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硬岩应力–应变门槛值特点及产生机制

岩石力学与工程学报 2015年第8期34卷 1513-1521页

作者：周辉孟凡震张传庆杨凡杰卢景景中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

详细总结岩石应力门槛值(起裂强度ci?、损伤强度cd?和峰值强度f?)的物理意义和计算方法,以花岗岩和大理岩为研究对象进行不同围压的常规三轴试验,计算分析ci?,cd?和f?值,以及各个门槛值对应的轴向应变、侧向应变和体积应变的变化规律,... 详细信息

详细总结岩石应力门槛值(起裂强度ci?、损伤强度cd?和峰值强度f?)的物理意义和计算方法,以花岗岩和大理岩为研究对象进行不同围压的常规三轴试验,计算分析ci?,cd?和f?值,以及各个门槛值对应的轴向应变、侧向应变和体积应变的变化规律,重点讨论轴向应变和侧向应变的特点和产生机制,分析结果发现:花岗岩的cc?/f?,ci?/f?,cd?/f?分别位于0.10~0.19,0.40~0.59,0.77~0.82区间内,大理岩相应的应力比位于0.10~0.25,0.47~0.64,0.82~0.92内,不同岩石或相同岩石门槛值应力比的差异可能由于矿物成分、赋存环境、开挖损伤造成;2种岩石应力门槛值及各自对应的轴向应变随围压近似呈线性递增,并且应力和轴向应变随围压的变化曲线非常相似;侧向应变在达到cd?之前增长缓慢,在达到cd?之后急剧增加,而轴向应变在整个加载过程稳步增加;围压、cd?和对应的损伤体积应变存在内在关联性,相互关系可用线性或二项式拟合。

关键词：岩石力学应力门槛值应变应力比机制内在关联性

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岩爆物理模拟试验研究现状及思考

岩石力学与工程学报 2015年第5期34卷 915-923页

作者：周辉孟凡震张传庆卢景景徐荣超中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

岩爆受岩性、应力条件、开采条件等因素影响,发生机制极其复杂,而物理模拟试验研究岩爆具有独特优势。在总结前人研究成果的基础上,从岩爆物理模拟研究的试验仪器、相似材料、加载、开挖、支护和监测测量方法等方面,详细论述当前岩爆物... 详细信息

岩爆受岩性、应力条件、开采条件等因素影响,发生机制极其复杂,而物理模拟试验研究岩爆具有独特优势。在总结前人研究成果的基础上,从岩爆物理模拟研究的试验仪器、相似材料、加载、开挖、支护和监测测量方法等方面,详细论述当前岩爆物理模拟研究存在的不足和未来的发展方向。主要得到以下结论:建立适合于岩爆的脆性相似判据并研制"低强度、高脆性"的相似材料,是岩爆物理模拟试验成功的基础;分别在理论上和试验方法上解决硬性结构面的相似性判别方法和制作工艺,是研究结构面型岩爆的关键;在保证加载的准确性和受力的均匀性基础上,研制大吨位的加载装置和可考虑复杂岩–机相互作用的TBM掘进机及钻爆法施工工艺,是研究不同岩爆影响因素的保证;开发能够与"硬岩"岩爆以开裂为主的典型变形破坏特征相适应的多元信息监测和测试系统,是成功解译岩爆孕育演化特征和规律的先决条件。研究结论将有助于改进岩爆的物理模拟试验研究现状,为建立岩爆风险的合理评估、准确预测及防控方法提供科学依据。

关键词：岩石力学物理模拟试验岩爆现状发展方向

结构面剪切破坏特性及其在滑移型岩爆研究中的应用

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岩石力学与工程学报 2015年第9期34卷 1729-1738页

作者：周辉孟凡震张传庆杨凡杰卢景景中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

从锦屏二级水电站深埋隧洞施工中发现,结构面的剪切滑移可能诱发极强岩爆。为研究结构面对滑移型岩爆的控制机制,利用水泥砂浆作为模型材料,制作3种不同起伏高度的不规则锯齿形结构面,并进行直剪试验,研究不同起伏高度、剪切速率和法向... 详细信息

从锦屏二级水电站深埋隧洞施工中发现,结构面的剪切滑移可能诱发极强岩爆。为研究结构面对滑移型岩爆的控制机制,利用水泥砂浆作为模型材料,制作3种不同起伏高度的不规则锯齿形结构面,并进行直剪试验,研究不同起伏高度、剪切速率和法向压力下的结构面强度特征和破坏机制,并对现场的滑移型岩爆进行初步的机制分析。研究结果表明,每种起伏高度的结构面的峰值抗剪强度和残余强度均随法向压力增大而增大;随着起伏高度的增加,结构面的抗剪强度、内摩擦角逐渐增加;随着剪切速率增加,结构面抗剪强度具有先增加后减小的趋势;不同工况下结构面的破坏机制可归纳为锯齿的滑移错断机制、结构面上下盘的拉伸断裂机制和上盘前端下盘后端的冲击断裂机制;结构面的起伏高度越大、法向应力越高,冲击断裂的规模越大;现场结构面的应力集中程度、结构面面壁凸台的尺寸、强度和位置等决定了滑移型岩爆发生的等级、爆坑深度。

关键词：岩石力学结构面滑移直剪试验岩爆机制起伏高度滑移错断冲击断裂

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结构面剪切过程中声发射特性的试验研究

岩石力学与工程学报 2015年第S1期34卷 2827-2836页

作者：周辉孟凡震张传庆卢景景徐荣超中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

为研究结构面岩体在压剪荷载作用下的声发射特征和规律,利用水泥砂浆作为模型材料制作具有不同起伏高度的不规则锯齿形结构面,研究不同起伏高度、不同剪切速率和不同法向压力下声发射参数的变化规律和发生机制。试验结果表明:结构面剪... 详细信息

为研究结构面岩体在压剪荷载作用下的声发射特征和规律,利用水泥砂浆作为模型材料制作具有不同起伏高度的不规则锯齿形结构面,研究不同起伏高度、不同剪切速率和不同法向压力下声发射参数的变化规律和发生机制。试验结果表明:结构面剪切时理想的累积撞击曲线可以划分为平静期、缓慢上升期和急剧上升期3个阶段;随结构面起伏高度的增大,发生宏观剪切破坏时能量率峰值变大、累积撞击数变小;随剪切速率的增大,能量率曲线和撞击率曲线在剪切过程中波动性增强,能量率峰值、撞击率峰值和累积能量随剪切速率的增大有减小的趋势;声发射参数随法向压力变化规律性不强,但随法向压力的增大,破坏时对应的能量率峰值和累积能量有减小的趋势,撞击率峰值和累积撞击数有增大的趋势。研究成果可为声发射技术用于监测和预报现场结构面岩体的静力或动力剪切破坏提供指导。

关键词：岩石力学结构面直剪试验声发射能量率声发射撞击率起伏高度法向压力

不同位置和尺寸的裂隙对岩体破坏影响的试验研究

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岩石力学与工程学报 2015年第S1期34卷 3018-3028页

作者：周辉孟凡震张传庆卢景景徐荣超中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室湖北武汉430071

为研究节理裂隙岩体中节理位置和尺寸对岩体综合抗剪强度的影响,以水泥砂浆作为模型材料,通过在试件的不同位置预制相同长度的节理裂隙和相同位置预制不同长度的节理裂隙,进行不同法向压力下3种具有不同起伏角的节理面剪切试验。试验结... 详细信息

为研究节理裂隙岩体中节理位置和尺寸对岩体综合抗剪强度的影响,以水泥砂浆作为模型材料,通过在试件的不同位置预制相同长度的节理裂隙和相同位置预制不同长度的节理裂隙,进行不同法向压力下3种具有不同起伏角的节理面剪切试验。试验结果表明:当节理位置和长度一定时其抗剪强度随法向压力增加而增加;对于同一节理裂隙,当其位于试件中间时抗剪强度和黏聚力最小,位于试件后端时抗剪强度和黏聚力最大,位于试件前端时介于两者之间;内摩擦角随节理位置的变化规律不明显;当节理裂隙位置固定时,节理裂隙越长,抗剪强度和黏聚力越低,且抗剪强度随节理长度的增加呈近乎线性的减小。节理位置和尺寸对综合抗剪强度的影响可能由于节理、岩桥的强度参数及岩桥内部损伤劣化程度共同作用所致,现场节理岩体的抗剪强度取值应考虑节理的位置影响。

关键词：岩石力学节理裂隙节理位置尺寸抗剪强度岩桥劣化

深埋隧洞板裂屈曲岩爆机制及物理模拟试验研究

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岩石力学与工程学报 2015年第S2期34卷 3658-3666页

作者：周辉徐荣超卢景景张传庆孟凡震沈峥中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 华北水利水电大学资源与环境学院河南郑州450045

结合锦屏二级水电站深埋隧洞典型岩爆案例,分析板裂屈曲岩爆的发生机制及结构面作用机制,研究表明:开挖卸荷作用导致围岩板裂化结构的形成,切向集中应力作用下岩板向开挖空间内屈曲变形并积聚应变能,当板裂化围岩结构自身积聚的能量超... 详细信息

结合锦屏二级水电站深埋隧洞典型岩爆案例,分析板裂屈曲岩爆的发生机制及结构面作用机制,研究表明:开挖卸荷作用导致围岩板裂化结构的形成,切向集中应力作用下岩板向开挖空间内屈曲变形并积聚应变能,当板裂化围岩结构自身积聚的能量超过其储能极限,或在外界扰动作用下发生突发性失稳破坏,形成以岩板压折、岩块弹射为特征的岩爆现象;渐进的板裂化破坏过程起到了活跃结构面的作用,而结构面的存在及其扩展降低了板裂化围岩结构的稳定性,促进了岩爆的发生;不同倾角的结构面在板裂屈曲岩爆中的作用机制不同。结合板裂化围岩的结构特征,配制板裂化模型试样,采用2种不同的加载方式进行板裂屈曲岩爆的物理模拟试验,结果表明:预制裂隙的扩展将试样劈裂成板,压缩荷载进一步作用下岩板向临空面屈曲变形,并最终形成岩板压折、岩片弹射的失稳破坏现象。研究结果对于认识深埋隧洞板裂屈曲岩爆机制及其支护控制具有重要意义。

关键词：岩石力学深埋隧洞板裂屈曲岩爆发生机制结构面作用机制物理模拟试验

深埋隧洞板裂化围岩预应力锚杆锚固效应试验研究及机制分析

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岩石力学与工程学报 2015年第6期34卷 1081-1090页

作者：周辉徐荣超卢景景张传庆孟凡震沈峥中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室湖北武汉430071

采用高强石膏配制板裂化模型试样,选用铝棒制作预应力锚杆模型,通过一侧约束条件下的单轴压缩试验,研究板裂化模型试样的预应力锚杆锚固效应。试验结果表明:加锚试样的峰值强度、残余强度及弹性模量均有不同程度的提高,试样峰后侧向变... 详细信息

采用高强石膏配制板裂化模型试样,选用铝棒制作预应力锚杆模型,通过一侧约束条件下的单轴压缩试验,研究板裂化模型试样的预应力锚杆锚固效应。试验结果表明:加锚试样的峰值强度、残余强度及弹性模量均有不同程度的提高,试样峰后侧向变形显著减小,且随着预应力值的增大效果更为显著;与无锚试件岩板压折、岩片弹射的失稳破坏现象相比,加锚试件保持了较好的完整性,局部发生岩板断裂、脱落现象;试样变形破坏过程中,锚杆轴向应力变化分为线性缓慢上升期、非线性增长期和急剧上升期3个阶段,锚杆轴向应力的变化规律反映了其自身工作机制及板裂化模型试样变形特征。分析锚固机制认为,预应力锚杆的施加不仅有效降低了预制裂隙尖端拉应力集中程度,体现出抑制裂隙扩展的止裂作用,而且将试样劈裂形成的岩板加固为整体,有效抑制了岩板向临空面的屈曲变形,进而提高了试样的临界失稳荷载值。最后,基于试验结果的认识,提出针对板裂化围岩的"及时支护、区域控制及重点加固"的锚喷支护控制策略。

关键词：岩石力学板裂化预应力锚杆锚固效应

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预应力锚杆锚固止裂效应的试验研究

岩石力学与工程学报 2015年第10期34卷 2027-2037页

作者：周辉徐荣超张传庆沈峥孟凡震刘海涛中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室湖北武汉430071 华北水利水电大学资源与环境学院河南郑州450011

采用高强石膏制作含30°,45°,60°预制裂隙试样,通过室内单轴压缩试验研究预应力锚杆的锚固止裂效应。结果表明:与无锚试样相比,加锚试样的弹性模量、起裂强度、峰值强度及残余强度均有不同程度的提高,且随着锚杆预应力值的提高而增大;... 详细信息

采用高强石膏制作含30°,45°,60°预制裂隙试样,通过室内单轴压缩试验研究预应力锚杆的锚固止裂效应。结果表明:与无锚试样相比,加锚试样的弹性模量、起裂强度、峰值强度及残余强度均有不同程度的提高,且随着锚杆预应力值的提高而增大;与30°及60°加锚试样相比,含45°倾角加锚试样锚固效应更为显著;预应力锚杆的作用不仅有效抑制了翼裂纹破裂面的张开变形,而且改变了次生裂纹的扩展模式;试样变形破坏过程中,锚杆轴向应力变化分为缓慢增长期、快速增长期、急剧上升期及减速增长期4个阶段,预应力提高,则锚杆轴向应力峰值相应增大。应用断裂力学理论分析锚固机制,加锚试样峰值强度前,预应力锚杆的作用体现在杆体抗拉形成的"轴压"锚固效应,而峰值强度后则是杆体抗剪切形成的"销钉"锚固效应与"轴压"锚固效应组合作用的结果。

关键词：岩石力学预应力锚杆锚固止裂锚固机制

三峡库区滑坡土石混合体与桩的接触面力学特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2011年第S1期30卷 2888-2895页

作者：陈静李邵军孟凡震闵弘中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

以库区典型堆积层滑坡为工程背景,开展一系列不同的含水率、含石量及剪切速率的室内大型直剪试验,探讨不同试验条件下抗滑桩与土石混合体接触面力学特性的变化特征和规律,建立抗剪强度参数与含水率、含石量之间的函数关系。试验结果表明... 详细信息

以库区典型堆积层滑坡为工程背景,开展一系列不同的含水率、含石量及剪切速率的室内大型直剪试验,探讨不同试验条件下抗滑桩与土石混合体接触面力学特性的变化特征和规律,建立抗剪强度参数与含水率、含石量之间的函数关系。试验结果表明,接触面的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角随着含水率的升高而减小,而黏聚力减小趋势在土体饱和时趋于平稳。随着含石量的增大,桩土接触面抗剪强度及内摩擦角则呈现出先减小后增大的抛物线型变化趋势,而黏聚力则逐渐减小。此外,剪切速率增大,接触面的抗剪强度参数则显著增大。研究成果可为土石混合体滑坡抗滑桩设计、接触本构和加固工程的长期稳定性分析提供重要依据。

关键词：边坡工程土石混合体抗滑桩接触面力学特性