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Fractal characteristics of cracks and fragments generated in unloading rockburst tests 被引量:12
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作者 Li Dejian Zhao Fei Zheng Maojiong 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI 2014年第6期819-823,共5页
True triaxial rockburst experiments with four different unloading rates were performed on four prism specimens of granite sampled from Beishan, China. The damage evolution in the rockburst test was investigated from t... True triaxial rockburst experiments with four different unloading rates were performed on four prism specimens of granite sampled from Beishan, China. The damage evolution in the rockburst test was investigated from two aspects including fracture surface crack and fragment characteristics. The scanning electron microscopy was used to observe the micro crack information on fragment surface. Combing binarization and box counting dimensions, the fractal dimensions of cracks were obtained. Meanwhile,the fragments were collected and a sieving experiment was conducted. We weighed the fragments qualities, counted the amount of fragments and measured the fragments length, width and thickness.Utilizing four methods to calculate damage fractal dimensions of fragments, the trend of fractal value changing with unloading rates can be roughly described. It can be concluded from these experiments that the fractal dimension either for crack or for fragment holds a decreasing trend with the decreasing unloading rate, indicating a reduction of damage level. 展开更多
关键词 unloading rockburst test Fragments Grain distribution Micro crack Fractal dimension
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单面卸载条件下深埋圆形洞室围岩岩爆的试验模拟研究
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作者 焉兆熙 刘科伟 +3 位作者 杨家彩 郭腾飞 宋锐涛 王培宇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2437-2449,共13页
为深入研究深部洞室开挖诱发邻近既有洞室围岩岩爆的发生过程和机制,采用真三轴电液伺服诱变试验系统对具有强岩爆倾向性的花岗岩开展试验研究,模拟500 m的三维应力状态。通过卸载洞室围岩单侧荷载模拟邻近洞室开挖,在围岩应力重分布作... 为深入研究深部洞室开挖诱发邻近既有洞室围岩岩爆的发生过程和机制,采用真三轴电液伺服诱变试验系统对具有强岩爆倾向性的花岗岩开展试验研究,模拟500 m的三维应力状态。通过卸载洞室围岩单侧荷载模拟邻近洞室开挖,在围岩应力重分布作用下最终诱发岩爆,试验中借助监测设备实时观测洞壁的破坏现象。试验结果表明:(1)在单面卸载条件下,岩爆过程可分为6个阶段,即卸载后的应力重分布、准备期、第1轮岩屑弹射和剥落、平静期、第2轮岩屑弹射和剥落、剧烈破坏;(2)在卸荷作用的影响下,洞壁岩爆呈现出明显的时空特征和非对称性,表现为卸荷后洞室顶底部率先出现明显裂纹,在随后的持续加载过程中,远离卸载面一侧发生剧烈岩爆并形成沿轴向贯通的V型槽;(3)基于定义的滞后效应系数可知,与三向加载岩爆相比,单面卸载下的洞室岩爆具有更强的突然性,且极易导致洞室的整体垮塌。为预防该类型岩爆,邻近洞室开挖时应及时对既有洞室远离卸载面一侧进行支护和加固处理。 展开更多
关键词 试验模拟 邻近洞室开挖 岩爆 真三轴试验系统 单面卸载
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拉伸-压缩-瞬时卸载复合加载式软岩真三轴试验机的研制
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作者 青克尔 于小军 +7 位作者 龙建 于明 郭玉宝 任霞 刘士龙 王民 张佳伦 夏敏富 《工程与试验》 2023年第2期89-93,共5页
为了更准确地模拟深部工程软岩体所处的真三轴应力状态,同时为研究单向快速卸载条件下的岩石变形破坏机制,本文研制了一种拉伸-压缩-瞬时卸载复合加载式软岩真三轴试验机。该试验机由加载框架、电动加载系统、夹具、电磁式瞬时卸载系统... 为了更准确地模拟深部工程软岩体所处的真三轴应力状态,同时为研究单向快速卸载条件下的岩石变形破坏机制,本文研制了一种拉伸-压缩-瞬时卸载复合加载式软岩真三轴试验机。该试验机由加载框架、电动加载系统、夹具、电磁式瞬时卸载系统、控制系统、软件系统组成。该试验机的创新性和先进性功能有:(1)可实现多种应力路径下的单轴、双轴、真三轴、岩爆、声发射、低频扰动等试验;(2)采用电动伺服作动器实现真三轴刚性加载,具有加卸载平稳、节能环保的特点;(3)加载头采用球面压头,保证加载端面与试样充分接触,采用双层滚排减小端部摩擦效应的影响;(4)采用电磁吸盘技术的瞬时卸载装置实现快速卸载功能;(5)采用力控制监控位移的双层控制方式,保证在加卸载过程中试样中心不变,与加载中心重合。最终通过力、位移、变形标定工作后,再进行功能验证和综合试验。结果表明,该试验机的准确性、功能性、可靠性满足软岩真三轴应力条件下的力学特性研究需求。 展开更多
关键词 真三轴试验机 软岩 拉伸加载 压缩加载 瞬时卸载
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基于能量原理的卸围压试验与岩爆判据研究 被引量:115
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作者 陈卫忠 吕森鹏 +1 位作者 郭小红 乔春江 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1530-1540,共11页
岩爆是高地应力区地下工程开挖卸荷产生的地质灾害现象。按照地下硐室开挖过程中围岩的实际受力状态,开展脆性花岗岩常规三轴、不同控制方式、不同卸载速率条件下峰前、峰后卸围压试验,研究岩石破坏的全过程,从能量的原理探讨岩石破坏... 岩爆是高地应力区地下工程开挖卸荷产生的地质灾害现象。按照地下硐室开挖过程中围岩的实际受力状态,开展脆性花岗岩常规三轴、不同控制方式、不同卸载速率条件下峰前、峰后卸围压试验,研究岩石破坏的全过程,从能量的原理探讨岩石破坏过程能量积聚–释放的全过程,研究岩石的变形破坏特征、能量集聚–耗散–释放特征和基于能量原理的岩爆判据。试验结果表明:无论是峰前还是峰后卸围压,岩样都表现脆性破坏的特征,峰前卸围压时岩样破坏表现出的脆性比峰后卸围压更为强烈;且无论是加载还是不同控制方式卸围压条件下,岩石在破坏前所能够储存的最大应变能受围压和卸载速率的控制。从能量的观点和工程应用的角度出发,提出一种新的能量判别指标:岩体实际储存能量与极限能量之比为U/U0,该指标真实合理地反映地下工程开挖卸荷过程中围岩的能量变化过程,围岩能量的积聚程度以及岩爆的发生程度,通过数值仿真计算可以更合理地定量预测高应力下地下工程开挖过程中岩爆发生的强度和位置。 展开更多
关键词 岩石力学 卸围压试验 变形破坏 能量原理 岩爆判别指标 岩爆等级
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瞬时应变型岩爆模拟试验中花岗岩主频特征演化规律分析 被引量:69
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作者 何满潮 赵菲 +2 位作者 张昱 杜帅 管磊 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期1-8,33,共9页
利用深部岩爆模拟试验系统对花岗岩进行室内瞬时岩爆模拟试验,同时利用声发射系统采集试验过程中声发射信号,得到试验全过程应力和声发射波形信息时域图。结合声发射累计能量曲线特征,找到5个关键拐点,即花岗岩初始加载能量激增后产生... 利用深部岩爆模拟试验系统对花岗岩进行室内瞬时岩爆模拟试验,同时利用声发射系统采集试验过程中声发射信号,得到试验全过程应力和声发射波形信息时域图。结合声发射累计能量曲线特征,找到5个关键拐点,即花岗岩初始加载能量激增后产生的第一个拐点A、岩爆发生前两次明显的上升台阶处拐点B和C、岩爆发生时的能量突跃点D、最终峰值点E。将关键点处波形信号从全时域波形中提取出来并进行快速傅里叶变换,得到各关键点二维功率谱图,结果表明:花岗岩声发射主频值在加载初期时为106 k Hz,随着荷载的增加,频率由低频向高频过渡,频带变宽且由单峰向多峰转化,频率成分复杂预示多种破裂模式的发生。岩爆前和最终岩爆时刻频带又变窄并恢复单峰,主频值降低至与初始加载时一致,约为106 k Hz,预示着岩爆时刻花岗岩岩石高能量的释放。 展开更多
关键词 瞬时岩爆试验 声发射 主频 快速傅里叶变换 波形特征
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不同卸载速率下岩爆破坏特征试验分析 被引量:89
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作者 何满潮 赵菲 +1 位作者 杜帅 郑茂炯 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2737-2747,2793,共12页
对北山花岗岩进行4种不同速率卸载的岩爆试验,收集试验后产生的碎屑,进行粒径分布和基本尺寸量测,得到碎屑尺度特征。利用声发射系统采集试验过程中声发射信号,采用典型的时频分析手段,提取每一个声发射波形信号的主频值,绘制整个试验... 对北山花岗岩进行4种不同速率卸载的岩爆试验,收集试验后产生的碎屑,进行粒径分布和基本尺寸量测,得到碎屑尺度特征。利用声发射系统采集试验过程中声发射信号,采用典型的时频分析手段,提取每一个声发射波形信号的主频值,绘制整个试验全局主频分布图,找到花岗岩岩爆主频分布带。试验结果表明:随着卸载速率的降低,碎屑总数量,块状、板状碎屑所占百分比均呈下降趋势。而声发射分布带主要位于中低频带内,且随着卸载速率降低逐渐上移,由密集变离散。根据声发射参数RA和AF特征值分布情况,结合核心密度定义,揭示裂纹类型演化过程。发现在卸载岩爆过程中产生了大量张拉裂纹和一定量的剪切裂纹,随着卸载速率的降低,声发射信号量减少,预示着岩石内部裂纹数量明显减少。以上室内试验结果对于认识不同卸载速率下岩爆机制具有重要意义,同时为工程实际中通过调整开挖速率降低岩爆风险的可行性提供了室内试验支持。 展开更多
关键词 岩爆试验 声发射 裂纹类型 粒度分布 卸载速率
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锦屏水电站大理岩卸荷条件下的流变试验及本构模型研究 被引量:6
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作者 朱杰兵 汪斌 +1 位作者 邬爱清 胡建敏 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第S1期99-106,共8页
以雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞大理岩为研究对象,采用不同轴压方案下恒轴压、逐级卸围压的应力路径开展室内流变试验。试验表明,在由卸围压产生的偏差应力作用下,大理岩轴向及侧向均表现出一定的流变行为。在低偏应力水平下,主要表现... 以雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞大理岩为研究对象,采用不同轴压方案下恒轴压、逐级卸围压的应力路径开展室内流变试验。试验表明,在由卸围压产生的偏差应力作用下,大理岩轴向及侧向均表现出一定的流变行为。在低偏应力水平下,主要表现为衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段,一旦围压卸荷至破坏级别时,变形突然加速,进入加速蠕变阶段而破坏。试验还表明,卸荷条件下的流变长期强度明显小于相应围压下的三轴压缩强度。在对流变试验数据进行深入分析基础上,以残差平方和为目标函数,利用嵌入Levenberg-Marquardt算法的最小二乘法(LM-NLSF法)对Burger’s流变模型参数进行了优化辨识。经比较,计算曲线与试验点拟合性较好,说明该流变本构模型能较好的反映出锦屏大理岩在卸荷条件下的衰减蠕变阶段和稳定流变特性,并验证了建立的Burger’s流变模型的正确性和合理性。通过模型参数与应力水平的相关性研究表明,瞬时弹性模量随着偏应力水平的增加总体上呈降低趋势且逐渐趋于一定值,而粘滞系数有一个先增加后突然跌落的过程。 展开更多
关键词 卸荷流变试验 Burger’s流变模型 LM-NLSF法 瞬时弹性模量 粘滞系数
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卸荷状态下岩爆分析综述及展望 被引量:2
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作者 崔栋梁 李夕兵 叶洲元 《岩土工程技术》 2006年第3期154-158,共5页
岩爆是在高地应力区地下洞室开挖卸荷过程中发生的,岩爆特征与岩石卸荷破坏特征密切相关。在回顾用卸荷岩石力学研究岩爆历史的基础上分别从试验研究、理论研究方面提出了当前卸荷状态下岩爆研究中存在的问题,并对今后的发展提出了一些... 岩爆是在高地应力区地下洞室开挖卸荷过程中发生的,岩爆特征与岩石卸荷破坏特征密切相关。在回顾用卸荷岩石力学研究岩爆历史的基础上分别从试验研究、理论研究方面提出了当前卸荷状态下岩爆研究中存在的问题,并对今后的发展提出了一些看法。 展开更多
关键词 岩爆效应 三轴卸荷试验 卸荷状态
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试件瞬间卸载动力响应试验及突变理论研究 被引量:1
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作者 郭延华 李乐昱 乔趁 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第1期155-161,共7页
为了研究煤岩体在瞬间卸载下的动力响应,采用相似材料制成立方体试件,利用自行设计的试验装置开展瞬间卸载试验研究,并通过试验和突变理论对试件变形和破坏机理进行分析。结果表明:试件瞬间卸载是一个复杂的非线性过程,在一定围压条件... 为了研究煤岩体在瞬间卸载下的动力响应,采用相似材料制成立方体试件,利用自行设计的试验装置开展瞬间卸载试验研究,并通过试验和突变理论对试件变形和破坏机理进行分析。结果表明:试件瞬间卸载是一个复杂的非线性过程,在一定围压条件下卸载,试件会突然破坏;低应力状态下,竖向应力与横向应力有一定线性关系,竖向应力越大,试件破坏越严重,非线性特征越明显;针对不同加载级试件内部积聚的能量不同,试件会发生不同程度的破坏,且试件瞬间卸载破坏的竖向临界应力为12.6 MPa;由于试验过程具有非线性、非连续的特征,运用突变理论对试验机理进行分析,得出其破坏的竖向临界应力,约为13.27 MPa,高于该值时将出现较强破坏现象,其结果与瞬间卸载试验结果相比较为吻合。 展开更多
关键词 相似材料 瞬间卸载 动力学试验 突变理论
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卸荷状态下岩爆岩石力学试验 被引量:33
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作者 徐林生 《重庆交通学院学报》 2003年第1期1-4,共4页
岩爆是高地应力区地下工程中常见的一种开挖卸荷施工地质灾害现象.笔者按照地下工程洞室开挖过程中围岩的实际受力状况,主要采用卸荷三轴试验方法,探讨了岩爆岩石的变形破坏特征问题,测试成果可为进一步正确分析研究岩爆形成的力学机制... 岩爆是高地应力区地下工程中常见的一种开挖卸荷施工地质灾害现象.笔者按照地下工程洞室开挖过程中围岩的实际受力状况,主要采用卸荷三轴试验方法,探讨了岩爆岩石的变形破坏特征问题,测试成果可为进一步正确分析研究岩爆形成的力学机制提供重要的实验依据. 展开更多
关键词 岩石力学 岩爆 卸荷三轴试验 变表破坏特征 受力分析
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秦岭隧洞深部岩石力学性能及声发射特征研究 被引量:1
11
作者 赵力 李立民 +2 位作者 张忠东 王家明 党康宁 《人民黄河》 CAS 北大核心 2019年第2期122-125,142,共5页
通过对引汉济渭工程秦岭输水隧洞深部三类岩石片麻岩、花岗岩和石英片岩开展围压水平为0、5、10、15 MPa下的三轴压缩试验,分析研究了其力学性能变化,对深部花岗岩试件进行了单轴一次循环加卸载,并同步监测声发射变化,分析了声发射振铃... 通过对引汉济渭工程秦岭输水隧洞深部三类岩石片麻岩、花岗岩和石英片岩开展围压水平为0、5、10、15 MPa下的三轴压缩试验,分析研究了其力学性能变化,对深部花岗岩试件进行了单轴一次循环加卸载,并同步监测声发射变化,分析了声发射振铃计数、声发射能量和应力的特征规律。结果表明:秦岭隧洞深部片麻岩、花岗岩和石英片岩三类岩石试件的峰值强度和弹性模量均随着围压的增大而逐渐增大,弹性模量增幅随围压增大有所减小。围压一定时,花岗岩的强度和弹性模量均最大,但随着围压的增大,强度相差幅度有所减小,花岗岩的黏聚力和内摩擦角最大;花岗岩试件加载破坏后应力陡降,呈脆性破坏,岩爆倾向性较强;卸载再加载时,其累计声发射振铃计数和累积能量增长迅速,振铃计数率和能量率随应力增大迅速跃升,声发射活动剧烈,卸载会加速岩石受荷不稳定破坏的进程;冲击倾向性较高的岩石在单轴受压时释放较多的能量。 展开更多
关键词 深部岩石 三轴压缩试验 单轴加卸载 声发射特征 岩爆倾向性
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塑性应变对21-6-9高强不锈钢管瞬时弹性模量的影响 被引量:5
12
作者 欧阳芳 鲁世强 +1 位作者 方军 王克鲁 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期203-211,共9页
采用反复加载-卸载拉伸实验,研究了21-6-9高强不锈钢管加载和卸载瞬时弹性模量随塑性应变的变化规律,并通过微观组织观察分析了瞬时弹性模量变化的微观机理。结果表明,加载和卸载瞬时弹性模量均随着塑性应变的增大先迅速下降,然后缓慢下... 采用反复加载-卸载拉伸实验,研究了21-6-9高强不锈钢管加载和卸载瞬时弹性模量随塑性应变的变化规律,并通过微观组织观察分析了瞬时弹性模量变化的微观机理。结果表明,加载和卸载瞬时弹性模量均随着塑性应变的增大先迅速下降,然后缓慢下降,最后趋于稳定,其稳定值相对于初始弹性模量分别降低了20. 5%和22. 2%;分别建立了加载和卸载瞬时弹性模量与塑性应变之间的函数关系;晶界、晶界碳化物、固溶原子以及形变孪晶与位错交互作用使得位错密度不断增加,导致瞬时弹性模量降低;当塑性应变达到一定程度后,位错密度达到饱和状态,使得瞬时弹性模量趋于稳定。 展开更多
关键词 21-6-9高强不锈钢管 反复加载-卸载拉伸实验 塑性应变 瞬时弹性模量
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基于PFC3D仿真重演的加载及卸载岩爆破坏特征研究
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作者 蔡军 任正刚 +2 位作者 吴运杰 沈宇鹏 刘越 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2020年第S01期98-106,共9页
以兰-海高速公路桐梓隧道灰岩为研究对象,进行室内力学试验,并基于三维颗粒流程序PFC(particle flow code)进行加载和卸载岩爆试验数值模拟,得出不同应力状态下岩样的细观破坏特征。研究结果表明:1)加载试验中岩石应力变化、颗粒位移、... 以兰-海高速公路桐梓隧道灰岩为研究对象,进行室内力学试验,并基于三维颗粒流程序PFC(particle flow code)进行加载和卸载岩爆试验数值模拟,得出不同应力状态下岩样的细观破坏特征。研究结果表明:1)加载试验中岩石应力变化、颗粒位移、黏结破坏特征及能量变化情况均表现出3个阶段,即弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。2)岩石加载强度随着初始应力的增大而增大,岩石储存的极限应变也随之增大。3)应力越大,卸载试验岩爆倾向及强度越大,这是由于岩石破坏时应力由卸载面转移到内部,导致岩石内部应力集中;在其他条件不变的情况下,初始应力越大卸载岩爆强度越大,径向应力增大对硐室围岩稳定性有着更不利的影响。4)岩石加载和卸载条件下岩石的破坏具有较大区别。 展开更多
关键词 岩爆 隧道 室内力学试验 数值模拟 PFC3D 平直节理模型 加载 卸载
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基于永磁式电控吸盘技术的真三轴试验机用瞬时卸载装置的研制 被引量:1
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作者 谷春华 青克尔 +1 位作者 金小刚 蔡宏 《工程与试验》 2022年第1期65-67,共3页
通过瞬时卸载方式实现岩爆试验是岩石真三轴试验机的一种重要扩展试验功能,而岩爆试验是模拟深部开采过程中开挖扰动诱发的围岩岩爆、大变形等地质灾害的重要手段,进而研究岩石力学领域的岩石体破裂机制和流变效应。为实现上述瞬时卸载... 通过瞬时卸载方式实现岩爆试验是岩石真三轴试验机的一种重要扩展试验功能,而岩爆试验是模拟深部开采过程中开挖扰动诱发的围岩岩爆、大变形等地质灾害的重要手段,进而研究岩石力学领域的岩石体破裂机制和流变效应。为实现上述瞬时卸载功能,本文研制了一种采用永磁式电控吸盘技术的瞬时卸载装置,并将其应用到实际的真三轴试验机中。通过性能和功能验证测试,确定该电磁式瞬时卸载装置完全满足用真三轴试验机完成岩爆试验的使用需求。 展开更多
关键词 真三轴试验机 瞬时卸载 岩爆试验
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卸荷状态下岩爆岩石变形破裂机制的实验岩石力学研究 被引量:10
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作者 徐林生 王兰生 李天斌 《山地学报》 CSCD 2000年第B02期102-107,共6页
岩爆是高地应力区地下工程中常见的一种卸荷破坏地质灾害现象。本文按照地下洞室开挖过程中围岩的实际受力状态,采用卸荷三轴试验方法,探讨了岩爆岩石的变形破坏特征和岩爆形成力学机制问题。
关键词 卸荷状态 岩爆 岩石变形 破裂机制 实验岩石力学
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Mogi-Coulomb强度准则应用于岩石三轴卸荷破坏试验的研究 被引量:13
16
作者 李地元 谢涛 +1 位作者 李夕兵 王涛 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第19期84-90,共7页
针对Mogi-Coulomb强度准则是否适用于三轴卸荷试验,基于已有常规三轴及真三轴的试验数据,利用Mogi-Coulomb强度准则,对常规三轴卸荷及真三轴卸荷条件下的实验数据进行拟合和分析,并对拟合得到的相关强度参数和试样的破坏特征进行分析。... 针对Mogi-Coulomb强度准则是否适用于三轴卸荷试验,基于已有常规三轴及真三轴的试验数据,利用Mogi-Coulomb强度准则,对常规三轴卸荷及真三轴卸荷条件下的实验数据进行拟合和分析,并对拟合得到的相关强度参数和试样的破坏特征进行分析。结果表明,Mogi-Coulomb强度准则在常规三轴卸荷条件下有着良好的适用性,而在真三轴卸荷条件下,虽然线性拟合效果较好,但拟合参数反映的岩石黏聚力值出现负数的异常情况。分析现有实验测试结果,可以推测出现参数异常的原因,应是岩石在真三轴卸荷条件下的破坏模式由剪切型破坏转变为强烈的张拉型岩爆破坏所致。这表明Mogi-Coulomb强度准则虽能在一定程度上反映真三轴卸荷的主应力关系,但其本质仍为基于剪切破坏的强度准则,存在一定的局限性,对于张拉为主-剪切共存型的岩爆破坏,有必要建立一种新的岩石强度准则来反映真三轴卸荷下的岩石本构关系。 展开更多
关键词 Mogi-Coulomb强度准则 三轴卸荷试验 破坏模式 岩爆 数据拟合
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