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Temperature effects on the failure of deep circular tunnel under true-triaxial compression
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作者 HUANG Lin-qi LIU Mao-lin +4 位作者 WANG Zhao-wei GUO Yi-de SI Xue-feng LI Xi-bing LI Chao 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第9期3119-3141,共23页
The failure characteristics of thermal treated surrounding rocks should be studied to evaluate the stability and safety of deep ground engineering under high-ground-temperature and high-ground-stress conditions.The fa... The failure characteristics of thermal treated surrounding rocks should be studied to evaluate the stability and safety of deep ground engineering under high-ground-temperature and high-ground-stress conditions.The failure process of the inner walls of fine-grained granite specimens at different temperatures(25–600℃)was analyzed using a true-triaxial test system.The failure process,peak intensity,overall morphology(characteristics after failure),rock fragment characteristics,and acoustic emission(AE)characteristics were analyzed.The results showed that for the aforementioned type of granite specimens,the trend of the failure stress conditions changed with respect to the critical temperature(200℃).When the temperature was less than 200℃,the initial failure stress increased,final failure stress increased,and failure severity decreased.When the temperature exceeded 200℃,the initial failure stress decreased,final failure stress decreased,and failure severity increased.When the temperature was 600℃,the initial and final failure stresses of the specimens decreased by 60.93%and 19.77%compared with those at 200℃,respectively.The numerical results obtained with the software RFPA3D-Thermal were used to analyze the effect of temperature on the specimen and reveal the mechanism of the failure process in the deep tunnel surrounding rock. 展开更多
关键词 deep ground rock failure GRANITE thermal treatment true-triaxial test circular tunnel RFPA3D-Thermal
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Experimental investigation on influence of loading rate on rockburst in deep circular tunnel under true-triaxial stress condition 被引量:9
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作者 SI Xue-feng HUANG Lin-qi +2 位作者 GONG Feng-qiang LIU Xi-ling LI Xi-bing 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第10期2914-2929,共16页
To investigate the influence of loading rate on rockburst in a circular tunnel under three-dimensional stress conditions,the true-triaxial tests were conducted on 100 mm×100 mm×100 mm cubic sandstone specime... To investigate the influence of loading rate on rockburst in a circular tunnel under three-dimensional stress conditions,the true-triaxial tests were conducted on 100 mm×100 mm×100 mm cubic sandstone specimens with d50 mm circular perforated holes,and the failure process of hole sidewall was monitored and recorded in real-time by the microcamera.The loading rates were 0.02,0.10,and 0.50 MPa/s.The test results show that the rockburst process of hole sidewall experienced calm period,pellet ejection period,rock fragment exfoliation period and finally formed the V-shaped notch.The rockburst has a time lag and vertical stress is high when the rockburst occurs.The vertical stress at the initial failure of the hole sidewall increases with loading rate.During the same period after initial failure,the rockburst severity of hole sidewalls increased significantly with increasing loading rate.When the vertical stress is constant and maintains a high stress level,the rockburst of hole sidewall under low loading rate is more serious than that under high loading rate.With increasing loading rate,the quality of rock fragments produced by the rockburst decreases,and the fractal dimension of rock fragments increases. 展开更多
关键词 ROCKBURST loading rate deep circular tunnel true-triaxial test V-shaped notch
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复杂应力条件下粗粒料的剪胀性研究进展 被引量:1
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作者 周跃峰 左永振 万航 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第8期104-112,共9页
粗粒料的剪胀性是其强度和变形研究的重要问题之一,它取决于颗粒排列、粒间压力等细微观作用;在宏观层面,受相对密度与应力状态的影响。围绕复杂应力条件下粗粒料的剪胀问题,从粗粒料力学特性的试验研究、粗粒料的剪胀性强度准则以及临... 粗粒料的剪胀性是其强度和变形研究的重要问题之一,它取决于颗粒排列、粒间压力等细微观作用;在宏观层面,受相对密度与应力状态的影响。围绕复杂应力条件下粗粒料的剪胀问题,从粗粒料力学特性的试验研究、粗粒料的剪胀性强度准则以及临界状态与剪胀性方面,对国内外的研究进展进行了系统论述。在此基础上,提出该领域呈现如下发展态势:①通过大型真三轴试验开展粗粒料剪胀率的试验研究与理论分析,能够促进粗粒料本构理论的发展进步;②结合应力路径试验中的应力变形规律研究,可实现从常规三轴条件下向复杂应力条件下的剪胀方程的进一步发展,从而体现强度与变形问题的统一;③采用状态参量去评价土体的松密状态与剪胀性,能够耦合应力状态与孔隙比,尽量避免“一种材料,多组参数”。研究结果表明状态参量和应力路径相结合的方法,使得粗粒料的力学特性研究更加具有科学性和系统性。 展开更多
关键词 粗粒料 剪胀性 真三轴试验 强度准则 状态参量
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致密砂岩气藏暂堵压裂裂缝起裂扩展实验模拟 被引量:1
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作者 孔祥伟 许洪星 +1 位作者 时贤 陈杭 《油气藏评价与开发》 CSCD 北大核心 2024年第3期391-401,共11页
针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了... 针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了不同裂缝走向、井斜角、方位角等参数对压裂裂缝参数的影响规律,起裂压力随井斜角和方位角的增加而减小;起裂角随井斜角增加而减小直至为0°,随方位角先增加而后减小。通过制备人工水泥试样,利用大尺寸真三轴物模实验系统模拟了暂堵压裂中新缝起裂及其转向行为,评价了不同井斜角、方位角下新缝起裂、转向及延伸行为和起裂压力及裂缝改造面积等参数。实验结果表明:井斜角增大,初次及二次起裂压力呈减小的趋势,裂缝更易转向且改造面积越大。井斜角相同时,裂缝起裂压力随井筒方位角增加而逐渐减小,裂缝改造面积随方位角增加而增大。方位角90°螺旋射孔相比方位角0°螺旋射孔形成的裂缝更为复杂,定面射孔可调控水平井破裂压力及初始破裂位置,初始破裂产生于射孔井筒界面、孔道中部等不同位置,控制射孔射角介于75°~90°。研究结果为低渗透致密砂岩气藏暂堵压裂设计提供了依据。 展开更多
关键词 真三轴 暂堵压裂 起裂扩展 破裂压力 起裂角 裂缝改造面积
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A multifunctional shear apparatus for rocks subjected to true triaxial stress and high temperature in real-time 被引量:1
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作者 Jun Zhao Xia-Ting Feng +2 位作者 Jia-Rong Wang Liang Hu Yue Guo 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第9期3524-3543,共20页
Deep engineering disasters,such as rockbursts and collapses,are more related to the shear slip of rock joints.A novel multifunctional device was developed to study the shear failure mechanism in rocks.Using this devic... Deep engineering disasters,such as rockbursts and collapses,are more related to the shear slip of rock joints.A novel multifunctional device was developed to study the shear failure mechanism in rocks.Using this device,the complete shearedeformation process and long-term shear creep tests could be performed on rocks under constant normal stiffness(CNS)or constant normal loading(CNL)conditions in real-time at high temperature and true-triaxial stress.During the research and development process,five key technologies were successfully broken through:(1)the ability to perform true-triaxial compressioneshear loading tests on rock samples with high stiffness;(2)a shear box with ultra-low friction throughout the entire stress space of the rock sample during loading;(3)a control system capable of maintaining high stress for a long time and responding rapidly to the brittle fracture of a rock sample as well;(4)a refined ability to measure the volumetric deformation of rock samples subjected to true triaxial shearing;and(5)a heating system capable of maintaining uniform heating of the rock sample over a long time.By developing these technologies,loading under high true triaxial stress conditions was realized.The apparatus has a maximum normal stiffness of 1000 GPa/m and a maximum operating temperature of 300C.The differences in the surface temperature of the sample are constant to within5C.Five types of true triaxial shear tests were conducted on homogeneous sandstone to verify that the apparatus has good performance and reliability.The results show that temperature,lateral stress,normal stress and time influence the shear deformation,failure mode and strength of the sandstone.The novel apparatus can be reliably used to conduct true-triaxial shear tests on rocks subjected to high temperatures and stress. 展开更多
关键词 true-triaxial shear apparatus ROCKS Complete shear stress-deformation process CREEP Real-time high-temperature
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超临界CO_(2)脉动压裂-渗流耦合试验系统研制与应用
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作者 刘佳佳 张云龙 +2 位作者 聂子硕 高志扬 许文松 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期12-20,共9页
【目的】为了有效强化煤层气抽采效果,将脉动压裂与超临界CO_(2)压裂相结合,提出了利用超临界CO_(2)脉动压裂煤(岩)的新思路。【方法】自主研发了超临界CO_(2)脉动压裂-渗流耦合真三轴试验系统,介绍了该试验系统的主要结构、特点和功能... 【目的】为了有效强化煤层气抽采效果,将脉动压裂与超临界CO_(2)压裂相结合,提出了利用超临界CO_(2)脉动压裂煤(岩)的新思路。【方法】自主研发了超临界CO_(2)脉动压裂-渗流耦合真三轴试验系统,介绍了该试验系统的主要结构、特点和功能,然后开展了室内真三轴条件下超临界CO_(2)脉动压裂-渗流试验及超临界CO_(2)脉动压裂-声发射监测试验。该系统结合独立伺服系统与中央数字系统控制三向应力,采用双泵型恒速恒压泵脉动给压,具有高精度、全过程、真三轴、承载高温、高压及高应力的特点。【结果和结论】试验结果表明:超临界CO_(2)脉动压裂-渗流耦合真三轴试验系统可以实现良好的脉动压裂功能。超临界CO_(2)脉动压裂后,煤体渗透率较压裂前呈增大趋势,增大了2~9倍,且煤体渗透率皆呈现良好的指数变化规律。在声发射-超临界CO_(2)脉动压裂时期,煤体产生了新的裂隙通道,该通道由压裂孔中心直接贯穿至煤样表面,且可观测到超临界CO_(2)流体直接从煤中喷出,故超临界CO_(2)脉动压裂具有一定的扩展和连通裂隙的作用,能够有效提高煤层气的抽采效果。研究成果为强化深部低渗煤层增透技术提供了一定的试验支撑。 展开更多
关键词 超临界CO_(2) 脉动压裂 真三轴 渗流特性 声发射
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重塑黄土的往返加卸载真三轴试验研究
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作者 邵帅 张佳庆 +3 位作者 邵生俊 宋佳瑶 严广艺 朱学亮 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1491-1497,共7页
针对不同应力路径往返加卸载条件下黄土累积塑性应变发展特性,以重塑黄土为研究对象,利用真三轴仪开展不同应力路径的往返加卸载试验研究,探究不同应力路径、应力幅值下黄土的循环应力时程曲线、滞回曲线、骨干曲线及累积塑性应变曲线... 针对不同应力路径往返加卸载条件下黄土累积塑性应变发展特性,以重塑黄土为研究对象,利用真三轴仪开展不同应力路径的往返加卸载试验研究,探究不同应力路径、应力幅值下黄土的循环应力时程曲线、滞回曲线、骨干曲线及累积塑性应变曲线的影响规律。揭示了应力路径对重塑黄土力学特性的影响,描述了各主应力与中主应力比b和应力幅值的相关性,提出了重塑黄土的滞回曲线近似呈椭圆形,长轴斜率随中主应力比b值的增大而增大,随应力幅值的增大而减小;随着中主应力比b值的增大,循环应力-应变骨干曲线随之硬化,累积塑性应变曲线依次降低,且累积塑性应变发展更早的进入平缓阶段,为解决相关黄土工程问题提供了参考。 展开更多
关键词 真三轴仪 循环应力 中主应力比 滞回曲线 骨干曲线 累积塑性应变
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真三轴煤岩体水压裂缝扩展行为教学实验设计
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作者 李波 时振 +1 位作者 魏建平 张飞燕 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第6期213-218,共6页
在自主研发真三轴煤岩体压裂渗流实验系统基础上,设计了一套真三轴煤岩体水力压裂实验方法。该实验方法从基本理论出发,结合工程实际设计实验方案,在实现数据采集、处理操作简单化的同时,实现了理论与实践的结合。该实验系统可根据工程... 在自主研发真三轴煤岩体压裂渗流实验系统基础上,设计了一套真三轴煤岩体水力压裂实验方法。该实验方法从基本理论出发,结合工程实际设计实验方案,在实现数据采集、处理操作简单化的同时,实现了理论与实践的结合。该实验系统可根据工程实际地应力数据设计实验室真三轴水力压裂实验应力状态参数,探讨压裂液恒流、恒压及变排量注入方式对注入压力-时间曲线、水压裂缝形态的影响机制。通过本实验教学可以让学生进一步了解矿井下地应力场分布规律。同时,该实验系统可拓展性较强,能够激发学生的主观创新思维。 展开更多
关键词 真三轴 水力压裂 地应力 裂缝扩展 实验教学
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真三轴循环荷载下含裂缝砂岩能量和损伤分析
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作者 李喜员 孙矩正 +1 位作者 秦佩 周洋 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2024年第5期170-179,共10页
探究真三轴循环荷载作用下含裂缝砂岩能量演化有助于明确岩石损伤破坏规律。开展了真三轴循环加卸载试验,分析了吸收总能量、弹性能、耗散能和塑性变形能的演化特征,并建立岩石损伤评价模型,结合断裂面细观损伤特征,探讨了岩石损伤破坏... 探究真三轴循环荷载作用下含裂缝砂岩能量演化有助于明确岩石损伤破坏规律。开展了真三轴循环加卸载试验,分析了吸收总能量、弹性能、耗散能和塑性变形能的演化特征,并建立岩石损伤评价模型,结合断裂面细观损伤特征,探讨了岩石损伤破坏规律。结果表明:随着裂缝角度增大,试样强度越大,破坏时吸收总能量越大,分别为0.238、0.276、0.307、0.332 MJ/m^(3);试验时吸收总能量、弹性能、耗散能均逐渐增加,塑性变形能先减小后增大;通过滞回环能量和总耗散能量,建立岩石损伤破坏评价指标,两者评价结果一致,岩石损伤程度随加卸载进行呈非线性变化;试样破坏时经历循环加卸载次数越多,受挤压摩擦程度越高,断裂面细观形貌越复杂。 展开更多
关键词 真三轴 循环加卸载 含裂缝砂岩 能量演化 裂缝角度 岩石损伤
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基于真三轴试验装置的岩石渗流密封方式改进及实验研究
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作者 武鹏飞 雒小飞 +2 位作者 王建美 宋晓夏 王建龙 《实验科学与技术》 2024年第1期121-126,共6页
国内现有的非常规油气储层的渗透性测试大多采用圆柱试样,通过假三轴试验装置进行测试,而真三轴条件下立方体试件棱边大多存在棱边串流与端面密封不严的缺陷。基于现有真三轴试验装置,以及大量的实验经验,针对现有的立方体试件单橡胶套... 国内现有的非常规油气储层的渗透性测试大多采用圆柱试样,通过假三轴试验装置进行测试,而真三轴条件下立方体试件棱边大多存在棱边串流与端面密封不严的缺陷。基于现有真三轴试验装置,以及大量的实验经验,针对现有的立方体试件单橡胶套渗流密封方式进行改进。介绍了嵌套式“上下密封套”结构特征,特别对棱边区的密封进行了设计,提出了密封套顶-底端面凹陷型内嵌“单孔网槽导流板”结构设计,并对顶部传压板的尺寸进行了讨论。对100 mm×100 mm×100 mm立方体煤样进行了真三轴渗流试验分析,得到了不同入口渗透压力真三轴围压条件下的渗透率。该密封方法的改进有助于提高科研单位及测试中心对原位地应力条件下非常规油气储层渗透性测试精度,并提高高端科研人才的实践创新能力与科研素养。 展开更多
关键词 非常规油气储层 真三轴试验装置 渗透性 密封套 密封方法
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深部大理岩真三轴力学特性离散元和有限差分耦合分析
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作者 王志亮 余浪浪 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期124-136,共13页
为了研究深部大理岩的动态力学特性,首先基于离散元PFC(particle flow code)和有限差分FLAC(fast Lagrangian analysis of continua)耦合法,对大理岩的细观参数进行标定。接着,对三维分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,S... 为了研究深部大理岩的动态力学特性,首先基于离散元PFC(particle flow code)和有限差分FLAC(fast Lagrangian analysis of continua)耦合法,对大理岩的细观参数进行标定。接着,对三维分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)冲击模拟中的动态应力平衡条件及均匀性假设进行数值验证。最后,对真三轴应力环境下大理岩的应力-应变响应、破碎特征及能量演化机理等问题进行深入分析。结果表明:基于PFC-FLAC耦合理论的真三轴SHPB试验数值结果满足应力均匀性假设,模拟得到的应力-应变曲线与室内试验数据高度一致。峰值应力、峰值应变随着冲击方向上预压(下称“轴向压力”)的增大呈下降趋势。在轴向压力相同时,试样峰值应力增幅随入射应力的提高逐渐变小;当入射应力固定时,轴向压力对试样峰值应力有削弱作用,垂直于冲击方向的侧压则会提升试样的抗压强度。加载过程中声发射事件爆发期整体上发生在应力峰后段,并在此阶段试样内形成较明显的宏观破碎带。在真三轴动态压缩下,大理岩试样主要以拉伸裂纹居多,在总裂纹数中占比超过80%。试样从加载至破坏的过程伴随有能量的变化,达到应力峰值点时试样的应变储能达到极限,之后转化为以耗散能为主、颗粒动能等为辅的能量形式。 展开更多
关键词 深部大理岩 真三轴条件 力学特性 破碎形态 耦合分析
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页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展规律模拟 被引量:1
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作者 乔玲茜 王本强 +4 位作者 陈雨松 何启越 蔡金赤 续化蕾 江厚顺 《断块油气田》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期241-245,265,共6页
暂堵转向压裂技术是提高非常规油气产能的重要方法之一,在非常规油气藏储层改造中已经得到了广泛应用。为进一步认识威远地区页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展特征,文中通过真三轴大物模实验研究了暂堵转向压裂压力响应与岩样破裂形态,验... 暂堵转向压裂技术是提高非常规油气产能的重要方法之一,在非常规油气藏储层改造中已经得到了广泛应用。为进一步认识威远地区页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展特征,文中通过真三轴大物模实验研究了暂堵转向压裂压力响应与岩样破裂形态,验证了暂堵产生复杂缝网结构的可行性,明确了在不同应力差条件下的暂堵后裂缝起裂规律;同时采用ABAQUS软件黏结单元模拟裂缝的起裂与扩展,研究了不同水平应力差、不同偏转角下暂堵转向压裂裂缝扩展规律。研究结果表明:水平应力差对初次裂缝与暂堵转向裂缝的开启与扩展均具有显著的影响,水平应力差越小时,一次和二次压裂时岩样的破裂压力就越大,岩样越不容易被压碎。裂缝扩展阻力的不断增加,提升了缝内净压力与裂缝宽度;相交缝二次扩展后开启的新裂缝与一次压裂夹角越小,新裂缝扩展效果越好。该研究对威远地区现场压裂和缝网形态预测具有一定的理论指导和借鉴意义。 展开更多
关键词 页岩气藏 暂堵转向 真三轴大物模 数值模拟 水平应力差
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基于真三轴卸载试验不同倾角组合煤岩力学特性研究 被引量:1
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作者 彭岩岩 郦亦凡 +3 位作者 余虎 韩攀嵘 朱淳 何满潮 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第2期1-10,共10页
为深入研究煤炭开采过程中顶板结构面倾角对煤岩力学特性的影响,通过自主研发的地声过程模拟试验系统,开展不同结构面倾角条件下组合煤岩真三轴加卸载试验,并利用声发射探测系统进行监测。研究结果表明:随着结构面倾角的增大,试样的破... 为深入研究煤炭开采过程中顶板结构面倾角对煤岩力学特性的影响,通过自主研发的地声过程模拟试验系统,开展不同结构面倾角条件下组合煤岩真三轴加卸载试验,并利用声发射探测系统进行监测。研究结果表明:随着结构面倾角的增大,试样的破坏强度逐步下降,裂隙发展也逐渐减弱,其破坏形态从张拉剪切破坏逐渐向剪切破坏转变,直至倾角达到40°时,试样整体发生滑移破坏;在卸载破坏前,倾角<30°的试样发生充分的塑性变形,其承载力得到充分发挥,而倾角≥30°的试样达到临界破坏极限时迅速破坏,出现部分或完全滑移破坏;声发射信号集中于卸载破坏阶段,试样的结构面倾角越大,声发射累计计数越少,当倾角达到40°时发生滑移破坏,最大振铃计数大幅下降,对其累计计数略有影响。研究成果可为深入认识顶板结构面倾角引起的卸载破坏机制及矿山安全开采提供参考。 展开更多
关键词 组合煤岩 真三轴试验 结构面倾角 声发射
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真三轴单面卸荷条件下中间主应力对深埋洞室岩爆影响特征
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作者 孙飞跃 郭佳奇 +2 位作者 刘希亮 郝宪杰 王树仁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期220-235,共16页
岩爆灾害已成为国内外深埋洞室建设的重大安全隐患。利用新型真三轴岩爆试验系统,开展了不同中间主应力下“单面侧向卸荷-三向五面受力-竖向持续加载”的室内物理模拟试验,对比分析了不同中间主应力下岩样的弹射破坏过程、破坏形态特征... 岩爆灾害已成为国内外深埋洞室建设的重大安全隐患。利用新型真三轴岩爆试验系统,开展了不同中间主应力下“单面侧向卸荷-三向五面受力-竖向持续加载”的室内物理模拟试验,对比分析了不同中间主应力下岩样的弹射破坏过程、破坏形态特征、声发射特性、碎块特征以及弹射动能等变化规律;基于三维离散元理论和多晶建模技术(随机生成Voronoi矿物晶粒),研究了真三轴单面卸荷条件下岩爆“孕育—发生—发展—破坏”全过程及能量演化特征。研究结果表明:不同中间主应力下岩爆弹射破坏过程可概括为颗粒局部弹射、岩石劈裂成板、板折断裂成块及块片全面弹射;其中,岩石劈裂成板是岩爆孕育过程中必然经历的破坏现象。岩样临空面破坏形态具有相似的多元分区破坏特征,即邻近临空面区域产生以张拉破坏为主的劈裂裂缝,远离临空面区域产生以剪切破坏为主的贯穿性斜裂缝。声发射撞击数演化过程可分为相对平稳阶段、快速上升阶段、整体破坏阶段及平静期阶段。随着中间主应力的不断增大,碎块的弹射动能呈增大的变化趋势。岩爆碎块多以粗粒、中粒与细粒碎块为主,且随中间主应力的增加,微粒碎块质量基本不变,细粒、中粒与粗粒碎块质量则呈平稳增加的趋势。利用考虑颗粒矿物成分的晶体尺度精细仿真模型(CSFM)模拟了岩爆“孕育—发生—发展—破坏”全过程,获得了岩样的应力-应变曲线,其变化趋势与室内试验测试结果基本一致且曲线吻合度较好。弹性应变能的演化曲线大致可分为早期增长速率递增阶段、近似线性增长阶段、屈服平台期间增长速率递减阶段及峰后急剧下降阶段。 展开更多
关键词 深埋洞室 岩爆 中间主应力 真三轴试验 离散元方法
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考虑中间主应力效应的修正Hoek-Brown真三轴强度准则
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作者 李亚鹏 吴晓锁 +1 位作者 张强 蒋斌松 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期81-89,共9页
为改善Hoek-Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响,通过岩石真三轴试验结果分析了岩石强度的演化规律,引入中间主应力系数,量化分析主应力系数对岩石真三轴强度的影响,考虑Hoek-Brown强度准则中的参数和岩石应力水平间的关联... 为改善Hoek-Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响,通过岩石真三轴试验结果分析了岩石强度的演化规律,引入中间主应力系数,量化分析主应力系数对岩石真三轴强度的影响,考虑Hoek-Brown强度准则中的参数和岩石应力水平间的关联性,提出了基于拉格朗日插值方法的修正岩石真三轴Hoek-Brown强度准则,分析了其空间包络特征。最后,利用7种岩石的真三轴试验数据与其它3种真三轴强度准则进行最优拟合误差分析,探讨了修正强度准则的合理性。研究结果表明:岩石强度随着最小主应力的增加逐渐增大,随着中间主应力的增加则呈现先增大后减小的变化规律,表现出显著的区间效应;修正强度准则不仅能够继承Hoek-Brown强度准则在子午面上的非线性优点,且能够表征岩石强度在应力空间中的基本特性;线性和非线性插值形式的修正强度准则空间包络面分别为非等边的六棱锥面以及能够满足拉压子午面区间连续光滑要求的圆锥面;修正强度准则能够较好地预测岩石真三轴试验强度,较为合理地反映中间主应力对岩石强度的影响;相比于线性插值形式强度准则,二次插值形式强度准则能够提高岩石强度的预测精度1.2~2.0倍;相较于其他真三轴强度准则,修正强度准则对不同硬脆性岩石的真三轴试验结果均具有良好的强度预测精度,体现了修正强度准则的适用性和可靠性。 展开更多
关键词 岩石 HOEK-BROWN强度准则 真三轴试验 中间主应力 拉格朗日插值
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真三轴应力条件下冻结钙质黏土能量特征及影响因素分析
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作者 曹祎 荣传新 +3 位作者 王彬 施鑫 王志 张杰 《冰川冻土》 CSCD 2024年第4期1290-1300,共11页
为深入探讨在真三轴应力路径及多因素交互作用条件下冻结钙质黏土的能量特征及其影响程度,本研究借助ZSZ-2000型真三轴冻土试验平台,采用正交试验的设计方法,开展冻结钙质黏土真三轴压缩试验研究。研究结果揭示:在初始压密阶段及线弹性... 为深入探讨在真三轴应力路径及多因素交互作用条件下冻结钙质黏土的能量特征及其影响程度,本研究借助ZSZ-2000型真三轴冻土试验平台,采用正交试验的设计方法,开展冻结钙质黏土真三轴压缩试验研究。研究结果揭示:在初始压密阶段及线弹性阶段,冻结钙质黏土的输入能相对较低,增长速率缓慢;随着加载过程的深入,输入能逐步增加,其增长速率亦随之提高;至破坏阶段,输入能-等效应力曲线呈现出明显的跃升特征,此时输入能的急剧上升,说明输入能曲线斜率的变化是冻结钙质黏土内部裂纹非稳定发展的微观表现。同时,输入能曲线的突然急升亦指示了失稳破坏的发生。进一步通过极差分析及AHP层次分析可得一致的输入能影响因素优劣次序:含水率w、中主应力系数b、温度T、含盐量φ、围压σ3。含水率对输入能的负向影响显著,温度和中主应力系数b对输入能有着显著的正向影响关系,随着中主应力系数b值的增加,其对冻结试样输入能的影响程度呈减弱的趋势且存在一个最优中主应力系数b=0.33使试样输入能增幅达到最大。 展开更多
关键词 盐渍冻土 真三轴 应力路径 能量特征 影响分析 AHP层次分析
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砂岩真三轴循环加卸载的能量演化与损伤分析
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作者 张启航 孟祥瑞 +5 位作者 赵光明 许文松 刘崇岩 刘之喜 吴旭坤 戚敏杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期182-196,共15页
为了探究不同速率对砂岩真三轴循环加卸载破坏过程中的能量和损伤演化的影响,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统,借助立方体砂岩试件,分别进行了真三轴压缩试验、真三轴一次加卸载试验以及真三轴循环加卸载试验。结果表明:真三... 为了探究不同速率对砂岩真三轴循环加卸载破坏过程中的能量和损伤演化的影响,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统,借助立方体砂岩试件,分别进行了真三轴压缩试验、真三轴一次加卸载试验以及真三轴循环加卸载试验。结果表明:真三轴条件下砂岩的峰值强度随循环加卸载速率的增大而增大;σ^(1)方向弹性能密度演化基本不随循环加卸载速率的改变而不同,而耗散能密度随循环加卸载速率的增大而减小,2者都随循环数呈现非线性增长;随着循环加卸载速率的增大,σ^(1)方向上耗散能密度占总输入能密度比例减小,弹性能密度占总输入能密度比例增加;随着循环数的增加,σ^(2)、σ^(3)方向上弹性能密度的增长率逐渐增大,而耗散能密度增长率在前5次循环时变化较小,在循环末尾阶段大幅提升;随着循环加卸载速率的增大,σ^(2)、σ^(3)方向上弹性能密度也随之提高,耗散能密度则与之相反;σ^(2)方向上弹性能密度占输入能密度的比例随循环数递增,在第6次循环出现拐点,随后突降;σ^(3)方向上弹性能密度占输入能密度的比例随着循环数的增加先减小后增大,呈现“V”型变化趋势;研究发现,弹性能密度和耗散能密度均与输入能密度存在线性函数关系,并且弹性能密度-输入能密度和耗散能密度-输入能密度均存在线性函数关系。真三轴循环加卸载作用下砂岩损伤分为初始损伤、损伤缓慢发育、损伤快速发展阶段3个阶段,损伤变量随着循环数的增加呈现非线性增长。 展开更多
关键词 真三轴 循环加卸载 能量演化 损伤变量
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弱动力扰动作用下岩石微裂隙演化特征及灾害防控
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作者 姜明伟 梁运涛 +5 位作者 冯文彬 李海涛 周睿 郭宝龙 刘洋 马举 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期166-176,共11页
【目的】高应力叠加弱动力扰动是诱发冲击地压的关键因素,但不同扰动幅值、频率、卸载范围下的岩石微裂纹扩展特征和能量耗散规律尚不明确,无法为冲击地压防治提供技术支撑。【方法】基于真三轴卸载动力扰动试验,分析了不同扰动幅值(5、... 【目的】高应力叠加弱动力扰动是诱发冲击地压的关键因素,但不同扰动幅值、频率、卸载范围下的岩石微裂纹扩展特征和能量耗散规律尚不明确,无法为冲击地压防治提供技术支撑。【方法】基于真三轴卸载动力扰动试验,分析了不同扰动幅值(5、10 MPa)、频率(4、10 Hz)、三向应力卸载(0、12MPa)下深部围岩失稳破坏规律,并结合SEM扫描分析了岩石微裂隙特征。通过锚杆拉拔试验,优化了锚杆肋间距和肋高,提高了其吸能支护作用,提出了“吸能锚杆-低阻抗混凝土注浆-喷浆-挂网”组合支护技术。利用传感器对巷道进行长期监测,得到治理前后压力与振动数据。【结果和结论】研究表明:(1)随着扰动幅值和频率的增加,裂纹增加显著且不规则,岩石断口的方向分形维数降低。当扰动为10MPa、10Hz时,分形维数降至最低值0.62,孔隙方向角80°~120°孔隙定向频率达到最大值的52%,约为原始岩石的1.68倍。说明岩石受扰动后颗粒的应力不均匀,导致应力集中,断裂方向明显。(2)随着扰动幅值和频率的增加,SEM图像的微孔隙面积先快速增加,后缓慢增加且增加趋势越来越小。扰动频率每增加2 Hz,岩石微裂隙面积增加约24.13%。(3)现场测试表明随着锚杆肋间距和肋高增加,拉拔曲线形态由“弹塑性阶段-破坏失效阶段-残余阶段”逐渐过渡为“弹塑性阶段-微量屈服阶段-大量强化阶段-破坏失效阶段-残余阶段”,肋间距48mm、肋高2mm的螺纹钢锚杆吸能效果最好。经现场监测可将巷道压力稳定在36 N左右,峰值加速度控制在8000mm/s^(2)以内。研究揭示了卸载动力扰动作用下围岩破坏及能量释放规律,提出的“吸能锚杆-低阻抗混凝土注浆-喷浆-挂网”支护技术,可为类似深部工程提供理论指导。 展开更多
关键词 真三轴试验 冲击地压 SEM扫描 微裂隙 吸能锚杆 弱动力扰动
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基于离散元的颗粒材料中应变局部化形成与演化研究
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作者 李易奥 周伟 +2 位作者 邹宇雄 王頔 马刚 《中国农村水利水电》 北大核心 2024年第7期196-202,209,共8页
岩土颗粒材料的应变局部化失效问题广泛存在于工程设计应用中,主要表现为介观尺度上的应变局部化现象和宏观尺度上的剪切带产生,目前在微观尺度上的形成机理尚不明确。为了系统研究颗粒集合体的应变局部化的形成与演化过程,通过使用离... 岩土颗粒材料的应变局部化失效问题广泛存在于工程设计应用中,主要表现为介观尺度上的应变局部化现象和宏观尺度上的剪切带产生,目前在微观尺度上的形成机理尚不明确。为了系统研究颗粒集合体的应变局部化的形成与演化过程,通过使用离散单元法(Discrete Element Method,DEM)模拟了指定平面应变加载路径的真三轴试验,获取了宏观和微观尺度上的颗粒材料几何、运动以及力学信息。为了找出表征应变局部化特性的最佳特征量,比较了颗粒温度、波动位移和局部剪胀角等微观指标,发现波动位移在表征应变局部化方面与其他参数相比相关性更好,并选定其作为应变局部化表征变量。为了量化颗粒集合体从应变局部化开始产生到发育完成的具体应变区间,采用莫兰指数对波动位移的空间分布特征进行统计和分析,确定了颗粒集合体在弹塑性转换阶段的发育区间。进一步对颗粒集合体应变局部化发育区间内的波动位移空间分布进行探究,并统计不同空间区域内波动位移的概率密度函数,发现研究区域外部的局部塑性在过渡阶段停止演化,而内部塑性以逾渗模式发展。最终,通过波动位移的空间分布进行聚类分析,获得了描述介观尺度上应变局部化的团簇体模型。该模型可以将颗粒集合体宏观剪切带的形成与发育和单个颗粒的微观塑性发展相联系,刻画颗粒集合体从介观尺度上的应变局部化出现到宏观尺度上剪切带完全形成的演化过程。 展开更多
关键词 颗粒材料 真三轴试验 非仿射变形 应变局部化 离散单元法
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川南龙马溪组页岩地层井壁崩塌破坏机制研究
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作者 王帅 谢勰 +4 位作者 刘厚彬 陶思才 杜爽 冷程锦 冯春宇 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2024年第5期33-40,共8页
针对四川龙马溪组页岩井壁易坍塌问题,首先对龙马溪组地面露头开展了微细观组构分析和基础力学实验,明确了其矿物组成、裂缝分布及基础力学参数;其次利用真三轴实验设备开展了原地应力场与井筒力学环境下三轴力学加载与井壁崩塌破坏规... 针对四川龙马溪组页岩井壁易坍塌问题,首先对龙马溪组地面露头开展了微细观组构分析和基础力学实验,明确了其矿物组成、裂缝分布及基础力学参数;其次利用真三轴实验设备开展了原地应力场与井筒力学环境下三轴力学加载与井壁崩塌破坏规律研究,通过改变层理缝倾角研究页岩井壁崩塌失稳方向与失稳类型,利用内窥镜记录岩石力学加载过程中裂隙动态轨迹变化,根据崩塌岩块形状研究井壁崩塌失稳类型;最后利用RFPA 2D(真实破裂过程分析)软件验证了页岩井壁崩塌破坏规律。结果表明:龙马溪组页岩矿物组成以石英、伊利石及伊蒙混层为主,水化膨胀性能较弱,页岩岩体层理较为发育,是液相侵入岩石内部的主要渗流通道;当层理缝倾角为0°时,井壁破坏为劈裂和穿越层理缝剪切破坏;随着层理缝倾角的不断增大,井壁岩石倾向沿裂缝面剪切滑移破坏;当层理缝倾角为90°时,井壁岩石倾向沿层理缝劈裂张拉破坏。研究结果揭示了页岩井壁失稳机理与主要影响因素,可为后续井壁稳定性研究提供支撑。 展开更多
关键词 裂缝性地层 井壁崩塌 真三轴实验 仿真模拟
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