发项目,需要在稳定性较差的弱胶结砾石层中建设大量竖井。锚杆支护是控制围岩变形的重要手段。然而,目前的锚杆加固理论大都忽略了锚杆的滞后支护。为此,基于工作面的空间约束效应、弹塑性理论和锚杆应力均布法,提出了考虑锚杆滞后支护的竖井锚杆围岩变形和应力半解析计算方法,而后通过有限单元法验证了其正确性。基于所提出的半解析解,进一步探讨了锚杆参数的影响性。研究结果表明:锚杆滞后距离越大,围岩变形越大,锚杆等支护结构所承受的围岩压力越小,当锚杆滞后支护距离x_(gs)<1.5r_(A)(r_(A)为竖井开挖半径)时,围岩变形u_(r)(r=r_(A),r为围岩中任何一点的半径)及安全系数s变化较大,当锚杆滞后支护距离x_(gs)>3.0r_(A)时,围岩变形u_(r)(r=r_(A))及安全系数s基本不变;增大锚杆直径可提高抗剪强度但影响逐渐减小;当锚杆长度L<1.0r_(A)时,围岩变形u_(r)(r=r_(A))及安全系数s变化较大,当锚杆长度L>1.0r_(A)时,则变化缓慢,因此不建议过度使用长锚杆。研究指出,在选择支护参数时,需考虑支护滞后距离以确保围岩稳定。本研究将该理论成功应用于压力管道竖井工程中,研究成果为竖井围岩的锚杆支护设计提供了坚实的理论依据。 展开更多
关键词 竖井支护 锚杆滞后支护 滞后支护距离 应力均布法
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中低土石坝新型防漫溃锁块护坡结构研究
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作者 蔡荨 杨妙帆 《低温建筑技术》 2025年第12期34-37,共4页
针对气候变化下极端降水频发引起的中低土石坝漫顶溃决风险,文中通过坝顶引流槽、鱼鳞形锁块护坡及坝脚消能系统的协同设计,提出一种集引流、排水、消能与坡面防护于一体的新型空间锁块防漫溃结构,旨在实现“漫而不溃、漫而缓溃”的防... 针对气候变化下极端降水频发引起的中低土石坝漫顶溃决风险,文中通过坝顶引流槽、鱼鳞形锁块护坡及坝脚消能系统的协同设计,提出一种集引流、排水、消能与坡面防护于一体的新型空间锁块防漫溃结构,旨在实现“漫而不溃、漫而缓溃”的防护目标。采用SPH-FEM耦合精细化数值方法,以竹塘坝水库为例,模拟0.5 m漫顶水深下的水流冲击与结构响应。结果表明鱼鳞形锁块导流坎可将漫顶水流引导至排水沟,显著缓解下游坡中下部冲刷,避免“剪剥式”冲蚀过程的发生,同时防护结构稳定性也能够满足规范要求,该防护结构通过一体化设计有效提升中低土石坝防洪韧性,SPH-FEM耦合方法为复杂水-土相互作用分析提供了可靠的技术手段。 展开更多
关键词 中低土石坝 中小型水库 坡面防护 防漫溃 空间锁块 SPH-FEM耦合
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深部高地应力隧道开挖卸荷围岩能量计算方法及演化机制 被引量:4
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作者 郑可跃 施成华 +3 位作者 娄义黎 贾朝军 雷明锋 杨益 《岩土力学》 北大核心 2025年第1期165-177,共13页
深部高地应力隧道开挖卸荷后围岩的变形破坏过程受能量的驱动,其本质是输入能超出围岩储能极限后耗散和释放的结果。既有的理论研究主要针对弹性卸载条件下深部圆形隧(巷)道围岩弹性应变能的计算,很少有学者对弹塑性卸载下深部圆形隧道... 深部高地应力隧道开挖卸荷后围岩的变形破坏过程受能量的驱动,其本质是输入能超出围岩储能极限后耗散和释放的结果。既有的理论研究主要针对弹性卸载条件下深部圆形隧(巷)道围岩弹性应变能的计算,很少有学者对弹塑性卸载下深部圆形隧道围岩的能量计算和能量演化开展理论研究。首先根据岩石的能量演化过程,明确了弹性应变能、塑性耗散能和塑性释放能的定义;然后基于弹塑性理论和Hoek-Brown强度准则,考虑岩石的峰后应变软化特性,提出半径增量法计算围岩的卸荷应力路径;最终,建立了基于卸荷应力路径的深部圆形隧道围岩能量计算方法。基于能量守恒定律验证了计算方法的正确性,并分析了不同峰值强度下深部圆形隧道围岩的能量演化机制。研究结果表明:隧道开挖后能量从远处围岩输入,弹性阶段输入能全部转化弹性应变能,越靠近隧道洞壁弹性应变能密度越大。塑性阶段能量持续输入,弹性应变总能继续增大,但靠近洞壁的围岩达到储能极限,产生塑性区,且受应变软化行为影响,塑性区的储能极限降低,围岩的耗散能和释放能呈指数增加;峰值强度越大的深部岩体,在高地应力环境下开挖后以能量释放为主,硬岩岩爆源于能量释放机制。对于峰值强度低的深部软岩,在高地应力环境下开挖后以能量耗散为主,软岩挤压大变形源于能量耗散机制。 展开更多
关键词 深部隧道 卸荷应力路径 能量演化 能量耗散 能量释放
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XCY-2旋切触探系统研发及应用 被引量:1
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作者 马语航 何明明 李宁 《岩土力学》 北大核心 2025年第3期1025-1038,共14页
中国地下岩土工程开发常面临高地应力、地下岩溶和极软岩等复杂地质条件,造成岩体结构松散断裂,快速、准确且方便地获取岩体力学参数对于地下岩土工程建设至关重要。自主研制了一台自动和连续监测岩石钻进过程的XCY-2旋切触探系统,包括... 中国地下岩土工程开发常面临高地应力、地下岩溶和极软岩等复杂地质条件,造成岩体结构松散断裂,快速、准确且方便地获取岩体力学参数对于地下岩土工程建设至关重要。自主研制了一台自动和连续监测岩石钻进过程的XCY-2旋切触探系统,包括动力钻进控制系统、全伺服系统、智能监测系统等多个系统,安装流程简易且试验操作步骤简单。基于该系统开展了完整岩层、分层岩体等不同条件下的岩体旋切触探试验,探究旋切钻进过程中随钻参数与不同岩性的特征响应关系,研究结果表明:(1)智能监测系统能够有效地智能控制和实时监测钻进速度、动力头转速、钻进扭矩、水压力、钻进压力和钻进深度等钻进参数,实现了地下工程施工高精准的钻进操作和监测;(2)钻进不同岩层组合试块时钻进压力和钻进扭矩会产生波动,上下差距明显,而钻速和转速在整体试验过程中保持稳定输出,证明了钻进过程中钻进参数的监测结果可靠。(3)钻进扭矩和钻进压力在不同岩层交界处有明显波动现象,对不同岩性的岩石实时感知明显,实现了岩层界面的准确定位。XCY-2旋切触探系统为地下岩体物理力学性质测试提供了新的途径。 展开更多
关键词 岩石力学 钻进设备 旋切触探技术 钻进参数 岩层识别
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基于裂隙网络几何特征参数的岩体溶质传输过程预测模型研究 被引量:1
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作者 佴宇鏖 周佳庆 +3 位作者 李长冬 郭利国 甘馥硕 朱寅斌 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第8期1641-1652,共12页
裂隙岩体中溶质传输的机理与运移过程预测是水工岩石力学与水文地质领域的研究前沿和热点,同时也是基岩裂隙含水层污染治理、高放射性核废料安全处置、地下资源高效开发、渗漏示踪及灾害化学信号解译等应用需求的关键瓶颈难题。开展了... 裂隙岩体中溶质传输的机理与运移过程预测是水工岩石力学与水文地质领域的研究前沿和热点,同时也是基岩裂隙含水层污染治理、高放射性核废料安全处置、地下资源高效开发、渗漏示踪及灾害化学信号解译等应用需求的关键瓶颈难题。开展了不同裂隙网络几何特征下的岩体溶质运移过程模拟,系统性分析了裂隙密度、裂隙离散性、裂隙平均开度对溶质运移过程的定量控制机制。分析结果表明,裂隙密度和平均开度在岩体溶质传输过程中起决定性控制作用,而裂隙分布离散系数对溶质传输过程的影响程度,则取决于特定裂隙网络形成的连通路径系统。在此基础上,建立了基于裂隙无量纲密度和平均开度的岩体关键传质系数(水动力弥散系数D和溶质传输速度Vt)参数化表征公式。通过将岩体关键传质系数的参数化表征公式,嵌入宏观对流-扩散经典解析解中,构建出了基于裂隙网络几何特征参数的岩体溶质传输过程预测模型。最后,通过与不同工况下的岩体溶质传输数值模拟结果对比,验证了所提预测模型的有效性。所构建的溶质传输过程预测模型,能够仅依据裂隙网络几何特征参数和水动力条件,实现溶质传输过程的高保真度预测。研究成果对于低成本、快速高效地预测裂隙岩体中的物质运移过程提供了重要支撑,对于地下环境污染快速评估、地下资源高效开采具有重要理论意义;所揭示的裂隙网络几何特征对溶质传输特性的定量控制机制,为岩体结构演变与水化学信号关联机制的研究奠定了理论基础,在水化学信号示踪岩体灾变状态及灾害早期预警方面具有潜在应用价值。 展开更多
关键词 裂隙岩体 裂隙网络 溶质传输 穿透曲线 预测模型
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类软岩真三轴劈裂注浆裂隙扩展特征研究 被引量:1
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作者 乔龙全 常聚才 +2 位作者 严良欢 齐潮 史文豹 《岩土力学》 北大核心 2025年第3期833-850,共18页
地层软岩在劈裂注浆加固过程中裂隙扩展特征不明,经验化注浆参数设计不能有效加固围岩。为研究原位软岩劈裂注浆裂隙扩展特征,通过类软岩真三轴劈裂注浆试验,结合声发射参数特征,获得了不同主应力差与不同预制裂隙角度对裂隙扩展的影响... 地层软岩在劈裂注浆加固过程中裂隙扩展特征不明,经验化注浆参数设计不能有效加固围岩。为研究原位软岩劈裂注浆裂隙扩展特征,通过类软岩真三轴劈裂注浆试验,结合声发射参数特征,获得了不同主应力差与不同预制裂隙角度对裂隙扩展的影响规律,并采用理论分析与数值模拟方法对在三向应力下软岩试件劈裂压力差异及劈裂裂隙扩展转向机制进行讨论。结果表明:劈裂裂隙面与水平方向的夹角与其起伏程度随主应力差的增大而减小,劈裂过程中试件剪切裂纹占比随垂直压力增大而先减少后稳定;随着预制裂隙与垂直主应力夹角不断增大,初次劈裂压力先增大后减小,预制裂隙角度为0°与90°时,预制裂隙对劈裂裂隙扩展方向影响较小,预制裂隙为60°时,劈裂裂隙与预制裂隙发生贯通,预制裂隙角度为30°时,劈裂裂隙在浆液高压力的作用下转向交错;结合裸孔劈裂理论,对三向应力下劈裂压力差异与转向机制进行分析,软岩试件所受最大主应力与最小主应力的比值越大,其三向应力裸孔内劈裂的抗拉强度与巴西法测得抗拉强度的比值越小,劈裂裂隙初次劈裂扩展方向为裸孔环向压应力最小方向,扩展过程中会向预制裂隙两端应力集中处偏转,岩体应力分布变化是导致劈裂裂隙扩展转向主要原因。 展开更多
关键词 劈裂注浆 类软岩 真三轴 主应力差 预制裂隙
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节理岩体隧道块体度解构统一量化分级方法及应用 被引量:1
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作者 贺鹏 杨传馨 +4 位作者 石少帅 胡杰 吴威涛 陈岩 麻正虎 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1252-1263,共12页
岩体的非均匀性、离散性是其显著的特点,节理岩体作为不同尺度岩块所组成的复杂块系结构系统,因各行业对岩体结构与完整程度的划分指标、标准不同,且多存在定性描述,导致所得数据、结论存在行业阻隔,难以通用。基于无权无向图实现了随... 岩体的非均匀性、离散性是其显著的特点,节理岩体作为不同尺度岩块所组成的复杂块系结构系统,因各行业对岩体结构与完整程度的划分指标、标准不同,且多存在定性描述,导致所得数据、结论存在行业阻隔,难以通用。基于无权无向图实现了随机节理网络模型的快速、批量构建,并采用连通域检测、广度优先搜索等算法对所建仿真模型进行了块体度分析、等效筛分,以原始闭合块体面积,独立有效块体和重构有效块体放大面积作为块度解构的参数源,定义了节理岩体块度等级量化指标——岩体块度指数RBI2D。区别于传统岩体质量评定中以结构面为基底的模式,提出了节理岩体块度解构归一化处理与量化评定方法,基于相关行业标准与工程现场实际,分别对不同岩体完整程度的节理岩体进行了仿真模拟,并建立了岩体结构类型与RBI2D的对应关系。集成开发了节理岩体块度解构归一化处理评定系统,并将其应用于包银铁路甘德尔山隧道的岩体质量评价与围岩分级中,所得结果与现场实测一致性较好。研究成果对围岩等级评定中岩体完整程度指标的获取提供了另一有效途径。 展开更多
关键词 节理岩体 块体度 解构分析 围岩分级 工程应用
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考虑蠕变剪裂的拉格朗日元与离散元耦合方法及应用 被引量:1
15
作者 王学滨 陈双印 +1 位作者 郑一方 廖裴彬 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期613-624,共12页
随着煤炭开采向深部转移,巷道冒顶、底臌和两帮移进等软岩大变形问题层出不穷,对煤矿安全生产带来了严峻的挑战。目前,兼具连续方法和非连续方法优势的连续-非连续方法正在快速发展,然而,基于连续-非连续方法的蠕变研究尚少见报道。为... 随着煤炭开采向深部转移,巷道冒顶、底臌和两帮移进等软岩大变形问题层出不穷,对煤矿安全生产带来了严峻的挑战。目前,兼具连续方法和非连续方法优势的连续-非连续方法正在快速发展,然而,基于连续-非连续方法的蠕变研究尚少见报道。为了模拟蠕变剪裂现象,以岩石发生蠕变破坏时的应变位于三轴压缩应力-应变曲线峰后区域内这一试验现象为基本依据,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法中,考虑了单元的黏弹性,发展了能模拟界面黏塑性的蠕变剪裂模型,并引入了蠕变剪裂判据。单轴压缩岩样的蠕变曲线计算结果与试验结果基本相符,蠕变剪裂开始稍后,岩样即进入加速蠕变阶段,这表明所提出的方法具有模拟加速蠕变的潜力。针对软岩巷道的计算表明,在深部围岩的推挤作用下,离散块体涌向巷道,导致巷道断面急剧缩小,在宏观上表现为大变形,巷道竖直方向收缩率可达58.8%。从单元的黏弹性和界面(虚拟裂纹面)的黏塑性两方面,丰富了软岩巷道大变形机制,即介质的黏弹性小变形、块体的大位移及之间的空隙以及界面的黏塑性变形共同作用。巷道围岩宏观上的大变形无须采用复杂大变形理论即可描述。 展开更多
关键词 软岩 蠕变 大变形 巷道围岩 连续-非连续方法 黏弹性 剪裂
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水岩作用下红层软岩损伤劣化特征及本构模型研究 被引量:1
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作者 胡惠华 李军伟 +2 位作者 范文韬 林滢 贺建清 《岩土力学》 北大核心 2025年第3期685-694,共10页
以沅麻盆地红层软岩为研究对象,开展不同饱水时长下的岩石单轴压缩试验、电镜扫描试验、弹性纵波波速测试,研究饱水红层软岩力学性质、微观结构、弹性纵波波速随时间的变化规律;采用数字图像处理技术对岩石微观结构特征进行量化处理,定... 以沅麻盆地红层软岩为研究对象,开展不同饱水时长下的岩石单轴压缩试验、电镜扫描试验、弹性纵波波速测试,研究饱水红层软岩力学性质、微观结构、弹性纵波波速随时间的变化规律;采用数字图像处理技术对岩石微观结构特征进行量化处理,定量分析岩石微结构变化特征;基于损伤力学理论,构建水化作用下红层软岩损伤模型。研究结果表明,红层软岩饱水1、2、3、5 d后强度分别下降了14%、27%、39%、80%。随着饱水时间的增加,红层软岩单轴抗压强度单调递减,其破坏模式从脆性破坏模式逐渐往延性破坏模式发展,破坏时岩石破裂面与水平面夹角逐渐变小,主贯穿剪切裂缝周围的次生裂纹数量呈先增大后减小的趋势。红层软岩岩样缺陷面积占比随着饱水时间的增长逐渐增加,孔隙数量与孔隙平均尺寸呈负相关,孔隙数量表现为先升高再降低的趋势,红层软岩缺陷面积占比增量与饱水时间呈线性递增关系;同时,随着饱水时间的增长,红层软岩纵波波速降低,expdecl函数适用于拟合红层软岩纵波波速与饱水时间的关系。建立了红层软岩饱水损伤模型,并将模型计算值与试验值进行对比,验证了模型的准确性。该模型能以无损检测的方式准确预测不同饱水时长下岩石的单轴抗压强度,能较好地描述红层软岩饱水后的损伤特性。 展开更多
关键词 红层 软岩 强度 劣化 损伤模型
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深地灰岩三轴压缩声发射特征及破坏形式试验研究 被引量:1
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作者 储超群 包兴佳 +2 位作者 毛明发 吴顺川 崔贺佳 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2049-2061,2105,共14页
为探究深地灰岩在不同围压下的破坏过程,选取了来自于云南会泽某矿1104水平的灰岩放在10、20、30、40、50、60 MPa共6种围压条件进行三轴压缩试验,并全程同步采用声发射技术监测。针对不同围压下灰岩的应力-应变、振铃计数、累计振铃计... 为探究深地灰岩在不同围压下的破坏过程,选取了来自于云南会泽某矿1104水平的灰岩放在10、20、30、40、50、60 MPa共6种围压条件进行三轴压缩试验,并全程同步采用声发射技术监测。针对不同围压下灰岩的应力-应变、振铃计数、累计振铃计数、能量计数、累计能量计数及破坏形式进行分析。研究结果表明:在不同围压条件的作用下,灰岩受轴向施压会依次历经弹性变形阶段、屈服阶段、塑性发展阶段及脆性破坏阶段4个过程;不同围压下的灰岩加载时内部裂隙发展引发的声发射能量变化和振铃计数曲线起伏有相似的变化规律,同时两者的峰值强度随着围压的增大而逐渐降低;灰岩的破坏形式以剪切破坏为主,围压为10 MPa破坏时呈“Y”形裂纹,其他围压下破坏时呈“I”形裂纹;高围压下灰岩破碎程度降低,次生裂纹的发展缓慢且更不易被破坏,抗压强度更大;灰岩破碎完整度随围压的增大而增加。 展开更多
关键词 三轴压缩 灰岩 声发射 力学特征 破坏模式
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软弱层岩体间隔破裂现象的近场动力学方法模拟 被引量:1
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作者 马鹏飞 张艺晨 +2 位作者 袁超 徐茂洲 郭小雄 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2296-2307,共12页
在经典近场动力学基础上利用变形等价关系重新推导了非局部力密度,结合非局部微分算子理论降低边界处的计算误差,基于此构建了应力-应变求解模型,解决了传统理论在应力分析方面的局限性,同时引入应变能密度(strain energy density)刚度... 在经典近场动力学基础上利用变形等价关系重新推导了非局部力密度,结合非局部微分算子理论降低边界处的计算误差,基于此构建了应力-应变求解模型,解决了传统理论在应力分析方面的局限性,同时引入应变能密度(strain energy density)刚度折减理论,建立裂纹处介质的力学参数与残余应变能之间的关联。本方法被用于模拟软弱层岩体裂隙间的应力分布情况,并通过与先前研究结果的对比验证了其有效性和适用性。此外,研究了完整层状岩体中软弱层条形间隔破裂的演化过程。结果表明,软弱层岩体裂缝间距与厚度比值对力学状态影响显著,随着比值不断增加,裂纹之间的应力值整体由压应力转变为拉应力。软弱层的等间距破裂现象包括微裂隙的扩展、间隔裂纹的形成以及裂隙逐渐饱和等过程。外荷载作用下引发软弱层与基层之间的损伤以及岩层整体破裂。本方法能够有效描述层状岩体的间隔破裂过程,显示出良好的应用前景。 展开更多
关键词 层状岩体 近场动力学 裂纹扩展 间隔破裂
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基于层次分析法和主成分分析法的石窟砂岩风化程度评估
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作者 黄继忠 赵杰 +3 位作者 程远 甘志鑫 胡金帅 张悦 《上海大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期28-42,共15页
砂岩质石窟是典型的石窟类型之一,在长期自然环境和人类活动的双重作用下,均面临不同程度的风化问题.已有研究多采用单项检测技术评估石窟砂岩的风化程度,但单项指标往往难以全面反映真实的风化状况.为克服这一局限性,开展了不同环境下... 砂岩质石窟是典型的石窟类型之一,在长期自然环境和人类活动的双重作用下,均面临不同程度的风化问题.已有研究多采用单项检测技术评估石窟砂岩的风化程度,但单项指标往往难以全面反映真实的风化状况.为克服这一局限性,开展了不同环境下的模拟风化试验,制备了不同风化程度的砂岩样品,并选取质量、超声波速、磁化率和化学元素含量等多个指标,分别对样品进行了表征.基于层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和主成分分析法(principal component analysis,PCA),从主观和客观两个层面分别对石窟砂岩的风化程度进行多指标综合评估.研究结果表明,对于不同风化类型和程度的砂岩样品,AHP和PCA方法获得的综合风化程度评分具有较高的一致性.与单项检测指标相比,所提出的综合评价方法与砂岩的实际风化进程呈现更强的相关性,为石窟砂岩风化程度的精确评估提供了可靠的新方法. 展开更多
关键词 石窟砂岩 无损检测 风化评估 层次分析法 主成分分析法
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预制贯通裂缝对砂岩劈裂效果及起裂机制分析 被引量:1
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作者 赖勇 徐国意 张帅 《中国煤炭地质》 2025年第2期34-40,共7页
预制贯通型裂缝用于钻孔劈裂岩石时有重要的辅助作用。首先对不同长度的预制贯通型裂缝岩样展开室内模型试验,再用数值模拟分析其起裂引导机制,得出结论:①预制贯通裂缝用于砂岩劈裂时破岩效果更理想,裂纹曲线更加垂直与光滑,裂缝越长... 预制贯通型裂缝用于钻孔劈裂岩石时有重要的辅助作用。首先对不同长度的预制贯通型裂缝岩样展开室内模型试验,再用数值模拟分析其起裂引导机制,得出结论:①预制贯通裂缝用于砂岩劈裂时破岩效果更理想,裂纹曲线更加垂直与光滑,裂缝越长时效果越明显;②预制贯通裂缝长度大于0.5 mm时试件在起裂阶段所需的加载力大幅下降,裂隙发育阶段所需的最大、最小主应力均有明显下降,但裂缝长度越长时下降幅值越小;③预制贯通裂缝让岩样起裂时最小主应力聚于裂缝尖端,裂缝越长,两侧最小主应力分布越对称,最小主应力最大值越小。这些成果有助于深入理解预制贯通型裂缝在钻孔劈裂岩石中的作用,为相关工程实践与理论研究提供有力依据。 展开更多
关键词 贯通型裂缝 劈裂破岩 裂纹诱导 引导机制 室内试验 数值模拟
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