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三轴压缩条件下共面双裂隙复合类岩断裂机制

振动与冲击 2024年第21期43卷 263-276页

作者：司余洁肖桃李袁浩折海成赵云峰长江大学城市建设学院湖北荆州434023 西南交通大学土木工程学院成都610031

为了研究裂隙构型属性和围压对复合岩的破坏特性影响及裂隙在复合岩中的扩展规律,基于室内单轴和三轴压缩试验,采用PFC 2D数值模拟软件建立含共面双裂隙复合岩三轴压缩颗粒模型,研究裂隙复合岩在不同裂隙倾角、裂隙长度和围压下的破坏... 详细信息

为了研究裂隙构型属性和围压对复合岩的破坏特性影响及裂隙在复合岩中的扩展规律,基于室内单轴和三轴压缩试验,采用PFC 2D数值模拟软件建立含共面双裂隙复合岩三轴压缩颗粒模型,研究裂隙复合岩在不同裂隙倾角、裂隙长度和围压下的破坏特性和声发射演化规律。结果表明:岩样的破坏模式主要受裂隙倾角控制,而岩样的完整性主要受裂隙长度和围压控制;随着裂隙倾角的增加,岩样的破坏模式呈现张拉破坏→剪切破坏→拉-剪复合破坏的变化规律,随着裂隙长度和围压的增大,岩样的宏观裂纹减少,完整性越好;岩桥的贯通模式主要受裂隙倾角、结构面和围压的影响,裂隙倾角和围压越大,岩桥越容易贯通,结构面的存在会抑制岩桥的贯通;裂隙倾角越大,微裂纹呈“弥散式”分布于岩样的现象越明显,裂隙长度和围压越大,微裂纹的聚集现象越明显,岩样微裂纹的损伤积累随裂隙倾角和长度的增大而减小,随围压的增大而增大;岩样在变形加载过程中,声发射计数整体随裂隙倾角的增大而增大,随裂隙长度和围压的增大而减小,裂隙倾角、长度和围压主要改变的是声发射计数的数值大小。

关键词：共面裂隙复合岩破坏模式裂纹扩展 PFC 2D 声发射

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非饱和石灰改良黄土的渗水系数预测

岩土工程学报 2020年第S02期42卷 26-31页

作者：胡再强梁志超郭婧冯哲王凯折海成西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048

针对黄土地区大部分黄土处于非饱和的状态,采用石灰改良非饱和黄土以解决非饱和黄土渗透性的问题。利用非饱和固结仪测得压实黄土和石灰改良黄土的土水特征曲线,采用Van Genuchten模型对试验数据进行拟合,同时测得饱和压实黄土和石灰改... 详细信息

针对黄土地区大部分黄土处于非饱和的状态,采用石灰改良非饱和黄土以解决非饱和黄土渗透性的问题。利用非饱和固结仪测得压实黄土和石灰改良黄土的土水特征曲线,采用Van Genuchten模型对试验数据进行拟合,同时测得饱和压实黄土和石灰改良黄土的饱和渗水系数,基于测得的土水特征曲线,采用Childs&Collis-George预测非饱和石灰改良黄土的渗水系数的模型,得到非饱和石灰改良黄土的体积含水率以及基质吸力和渗水系数之间的关系曲线,并通过微观结构来分析验证其机理。结果表明:压实度对非饱和石灰改良黄土土水特征曲线影响明显,压实度越大,进气值越大;石灰改良黄土的饱和渗水系数小于压实黄土;同一压实度,非饱和石灰改良黄土的渗水系数随体积含水率的增大而增大,随基质吸力的增大,呈先迅速减小后趋于平衡的趋势,吸力一定时,压实度越大,非饱和渗水系数越小;且渗水系数与基质吸力可用幂函数表示。为石灰改良黄土地基和路基等工程提供数值计算基础和理论支持。

关键词：非饱和土石灰改良黄土土水特征曲线渗水系数基质吸力

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苏里格气田泥页岩井壁水化损伤失稳周期确定

新疆石油地质 2014年第1期35卷 91-95页

作者：折海成屈展陈军斌榆林学院能源工程学院陕西榆林719000 西安石油大学石油工程学院西安710065

钻井过程中复杂的应力和固液作用,使围岩产生了水化扩散和水化膨胀,改变了其中的应力场和力学参数,从而导致泥页岩井壁失稳。通过试验研究,探讨了泥页岩井壁围岩水化随时间和空间的变化规律以及岩石弹性模量和抗压强度随含水率变化的损... 详细信息

钻井过程中复杂的应力和固液作用,使围岩产生了水化扩散和水化膨胀,改变了其中的应力场和力学参数,从而导致泥页岩井壁失稳。通过试验研究,探讨了泥页岩井壁围岩水化随时间和空间的变化规律以及岩石弹性模量和抗压强度随含水率变化的损伤弱化规律,进而结合强度变形破坏理论推导出泥页岩遇水后的损伤演化方程、损伤演化极限方程和确定坍塌周期的方法。应用该方法,得出苏里格气田泥页岩井壁坍塌周期为6.8 d左右。

关键词：苏里格气田泥页岩井壁水化作用损伤失稳坍塌周期

冻融循环作用下石灰改性黄土的力学特性试验研究

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土木工程学报 2019年第A01期52卷 211-217页

作者：胡再强梁志超吴传意折海成冯哲郭婧西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210024

对石灰改性黄土进行击实试验,得到改性黄土的石灰掺量分别与最优含水量和最大干密度的变化规律。同时在冻融循环作用下,利用三轴剪切仪对石灰改性黄土进行固结排水剪切试验,以此研究冻融循环下石灰改性黄土的力学特性。结果表明:随石灰... 详细信息

对石灰改性黄土进行击实试验,得到改性黄土的石灰掺量分别与最优含水量和最大干密度的变化规律。同时在冻融循环作用下,利用三轴剪切仪对石灰改性黄土进行固结排水剪切试验,以此研究冻融循环下石灰改性黄土的力学特性。结果表明:随石灰掺量增大,最优含水量也逐渐增大,最大干密度却呈减小的趋势。不同石灰掺量下,冻融循环后改性黄土的应力应变关系曲线随冻融循环次数的增加由弱硬化型向弱软化型过渡,最后趋于强软化型。随冻融循环次数的增加,破坏强度呈下降趋势,石灰掺量为6%且冻融次数10次时,围压越大,破坏强度衰减率越小;石灰改性黄土的黏聚力随冻融循环次数的增加而降低,最终趋于稳定,而内摩擦角几乎保持不变。石灰掺量一定时,随冻融循环次数增加,结构性参数减小,且变化趋势不大;冻融循环次数一定时,随石灰掺量的增加,结构性参数呈减小的趋势;同时,随着围压不断地增大,结构性参数也呈减小趋势,结构性参数与轴向应变关系曲线随着围压的增大由强软化型向弱软化型过渡。

关键词：冻融循环应力应变破坏强度石灰改性黄土结构性参数

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非饱和石灰黄土土水特征与压缩湿陷特性研究

水力发电学报 2020年第3期39卷 66-75页

作者：梁志超胡再强郭婧王凯冯哲折海成西安理工大学岩土工程研究所西安710048 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室南京210024

针对西北地区非饱和黄土存在的增湿湿陷问题,利用非饱和固结仪对石灰改良黄土进行无应力测吸力和控制基质吸力的压缩试验,研究了不同石灰含量及不同干密度石灰改良黄土土水特征、压缩特性,以及增湿变形和湿陷变形特性。研究结果表明:石... 详细信息

针对西北地区非饱和黄土存在的增湿湿陷问题,利用非饱和固结仪对石灰改良黄土进行无应力测吸力和控制基质吸力的压缩试验,研究了不同石灰含量及不同干密度石灰改良黄土土水特征、压缩特性,以及增湿变形和湿陷变形特性。研究结果表明:石灰含量对非饱和黄土的土水特征曲线影响不大,但干密度对石灰改良黄土的土水特征曲线影响较大;压缩指数和屈服应力都随着吸力的增大而增大,回弹指数随吸力的变化几乎不变;同一竖向压力下,初始吸力越大,湿陷系数越大,湿陷起始压力都随着初始吸力的增大而减小,而最大湿陷系数和最大湿陷压力却都在增大;当石灰含量超过3%时,ds(p=200 kPa)小于0.015,说明石灰改良黄土已基本消除湿陷性,具有工程应用意义。

关键词：非饱和石灰改良黄土土水特征曲线增湿变形系数湿陷系数

含共面双裂隙复合岩三轴力学行为及能量演化规律研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：司余洁肖桃李袁浩折海成赵云峰长江大学城市建设学院西南交通大学土木工程学院

大量深部岩体工程中广泛存在着不同性质岩石相互接触，局部构成了典型的复合岩体，而裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量演化及裂纹扩展规律都有着显著影响。为了研究裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量及微裂纹演化规律... 详细信息

大量深部岩体工程中广泛存在着不同性质岩石相互接触，局部构成了典型的复合岩体，而裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量演化及裂纹扩展规律都有着显著影响。为了研究裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量及微裂纹演化规律的影响，基于室内单轴和三轴压缩试验，采用离散元软件构建含共面双裂隙复合岩三轴压缩颗粒模型，系统研究了复合岩在不同裂隙倾角、长度和围压下的力学行为、能量及微裂纹的演化规律。研究结果表明：（1）裂隙倾角和围压的增加对岩样的力学特性有着优化作用，裂隙长度的增加对其有着劣化作用，且复合岩从单向受力转变为三向受力时，力学特性发生骤变，得到显著的优化；（2）随着裂隙倾角、长度及围压的增加，复合岩能量大小分别呈现“U”形分布、递减和递增的变化规律，能量的损耗主要出现在损伤应力以后；（3）岩样在变形加载过程中，产生的微裂纹以张拉裂纹为主，剪切裂纹主要出现在损伤应力后，裂隙几何参数和围压主要影响在相同应力阈值时的微裂纹演化特性。

关键词：离散元复合岩共面裂隙力学特性能量特征微裂纹

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三轴压缩条件下单裂隙岩样裂隙扩展研究

科学技术与工程 2022年第26期22卷 11567-11576页

作者：陈祥肖桃李折海成长江大学城市建设学院荆州434023

含天然裂缝和层理岩体的断裂破坏是由其内部裂隙起裂、扩展、汇合成宏观剪切带直至失稳破坏引起的。通过对含单裂隙岩样开展三轴加载试验,并采用PFC^(2D)数值模拟软件,研究岩样在不同围压和裂隙长度条件下的力学性质与裂纹的起裂、扩展... 详细信息

含天然裂缝和层理岩体的断裂破坏是由其内部裂隙起裂、扩展、汇合成宏观剪切带直至失稳破坏引起的。通过对含单裂隙岩样开展三轴加载试验,并采用PFC^(2D)数值模拟软件,研究岩样在不同围压和裂隙长度条件下的力学性质与裂纹的起裂、扩展和破坏规律。结果表明:当围压为7 MPa时,岩样以剪切-拉伸复合破坏模式为主;当围压为14 MPa时,岩样以Y型剪切破坏、单一斜剪破坏模式为主;当围压为21 MPa时,岩样以X型剪切破坏模式为主。围压越大,岩样的强度与弹性模量越高,岩样的破坏越明显;预制裂隙越长,岩样的强度与弹性模量越低,裂纹扩展的规模越大。随着围压的增加,拉裂纹占比逐步增加。围压与预制裂隙长度增大,岩样破裂带范围越广。该研究成果对于揭示含单裂隙岩体的扩展与破坏规律具有重要的参考价值。

关键词： PFC^(2D) 围压预制裂隙破坏模式

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人工制备遗址土蠕变试验研究

水力发电学报 2020年第4期39卷 101-109页

作者：王凯胡再强折海成梁志超冯哲焦韩伟西安理工大学岩土工程研究所西安710048 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室南京210024

为了研究糯米浆对土蠕变特性的影响,用不同含水量、不同糯米浆掺入量配制人工制备遗址土。通过单轴蠕变试验,研究了不同压力条件下人工制备遗址土的蠕变特性。试验结果表明:含水量越大,蠕变现象越明显。随着糯米浆掺量的增加,人工制备... 详细信息

为了研究糯米浆对土蠕变特性的影响,用不同含水量、不同糯米浆掺入量配制人工制备遗址土。通过单轴蠕变试验,研究了不同压力条件下人工制备遗址土的蠕变特性。试验结果表明:含水量越大,蠕变现象越明显。随着糯米浆掺量的增加,人工制备遗址土的蠕变量呈现出先减小后增大的趋势,在土与糯米浆质量比为90:10时,蠕变量达到最小。根据试验结果,分别建立了适合人工制备遗址土蠕变特性的经验蠕变模型和基于分数阶微积分的非线性黏弹性模型。通过对比发现,基于分数阶微积分的非线性黏弹性模型能弥补传统经验模型不能描述瞬时应变的缺陷,更好地反应人工制备遗址土的蠕变特性。

关键词：岩土工程遗址土蠕变分数阶微积分非线性黏弹性模型

基于核磁共振的岩石孔隙扰动演化规律分析方法

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水电能源科学 2022年第9期40卷 176-180页

作者：折海成刘思其胡再强长江大学城市建设学院湖北荆州434023 陕西省油气井及储层渗流与岩石力学重点实验室陕西西安710065 西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048

岩石在外界各种扰动作用下内部孔隙结构将发生不同程度变化,轻则引起局部裂纹扩展而降低其力学性能,重则引起地下岩石结构或设施失稳破坏。采用核磁共振技术(NMR)分析岩样在离心试验前后T_(2)能谱分布规律,提出一种考察岩石孔隙演变量... 详细信息

岩石在外界各种扰动作用下内部孔隙结构将发生不同程度变化,轻则引起局部裂纹扩展而降低其力学性能,重则引起地下岩石结构或设施失稳破坏。采用核磁共振技术(NMR)分析岩样在离心试验前后T_(2)能谱分布规律,提出一种考察岩石孔隙演变量化分析方法,并以页岩孔隙结构的水化扰动演化为例进行分析。结果表明,通过核磁共振弛豫理论,分析了岩石横向弛豫时间T_(2)与孔径半径r之间的关系,并根据T_(2)能谱分布图制定一种孔隙分类方法,可分析岩石内部孔径分布规律。通过饱和岩样和离心后岩样T_(2)能谱图对比,建立了T_(2)能谱面积与孔隙体积之间的关系,并推演出基于核磁共振试验数据来求取孔隙比的计算方法。利用该方法考察页岩水化扰动作用下各类孔隙结构的演变量化规律及孔隙率和体积变化规律,揭示页岩水化扰动损伤的深层机理。该试验方法为考察其他扰动因素引起孔隙结构演化规律提供了一种新路径。

关键词：孔隙结构扰动演化核磁共振孔径分布孔隙率