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Uniaxial experimental study of the acoustic emission and deformation behavior of composite rock based on 3D digital image correlation(DIC) 被引量:13
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作者 Jian-Long Cheng Sheng-Qi Yang +3 位作者 Kui Chen Dan Ma Feng-Yuan Li Li-Ming Wang 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第6期999-1021,共23页
In this paper, uniaxial compression tests were carried out on a series of composite rock specimens with different dip angles, which were made from two types of rock-like material with different strength. The acoustic ... In this paper, uniaxial compression tests were carried out on a series of composite rock specimens with different dip angles, which were made from two types of rock-like material with different strength. The acoustic emission technique was used to monitor the acoustic signal characteristics of composite rock specimens during the entire loading process. At the same time, an optical non-contact 3 D digital image correlation technique was used to study the evolution of axial strain field and the maximal strain field before and after the peak strength at different stress levels during the loading process. The effect of bedding plane inclination on the deformation and strength during uniaxial loading was analyzed. The methods of solving the elastic constants of hard and weak rock were described. The damage evolution process, deformation and failure mechanism, and failure mode during uniaxial loading were fully determined. The experimental results show that the θ = 0?–45?specimens had obvious plastic deformation during loading, and the brittleness of the θ = 60?–90?specimens gradually increased during the loading process. When the anisotropic angle θincreased from 0?to 90?, the peak strength, peak strain,and apparent elastic modulus all decreased initially and then increased. The failure mode of the composite rock specimen during uniaxial loading can be divided into three categories:tensile fracture across the discontinuities(θ = 0?–30?), slid-ing failure along the discontinuities(θ = 45?–75?), and tensile-split along the discontinuities(θ = 90?). The axial strain of the weak and hard rock layers in the composite rock specimen during the loading process was significantly different from that of the θ = 0?–45?specimens and was almost the same as that of the θ = 60?–90?specimens. As for the strain localization highlighted in the maximum principal strain field, the θ = 0?–30?specimens appeared in the rock matrix approximately parallel to the loading direction,while in the θ = 45?–90?specimens it appeared at the hard and weak rock layer interface. 展开更多
关键词 uniaxial compression tests on composite rock ANISOTROPY Elastic constant failure mode 3D digital image correlation Acoustic emission Strain field
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Failure criterion for soft rocks considering intermediate principal stress 被引量:4
2
作者 Zhongwei Wang Quansheng Liu 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第4期565-575,共11页
The significant differences between hard rocks(more brittle)and soft rocks(more ductile)may suggest the use of different failure criteria.A strength criterion for soft rocks that includes intermediate principal stress... The significant differences between hard rocks(more brittle)and soft rocks(more ductile)may suggest the use of different failure criteria.A strength criterion for soft rocks that includes intermediate principal stress was proposed.The new criterion includes two independent parameters:the uniaxial compressive strength(σ_(ci)),which can be obtained from common laboratory tests or indirectly estimated by alternative index tests in the laboratory or field;and f(joint),which is used to characterize the rock mass quality and can be easily estimated.The authors compared the predictive capabilities of the new criterion with other criteria using the database of soft rocks under two conditions:with and without triaxial data.For the estimation of triaxial and true-triaxial strengths,the new criterion generally produced a better fit.The proposed criterion is practical for an approximate first estimation of rock mass strength,even without triaxial data,as it balances accuracy(lower prediction error)and simplicity(fewer independent parameters). 展开更多
关键词 Soft rock Intermediate principal stress failure criterion True-triaxial uniaxial compressive strength
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Analysis of the stress ratio of anisotropic rocks in uniaxial tests 被引量:2
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作者 Wang Miaomiao Li Pei +1 位作者 Wu Xiaowa Xu Dan 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2017年第3期531-535,共5页
The effect of structural discontinuities on the progressive failure process of anisotropic rocks should be paid particular attention.The crack damage stress σ_(cd),also considered as the yield strength,and the relati... The effect of structural discontinuities on the progressive failure process of anisotropic rocks should be paid particular attention.The crack damage stress σ_(cd),also considered as the yield strength,and the relationship between σ_(cd) and the uniaxial peak strength σ_(ucs) of anisotropic rocks for different orientations 8 of the isotropy planes with respect to the loading directions were investigated theoretically and experimentally.A theoretical relation of σ_(cd)/σ_(ucs) with the function of the shape parameter m was established.Additionally,uniaxial compression tests of shale samples were conducted for several inclinations θ.The test result of σ_(cd)/σ_(ucs) was close to the theoretical value for a given orientation.Furthermore,both experimental results and theoretical solutions of σ_(cd)/σ_(ucs) were independent of the inclination θ while σ_(cd) andσ_(ucs) were strongly affected by θ.The strength ratio σ_(cd)/σ_(ucs) may therefore be an intrinsic property of anisotropic rocks and could be used to predict the failure of rock samples. 展开更多
关键词 Anisotropic rocks uniaxial compression test Brittle failure Crack damage stress Stress ratio
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The Hoeke-Brown failure criterion and GSI-2018 edition 被引量:106
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作者 E.Hoek E.T.Brown 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2019年第3期445-463,共19页
The HoekeBrown criterion was introduced in 1980 to provide input for the design of underground excavations in rock.The criterion now incorporates both intact rock and discontinuities,such as joints,characterized by th... The HoekeBrown criterion was introduced in 1980 to provide input for the design of underground excavations in rock.The criterion now incorporates both intact rock and discontinuities,such as joints,characterized by the geological strength index(GSI),into a system designed to estimate the mechanical behaviour of typical rock masses encountered in tunnels,slopes and foundations.The strength and deformation properties of intact rock,derived from laboratory tests,are reduced based on the properties of discontinuities in the rock mass.The nonlinear HoekeBrown criterion for rock masses is widely accepted and has been applied in many projects around the world.While,in general,it has been found to provide satisfactory estimates,there are several questions on the limits of its applicability and on the inaccuracies related to the quality of the input data.This paper introduces relatively few fundamental changes,but it does discuss many of the issues of utilization and presents case histories to demonstrate practical applications of the criterion and the GSI system. 展开更多
关键词 HOEK-BROWN criterion Geological STRENGTH index(GSI) rock MASS STRENGTH uniaxial compressive strength(UCS) Tension cut-off rock MASS deformation modulus
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Failure behavior and strength model of blocky rock mass with and without rockbolts
5
作者 Chun Zhu Xiansen Xing +4 位作者 Manchao He Zhicheng Tang Feng Xiong Zuyang Ye Chaoshui Xu 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS 2024年第6期747-762,共16页
To better understand the failure behaviours and strength of bolt-reinforced blocky rocks,large scale extensive laboratory experiments are carried out on blocky rock-like specimens with and without rockbolt reinforceme... To better understand the failure behaviours and strength of bolt-reinforced blocky rocks,large scale extensive laboratory experiments are carried out on blocky rock-like specimens with and without rockbolt reinforcement.The results show that both shear failure and tensile failure along joint surfaces are observed but the shear failure is a main controlling factor for the peak strength of the rock mass with and without rockbolts.The rockbolts are necked and shear deformation simultaneously happens in bolt reinforced rock specimens.As the joint dip angle increases,the joint shear failure becomes more dominant.The number of rockbolts has a significant impact on the peak strain and uniaxial compressive strength(UCS),but little influence on the deformation modulus of the rock mass.Using the Winkler beam model to represent the rockbolt behaviours,an analytical model for the prediction of the strength of boltreinforced blocky rocks is proposed.Good agreement between the UCS values predicted by proposed model and obtained from experiments suggest an encouraging performance of the proposed model.In addition,the performance of the proposed model is further assessed using published results in the literature,indicating the proposed model can be used effectively in the prediction of UCS of bolt-reinforced blocky rocks. 展开更多
关键词 Blocky rock mass rockbolt ground support uniaxial compression test failure mechanism uniaxial compressive strength model
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单轴压缩条件下单裂隙花岗岩力学特性及破坏特征
6
作者 王春萍 王璐 +1 位作者 刘建锋 刘健 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期369-376,446,共9页
为研究含贯通单裂隙花岗岩的力学特性及破坏特征,以我国高放废物地质处置甘肃北山预选区完整花岗岩及含倾角30°、45°和60°贯通裂隙的花岗岩为研究对象,开展单轴压缩试验研究.结果表明:裂隙倾角越大,试样的单轴抗压强度... 为研究含贯通单裂隙花岗岩的力学特性及破坏特征,以我国高放废物地质处置甘肃北山预选区完整花岗岩及含倾角30°、45°和60°贯通裂隙的花岗岩为研究对象,开展单轴压缩试验研究.结果表明:裂隙倾角越大,试样的单轴抗压强度、损伤应力以及弹性模量越低;与完整岩石相比,倾角30°、45°和60°裂隙花岗岩的抗压强度分别下降7.97%、29.17%和71.68%,损伤应力分别下降9.35%、24.26%和69.79%,弹性模量分别下降5.89%、23.32%和60.49%.裂隙倾角不同,试样的应力-应变曲线呈现出显著的差别;裂隙倾角越大,损伤应力至峰值应力之间的屈服阶段越明显,发生沿裂隙面滑移破坏特征越显著;裂隙倾角影响花岗岩的破坏模式,试样的破坏形式主要表现为穿裂隙面破坏(倾角30°)、穿裂隙面破坏和沿裂隙面滑移并存的复合破坏(倾角45°)以及沿裂隙面滑移破坏(倾角60°);倾角60°的裂隙花岗岩的抗压强度与试验前后裂隙面的分形维数差符合幂函数增长关系. 展开更多
关键词 岩石力学 单裂隙花岗岩 裂隙倾角 单轴压缩试验 破坏特征
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尺寸效应对岩石单轴压缩试验影响研究
7
作者 李忠慧 李明涛 +2 位作者 胡棚杰 刘剑 孟凡奇 《长江大学学报(自然科学版)》 2024年第2期60-66,共7页
为探究尺寸效应对小尺寸岩样单轴压缩试验的影响规律,通过在室内伺服试验机上对直径25 mm,不同长度的花岗岩岩样进行单轴压缩试验,研究尺寸效应对小尺寸花岗岩岩石力学参数以及破坏形式的影响规律。试验结果表明,随着长径比增加,岩样表... 为探究尺寸效应对小尺寸岩样单轴压缩试验的影响规律,通过在室内伺服试验机上对直径25 mm,不同长度的花岗岩岩样进行单轴压缩试验,研究尺寸效应对小尺寸花岗岩岩石力学参数以及破坏形式的影响规律。试验结果表明,随着长径比增加,岩样表现出抗压强度和泊松比逐渐减小,弹性模量增加的趋势。其中,多项式模型较为适合小尺寸岩样尺寸效应强度模型;不同长径比岩样的单轴压缩试验应力应变曲线加载趋势不同,其峰值应变随着长径比的增加而减小;随着长径比的增加,岩石破坏形式从脆性剪切破坏转变为剪切破坏,最后逐步变为脆性破坏,岩样破坏面数量与角度出现规律性变化。当长径比在1.1~2.2时,岩样破坏形式遵循相同的破坏准则,通过拟合公式推导不同长径比岩样的力学参数存在可行性;岩石单轴试验破坏过程中的能量与长径比呈负相关,且当长径比在1.9~2.2时,各能量变化幅度趋于平缓,岩样破坏形式较为统一,其强度在数值上表现的差异性较小,可作为小尺寸岩样单轴试验的最佳长径比。 展开更多
关键词 花岗岩 小尺寸岩样 尺寸效应 单轴抗压强度 破坏形式
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等效非均匀荷载条件下梯形截面岩石力学特性试验研究
8
作者 余伟健 潘豹 +1 位作者 吴根水 郭涵潇 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第3期104-113,共10页
基于巷道开挖过程中围岩应力转移分布特点,着重探究非均匀荷载下岩体变形规律。提出了新的岩石力学试验方法,该方法根据岩石应力–应变曲线,加工出特定的梯形截面试件及相应的刚性垫片,以实现单轴压缩时的轴向荷载非均匀分布。计算了梯... 基于巷道开挖过程中围岩应力转移分布特点,着重探究非均匀荷载下岩体变形规律。提出了新的岩石力学试验方法,该方法根据岩石应力–应变曲线,加工出特定的梯形截面试件及相应的刚性垫片,以实现单轴压缩时的轴向荷载非均匀分布。计算了梯形截面试件压缩时荷载分布与截面高度的关系,并对试验条件下的试件应力分布与岩石状态分区进行讨论,在右侧面高度为75 mm时试件破坏前左侧面处于塑性变形阶段,在右侧面高度为85 mm时试件破坏前左侧面仍处于弹性变形阶段。得到了非均匀荷载压缩条件下单一完整岩体的变形特性;梯形截面砂岩破坏前有明显的分区,各点位塑性硬化程度不一致,S85试件点位3右侧处塑性硬化程度最大,S75试件点位2右侧处塑性硬化程度最大。试验结果表明,非均匀荷载压缩条件下的岩石呈非线性变形特征;同时,岩石局部的损伤会加快附近岩石的塑性软化。提出了非均匀荷载条件下不同竖向截面内轴向应变差会引起附加切应力,附加切应力在中性面上、下方向相反,大小与应变变化率成正相关。在附加切应力作用下,岩石单元最大剪应力平面角度增大,试件破坏形态由原本对“核”形态转变为沿着斜面倾向拉长的相对棱台状。 展开更多
关键词 岩石力学 非均匀荷载 单轴压缩 CT扫描 变形与破坏
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不同加载速率下粉砂岩受载破坏过程红外辐射能量变化规律试验研究
9
作者 雷跃宇 李忠辉 +3 位作者 田贺 艾克热木江·艾合麦提 李雪丽 娄全 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2024年第1期151-159,共9页
为研究加载速率对粉砂岩受载破坏过程红外辐射能量的影响,定量分析粉砂岩加载过程红外辐射能量变化规律;开展了不同加载速率下粉砂岩单轴压缩红外辐射实验。研究结果表明:峰值应力随加载速率的增加而减小,不同加载速率下,差值模式下红... 为研究加载速率对粉砂岩受载破坏过程红外辐射能量的影响,定量分析粉砂岩加载过程红外辐射能量变化规律;开展了不同加载速率下粉砂岩单轴压缩红外辐射实验。研究结果表明:峰值应力随加载速率的增加而减小,不同加载速率下,差值模式下红外辐射温度最大值ΔT_(max)与应力变化具有较好的对应性,更能反映试样的破坏情况,ΔT_(max)的最高温差突增范围为1.0~1.7℃;主破裂时,累计红外辐射能增量ΔQ随时间变化呈缓慢增长趋势,破裂时对应的累计红外辐射能增量随加载速率的增大逐渐减小;ΔQ与机械功之间呈幂函数关系,随着机械功的增加,累计红外辐射能量增量呈现出先增大后缓慢增长趋势;不同加载速率下试样损伤红外前兆比的范围为0.02~0.285,且随加载速率逐渐减小。 展开更多
关键词 单轴压缩 加载速率 红外辐射能 岩石破坏机制 动力灾害
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单轴压缩下不同倾角煤岩组合体力学特性及破坏特征
10
作者 杜锋 王凯 +3 位作者 孙加智 邓云 丰程涛 谢陈孝先 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期136-145,共10页
为探究不同倾角下煤岩组合体失稳诱发冲击地压机制,利用颗粒离散元程序对0、15、30、45、60°这5组不同倾角煤岩组合体进行单轴压缩试验。研究结果表明:煤是煤岩组合体失稳破坏的主体;当煤岩组合体的倾角分别由0°增加至30°... 为探究不同倾角下煤岩组合体失稳诱发冲击地压机制,利用颗粒离散元程序对0、15、30、45、60°这5组不同倾角煤岩组合体进行单轴压缩试验。研究结果表明:煤是煤岩组合体失稳破坏的主体;当煤岩组合体的倾角分别由0°增加至30°和由30°增加到60°时,煤岩组合体的单轴抗压强度分别下降2.01%和9.59%,细观裂纹数量分别下降22.9%和4.0%,声发射信号出现时间提前,说明倾角的增大导致煤岩组合体单轴抗压强度降低,失稳破坏时间提前但破坏程度降低;在单轴加载初期,不同倾角组合体界面处煤岩颗粒向界面处运动导致界面处存在扩容趋势,倾角影响界面附近煤岩颗粒的运动进而导致组合体破坏区域逐渐由煤体向煤岩交界面过渡;当煤体裂纹扩展至煤岩界面时,高倾角煤岩组合体产生的界面滑移效应导致其破坏形式由压剪破坏转变为滑移破坏,且30°倾角为分界线。 展开更多
关键词 单轴压缩 不同倾角 煤岩组合体 力学特性 破坏特性 裂纹扩展 数值模拟
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油页岩单轴压缩声发射演化规律及其破坏前兆特征
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作者 郭鹏飞 邱洋 +2 位作者 邓仕伟 朱星宇 王媛媛 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第4期166-173,共8页
为研究油页岩受载破坏过程中有效前兆特征,利用TP耦合气体逸出试验系统对油页岩开展单轴压缩声发射试验,采集岩样破坏全过程产生的声发射信号,分析岩样变形破坏声发射随时间变化规律,对岩样加载破坏过程中声发射特征方差与自相关系数进... 为研究油页岩受载破坏过程中有效前兆特征,利用TP耦合气体逸出试验系统对油页岩开展单轴压缩声发射试验,采集岩样破坏全过程产生的声发射信号,分析岩样变形破坏声发射随时间变化规律,对岩样加载破坏过程中声发射特征方差与自相关系数进行深入分析。试验结果表明:试验过程中有明显声发射现象产生,声发射特征变化与岩样变形破坏过程有着良好的对应关系;通过分析声发射RA(上升时间/峰值幅度)与AF(平均频率)特征,岩样在试验过程中以张拉破裂为主,后期剪切破裂逐渐增多;声发射特征在临近峰值强度时快速增大,表现出明显的临界慢化现象,方差与自相关系数的突然增大可以作为岩石破坏的前兆特征,且方差的前兆特征信息的捕捉相较于自相关系数更加容易且更为可靠;将声发射b值与声发射特征参数方差结合分析,可以有效剔除试验过程产生的伪信号,方差斜率快速上升阶段出现的b值突降点,可以确定为岩石破坏前兆特征点。研究成果可为岩土工程灾害预警提供可靠依据。 展开更多
关键词 油页岩 单轴压缩 变形破坏 声发射 临界慢化 前兆特征
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单轴压缩下典型煤岩破坏的声发射特征研究 被引量:1
12
作者 胡千庭 刘荣辉 +2 位作者 李全贵 钱亚楠 凌发平 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期1769-1781,共13页
矿山动力灾害的发生常伴随煤岩破裂失稳,研究煤岩破裂的演化特征将为矿山动力灾害监测预警提供理论基础。选取某矿煤系地层中常见的煤、泥岩、砂岩、页岩4种典型煤岩试样进行单轴压缩试验,研究其破坏过程的声发射特征。结果表明:振铃计... 矿山动力灾害的发生常伴随煤岩破裂失稳,研究煤岩破裂的演化特征将为矿山动力灾害监测预警提供理论基础。选取某矿煤系地层中常见的煤、泥岩、砂岩、页岩4种典型煤岩试样进行单轴压缩试验,研究其破坏过程的声发射特征。结果表明:振铃计数能够较好地反映煤和页岩试样各阶段的破坏规律,煤和页岩试样的累计振铃计数曲线增长拐点与其破坏过程中的塑性阶段起始点相对应,泥岩和砂岩的破坏过程的振铃计数较少,累计振铃计数曲线增长拐点出现在塑性阶段后期;煤、泥岩、砂岩、页岩试样拉伸破坏的占比平均值依次为64.97%、73.12%、84.45%、92.21%,均是以拉伸破坏为主的拉剪混合破坏;4种煤岩在破坏前各频段声发射信号的数量出现突增,煤和砂岩发生主破裂时的主导频段为Ⅲ(150~200 kHz)频段,泥岩为Ⅰ(50~100 kHz)、Ⅴ(280~330 kHz)频段,页岩主要集中在Ⅱ(100~150 kHz)、Ⅴ(280~330 kHz)频段;4种煤岩的声发射b值都大致呈现“上升-波动-下降”的变化特征,能有效反映4种煤岩的破裂过程,破坏前的下降趋势可以作为煤岩破裂失稳的重要前兆信息。 展开更多
关键词 单轴压缩 振铃计数 破坏模式 峰值频率 煤岩
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基于3D-DIC系统的白砂岩单轴压缩应变率效应的力学性能试验研究 被引量:1
13
作者 张春阳 张宇超 李小双 《矿冶工程》 CAS 北大核心 2023年第1期21-25,31,共6页
通过选取典型岩样,研究了白砂岩在10^(-5)~10^(-3)s^(-1)应变率范围内的单轴压缩性能,采用3D-DIC系统观测和采集岩样表面位移云图,并分析不同应变率下岩样变形破坏特征差异。结果表明,岩样表面位移场变化反映了破坏面演化规律,剪切破坏... 通过选取典型岩样,研究了白砂岩在10^(-5)~10^(-3)s^(-1)应变率范围内的单轴压缩性能,采用3D-DIC系统观测和采集岩样表面位移云图,并分析不同应变率下岩样变形破坏特征差异。结果表明,岩样表面位移场变化反映了破坏面演化规律,剪切破坏面与位移场集中存在对应关系。全局轴向应变差异主要发生在微裂隙压密到弹性变形期间;加载初期,全局径向应变存在差异,在峰值强度时下端部区域径向位移最大,岩样上端部变形受到端部效应影响,径向向外膨胀受端面与垫片间摩擦限制;此外,下端部局部轴向应变大于上端部区域。随着加载速率增大,岩样从延性特征向脆性特征转变。加载速率较低时,岩样破坏过程中孔隙坍塌使得部分裂隙再次闭合、滑移而产生摩擦效应,从而使峰值强度附近的应力-应变曲线出现波动。白砂岩峰值强度、弹性模量、泊松比等力学参数随加载速率增大而增加。 展开更多
关键词 白砂岩 单轴压缩 应变率 3D-DIC系统 加载速率 变形破坏特征 位移场 力学性能
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考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤模型 被引量:2
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作者 刘红岩 张光雄 +1 位作者 邹宗山 和铁柱 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期85-92,共8页
为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性(如强度和刚度)的影响,需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此,基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为,采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深... 为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性(如强度和刚度)的影响,需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此,基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为,采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深入分析,并对其进行了3方面的改进,即:不再将裂隙变形参数视为定值、考虑了裂隙面上法向正应力产生的负第一应力强度因子(K_(I))、考虑了裂隙面上有效剪应力产生的K_(I),由此最终提出了考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤本构模型。最后采用试验数据对该模型的合理性进行了验证,发现与现有模型相比,该模型明显提高了岩体单轴压缩弹性模量和损伤值的预测精度,尤其是当裂隙倾角为0°时,该模型计算得到的弹性模量为4.306 MPa,与实测弹性模量4.310 MPa几乎相同。因此,该模型能够很好地刻画岩体单轴压缩力学行为,这也说明考虑裂隙变形参数对岩体单轴压缩力学特性的影响是十分必要的。该研究可为准确预测裂隙岩体的单轴压缩力学行为提供参考。 展开更多
关键词 断续裂隙岩体 应力强度因子 单轴压缩损伤模型 损伤变量 裂隙变形参数
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考虑层理倾角的硬质砂岩力学行为及破裂响应特征 被引量:1
15
作者 宋战平 刘洪珂 +3 位作者 郑方 程昀 孙引浩 宋婉雪 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期167-175,共9页
针对考虑层理倾角的硬质砂岩力学行为及破裂响应特征问题,对不同层理倾角的硬质砂岩进行单轴压缩试验,深入探究层理倾角对硬质砂岩力学行为的影响以及层理倾角与碎块分形特征之间的关系。试验结果表明:(1)层理倾角对硬质砂岩应力−应变... 针对考虑层理倾角的硬质砂岩力学行为及破裂响应特征问题,对不同层理倾角的硬质砂岩进行单轴压缩试验,深入探究层理倾角对硬质砂岩力学行为的影响以及层理倾角与碎块分形特征之间的关系。试验结果表明:(1)层理倾角对硬质砂岩应力−应变曲线的类型特征无显著影响,但倾角较小时(0°、22.5°、45.0°),曲线表现为单峰变化规律,倾角较大时(67.5°、90.0°),曲线表现为多峰变化规律,且曲线波动位置主要位于峰值附近。(2)峰值应力σd和峰值应变εd均在倾角为67.5°(最不利层理结构面)时达到最小值46.25 MPa和9.80×10^(−3),层理倾角对硬质砂岩应力的影响明显大于应变,受层理倾角的影响,硬质砂岩的各向异性度为1.32~1.64,表现出低各向异性特征。(3)硬质砂岩随着层理倾角的增大呈现出剪切破坏−剪切张拉复合破坏−层理结构面剪切破坏−劈裂破坏的损伤破坏演化规律;单轴压缩下硬质砂岩的碎块质量特征和分形特征明显,硬质砂岩碎块以中块分布为主,层理倾角对细粒碎块的质量分布影响较小,其分形维数值位于1~2,碎块较大比例分布在大尺寸分布区间。研究结果可为含层理结构面岩石的稳定性及地下空间工程灾害防治提供理论参考。 展开更多
关键词 硬质砂岩 单轴压缩 层理倾角 破裂响应 分形维数 变形特征
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含方解石脉石炭系灰岩单轴压缩的变形破裂特点
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作者 李腾飞 孙增奎 +1 位作者 林国涛 杨学良 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期351-357,共7页
沉积岩形成后由于构造运动和热液运移而导致节理裂隙中晶体生长形成岩脉充填,方解石脉充填节理裂隙后与母岩形成整体,公路隧道及边坡工程中会经常遇到岩体中充填有大量的方解石脉。方解石脉与围岩之间的边界由于形成地质结构,所以对于... 沉积岩形成后由于构造运动和热液运移而导致节理裂隙中晶体生长形成岩脉充填,方解石脉充填节理裂隙后与母岩形成整体,公路隧道及边坡工程中会经常遇到岩体中充填有大量的方解石脉。方解石脉与围岩之间的边界由于形成地质结构,所以对于岩体在应力作用下的力学响应具有重要作用,另外方解石脉的充填厚度也会显著影响到岩体的整体力学行为。本次研究从贵州省惠水至兴仁高速公路工程野外露头采集了含有不同厚度方解石脉的石炭纪石灰岩,考虑到不同厚度方解石脉充填以及区域长期降雨过程中水对岩石力学行为影响这两个重要因素,首先对天然以及饱和后的岩石切片开展了矿物组构的统计分析,然后在实验室制备了标准圆柱形岩石试样并开展了天然以及饱和后的单轴压缩力学实验。通过单轴压缩实验获得了试验过程的全应力-应变曲线,针对破裂后试样采用工业CT扫描及三维重构获得了岩石试样中的裂缝形态特点。经过对饱和以及天然状态下含不同厚度方解石岩脉灰岩的力学行为和裂缝分布的分析发现,由于方解石岩脉厚度和含水饱和度的增加,其单轴受压状态下整体塑性显著增加且强度明显降低,岩石饱和后矿物组构的变化以及方解石脉厚度的增加对其力学行为以及破裂模式有明显影响。另外随着方解石脉厚度变化而导致的力学行为变化表明,方解石岩脉充填在岩石中不仅形成地质结构面而影响其力学行为,另外由于与母岩形成整体抵抗变形而导致其力学行为产生显著变化。 展开更多
关键词 岩石力学 变形破裂 单轴压缩 力学行为 矿物组构 方解石脉
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不同氯离子质量分数下充填体变形破坏及能耗特征
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作者 金爱兵 姚宝顺 +2 位作者 陈帅军 李海 陆通 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2370-2381,共12页
为研究氯离子质量分数对充填体的变形、破坏和能耗损伤的影响,开展不同氯离子质量分数下充填体的单轴压缩试验和电镜扫描试验,分析充填体变形破坏和微观结构,并揭示试样在单轴压缩不同阶段时的能量分配演化规律及单轴受压破坏的能量损... 为研究氯离子质量分数对充填体的变形、破坏和能耗损伤的影响,开展不同氯离子质量分数下充填体的单轴压缩试验和电镜扫描试验,分析充填体变形破坏和微观结构,并揭示试样在单轴压缩不同阶段时的能量分配演化规律及单轴受压破坏的能量损伤演化过程。研究结果表明:当氯离子质量分数不大于2%时,峰值强度和弹性模量随氯离子质量分数增加逐渐增加,当含氯离子质量分数为2%~4%时,峰值强度和弹性模量逐渐降低;当氯离子质量分数为2%时,内部结构最密实,孔隙率最小;当氯离子质量分数为4%时,有明显张裂带产生,孔隙率增加;当氯离子质量分数为0时,裂纹破坏主要为Ⅱ型贯穿剪切破坏,当氯离子质量分数为1%~3%时,裂纹主要以Ⅰ型半贯穿张拉破坏为主,当氯离子质量分数为4%时,裂纹呈现Ⅰ-Ⅱ型张拉-剪切混合破坏模式;随着氯离子质量分数增加,峰前能耗、破坏时单位体积应变能、弹性应变能和总能耗在不同压缩阶段呈先增加后减小的变化趋势;不同氯离子质量分数充填体损伤D增长规律与能耗Ue增长规律相一致,据此将充填体能量损伤演化过程划分为初始损伤、损伤稳定发展、损伤加速和损伤破坏4个阶段。 展开更多
关键词 充填体 氯离子 单轴压缩 变形破坏 能耗特征 损伤机制
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冻结土石混合体在单轴压缩下的变形和声发射特征研究 被引量:1
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作者 胡峰 李志清 +2 位作者 朱益军 王双娇 吕庆 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2023年第5期1463-1474,共12页
冻结土石混合体具有明显的各向异性和结构效应,相比于冻土,其物理力学行为更加复杂。为了研究冻结土石混合体受压条件下的破坏过程和声发射特征,本文对含石量分别为30%、40%、50%的人工冻结土石混合体试样和不同含水量青藏公路冻结路基... 冻结土石混合体具有明显的各向异性和结构效应,相比于冻土,其物理力学行为更加复杂。为了研究冻结土石混合体受压条件下的破坏过程和声发射特征,本文对含石量分别为30%、40%、50%的人工冻结土石混合体试样和不同含水量青藏公路冻结路基砂土石混填物试样进行单轴压缩下的声发射试验。结果表明:(1)与常温土石混合体相比,冻结土石混合体试样受冰晶和冻土的蠕变作用,在单轴压缩过程中表现出轴向应力峰后裂纹发育的变形模式。(2)受冰晶体破裂的影响,冻结土石混合体在加载初始压密阶段就出现一定数量的声发射事件,轴向应力峰后阶段也存在明显的声发射活动,呈现声发射活动的多峰特征。含石量越大,峰后声发射活动越强,且基质土为黏质粉土的土石混合体峰后声发射活动要强于基质土为砂土的冻结土石混合体。(3)冻结黏质粉土的蠕变性质和含石量的大小共同影响试样内部的变形特征。冻结土含量越高,土体越易裹挟块石做整体运动,不利于裂隙的发育,试样多见鼓胀变形,声发射活动较少;当含石量较大时,土石界面数量多,土体与块石差异运动明显,试样以裂隙扩展为主,声发射事件增多,整体变形不明显。 展开更多
关键词 冻结土石混合体 单轴压缩 含石量 变形特征 声发射
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不同加载速率对磷块岩破坏特性的影响研究 被引量:1
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作者 尹白琳 吝曼卿 +2 位作者 石明汉 高成程 王国均 《化工矿物与加工》 CAS 2023年第8期26-31,38,共7页
为了探究磷块岩受力后的动态响应规律,开展了不同加载速率作用下的磷块岩单轴压缩试验,并结合PFC3D颗粒流软件,对加载速率与峰值应力、破坏形态、裂纹扩展数量及位移变化的对应关系进行分析。室内试验结果表明:不同加载速率下磷块岩单... 为了探究磷块岩受力后的动态响应规律,开展了不同加载速率作用下的磷块岩单轴压缩试验,并结合PFC3D颗粒流软件,对加载速率与峰值应力、破坏形态、裂纹扩展数量及位移变化的对应关系进行分析。室内试验结果表明:不同加载速率下磷块岩单轴压缩过程均经历了压密、弹性变形、塑性变形、峰后破坏等4个阶段;随着加载速率的增大,试件峰值应力及其应变增大,弹性模量增幅显著,峰后破坏愈加剧烈。PFC^(3D)数值模拟结果表明:随着加载速率的增大,模型裂纹数量增多;模型由局部破坏转为剧烈的全局破坏。磷块岩强度随着加载速率的增大而增大,试件内部孔隙在较大加载速率作用下闭合不充分,各向异性较强,形成的宏观破裂面更明显,破坏范围更大。 展开更多
关键词 磷块岩 加载速率 单轴压缩 破坏特性 峰值应力 裂纹数量 位移变化
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不同围压下混合岩轴向压缩过程能量及损伤分析
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作者 袁新华 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2023年第2期33-41,共9页
为探究混合岩在不同围压下破坏过程中的能量演化特征和损伤演化规律,利用伺服试验机对混合岩进行了轴向压缩试验。结果表明,混合岩不同破坏阶段的弹性应变能、耗散能的变化情况不同,屈服强度之前,能量基本以弹性应变能为主,耗散能几乎... 为探究混合岩在不同围压下破坏过程中的能量演化特征和损伤演化规律,利用伺服试验机对混合岩进行了轴向压缩试验。结果表明,混合岩不同破坏阶段的弹性应变能、耗散能的变化情况不同,屈服强度之前,能量基本以弹性应变能为主,耗散能几乎为0,屈服强度之后,弹性应变能减小后保持稳定,耗散能急剧增加。基于试样弹性应变能与总吸收能之比的定量指标将试破坏的过程分为3个阶段,依此为裂隙稳定扩展阶段、裂隙加速扩展阶段和裂隙贯通阶段。将混合岩的损伤演化过程分为4个阶段,分别为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段、损伤加速发展阶段和残余损伤阶段。 展开更多
关键词 混合岩 轴向压缩 变形破坏 能量机制 损伤演化
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