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基于颗粒流数值仿真的不同围压下花岗岩加载速率效应研究

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水电能源科学 2022年第10期40卷 170-172页

作者：杨艳霜尹梦雨程思培侯家文湖北工业大学土木建筑与环境学院湖北武汉430068

基于拉西瓦水电站花岗岩常规三轴试验结果,利用PFC得到该花岗岩宏观力学特性的细观参数,在此基础上进行不同围压及加载速率下三轴压缩数值试验,研究花岗岩的加载速率效应。结果表明,相同围压下,加载速率较低时,应力应变曲线反映出花岗... 详细信息

基于拉西瓦水电站花岗岩常规三轴试验结果,利用PFC得到该花岗岩宏观力学特性的细观参数,在此基础上进行不同围压及加载速率下三轴压缩数值试验,研究花岗岩的加载速率效应。结果表明,相同围压下,加载速率较低时,应力应变曲线反映出花岗岩呈脆性破坏,随着加载速率增加,花岗岩由脆性破坏向延性破坏转化;同一围压下,随着加载速率的升高,花岗岩峰值强度、损伤应力、粘聚力及内摩擦角均呈增大趋势;随围压升高,归一化损伤应力整体增加,加载速率对峰值的提高作用降低,速率由0.005 m/s增加至0.300 m/s时,峰值强度增幅由7.2%降为5.0%。粘聚力、内摩擦角与加载速率均呈线性关系,相关系数分别为0.95、0.97。研究成果可为工程实践提供参考。

关键词：花岗岩颗粒流模拟三轴压缩特征应力强度参数

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岩体变形参数确定的经验方法研究

岩石力学与工程学报 2016年第A1期35卷 3195-3202页

作者：张占荣杨艳霜赵新益盛谦朱泽奇中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 湖北工业大学土木工程与建筑学院湖北武汉430068 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071

在岩体工程变形分析和稳定性评价时,确定合理的岩体变形模量至关重要。现场试验可直接确定岩体的变形模量,获取的数据相对可靠,但是所需周期长、费用高,当现场试验受到各种制约条件而无法进行时,通过工程岩体分级指标估算岩体变形参数... 详细信息

在岩体工程变形分析和稳定性评价时,确定合理的岩体变形模量至关重要。现场试验可直接确定岩体的变形模量,获取的数据相对可靠,但是所需周期长、费用高,当现场试验受到各种制约条件而无法进行时,通过工程岩体分级指标估算岩体变形参数的经验方法,不失为一种经济实惠的选择。目前,国外已有大量学者通过对岩体分级方法的研究,得到了相应的岩体变形参数计算的经验公式,但在国内相关研究的开展则较少。《工程岩体分级标准》是我国岩体分级的国家标准,自1994年颁布以来,在国内岩土工程界得到了广泛的应用,但基于此分级方法来进行岩体变形参数估算方面的研究则相对较少,因此研究基于国标工程岩体分级指标预测岩体变形参数的经验公式具有广泛的应用价值。通过参考国外节理岩体变形模量的经验确定方法,吸取了相关的经验和成果,在搜集国内大型水利水电工程现场试验成果与工程岩体分级指标等相关成果基础上,结合数理统计原理,通过相关性分析,得到基于国标《工程岩体分级标准》BQ值估算岩体变形模量的经验公式。为提高预测岩体变形参数的准确性,通过对实测数据统计分析,得到了根据BQ指标、岩块弹性模量Ei估算岩体变形模量经验公式,并经三峡工程现场变形试验数据验证了该经验公式的可行性。上述研究成果为通过BQ指标估算岩体变形模量提供了一条合理的量化途径。

关键词：岩石力学岩体分级变形模量经验方法工程岩体分级标准 BQ值

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岩石统一能量屈服准则

岩石力学与工程学报 2013年第11期32卷 2170-2184页

作者：周辉李震杨艳霜张传庆盛谦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

不同于金属材料,岩石材料由于具有内摩擦特性而表现出明显的Lode角效应等特点,其屈服过程不仅与广义剪应力有关,还受静水压力的影响。为建立适用范围更广、更符合岩石屈服机制的屈服准则,开展如下主要工作:综合考虑岩石材料屈服时的剪... 详细信息

不同于金属材料,岩石材料由于具有内摩擦特性而表现出明显的Lode角效应等特点,其屈服过程不仅与广义剪应力有关,还受静水压力的影响。为建立适用范围更广、更符合岩石屈服机制的屈服准则,开展如下主要工作:综合考虑岩石材料屈服时的剪切滑移和法向压密机制,将与屈服相关的能量划分为3个复合滑动面的剪切应变能之和与体积应变能,并给出相应的计算公式;几种不同性质的岩石试验结果表明,岩石屈服时的2种能量近似符合线性关系,基于此,建立岩石统一能量屈服准则,总体上它可较好地描述岩石材料的屈服特性,如子午面上的曲线形态、Lode角效应等;通过对常用的岩石屈服准则进行对比分析,指出统一能量屈服准则是多种常用岩石屈服准则的一般形式;分别采用统一能量屈服准则、三剪能量屈服准则、Mohr-Coulomb屈服准则、Drucker-Prager屈服准则、双剪强度理论、Hoek-Brown准则和Murrell准则对3种不同性质岩石的屈服强度进行计算,结果表明统一能量屈服准则的计算结果比较精确(尤其是在高围压和高静水压力条件下),并且分析统一能量屈服准则产生上述结果的本质机制,探讨岩石材料屈服时剪切应变能为定值的传统假设近似成立的条件。所建立的岩石统一能量屈服准则突破了岩石材料屈服时剪切应变能为定值的传统假设,通过分析体积应变能对岩石屈服的影响规律,在屈服准则中合理地考虑体积应变能的影响因素,这对于准确地定量分析岩石材料的屈服特性具有重要意义。

关键词：岩石力学岩石材料统一能量屈服准则剪切应变能体积应变能

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大理岩弹性参数的围压效应与弹塑性耦合模型

岩土力学 2013年第6期34卷 1613-1620页

作者：杨凡杰周辉肖海斌张传庆张凯杨艳霜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武汉430071 云南华能澜沧江水电有限公司昆明650011 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008

以锦屏二级水电站T2 b和6T2 y深埋大理岩循环加、卸载试验结果为基础,对不同围压下大理岩弹性参数的演化规律进行研究,得出其弹性模量随围压和内变量的变化显著,而泊松比随围压则变化不明显。基于试验结果确定了锦屏大理岩弹性模量与围... 详细信息

以锦屏二级水电站T2 b和6T2 y深埋大理岩循环加、卸载试验结果为基础,对不同围压下大理岩弹性参数的演化规律进行研究,得出其弹性模量随围压和内变量的变化显著,而泊松比随围压则变化不明显。基于试验结果确定了锦屏大理岩弹性模量与围压和内变量的定量关系,建立了考虑弹性参数围压效应的大理岩弹塑性耦合模型,并在有限差分软件FLAC3D中进行了数值实现,用于模拟分析大理岩室内三轴压缩试验结果,并将模拟结果与不考虑弹性参数围压效应的计算结果进行对比,结果表明:考虑大理岩弹性参数围压效应的数值模拟与试验结果更吻合。研究方法和结果对于提高深部工程围岩(特别是具有小变形破坏特性的硬脆性围岩)变形计算的准确性具有重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：深埋大理岩弹性参数演化围压效应弹塑性耦合数值模拟

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大理岩单轴压缩时滞性破坏的试验研究

岩土力学 2011年第9期32卷 2714-2720页

作者：杨艳霜周辉张传庆张凯晏飞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武汉430071

在深埋地下岩石工程开挖过程中,岩爆是多发的工程灾害,且大多表现出明显的时滞性,即大部分岩爆并不是随开挖而即时发生,而是会滞后开挖一段时间。针对深埋地下岩石工程围岩发生时滞性岩爆的实际应力特征,开展了锦屏二级水电站大理岩单... 详细信息

在深埋地下岩石工程开挖过程中,岩爆是多发的工程灾害,且大多表现出明显的时滞性,即大部分岩爆并不是随开挖而即时发生,而是会滞后开挖一段时间。针对深埋地下岩石工程围岩发生时滞性岩爆的实际应力特征,开展了锦屏二级水电站大理岩单轴压缩时滞性破坏试验研究。试验结果表明:在应力峰值前的长时间单轴压缩作用下,硬脆性大理岩的破坏表现出明显的时滞性;大理岩岩样在时滞性压缩破坏过程中会产生大量的竖向裂纹,破坏时会产生大量的片状破裂碎屑;岩样发生时滞性破坏时的环向应变不仅大于自身的轴向应变,而且也大于其常规单轴压缩破坏时的环向应变;当环向应变接近或超过轴向应变时,大理岩发生剧烈脆性破坏的可能性将明显提高。研究结论对于深入认识岩爆的时滞性机制以及建立时滞性岩爆的预测方法具有重要的意义和启示。

关键词：岩爆单轴压缩试验时滞性环向应变轴向应变

硬脆性大理岩单轴抗拉强度特性的加载速率效应研究——试验特征与机制

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岩石力学与工程学报 2013年第9期32卷 1868-1875页

作者：周辉杨艳霜肖海斌张传庆付亚平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 华能澜沧江水电有限公司云南昆明650214

加载速率效应是岩石材料力学特征的一个重要性质。通过对锦屏II级水电站硬脆性大理岩T2b开展单轴抗拉强度特性的加载速率效应试验,获得以下5点试验规律:(1)在巴西圆盘劈裂试验中,岩样的破坏过程基本可以归纳为应力集中区出现、应力集中... 详细信息

加载速率效应是岩石材料力学特征的一个重要性质。通过对锦屏II级水电站硬脆性大理岩T2b开展单轴抗拉强度特性的加载速率效应试验,获得以下5点试验规律:(1)在巴西圆盘劈裂试验中,岩样的破坏过程基本可以归纳为应力集中区出现、应力集中区扩展、破坏面形成和岩样破坏4个阶段;(2)岩样的峰值抗拉强度随着加载速率的提高而呈对数增大;(3)应力峰值对应的平均垂直应变随着加载速率的增大而增大,而平均侧向应变随着加载速率的增大而减小;(4)对岩样电镜扫描图进行断口学分析表明,在较低的加载速率(0.000 255 MPa/s)下,岩样的破坏面中张拉破坏区域(即镜面区)所占的比例较大,剪切破坏区域(即锯齿区)所占的比例较小,且锯齿区分布均匀规则,而在较高的加载速率(2.55 MPa/s)下,岩样的断口中镜面区比例较小,锯齿区所占的比例较大,且锯齿区剪切脆断痕迹明显;(5)在0.000 255 MPa/s的加载速率下,岩样一般劈裂成2块,岩石破坏所消耗的能量较小,而在2.55 MPa/s的加载速率下,岩样破碎成多块,岩样破坏所消耗的能量较大。本文通过宏细观两方面的分析,并引入断口形貌学的分析方法,揭示了硬脆性岩石力学特性加载速率效应的试验特征和内在机制,为岩石破坏机制研究提供一条新的途径。

关键词：岩石力学加载速率效应抗拉强度巴西劈裂试验电镜扫描断口分析脆延转化

高地应力硬脆性围岩开挖损伤区时效性扩展案例分析——特征与机制

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岩土力学 2020年第4期41卷 1357-1365页

作者：杨艳霜周辉梅松华张占荣李金兰中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司水能资源利用关键技术湖南省省重点实验室湖南长沙410014 湖北工业大学土木工程与建筑学院湖北武汉430068 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 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

硬脆性围岩在开挖完成后,其强度在高应力的影响下具有明显的时间效应,这导致围岩开挖损伤区的发展也呈现出与时间相关的特征。在岩石强度时效性演化模型的基础上,以锦屏二级水电站试验洞钻孔摄像、声波、变形监测等开挖损伤区实测结果... 详细信息

硬脆性围岩在开挖完成后,其强度在高应力的影响下具有明显的时间效应,这导致围岩开挖损伤区的发展也呈现出与时间相关的特征。在岩石强度时效性演化模型的基础上,以锦屏二级水电站试验洞钻孔摄像、声波、变形监测等开挖损伤区实测结果为目标函数,采用正交设计方法、最小二乘支持向量机模型、粒子群优化算法等方法,建立了考虑时间效应的LSSVM-PSO智能反演分析方法,并以锦屏二级水电站试验洞为例,研究了开挖完成后的25 d里,围岩强度在高地应力条件下的时效性演化特征,进而获得这一时段内开挖损伤区扩展过程。研究结果表明:(1)高应力地区,隧洞开挖后,围岩损伤区的主要扩展方向受地应力控制,且最大扩展方向为最小主应力方向,且破坏区(破坏接近度FAI≥2)也集中于该方向;(2)开挖损伤区面积随时间近似呈S形曲线变化,表明开挖损伤区初始发展较为缓慢,随着时间推移呈现线性增加的趋势,最后又逐渐趋于稳定;(3)开挖后第3~10 d为开挖损伤区快速增长阶段。该研究成果对高应力地区硬脆性围岩开挖损伤区时效性演化研究具有指导意义。

关键词：开挖损伤区破坏接近度时间效应智能反演

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大理岩弹塑性耦合特性试验研究

岩土力学 2010年第8期31卷 2425-2434页

作者：张凯周辉冯夏庭邵建富杨艳霜张元刚中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学国家重点实验室武汉430071 法国里尔科技大学法国里尔59650 兖州煤业股份有限公司山东邹城273500

大量研究表明,岩石经历塑性变形时其弹性参数会发生变化,即存在弹塑性耦合现象。为了研究岩石的弹塑性耦合特性,进行了两种大理岩的循环加、卸载试验。试验结果表明:与常规试验对比,循环加、卸载试验对岩石的变形、强度及破坏形态影响较... 详细信息

大量研究表明,岩石经历塑性变形时其弹性参数会发生变化,即存在弹塑性耦合现象。为了研究岩石的弹塑性耦合特性,进行了两种大理岩的循环加、卸载试验。试验结果表明:与常规试验对比,循环加、卸载试验对岩石的变形、强度及破坏形态影响较小;弹性参数随塑性变形的变化显著,考虑弹塑性耦合时,弹性参数取体积模量和剪切模量更为合适;基于Mohr-Coulomb屈服准则,计算得到了强度参数,即黏聚力和内摩擦角随塑性内变量的演化规律。所得结论将为岩石弹塑性耦合本构模型的建立提供基本的试验支持。

关键词：大理岩弹塑性耦合循环加、卸载试验研究

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节理岩体变形模量的结构效应研究

岩石力学与工程学报 2011年第S2期30卷 4158-4166页

作者：张占荣赵新益刘庆辉盛谦杨艳霜中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071

根据变形等效原则,推导1组结构面单独切割岩体及多组结构面组合切割岩体时,岩体变形模量的理论计算公式。通过引入一种圆形的全空间展示图,结合等值线云图的形式,对节理岩体变形模量进行三维空间全方位展示,为便捷地预测岩体变形模量及... 详细信息

根据变形等效原则,推导1组结构面单独切割岩体及多组结构面组合切割岩体时,岩体变形模量的理论计算公式。通过引入一种圆形的全空间展示图,结合等值线云图的形式,对节理岩体变形模量进行三维空间全方位展示,为便捷地预测岩体变形模量及其结构效应提供理论依据。在此研究基础上,研究单组结构面单独切割及2,3组结构面任意组合切割岩体时,岩体变形模量的空间分布特征,在全空间展示图上表现为:单组结构面切割时,结构面平行方向变形模量取最大值、表现为一条极值线,结构面垂直方向变形模量取最小值、表现为一极值点;2组结构面切割时,最大值为单独切割时极值线的交点,最小值位于单独切割时极值点的连线上;3组结构面切割时,最大值位于切割时极值线围成的最小三角形内,最小值位于单独切割极值点围成的三角形内。研究还表明,结构面切割组数越多,岩体变形模量的弱化程度越明显。该方法可为三维全空间评价岩体变形模量提供有益的参考。

关键词：岩石力学变形模量结构效应各向异性全空间展示图