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基于颗粒离散元法的锚固节理剪切行为宏细观研究 被引量:16
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作者 王刚 袁康 +3 位作者 蒋宇静 石永奎 陈连军 韩作振 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期2381-2389,共9页
为了研究锚固节理岩体的破坏特点及锚固机理,基于颗粒离散元法利用修正的锚杆双线性本构模型对有锚和无锚节理面在不同边界条件下进行了宏观研究,并对锚固节理试件内部颗粒之间接触力和颗粒旋转弧度等的演化过程进行了细观研究。研究结... 为了研究锚固节理岩体的破坏特点及锚固机理,基于颗粒离散元法利用修正的锚杆双线性本构模型对有锚和无锚节理面在不同边界条件下进行了宏观研究,并对锚固节理试件内部颗粒之间接触力和颗粒旋转弧度等的演化过程进行了细观研究。研究结果表明:1压剪作用下锚固节理块体中处于拉伸状态的锚杆对节理面施加了一个附加的法向应力,从而提高了节理面的黏聚力;随着法向应力的增加,锚杆对节理面峰值剪切强度的贡献越来越小,在宏观上揭示了加锚节理岩体的锚固机理。2压剪荷载和边界位移约束共同作用下,锚固节理试件内部颗粒间接触力和颗粒自身位置不断演化并重新分布,在锚杆周围以及节理面凸起处产生较高的接触压力并在锚杆与节理面交叉处发生较大的颗粒旋转弧度,进而导致压致拉裂纹的产生以及颗粒旋转导致的剪切裂纹的萌生,从细观层面揭示了锚固节理岩体的破坏特点。 展开更多
关键词 锚固节理 颗粒离散元法 剪切试验 接触力 颗粒旋转弧度 细观裂纹
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拉-剪状态下锚固节理剪切强度与破坏模式分析 被引量:6
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作者 何栋梁 杨伟军 +1 位作者 林杭 曹日红 《公路交通科技》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期95-101,共7页
为了分析拉-剪加载下锚固节理的剪切强度与破坏模式,基于颗粒流数值模拟方法,建立不同锚固角度的锚固节理模型(锚固角度分别为15°,30°,45°,60°,75°,90°)。拉剪速率比设置为1∶1,结合数值模拟结果,从细观... 为了分析拉-剪加载下锚固节理的剪切强度与破坏模式,基于颗粒流数值模拟方法,建立不同锚固角度的锚固节理模型(锚固角度分别为15°,30°,45°,60°,75°,90°)。拉剪速率比设置为1∶1,结合数值模拟结果,从细观角度分析不同锚固角度下的岩石节理面破坏模式与锚杆变形状态。结果表明,锚固角度对模型的峰值剪切强度、剪切曲线以及黏结力分布趋势均存在较为明显的影响:(1)锚固角度对节理拉-剪作用下的破坏模式存在较大影响,随着锚固角度的不断变化,试样的破坏模式也存在较大的区别。当锚固角度较大时锚杆与节理交界处存在明显的核状破坏,在加载后期取决于拉伸裂纹的扩展。而锚固角度较小时,锚固节理的破坏主要是拉伸裂纹的扩展所致,锚杆与节理面接触位置并未出现明显的破坏现象。(2)当锚固角度较大时(60°~90°),锚杆尖端并无明显的拉伸应力分布,且锚杆内部拉伸应力集中于锚杆中段。然而,当锚固角度较小时(15°~45°),锚杆大部分区域均存在明显拉伸应力集中现象,且锚杆尖端位置岩体内部也出现了明显的拉伸应力。(3)峰值剪切应力随着锚固角度的增大呈现出先增大后减小的趋势,锚固角度为0°时峰值剪切应力处于最小值,锚固角为75°时峰值剪切应力达到最大值。 展开更多
关键词 隧道工程 JRC 直剪 锚固节理 细观特征 抗剪强度
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锁定方式对锚固节理剪切特性影响的试验研究 被引量:5
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作者 郑罗斌 王亮清 +2 位作者 朱林锋 姜耀飞 王斌 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1056-1064,1087,共10页
锚杆广泛运用于节理岩体的加固,为了探究锚固节理的剪切力学行为,在开展室内直剪试验的基础上研究了两端锁定和无锁定两种锁定方式对锚固节理剪切特性的影响,分析了法向应力、预应力对锚固节理抗剪强度的增强作用。试验过程中通过应变... 锚杆广泛运用于节理岩体的加固,为了探究锚固节理的剪切力学行为,在开展室内直剪试验的基础上研究了两端锁定和无锁定两种锁定方式对锚固节理剪切特性的影响,分析了法向应力、预应力对锚固节理抗剪强度的增强作用。试验过程中通过应变片记录了锚杆各个监测点轴力的变化规律,研究了不同锁定方式下锚杆轴向受力机制。观测剪切试验完成后锚杆的变形特征,分析了法向应力对锚杆弯曲变形的影响。试验结果表明,两端锁定方式的应力-位移曲线呈现弹性阶段、弹塑性阶段、塑性硬化阶段3个阶段,无锁定方式的应力-位移曲线呈现弹性阶段、弹塑性阶段、塑性软化阶段3个阶段;锁定方式对锚固节理的抗剪强度及锚杆轴向变形有重大影响,两端锁定相较于无锁定更有利于发挥锚杆的抗剪作用。分析锚杆剪切试验后塑性铰位置可知,法向应力对锚杆塑性铰位置有重要影响,塑性铰点间的距离随法向应力的增加而减小。根据试验结果,提出了一种预测锚杆塑性铰位置的分析模型,新模型考虑了法向应力的影响,与试验结果吻合较好。 展开更多
关键词 锚杆 锚固节理 剪切特性 锁定方式 塑性铰 剪切试验
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基于声发射的含锚固缺陷节理试样单轴压缩破裂机制研究
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作者 占赛 关凯 +2 位作者 朱万成 张鹏海 周健毓 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第4期76-86,共11页
锚固缺陷会弱化锚杆对节理岩体的支护效果,为探究锚固缺陷对锚固节理试样的锚固效应,对含不同锚固缺陷的锚固节理试样开展了单轴压缩试验,结合声发射、分布式光纤和DIC监测技术,分析了试样在不同破裂演化阶段时的声发射信息,得到了其破... 锚固缺陷会弱化锚杆对节理岩体的支护效果,为探究锚固缺陷对锚固节理试样的锚固效应,对含不同锚固缺陷的锚固节理试样开展了单轴压缩试验,结合声发射、分布式光纤和DIC监测技术,分析了试样在不同破裂演化阶段时的声发射信息,得到了其破裂前兆特征。研究结果表明:锚固缺陷的存在降低了锚固节理试样的单轴抗压强度、峰值应变和声发射能量释放;在加载后期全长锚固节理试样声发射主频的高、低频信号都出现了增长,锚固缺陷试样主要是声发射主频的高频信号增长,且中间缺陷较端部缺陷会出现更高频段的声发射主频;全长锚固节理试样沿节理发生宏观剪切破坏;中间锚固缺陷试样的锚杆对裂纹控制作用较为迟缓,沿着节理发生宏观拉伸破坏;当锚固缺陷在试样一侧时该侧锚杆的变形大于对称侧,节理尖端的反翼裂纹向锚固缺陷一侧发生偏转并与锚固缺陷贯通,最终导致试样发生失稳破坏。持续高能的声发射能量释放,声发射峰值频率分布主频段增加,峰值频率呈降低趋势,声发射b值整体呈波动降低趋势,可作为试样发生失稳破裂的前兆特征。研究成果可为锚杆在节理裂隙岩体中的支护加固提供参考。 展开更多
关键词 锚固缺陷 锚固节理试样 声发射 破裂演化 前兆特征
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恒定法向刚度边界条件下锚固节理岩体剪切特性试验研究 被引量:22
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作者 蒋宇静 张孙豪 +4 位作者 栾恒杰 王长盛 文志杰 王冬 韩伟 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期663-675,共13页
锚固节理岩体的剪切特性对于岩体工程稳定性控制设计至关重要。开展一系列不同恒定法向刚度(CNS)边界条件下锚固和无锚固类岩石材料粗糙节理剪切试验,研究CNS边界条件对锚固节理剪切力学特性以及节理面剪切破坏、锚杆剪切变形破断和锚... 锚固节理岩体的剪切特性对于岩体工程稳定性控制设计至关重要。开展一系列不同恒定法向刚度(CNS)边界条件下锚固和无锚固类岩石材料粗糙节理剪切试验,研究CNS边界条件对锚固节理剪切力学特性以及节理面剪切破坏、锚杆剪切变形破断和锚杆破断剪切位移特征的影响。结果表明:峰前阶段法向刚度对剪切应力第一峰值Tp的影响不明显;峰后阶段剪切应力–剪切位移曲线在法向刚度小于3 GPa/m时呈位移软化特征、等于3 GPa/m时趋近于水平、等于5GPa/m时呈位移硬化特征,随着法向刚度的增加锚杆破断剪切应力Tf会显著提高;锚杆破断后阶段剪切应力–剪切位移曲线呈台阶式下沉。锚固节理的Tp和Tf都高于无锚固节理,法向刚度超过3GPa/m后锚固作用可抵消因节理面磨损导致的剪切强度损失。剪切应力第一峰值提升的剪切强度T1随法向刚度和JRC的增大呈增大趋势,而锚杆破断提升剪切强度T2随法向刚度增大呈减小趋势、随JRC增大呈增大趋势。节理面的破坏范围随法向刚度增大而增大,锚杆孔壁椭圆形破坏范围随法向刚度增大而减小。锚杆剪切后呈现"Z"字型变形特征,随法向刚度增加锚杆破断形式由拉伸破坏到弯曲破坏再到剪切破坏转换。锚杆破断剪切位移在法向刚度为0~1 GPa/m阶段呈增大趋势,1~5 GPa/m阶段呈持续减小趋势。 展开更多
关键词 岩石力学 锚固节理 剪切特性 节理粗糙度 恒定法向刚度 边界条件
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考虑节理粗糙度的锚固节理岩体剪切试验 被引量:8
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作者 王亮清 朱林锋 +3 位作者 郑罗斌 范斌强 孙自豪 陈鸿杰 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期38-47,共10页
为研究粗糙度对锚固节理岩体剪切特性及锚杆抗剪作用的影响,提出了基于Synfrac软件与3D雕刻技术的岩石节理面三维重构方法,开展了不同节理粗糙度系数(JRC值)和不同法向应力下的锚固节理岩体剪切试验,研究了节理面剪胀效应对锚杆轴力、... 为研究粗糙度对锚固节理岩体剪切特性及锚杆抗剪作用的影响,提出了基于Synfrac软件与3D雕刻技术的岩石节理面三维重构方法,开展了不同节理粗糙度系数(JRC值)和不同法向应力下的锚固节理岩体剪切试验,研究了节理面剪胀效应对锚杆轴力、变形与破坏模式的影响,并在静力分析的基础上提出了考虑节理剪胀的锚杆抗力公式。试验结果表明:随着JRC值的增加,节理的剪胀效应使锚杆的轴向变形增大,从而使锚杆发挥出更大的轴力,提高了锚杆对节理面的剪切强度贡献(锚杆抗力);锚杆轴力增大的同时使锚杆从拉剪破坏模式转变为拉弯破坏模式。根据试验结果,在静力分析的基础上,引入了巴顿公式中的剪胀角,提出了考虑JRC值和法向应力的锚杆抗力公式,公式预测结果与试验结果吻合良好,平均相对误差为7.6%。 展开更多
关键词 道路工程 剪切特性 剪切试验 锚固粗糙节理 锚杆抗力
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锚固的贯通节理岩体剪切破坏特性分析 被引量:4
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作者 宋洋 张峰源 +2 位作者 李永启 杜炎齐 王韦颐 《中国地质灾害与防治学报》 CSCD 2020年第5期133-140,共8页
为了研究节理对锚固岩体力学特征和失稳损伤演化的影响,采用对锚固贯通节理岩体进行室内剪切试验和PFC^2D数值模拟的方法,研究不同节理倾角下锚固贯通节理岩体剪切性能的作用机制和破坏模式,研究结果表明:(1)随着节理倾角变化,贯通节理... 为了研究节理对锚固岩体力学特征和失稳损伤演化的影响,采用对锚固贯通节理岩体进行室内剪切试验和PFC^2D数值模拟的方法,研究不同节理倾角下锚固贯通节理岩体剪切性能的作用机制和破坏模式,研究结果表明:(1)随着节理倾角变化,贯通节理岩体呈现出不同的破坏形式,锚固贯通节理岩体的抗剪强度与剪切位移曲线并不是呈线性增长,而是呈“双驼峰”趋势。(2)锚固体系在剪切试验的过程中,节理面颗粒的接触方位角会发生一定程度的改变,主要集中在锚杆和节理倾角附近。(3)锚固体系在剪切试验的过程中,会因为颗粒间黏结键的断裂生成裂纹,裂纹数生成的越少,其抗剪强度越高,裂纹分为张拉裂纹和剪切裂纹,并且张拉裂纹的数量要远远大于剪切裂纹的数量。研究结论可用于实际工程破坏模式的预测和岩体工程稳定性评价。 展开更多
关键词 贯通节理锚固岩体 节理倾角 剪切试验 颗粒流PFC^2D 破坏模式
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考虑法向应力与岩石强度的加锚节理岩体剪切力学模型研究 被引量:6
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作者 宋洋 范波 王贺平 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1325-1335,共11页
为分析法向应力和岩石强度对锚杆锚固效应的影响规律,选取红砂岩、石灰岩、玄武岩3种代表性岩石开展加锚节理岩体直接剪切试验,基于试验结果,根据静定梁理论和最小余能原理,建立考虑岩石结构效应和等效剪切面积的加锚节理岩体力学分析模... 为分析法向应力和岩石强度对锚杆锚固效应的影响规律,选取红砂岩、石灰岩、玄武岩3种代表性岩石开展加锚节理岩体直接剪切试验,基于试验结果,根据静定梁理论和最小余能原理,建立考虑岩石结构效应和等效剪切面积的加锚节理岩体力学分析模型,并结合理论计算公式,分析不同锚固角下岩石强度对锚杆轴向力和剪切力的影响规律。研究表明:锚杆的锚固效应在宏观上表现为增加节理面的当量内摩擦角和黏聚力,且岩石强度越大,锚杆对节理面剪切强度的贡献值就越大。与试验数据和已有分析模型对比分析表明,理论模型的计算值与试验结果更为吻合。通过计算分析可知,随着锚固角的增加,锚杆轴向力对节理面剪切强度的贡献度逐渐减小,剪切力对节理面剪切强度的贡献度逐渐增加,并且锚杆最佳锚固角在50°~70°范围。 展开更多
关键词 岩石力学 锚固节理 岩石强度 锚固效应 黏聚力 内摩擦角
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Effect of bolt inclination angle on shear behavior ofbolted joints under CNL and CNS conditions 被引量:13
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作者 CUI Guo-jian ZHANG Chuan-qing +3 位作者 CHEN Jian-lin YANG Fan-jie ZHOU Hui LU Jing-jing 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第3期937-950,共14页
Rock bolts are widely used in rock engineering projects to improve the shear capacity of the jointed rock mass.The bolt inclination angle with respect to the shear plane has a remarkable influence on the bolting perfo... Rock bolts are widely used in rock engineering projects to improve the shear capacity of the jointed rock mass.The bolt inclination angle with respect to the shear plane has a remarkable influence on the bolting performance.In this study,a new artificial molding method based on 3D scanning and printing technology was first proposed to prepare bolted joints with an inclined bolt.Then,the effects of the bolt inclination angle and boundary conditions on the shear behavior and failure characteristic of bolted joints were addressed by conducting direct shear tests under both CNL and CNS conditions.Results indicated that rock bolt could significantly improve the shear behavior of rock joints,especially in the post-yield deformation region.With the increase of bolt inclination angle,both the maximum shear stress and the maximum friction coefficient increased first and then decreased,while the maximum normal displacement decreased monotonously.Compared with CNL conditions,the maximum shear stress was larger,whereas the maximum normal displacement and friction coefficient were smaller under the CNS conditions.Furthermore,more asperity damage was observed under the CNS conditions due to the increased normal stress on the shear plane. 展开更多
关键词 bolted joints bolt inclination angle constant normal load(CNL)boundary conditions constant normal stiffness(CNS)boundary conditions direct shear test asperity damage
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Analytical model of shear mechanical behaviour of bolted rock joints considering influence of normal stress on bolt guide rail effect 被引量:2
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作者 ZHENG Luo-bin WANG Liang-qing ZHU Lin-feng 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第5期1505-1518,共14页
Rock bolts have been widely used in slopes as a reinforcement measure.Modelling the shear mechanical behaviours of bolted rock joints is very complicated due to the complex factors that affect the axial force and shea... Rock bolts have been widely used in slopes as a reinforcement measure.Modelling the shear mechanical behaviours of bolted rock joints is very complicated due to the complex factors that affect the axial force and shear force on the bolts.Rock bolts under shear action exhibit the guide rail effect;that is,the rock mass slides along the rock bolt as if the rock bolt is a rail.The normal stress can inhibit the guide rail effect and reduce the axial force on bolts.However,this factor is not considered by the existing analysis models.Shear tests of bolted joints under different normal stresses were carried out in the laboratory.During the test,the axial force on each point monitored on the bolt was recorded by a strain gauge,and the attenuation trend of the strain was studied.An analytical model that considers the inhibition of the bolt rail effect due to an increase in the normal stress was proposed to predict the shear mechanical behaviour of rock bolted joints.The new model accommodates the bolt shear behaviours in the elastic stage and plastic stage,and the estimated values agree well with the results of the direct shear tests in the laboratory.The validation shows that the proposed model can effectively describe the deformation characteristics of the bolts in the shear tests. 展开更多
关键词 bolted rock joints shear test shear behaviour analysis model
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