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岩石正交裂隙内浆液驱替动水机制研究
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作者 李博 唐敏 +3 位作者 刘蓉蓉 谢雨施 邹良超 石振明 《岩土力学》 北大核心 2026年第1期337-348,共12页
裂隙是岩体内渗流的首要通道,裂隙岩体内的注浆封堵是一个由裂隙网络内浆液-水两相驱替控制的过程。鉴于裂隙网络由诸多交叉裂隙连接构成,研究浆液在交叉裂隙内的驱替机制对裂隙岩体工程注浆设计具有重要意义。采用三维重构技术,建立3D... 裂隙是岩体内渗流的首要通道,裂隙岩体内的注浆封堵是一个由裂隙网络内浆液-水两相驱替控制的过程。鉴于裂隙网络由诸多交叉裂隙连接构成,研究浆液在交叉裂隙内的驱替机制对裂隙岩体工程注浆设计具有重要意义。采用三维重构技术,建立3D打印的透明粗糙正交裂隙模型并开展室内注浆可视化试验,观测注浆过程中浆-水竞争渗流规律及界面演化特征;基于COMSOL Multiphysics软件建立正交裂隙注浆数值模型,通过试验和数值结果对比验证模型,进而研究不同浆-水流速比、进出口组合等因素对浆-水驱替过程的影响。结果表明:动水条件下注浆开始后注浆压力随时间呈非线性增大,浆液首先沿优势渗流通道驱替水,在完成主要动水驱替后压力趋于稳定;交叉口处串流混合越充分,出口端的浆液体积分数越接近;优势渗流通道越显著,浆液的驱替效果越好;裂隙表面粗糙度显著影响注浆压力,采用传统的平行平板模型将低估注浆压力达30%以上。 展开更多
关键词 交叉裂隙 注浆 Herschel-Bulkley模型 动水 驱替
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考虑中主应力影响的修正摩尔-库仑硬岩强度准则
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作者 俞缙 周永盛 +2 位作者 张超 常旭 蔡燕燕 《工程科学与技术》 北大核心 2026年第1期46-56,共11页
预测岩石破坏强度的关键在于建立能够准确反映复杂应力条件下岩石强度准则。首先,基于摩尔应力圆理论提出了真三轴应力条件下Mohr-Coulomb准则(M-C准则)泛函式,结合岩石真三轴试验数据进行分析,结果表明,中主应力对黏结强度分量影响显著... 预测岩石破坏强度的关键在于建立能够准确反映复杂应力条件下岩石强度准则。首先,基于摩尔应力圆理论提出了真三轴应力条件下Mohr-Coulomb准则(M-C准则)泛函式,结合岩石真三轴试验数据进行分析,结果表明,中主应力对黏结强度分量影响显著,而对摩擦强度分量的影响可忽略不计,该规律可通过中主应力效应函数进行量化表征。随后,通过分析D-P准则、Mogi准则和修正Lade准则,发现强度预测偏差大的原因在于中主应力效应函数的数学表征失准,为解决这一关键问题,引入双参数η和γ构建新型中主应力效应函数,并结合岩石临界状态特性对经典M-C准则进行修正,建立能够考虑中主应力影响的非线性M-C强度准则。最后,采用6类不同硬岩真三轴试验数据对新准则的适用性进行验证,并与4种传统强度准则进行对比分析。结果表明,修正M-C强度准则能够很好地描述中主应力效应,强度预测精度达0.94以上,证明了该准则在复杂应力状态下的适用性和工程应用价值。 展开更多
关键词 深部岩石 强度准则 中主应力 临界围压 非线性
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冻融作用下不同粒径类砂岩材料声发射特性试验研究
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作者 吴贤振 丁辉 +4 位作者 曾鹏 赵奎 杨贤达 李从明 杨砚 《金属矿山》 北大核心 2026年第1期81-90,共10页
为研究冻融作用对不同粒径岩石力学特性的影响,选用0.125~0.25 mm、0.3~0.5 mm、0.6~1 mm 3种粒径的石英砂为骨料制作类砂岩试样。通过冻融循环和单轴压缩声发射(AE)试验,分析了冻融作用下不同粒径类砂岩力学特性及其破坏过程中的声发... 为研究冻融作用对不同粒径岩石力学特性的影响,选用0.125~0.25 mm、0.3~0.5 mm、0.6~1 mm 3种粒径的石英砂为骨料制作类砂岩试样。通过冻融循环和单轴压缩声发射(AE)试验,分析了冻融作用下不同粒径类砂岩力学特性及其破坏过程中的声发射特征。研究结果表明:①随着冻融循环次数增加,试样孔隙率逐渐增加,小孔隙占比减少,大、中孔隙占比增加,弹性模量与单轴抗压强度呈下降趋势,变化幅度与粒径尺寸呈正相关关系;②声发射振铃计数总体可划分为平静阶段、缓增阶段、骤增阶段,随着冻融循环次数增加,声发射累计振铃计数呈先增后减的变化趋势,粗粒试样率先达到极大值;③声发射b值演化呈现出波动上升、剧烈下降、平稳3个明显阶段,粗、中、细粒试样的声发射b值在平稳阶段分别降至0.8、1.25和1.65,这一现象可以作为相应粒径冻融类砂岩失稳破坏的前兆预警。 展开更多
关键词 类岩石 冻融循环 不同粒径 声发射 力学特性
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非贯通双节理砂质板岩加卸荷力学特性及裂纹扩展机制
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作者 王乐华 徐健文 +2 位作者 陈灿 郭晋帆 许晓亮 《土木与环境工程学报(中英文)》 北大核心 2026年第1期14-23,共10页
在地下洞室开挖卸荷过程中,节理岩体的力学特性和裂纹扩展行为对工程安全和稳定至关重要。以四川卡拉水电站地下厂房节理砂质板岩为研究对象,开展完整和非贯通节理砂质板岩三轴加载与卸荷试验,分析加载和卸荷路径下砂质板岩的力学与变... 在地下洞室开挖卸荷过程中,节理岩体的力学特性和裂纹扩展行为对工程安全和稳定至关重要。以四川卡拉水电站地下厂房节理砂质板岩为研究对象,开展完整和非贯通节理砂质板岩三轴加载与卸荷试验,分析加载和卸荷路径下砂质板岩的力学与变形特性,探讨不同强度准则描述砂质板岩加卸荷力学特性的适用性,并结合断裂力学探究其裂纹扩展机制。结果表明:随着初始围压的增加,不同应力路径下试样的峰值应力和峰值应变均呈增加趋势;与三轴加载试验相比,卸荷路径及节理均会使试样承载能力降低,升轴压卸围压和卸轴压卸围压时完整试样黏聚力分别增加4.1%和减少30.4%,内摩擦角分别增大3.5%和7.3%,节理试样较完整试样黏聚力分别降低32.9%和53%,内摩擦角分别降低2.2%和10%;相较于Mohr-Coulomb和Drucker-Prager强度准则,Mogi-Coulomb强度准则能更好地表征砂质板岩在加载和卸荷过程中的破坏强度特征;在相同路径下,理论起裂角大小随围压的增加而递增,双节理试样均大于完整试样;不同路径下试样的理论起裂角大致集中在55°~60°。 展开更多
关键词 卸荷岩体力学 非贯通节理 砂质板岩 断裂力学 裂纹扩展
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冻融环境下岩堆体细宏观损伤演化模型研究
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作者 陈志敏 张政 +3 位作者 易明炀 孙勇 李开哲 张溢博 《岩土力学》 北大核心 2026年第1期198-208,共11页
冻融损伤是寒区工程研究的关键问题。岩堆体是一种特殊岩土混合体,为更好地了解寒区岩堆体的力学性质和冻融侵蚀引起的细观损伤,开展了不同冻融条件及不同含水率作用下岩堆体的三轴压缩试验。提出孔隙损伤增量模型,利用颗粒(孔隙)及裂... 冻融损伤是寒区工程研究的关键问题。岩堆体是一种特殊岩土混合体,为更好地了解寒区岩堆体的力学性质和冻融侵蚀引起的细观损伤,开展了不同冻融条件及不同含水率作用下岩堆体的三轴压缩试验。提出孔隙损伤增量模型,利用颗粒(孔隙)及裂隙图像识别与分析系统(particles(pores)and cracks anlysis system,简称PCAS)深入研究冻融过程中孔隙结构的变化趋势。以孔隙度分形维数为核心,建立冻融-损伤模型系统地分析冻融循环次数对岩堆体损伤的关系。结合材料的细观与宏观参数变化趋势,验证模型合理性及全面揭示岩堆体在冻融作用下的损伤模型。结果表明:(1)在冻融循环过程中细观损伤对宏观强度的影响显著,孔隙损伤增量增加导致应力峰值下降,两者呈负相关;(2)岩堆体的峰值应力随着冻融循环次数的增加而降低,且降低幅度在冻融循环次数为4次前逐渐增大,随后幅度逐渐减小;(3)利用孔隙度分形维数建立的孔隙增量模型,从细观层面有效地验证了岩堆体的冻融损伤是随着冻融损伤次数的增加而增加,该模型的参数数据与实测数据高度一致,且相比传统模型计算更简便。 展开更多
关键词 岩堆体 细宏观 孔隙损伤增量模型 分形维数 冻融损伤
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深厚软土地基桥墩偏位分析评估及加固方案研究
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作者 宋重阳 付星燃 高洪波 《建筑技术》 2026年第2期153-158,共6页
聚焦某高架桥出现桥墩偏位、墩柱倾斜及柱底规律性水平裂缝的病害问题,结合深厚软土地基工程特性,系统剖析病害成因,创新性地提出基于桥墩偏位量反演计算桥墩内力的评估方法,精准计算墩柱与桩基承载力不足时的临界桥墩偏位量。运用PST... 聚焦某高架桥出现桥墩偏位、墩柱倾斜及柱底规律性水平裂缝的病害问题,结合深厚软土地基工程特性,系统剖析病害成因,创新性地提出基于桥墩偏位量反演计算桥墩内力的评估方法,精准计算墩柱与桩基承载力不足时的临界桥墩偏位量。运用PST法、跨孔弹性波CT法两种既有桩基无损检测技术,对偏位显著的桩基开展无损检测,通过检测结果验证桥墩偏位病害分析评估的科学性与准确性。针对软土地基桥墩病害特征,提出增补桩基结合墩柱外包钢套筒的桥墩被动加固方案,通过建立力学计算模型,在相同水平土压力工况下,对比加固前后桥墩偏位量及内力变化,结果显示:加固后桥墩偏移量与内力降幅达47%~59%,各项验算指标均符合规范要求,该加固处治方案在控制桥墩偏位、提升结构安全性方面效果显著。 展开更多
关键词 软土地基 桥墩偏位 反演计算 临界偏位量 桩基无损检测 桥墩被动加固
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含缺陷砂岩轴压能量本构关系的离散元模拟研究
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作者 郭永成 陈冰 +1 位作者 李建林 邓华锋 《高压物理学报》 北大核心 2026年第3期61-75,共15页
为探究单轴压缩下缺陷砂岩的能量演化和力学行为,通过离散元法数值模拟,分析了不同岩桥倾角和岩桥距离对缺陷砂岩的影响,结合能量耗散建立了损伤本构方程。结果表明:岩桥倾角和岩桥距离显著影响缺陷砂岩的力学响应和破坏机制,大倾角(60&... 为探究单轴压缩下缺陷砂岩的能量演化和力学行为,通过离散元法数值模拟,分析了不同岩桥倾角和岩桥距离对缺陷砂岩的影响,结合能量耗散建立了损伤本构方程。结果表明:岩桥倾角和岩桥距离显著影响缺陷砂岩的力学响应和破坏机制,大倾角(60°、90°)促进裂纹沿最大主应力方向扩展,而小倾角(0°、30°)增加剪切裂纹比例,导致不同的破坏形态;弹性模量和抗压强度随岩桥倾角和岩桥距离的变化呈“U”形非线性特征。能量演化规律对岩桥倾角具有依赖性,总能量和耗散能量随岩桥倾角的增加先降低后升高,并在90°时达到最大。岩桥距离对能量的影响随岩桥倾角的变化而变化,当岩桥倾角小于45°时,能量随岩桥距离的增加而减少,当岩桥倾角大于45°时,能量随岩桥距离的增加先增加后减少。弹性能耗比的三阶段特征可作为缺陷砂岩失稳的预测指标。基于耗散能理论构建的能量耗散损伤本构模型能够准确地描述不同岩桥参数下缺陷砂岩的变形和破坏行为。该模型在实际工程中具有重要的应用潜力,但需要针对具体应力条件进行调整以优化预测准确性。研究结果可为岩土工程的灾害防治提供理论参考。 展开更多
关键词 单轴压缩 缺陷砂岩 离散元方法 裂纹演化 能量本构
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高温后花岗岩三轴压缩条件下力学特性试验研究
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作者 朱振南 梁缘 +9 位作者 解经宇 乔伟 杨圣奇 杨现禹 黄彦华 张雨 范浩 田红 蒋国盛 陈劲 《岩土工程学报》 北大核心 2026年第1期33-44,共12页
随着高温岩体工程的进一步发展,需要准确揭示高温和高压条件对储层岩石物理力学变化影响机理,来分析高温岩体工程储层稳定性,提高资源开采效率。基于此,通过对高温后(20~600℃)的花岗岩进行不同围压作用下的常规三轴压缩试验,分析了不... 随着高温岩体工程的进一步发展,需要准确揭示高温和高压条件对储层岩石物理力学变化影响机理,来分析高温岩体工程储层稳定性,提高资源开采效率。基于此,通过对高温后(20~600℃)的花岗岩进行不同围压作用下的常规三轴压缩试验,分析了不同围压下高温后花岗岩试样常规三轴压缩全应力-应变关系,探讨了温度、围压对花岗岩的强度和变形特征及破坏形式的影响,同时结合高温后花岗岩偏光显微镜图像,从细观上揭示了高温后花岗岩力学特征变化的机制。研究结果表明:①高温后花岗岩三轴抗压强度和弹性模量皆随温度的升高而逐渐降低,随围压的升高而增大。与常温条件下相比,600℃时单轴抗压强度和弹性模量分别降低了56.47%,54.63%,而60 MPa条件下,三轴抗压强度和弹性模量仅降低了41.04%,33.51%。高温对花岗岩体积应变的膨胀有很大影响,温度越高,试样体积膨胀的越明显,且高温后花岗岩黏聚力和内摩擦角皆随温度的升高而降低;②温度大于400℃时,花岗岩强度和变形参数降低幅度呈现突然增大的趋势,且微裂纹的密度和平均宽度总体上也有突然增大的趋势,单轴压缩条件下破坏形态也由轴向劈裂破坏向剪切破坏过渡,花岗岩强度和变形参数及破坏形式变化的阈值温度应大于400℃;③裂纹面积φ_(s)和平均裂纹宽度W_(a)皆随温度的升高而逐渐增大,400℃时,φ_(s)和W_(a)增加到1.52%和7.30 μm,随着温度升高到600℃时,φ_(s)和W_(a)进一步升高到3.67%和11.00 μm,与力学与变形参数随温度逐渐减小的趋势相对应,岩石内部水分子逸出、矿物晶体膨胀系数的差异及矿物晶体物理变化导致花岗岩试样内部晶间和晶内微裂纹逐渐萌生、扩展和交汇成裂纹网络,导致高温后花岗岩力学特性的变化。通过宏观和细观试验结果相结合揭示了高温和高压条件下储层花岗岩物理力学变化机理,为涉及高温岩体工程开发的相关计算与数值模拟提供理论支撑。 展开更多
关键词 高温花岗岩 三轴压缩 力学特性 偏光显微镜 矿物晶体膨胀
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不同冷却方式下高温花岗岩巴西劈裂力学行为及细观破坏机制
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作者 孟尧尧 靖洪文 +5 位作者 李慧 刘晓伟 尹乾 张涛 于美鲁 孙治民 《岩土工程学报》 北大核心 2026年第2期345-353,共9页
为探究不同冷却方式下高温花岗岩巴西劈裂力学行为及其细观破坏机制,利用ABAQUS软件中的内聚力热-力耦合模型开展了高温花岗岩拉伸力学特性的数值模拟研究。通过深入分析试件内微裂纹随加载的起裂、扩展演化全过程揭示了不同冷却方式下... 为探究不同冷却方式下高温花岗岩巴西劈裂力学行为及其细观破坏机制,利用ABAQUS软件中的内聚力热-力耦合模型开展了高温花岗岩拉伸力学特性的数值模拟研究。通过深入分析试件内微裂纹随加载的起裂、扩展演化全过程揭示了不同冷却方式下高温花岗岩试件的细观破坏机理,并进一步探讨了晶粒边长和晶粒边界强度对高温花岗岩拉伸力学行为的影响。结果表明:采用内聚力热-力耦合模型不仅解决了矿物晶粒间的温度传递问题,同时能够有效模拟温度和冷却方式的变化对花岗岩力学特性的影响;随晶粒边长的增加,花岗岩抗拉强度不断增大,晶粒边界裂纹占比不断减少而穿晶裂纹占比不断增大,晶粒边界的控制作用在不断减弱;随晶粒边界强度的增加,花岗岩抗拉强度不断增大,晶粒边界裂纹数不断减少,总裂纹和穿晶裂纹数表现为不断减少和先增多后减少两种变化趋势。 展开更多
关键词 岩石力学 高温花岗岩 冷却方式 内聚力热-力耦合模型 破坏机制
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陕西典型夯土遗址阴阳面片状剥离差异性发育特征
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作者 郭亚旭 杜昱民 +4 位作者 仉文岗 崔凯 朱才辉 杨阳 董文强 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2026年第1期1-17,30,共18页
片状剥离作为土遗址最为典型和严重的病害类型之一,在遗址阴阳面发育程度存在显著的差异性,然而目前针对不同赋存环境下典型夯土遗址阴阳面片状剥离差异性特征缺乏系统研究。本研究以陕西省境内半干旱及半湿润环境下18处不同历史时期构... 片状剥离作为土遗址最为典型和严重的病害类型之一,在遗址阴阳面发育程度存在显著的差异性,然而目前针对不同赋存环境下典型夯土遗址阴阳面片状剥离差异性特征缺乏系统研究。本研究以陕西省境内半干旱及半湿润环境下18处不同历史时期构筑的夯土遗址作为研究对象,通过病害现场调查、环境监测及室内土工测试等多种手段,揭示太阳辐射作用下土遗址阴阳面片状剥离病害差异性发育特征。结果表明:遗址阳面片状剥离二元结构厚度平均为24.41 mm,遗址阴面二元结构平均厚度24.15 mm,遗址阳面表面粗糙度为1.178,遗址阴面表面粗糙度1.151,阳面片状剥离较阴面更严重;通过遴选两种环境区内的代表性遗址开展24 h遗址阴阳面环境监测,发现遗址阳面墙体较阴面温湿度波动更强烈,盐分迁移梯度更大,遗址土体次生矿物含量更高。因此,太阳辐射通过差异性影响遗址阴阳面的温度和湿度,促进了遗址表面土体差异性水盐迁移活动,进而促进墙体表层土体团聚作用,从而导致阳面片状剥离的发育演化更为严重。本研究揭示了环境因素影响下的土遗址阴阳面片状剥离差异性发育特征及其与环境、土体性质间的内在联系,为土遗址片状剥离病害的预防性保护提供科学依据。 展开更多
关键词 夯土遗址 片状剥离 阴阳面 太阳辐射 土体性质
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酸化砂岩三轴压缩变形局部化时空演化规律研究
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作者 彭守建 罗利威 +2 位作者 许江 陈奕安 李艾峰 《矿业安全与环保》 北大核心 2026年第1期23-30,共8页
为探究酸化作用后砂岩破坏过程中的变形局部化时空演化规律,利用可视化三轴压缩伺服控制试验系统,开展了酸性化学腐蚀后砂岩的三轴压缩试验,基于三维数字图像相关技术,对砂岩变形局部化时空演化特征进行研究。试验结果表明:在三轴压缩... 为探究酸化作用后砂岩破坏过程中的变形局部化时空演化规律,利用可视化三轴压缩伺服控制试验系统,开展了酸性化学腐蚀后砂岩的三轴压缩试验,基于三维数字图像相关技术,对砂岩变形局部化时空演化特征进行研究。试验结果表明:在三轴压缩荷载作用下,砂岩变形局部化具有渐进性,应变值处于前5%的应变点逐步集中于试件宏观破裂面;在相同围压下,砂岩表面宏观断裂出现的变形局部化带宽度随着浸泡时间的延长呈现先增大后减小的趋势;基于三维数字图像相关技术可获取砂岩在三维空间中的表面变形数据点,通过分析砂岩受载过程中前5%较大应变点的时空演化特征,发现变形局部化带与试件轴向的夹角整体上随着浸泡时间的延长而减小,且随着浸泡时间延长,破裂面呈现由曲面向平面转化的趋势。 展开更多
关键词 砂岩 酸化 三轴压缩 变形局部化 三维数字图像相关技术 时空演化
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川中地区浅表层地应力特征及工程效应
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作者 赵冬安 柴春阳 陈明浩 《铁道标准设计》 北大核心 2026年第3期117-123,共7页
随着川中地区大量高速铁路建设、运营,区内路基上拱、隧道底鼓等与地应力相关的微小变形已成为影响铁路工程建设的新问题,且由于区内构造相对稳定,工程埋深较浅,关于区内现今地应力场的研究较少。本文收集了川中地区55个钻孔共217组水... 随着川中地区大量高速铁路建设、运营,区内路基上拱、隧道底鼓等与地应力相关的微小变形已成为影响铁路工程建设的新问题,且由于区内构造相对稳定,工程埋深较浅,关于区内现今地应力场的研究较少。本文收集了川中地区55个钻孔共217组水压致裂地应力测试数据,通过统计、回归分析等方法研究区内浅表层地应力场特征,结合工程案例探讨其工程效应。结果表明:在统计深度(374.5 m)范围内,区内水平应力表现出较高的增长梯度,其中最大水平主应力SH随深度增加的梯度为3.39 MPa/100 m,最小水平主应力Sh随深度增加的梯度为2.36 MPa/100 m,水平剪应力τ随深度增加的梯度为0.53 MPa/100 m;受地形、人类工程活动等因素影响,区内浅部侧压力系数离散,最大主应力方向分布散乱,随深度增加侧压力系数逐渐收敛,稳定收敛值为1.16,最大主应力方向分布也趋于集中,优势方向为N45°W,说明区内沉积盖层仍受到区域构造应力场的影响;区内工程埋深较浅,浅表层地应力量值不大,基本不会发生软岩大变形,但存在软岩蠕变问题。近年来发生的隧道底鼓、路基上拱等微小变形病害原因可归结为地应力因素、岩体因素、其他因素三大类,设计和施工时应高度重视,防止此类微小变形病害的发生。 展开更多
关键词 高速铁路 川中地区 地应力特征 回归分析 区域应力场 工程效应
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峰前循环剪切作用下岩体结构面剪切力学性质研究
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作者 解佩瑶 陈卫忠 +5 位作者 赵武胜 周帅 秦长坤 李翔 蒋华 何树江 《岩土力学》 北大核心 2026年第1期115-129,139,共16页
岩体赋存结构面在受到地震等动力扰动时可能会发生损伤和破坏,其在峰前循环剪切作用下的力学响应对于地下工程动力灾害防控具有重要意义。当前研究多聚焦相似材料而非岩石基质,加载特征多考虑往复而忽视赋存地应力,循环阶段结构面力学... 岩体赋存结构面在受到地震等动力扰动时可能会发生损伤和破坏,其在峰前循环剪切作用下的力学响应对于地下工程动力灾害防控具有重要意义。当前研究多聚焦相似材料而非岩石基质,加载特征多考虑往复而忽视赋存地应力,循环阶段结构面力学特征演化规律仍不清晰。通过巴西劈裂试验获取天然粗糙结构面,并基于3D扫描与雕刻技术批量重构具有天然形貌特征的岩样,开展了峰前循环荷载作用下粗糙结构面的响应研究,分析了法向应力、加载频率、静载幅值及动载幅值对结构面力学特性的影响规律,主要包括峰值强度、累积位移和滞回环平均刚度、阻尼比等指标。采用随机森林方法确定4类因素对结构面力学性质影响。试验结果表明:随着循环次数增加,结构面局部应变增大,应变局部化区域由低应变带状分布变为高应变离散分布,累积位移和平均刚度增加,阻尼比减少。随着法向压力和加载频率增加,累积位移降低、平均刚度和阻尼升高;随着动载幅值增加,累积位移和平均刚度降低,阻尼比升高;随着静载幅值增加,累积位移和平均刚度升高,阻尼比降低,法向应力、加载频率、动载幅值和静载幅值对力学性质参数的影响逐渐降低。研究结果为地下工程岩体结构面动力稳定性评估及灾害防控提供了数据基础。 展开更多
关键词 岩体结构面 峰前循环剪切 数字图像相关法(DIC) 滞回环 随机森林
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刚性与柔性边界下红层岩石的侧限压缩力学特性
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作者 顾旭东 刘广 +3 位作者 张振华 彭俊 王昊 汪昕 《工程地质学报》 北大核心 2026年第1期108-119,共12页
红层岩体是我国西南地区广泛分布的一类岩体。红层岩体中的滑坡、崩塌等地质灾害十分普遍,掌握红层岩石的力学行为对防止红层滑坡具有重要的意义。基于室内试验与数值模型相结合的方法,以马家沟滑坡红层岩石为研究对象,利用岩样的室内... 红层岩体是我国西南地区广泛分布的一类岩体。红层岩体中的滑坡、崩塌等地质灾害十分普遍,掌握红层岩石的力学行为对防止红层滑坡具有重要的意义。基于室内试验与数值模型相结合的方法,以马家沟滑坡红层岩石为研究对象,利用岩样的室内三轴压缩应力-应变曲线校准数值岩样的模型参数。采用颗粒流程序模拟岩样的侧限压缩试验,分析了刚性和柔性边界条件下岩样的应力-应变曲线、泊松比、破坏模式和微观颗粒接触力的差异。结果表明,刚性边界条件对岩样侧向约束较强,岩样弹模、峰值强度随着围压升高增长较柔性边界快。在同围压下,柔性边界条件峰前试样的泊松比变化不大,而刚性边界条件下的试样泊松比在峰前有增大趋势,峰值点处刚性边界条件下的泊松比显著大于柔性边界条件下的岩样。刚性边界条件下的岩样破坏形态常见轴向劈裂、斜对角剪切破坏特征,以张拉和剪切破坏为主。而柔性边界条件下的试样破坏主要表现为试样端部的剪切破坏,破坏试样可观察到明显的侧向鼓胀变形。围压较小时,同应变水平下的柔性边界试样破坏时内部颗粒间的平均剪切应力和平均拉伸应力比刚性边界稍大。围压增加后,柔性边界平均剪切应力和平均拉伸应力显著超过刚性边界,当围压进一步增大时,两种边界条件下的平均剪切应力和平均拉伸应力相近。 展开更多
关键词 红层岩体 侧限压缩试验 柔性边界 刚性边界
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坚硬孔洞压裂岩体动态破裂力学响应特征
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作者 郑锐 刘学箭 +2 位作者 石磊 杨绮凡 徐东 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期25-33,共9页
针对矿井水力压裂卸压过程中岩体损伤变形严重等问题,基于弹性力学与冲击动力学,建立裂隙损伤耗散能与水压及裂隙损伤等效半径的关联模型,采用数值模拟方法,对含不同直径孔洞的大理岩试样开展动态水力压裂-单轴静载压缩耦合数值试验,研... 针对矿井水力压裂卸压过程中岩体损伤变形严重等问题,基于弹性力学与冲击动力学,建立裂隙损伤耗散能与水压及裂隙损伤等效半径的关联模型,采用数值模拟方法,对含不同直径孔洞的大理岩试样开展动态水力压裂-单轴静载压缩耦合数值试验,研究孔洞直径与压裂时步对试样力学特性及破坏特征的耦合作用机制。研究结果表明:岩体裂隙损伤的耗散能与水压及裂隙等效半径正相关。裂隙演化呈现起裂、快速扩展、稳定扩展三阶段特征,孔径增大会显著增强围岩应力扰动。不同压裂孔径的岩样,其驱动破坏模式因应力梯度分异与弱化界面竞争,由孔洞主导向裂隙控制,最终向复合破坏转变,且孔径越大,损伤越严重。峰值应力应变响应呈初始损伤失稳、主裂隙弱化及残余强度平衡三阶段特征,符合指数衰减规律。孔洞压裂岩体的损伤演化受孔径与压裂时步协同调控。 展开更多
关键词 水力压裂 动态破裂 力学特性 裂隙扩展 声发射
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基于损伤统计的砂岩三维蠕变本构模型
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作者 王流凯 蔡国军 +1 位作者 赵伟平 胡星 《工程科学与技术》 北大核心 2026年第1期145-155,共11页
岩体蠕变对工程长期稳定性至关重要,岩石是岩体的组成部分,本构模型最能反映岩石蠕变过程的力学特征和变形规律,利用MTS-815岩石刚性试验机和STAC600-600型岩石三轴流变试验机开展砂岩常规三轴压缩试验和分级蠕变试验,借助SMP准则和Weib... 岩体蠕变对工程长期稳定性至关重要,岩石是岩体的组成部分,本构模型最能反映岩石蠕变过程的力学特征和变形规律,利用MTS-815岩石刚性试验机和STAC600-600型岩石三轴流变试验机开展砂岩常规三轴压缩试验和分级蠕变试验,借助SMP准则和Weibull分布函数建立损伤统计模型,并验证模型准确性。采用损伤改进西原模型并引入裂隙塑性体,建立砂岩三轴蠕变条件下的本构模型,对模型参数进行优化并与其他本构模型进行对比。结果表明:1)利用SMP准则与Weibull分布函数推导的损伤变量能够有效描述砂岩三轴压缩与三轴蠕变条件下的损伤演化过程,且损伤演化参数u、m与围压有着明显函数关系;2)将围压对本构模型相关变量的影响纳入构建的损伤变量后,模型拟合结果与砂岩分级蠕变过程能够高度契合;3)本构模型中的相关参数(包括泊松比等)均推广至三维应用形式,且裂隙塑性体的引入使模型不单适用于完整岩石。该模型在工程中具有一定实用性,对其他类型岩石也具有参考价值。 展开更多
关键词 岩石蠕变 SMP准则 损伤变量 WEIBULL分布 西原模型
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开采扰动影响下巷道围岩损伤与渗透特性演化规律研究
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作者 杨云钦 韩立军 《岩土力学》 北大核心 2026年第1期101-114,共14页
地下煤矿的开采会引起采掘工作面前方岩体应力状态的变化,进而导致岩体损伤,形成地下水渗流通道,并引起突水、围岩垮落等灾害。针对这一情况,为模拟开采扰动下不同区域岩体的应力状态,设计3种应力加载路径进行三轴压缩试验:常规三轴压缩... 地下煤矿的开采会引起采掘工作面前方岩体应力状态的变化,进而导致岩体损伤,形成地下水渗流通道,并引起突水、围岩垮落等灾害。针对这一情况,为模拟开采扰动下不同区域岩体的应力状态,设计3种应力加载路径进行三轴压缩试验:常规三轴压缩(conventional triaxial compression test,简称CTCT)、增轴压卸围压(loading axial pressure and unloading lateral pressure test,简称IUT)、恒轴压卸围压(keeping axial pressure and unloading lateral pressure test,简称KUT),并设计了两种加载方式的蠕变试验:梯级加载蠕变试验以及卸围压蠕变试验,研究岩体损伤与渗透特性演化规律及其时效性机制,并通过理论分析表征蠕变过程与蠕变卸载过程中灰岩的损伤。结果表明:(1)不同的应力路径下灰岩表现出的屈服特性、渗透率等力学与渗透性能存在显著差异,但破坏形式均以剪切破坏为主;(2)随着围压水平的提高,渗透率增长速率最大值所对应的应力路径分别为:常规三轴加载、增轴压卸围压、恒轴压卸围压,这表明灰岩的渗透性能演化规律与地应力水平以及应力状态密切相关;(3)损伤主要发生于轴向加载以及围压卸载过程中,在卸围压的加载方式下,灰岩损伤累计与破坏的速率高于常规加载路径;(4)改进了西原模型并成功验证了其可靠性。研究成果可为巷道、隧道等地下工程施工稳定性研究提供参考。 展开更多
关键词 开采扰动 损伤 力学特性 渗透特性 演化规律
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岩体结构面原位直剪试验的室内替代方法优化研究
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作者 张蕊 王帆 +2 位作者 成佳杨 张思航 张瑾鸽 《水利与建筑工程学报》 2026年第1期200-205,共6页
岩体结构面抗剪强度是水利工程及公路设计中边坡、围岩稳定性评价的核心参数,需通过原位直剪试验精准获取,而该试验受结构面复杂性制约,又因需开挖平硐存在成本高、周期长、生态扰动大等问题,无法满足高效勘察需求。基于此,提出室内中... 岩体结构面抗剪强度是水利工程及公路设计中边坡、围岩稳定性评价的核心参数,需通过原位直剪试验精准获取,而该试验受结构面复杂性制约,又因需开挖平硐存在成本高、周期长、生态扰动大等问题,无法满足高效勘察需求。基于此,提出室内中型直剪试验替代方案,即以3D打印复刻天然结构面,结合自主升级同步加载系统,开展多尺寸、多岩性试验,研究尺寸效应并建立替代方法。结果表明:硬质结构面20 cm×20 cm试样抗剪强度与原位偏差最小,经0.81~0.90抗剪断系数、0.95~1.05抗剪系数修正后可精准替代;粉砂岩-长石砂岩互侵体结构面因制样扰动,优先用15 cm×15 cm试样并结合应力释放补偿模型修正。该方法已在东庄水利枢纽、引汉济渭三河口工程验证,勘察周期缩40%以上、成本降60%。 展开更多
关键词 岩体结构面 原位直剪试验 室内中型直剪试验 尺寸效应 3D打印 抗剪强度
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隧洞开挖塑性区演化特性参数化表征与代理模型预测
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作者 夏超杰 李鸿鹄 +3 位作者 孙爱军 陈在铁 查新元 徐磊 《水力发电》 2026年第1期52-58,共7页
针对采用传统数值仿真方法获取隧洞开挖过程中围岩塑性区演化特性效率较低的问题,提出了一种隧洞开挖塑性区演化特性曲线快速预测方法。该方法聚焦隧洞横剖面内围岩塑性区面积(深度)随开挖面推进的演化过程这一关键特性,提出采用三参数... 针对采用传统数值仿真方法获取隧洞开挖过程中围岩塑性区演化特性效率较低的问题,提出了一种隧洞开挖塑性区演化特性曲线快速预测方法。该方法聚焦隧洞横剖面内围岩塑性区面积(深度)随开挖面推进的演化过程这一关键特性,提出采用三参数指数型函数对隧洞开挖塑性区演化特性曲线进行参数化表征,并通过构建分别以塑性区演化特性曲线的主要影响因素和表征参数为输入和输出的Kriging代理模型,实现塑性区演化特性曲线的快速预测。以某输水隧洞工程为例,开展了3个典型洞段开挖塑性区演化特性曲线预测,通过与传统数值仿真方法结果的对比,验证了所提方法的可行性与预测精度。 展开更多
关键词 水工隧洞 塑性区演化 快速预测 参数化表征 代理模型
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温度循环作用下炭质泥岩剪切蠕变特性研究
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作者 胡斌 王宏芮 +2 位作者 常书祥 张红军 李海英 《中国水运》 2026年第2期147-149,共3页
露天矿山边坡中炭质泥岩长时间受外部温度周期性影响,产生的热应力会加速岩体劣化速度直至破坏,威胁边坡稳定性与矿山生产安全。为探究炭质泥岩在温度循环作用下的蠕变特性,开展室内温度循环作用下分级蠕变试验,根据室内试验结果与损伤... 露天矿山边坡中炭质泥岩长时间受外部温度周期性影响,产生的热应力会加速岩体劣化速度直至破坏,威胁边坡稳定性与矿山生产安全。为探究炭质泥岩在温度循环作用下的蠕变特性,开展室内温度循环作用下分级蠕变试验,根据室内试验结果与损伤力学理论,分析了受温度循环作用后的蠕变模型参数变化规律,并以温度循环前后的蠕变力学参数的折减度为基础构建了与之对应参数的温度循环损伤因子。在传统西原本构模型的基础上串并联分数阶Abel粘壶元件,建立考虑温度循环作用的炭质泥岩非线性蠕变损伤本构模型,并进行参数辨识与验证。结果表明,文中所提出的蠕变损伤模型能够较好地描述温度循环作用下炭质泥岩的蠕变特性,为西南地区含炭质泥岩边坡的防灾监控与稳定性分析提供理论依据。 展开更多
关键词 采矿工程 温度循环损伤 分数阶微积分 蠕变本构模型 参数辨识
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