三轴压缩下单裂隙位置对复合岩样力学变形与破坏模式的影响

在地下富存裂隙的层状复合岩体中,复杂围压环境和裂隙分布对复合岩体力学性质和损伤破坏具有显著影响。选取由类灰岩和类砂岩组成的含预制单裂隙的复合岩样作为研究对象,通过常规三轴压缩试验,分析不同裂隙位置和围压条件下岩样的力学变形和破坏模式。结果表明:(1)完整复合岩样的强度受砂岩控制,而变形受灰岩限制。(2)随着围压的增加,复合岩样破坏特征由裂隙位置主导转变为由围压主导;复合岩样的体缩受围压的影响,而体胀受裂隙位置的影响。(3)在单轴压缩条件下,裂隙对岩样力学性质的削弱程度最大;当裂隙位于灰岩中时,损伤应力受围压影响最显著,岩样的强度和弹性模量随着裂隙位置的改变(从灰岩、接触面到砂岩)及围压的增加呈现出增加的趋势。(4)灰岩中的裂隙易产生拉伸裂纹,砂岩中的裂隙易产生剪切裂纹;随着围压的增加,复合岩样由拉伸破坏转变为剪切破坏,破坏模式由围压主导。该研究成果对复合岩体工程的安全加固设计具有一定的指导意义。

围压作用下不同裂隙位置复合岩裂纹演化研究

【目的】为了揭示围压作用下预制单裂隙位置的改变对缺陷复合岩样特征应力以及裂纹扩展规律的影响,【方法】采用PFC2D软件并结合室内相似岩样试验进行分析,通过室内试验结果标定细观参数从而建立离散元模型,并对离散元模型进行三轴压缩试验分析单裂隙缺陷复合岩的裂纹演化规律。【结果】结果显示:围压的增加会使岩样的各项特征应力均有所增长。岩样峰值应力和损伤应力随围压增加呈线性关系,起裂应力随围压增加呈现出先突增后变缓的增长趋势。裂隙位置的改变对岩样特征应力的削弱程度明显不同。当位于结构面时,对起裂应力和损伤应力的削弱程度最高;当位于大理岩中时,对峰值应力的削弱程度最高。裂隙位置也对岩样内裂纹的萌生、扩展与贯通方式产生明显差异。当位于砂岩和结构面时,裂隙尖端产生的剪切裂纹向主应力方向扩展直至贯通导致岩样破坏;当位于大理岩时,裂隙尖端向主应力方向扩展的剪切裂纹以及砂岩部分产生的剪切裂纹聚集带两条主裂纹导致岩样破坏。【结论】结果表明:采用“试错法”标定建立PFC2D离散元模型模拟岩样三轴压缩试验,所得到的岩样裂纹演化规律与实际试验一致,对实际工程具有指导意义。

裂隙位置和开度对岩体抗剪强度影响的试验研究

Jennings方法忽略了裂隙的位置和开度,直接按照裂隙连通率进行加权平均求得的岩体抗剪强度是不精确的。为了研究裂隙位置和开度对岩体抗剪强度的影响,以水泥浆为类岩石材料,浇筑裂隙岩体试件,在试件的不同位置预制不同开度的裂隙,在直剪仪上对裂隙岩体试件进行抗剪强度试验。试验结果表明:当裂隙开度一定,裂隙位于位置三(裂隙中心距剪刃50 mm)时,试件黏聚力最小,裂隙位于位置一(裂隙中心距剪刃10 mm)和位置五(裂隙中心距剪刃90 mm)时,试件黏聚力最大,裂隙位于位置二(裂隙中心距剪刃30 mm)和位置四(裂隙中心距剪刃70 mm)时,试件黏聚力位于两者之间;当裂隙位置一定时,1 mm开度的裂隙试件抗剪强度小于2 mm开度的试件;裂隙试件的内摩擦角受裂隙位置和开度影响不显著;裂隙扩展和剪断面破坏特征受裂隙开度影响显著,相同位置下,1 mm开度试件剪断后裂隙较平直,剪断面相对光滑,2 mm开度试件剪断后裂隙起伏度较大,剪断面凹凸不平。研究结果对加深裂隙岩体剪切破坏规律和破坏机制的认识以及现场裂隙岩体抗剪强度的合理取值,均具有一定的指导意义。

坝肩裂隙位置变动对拱坝稳定的影响及其处理措施研究

选取鲜店拱坝为例,应用有限元原理,使用大型通用有限元分析软件ANSYS,建立拱坝及坝基的三维弹塑性分析模型,分析计算拱坝右坝肩的顺河向裂隙位置变化对拱坝稳定的影响,并对裂隙进行加固处理。结果表明:位于右坝肩外侧的裂隙对稳定影响最大,对裂隙进行低压浓浆固结灌浆是可行的。

裂隙位置及深度对膨胀土边坡稳定性影响分析

降雨入渗引发裂隙性膨胀土边坡失稳是一种常见的工程地质灾害。在有限元方法中考虑裂隙的存在及降雨过程中裂隙的愈合对膨胀土渗流特性和强度特性的影响,研究了裂隙位置及深度对膨胀土边坡渗流及稳定性的影响。结果表明:裂隙的存在对边坡的渗流及稳定性均有显著的影响。入渗的雨水将集中在裂隙周边的风化土层内,裂隙发育深度决定了潜在滑移面的位置,一旦边坡失稳多呈现浅层滑坡的特点。裂隙位于上坡面和下坡面的稳定性均低于裂隙位于坡顶时的稳定性;随着裂隙深度的增加,边坡稳定性逐渐下降,但下降趋势减缓。

纵向单裂隙分布位置对洞室围岩失稳特征影响试验研究

为研究纵向裂隙分布位置对洞室围岩失稳特征的影响规律,通过无预制裂隙洞室模型及含不同位置预制裂隙洞室模型双轴加载试验,结合数字图像技术(DIC)对比分析了洞室模型宏观力学参数及破坏模式。试验结果表明,随侧压力系数(λ)增大,洞室模型峰值强度和峰值应变呈先增大后减小趋势,在λ=1时达到最大值,弹性模量与之相反,呈先减小后增大趋势;从破坏模式来看,λ<1时,洞室破坏模式主要由张拉破坏逐渐转为拉剪复合破坏,裂隙位于拱顶,底板破坏明显,而裂隙位于直墙和底脚处,拱顶及底脚均破坏严重,随λ增大,λ≥1时,模型破坏以张拉裂纹为主,相比其他两个位置的裂隙,裂隙位于直墙,洞室稳定性最差;在相同λ下,高应变集中区会随裂隙位置改变而发生转移,但高应变区主要集中在预制裂隙端及洞室两底脚处。

不同围压下裂隙位置对复合岩样力学特性的影响

为研究不同围压下裂隙位置对层状复合岩石力学特性的影响,采用颗粒流软件PFC^(2D)建立含预制单裂隙的复合岩样数值模型,对复合岩样的应力应变、体积变化,及相关应力阈值进行分析。结果表明:(1)随着围压的增加,岩样破坏特征的影响因素是以裂隙的位置为主导转变为以围压为主导;(2)当围压不变时,随着裂隙位置在软岩中、结合面处、硬岩中的改变,岩样产生扩容形变历时明显延长,变形量显著增加,剪胀性强度减弱;(3)随着围压增加,复合岩样的强度增大,但裂隙的存在会明显削弱复合岩样的强度,其中裂隙在硬岩中时削弱程度最小;(4)裂隙在软岩中、结合面处与硬岩中,岩样的应力阈值依次递增,随着围压的增大,裂隙位置对起裂应力变化规律的影响占主导,但对损伤应力与峰值应力变化规律影响减弱。研究成果对实际工程建造和设计具有一定的指导性意义。

不同裂隙煤岩组合体力学特性影响的模拟研究

为研究不同裂隙煤岩组合体力学特性影响,通过PFC2D数值模拟软件分析上部裂隙煤岩组合体、中部裂隙煤岩组合体和下部裂隙煤岩组合体受力破坏过程,研究不同裂隙位置煤岩组合体力学特性、裂纹演化规律和AE特征的影响。研究结果表明:不同裂隙煤岩组合体模型中下部裂隙组合体峰值强度最大,为6.25MPa;上部裂隙组合体中弹性模量最大,为1.61GPa。此外,不同类型煤岩组合体裂纹数量不同,且拉裂纹数量远高于剪裂纹数量;中部裂隙煤岩组合体中,声发射波动区间更加明显。

单裂隙分布对复合岩样力学性质和扩展破坏的影响

在富存复杂裂隙的层理岩体中,裂隙分布对其力学性质及损伤破坏具有显著影响。以由类砂岩和类大理岩组成的复合裂隙岩样为例,采用单轴压缩试验和DIC技术,分析裂隙位置和裂隙倾角对岩样力学性质和破坏的影响。结果表明,岩样的力学性质随裂隙位置依次从大理岩、交界面到砂岩的改变及裂隙倾角的增加呈增加趋势。裂隙位置对岩样破坏影响为当裂隙在大理岩中时,初始裂纹易为砂岩中的远场裂纹,表面剥落在砂岩和大理岩中均有发生,但砂岩处破坏更明显,易发生“H形破坏”;当裂隙在交界面和砂岩时,易为砂岩处裂尖产生的翼裂纹、反翼裂纹,剥落现象只发生在砂岩处,分别易发生“1γ形破坏”和“y形破坏”;同时,初始裂纹产生对应的应力应变水平σ、ε随裂隙位置由砂岩、交界面到大理岩的改变依次提高。裂隙倾角对岩样破坏影响为α=90°时裂尖不易起裂,α=45°时裂尖易起裂;在相同裂隙倾角下,裂隙位置相同时α=90°的σ、ε最大,α=0°、45°时最小;α=0°时均发生“H形破坏”,α=90°时均发生“y形破坏”。研究结果对实际工程建设和设计具有指导性意义。

不同位置裂隙水流-传热对高放废物处置库近场温度影响的三维数值分析

为研究不同位置裂隙水流-传热对高放废物处置库近场温度的影响,采用3DEC建立数值模型,分析位于巷道上方远处和近处单裂隙水流,以及位于巷道上、下方近处两裂隙水流对处置库近场温度分布的影响.结果发现:裂隙水流传热对处置库近场温度分布的影响显著,裂隙水流吸热降温以及传热作用使膨润土温度比裂隙水静止时低;裂隙水流离巷道越近,对热量向其另一侧岩体传导的阻滞能力越强,致使裂隙水流上游和下游区域的传热面积越大,并且裂隙水流吸热降温以及传热作用越强,膨润土温度比远裂隙时低;巷道下方增加裂隙水流后,两条裂隙水流对热量向其两侧岩体传导的阻滞能力进一步增强,致使裂隙水流上游和下游区域的传热面积进一步增大,膨润土温度比单裂隙时高;裂隙水流距巷道由远及近,导致裂隙水的最高温分布由上游区域发展到下游区域,而巷道下部裂隙水流对巷道上部裂隙水温影响较小.

泥砂组合岩体预制裂隙扩展规律室内压缩试验研究

针对煤层开采断层构造在顶底板不同岩层中的发育问题,以含预制三维裂隙的泥砂组合岩体为研究对象,采用单轴压缩、三轴压缩试验并结合声发射监测的方法对泥砂组合岩体裂纹扩展演化规律展开研究。试验结果表明:3种岩体的峰前应力-应变曲线较为相似,泥砂组合岩体由于裂隙在穿层传播时发生变化,上部和下部岩体破坏不一致,峰后呈现不同形态;三轴加载下泥砂组合岩体峰值强度的均值分布为16~18 MPa,且在声发射监测中,泥砂组合岩体预制中部裂隙位置声发射活动较多,破坏后振幅达到最大值,基本在70 dB以上,随后声发射活动骤减,振幅降至60 dB以下;当含预制裂隙的泥岩或砂岩达到极限时,裂纹进行穿层传播,进而引发新一轮的声发射活动;当预制裂隙在泥砂组合岩体分界位置时,预制裂隙已提前突破了穿层阻力,会引导裂纹向两方向传播;泥砂组合岩体上部和下部裂隙位置岩样的声发射峰值振铃计数和峰值振幅均小于泥砂组合岩体中部裂隙位置岩样,泥砂组合岩体中部位置裂隙的存在使岩体结构面破坏,受力更容易发生变形破坏。研究成果为煤炭开采断层构造活化、穿层诱发的灾害防治研究提供新思路。