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不同渗透压作用下砂岩卸围压破坏过程中裂纹扩展行为研究

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中南大学学报:英文版 2023年第8期30卷 2657-2670页

作者：张登王在泉张黎明王肖珊 School of Civil Engineering Qingdao University of TechnologyQingdao 266033China School of Science Qingdao University of TechnologyQingdao 266033China

地下工程开挖卸荷会导致岩体的水-力耦合作用增强,加速岩体内部裂隙的萌生和扩展,威胁工程安全。开展不同渗透压力作用下砂岩的常规三轴加荷和卸围压试验,明确砂岩裂纹应变扩展速率与应力路径和渗透压之间的内在联系。研究结果表明,围... 详细信息

地下工程开挖卸荷会导致岩体的水-力耦合作用增强,加速岩体内部裂隙的萌生和扩展,威胁工程安全。开展不同渗透压力作用下砂岩的常规三轴加荷和卸围压试验,明确砂岩裂纹应变扩展速率与应力路径和渗透压之间的内在联系。研究结果表明,围压增大,砂岩的特征应力增大,损伤应力和峰值应力对应的裂纹应变扩展速率减小,表明围压能够抑制裂纹应变的扩展。相反,随渗透压增加,砂岩的特征应力减小,而损伤应力和峰值应力对应的裂纹应变扩展速率会增大。表明渗透压会促进裂纹应变的扩展。围压相同,在渗透压和卸围压的共同作用下,砂岩峰值应力对应的裂纹应变扩展速率和脆性指数最大,其次是卸围压路径,加荷路径最小。通过量化围压和孔隙水压力对砂岩力学参数的影响权重,发现围压与峰值强度、轴向应变、环向应变、裂纹轴向应变和裂纹环向应变之间呈极显著相关。而孔隙水压力与裂纹轴向应变扩展速率、裂纹环向应变扩展速率也呈极显著相关。

关键词：卸围压水-力耦合特征应力裂纹应变扩展速率

孔隙水压力作用下砂岩裂纹扩展行为的试验研究

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岩土力学 2022年第4期43卷 901-908页

作者：张黎明王在泉赵天阳丛宇青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心山东青岛266033 青岛理工大学理学院山东青岛266033

为研究水力耦合作用下砂岩裂纹扩展特征,开展了不同孔隙水压和围压条件的砂岩破坏试验。结果表明:有效围压相同,随着孔隙水压力增大,脆性指标数增大,起裂应力、损伤应力和峰值应力都变小;裂纹初始体积应变变小,裂纹扩展体积应变先减小... 详细信息

为研究水力耦合作用下砂岩裂纹扩展特征,开展了不同孔隙水压和围压条件的砂岩破坏试验。结果表明:有效围压相同,随着孔隙水压力增大,脆性指标数增大,起裂应力、损伤应力和峰值应力都变小;裂纹初始体积应变变小,裂纹扩展体积应变先减小后增大,损伤应力与峰值应力对应的裂纹轴向应变扩展速率、裂纹环向应变扩展速率增加,裂纹体积应变扩展速率与孔隙水压力关系不明显。孔隙水压力相同,随着有效围压增加,起裂应力、损伤应力和峰值应力增大。起裂应力、损伤应力、峰值应力对应的裂纹轴向应变扩展速率、裂纹环向应变扩展速率和裂纹体积应变扩展速率增大。同一块砂岩特征应力点的裂纹应变扩展速率比较,裂纹轴向应变扩展速率最大,裂纹环向应变扩展速率次之,裂纹体积应变扩展速率最小。

关键词：水力耦合特征应力裂纹扩展速率

基于局部强度折减法的地下洞室群“危险区”破坏判据及其工程应用

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隧道建设（中英文） 2023年第4期43卷 634-644页

作者：陈以超张黎明丛宇王肖珊王在泉青岛理工大学理学院山东青岛266033 青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心山东青岛266033

为准确评价大型地下洞室群的安全状态,探究基于局部强度折减方法的地下洞室群安全系数求解方法。将屈服接近度(YAI)小于0.1的区域定义为“危险区”,以洞室之间围岩“危险区”贯通作为洞室群整体破坏判据,将“危险区”贯通时对应的折减... 详细信息

为准确评价大型地下洞室群的安全状态,探究基于局部强度折减方法的地下洞室群安全系数求解方法。将屈服接近度(YAI)小于0.1的区域定义为“危险区”,以洞室之间围岩“危险区”贯通作为洞室群整体破坏判据,将“危险区”贯通时对应的折减系数定义为洞室群破坏的安全系数,定量评价洞室群整体稳定性,解析各类洞室群破坏判据计算结果差异。研究结果表明:1)各判据对应的安全系数从大到小依次为等效塑性应变贯通、塑性区贯通、关键点位移突增、“危险区”贯通;2)以关键点位移突增为标准,另3种判据求出的安全系数误差分别为33.7%、13.9%、2.6%;3)基于“危险区”贯通的安全系数计算结果与位移突增判据更为接近,以“危险区”贯通为破坏判据的破坏区与工程实际围岩的破坏特征相符合,计算量更少。

关键词：地下洞室群局部强度折减法安全系数屈服接近度

非线性硬化与软化的巷道围岩应力分布与工况研究

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岩石力学与工程学报 2006年第7期25卷 1343-1351页

作者：潘岳王志强王在泉青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520

采用摄动法得到接近岩体实际的弹性、应变非线性硬化和软化3段光滑连接的本构模型,求得静水压力下圆形巷(隧)道围岩塑性硬化区和软化区的应力分布规律。给出围岩平衡方程、地应力–硐室位移关系和围岩特征方程。分析中可自然导出围岩自... 详细信息

采用摄动法得到接近岩体实际的弹性、应变非线性硬化和软化3段光滑连接的本构模型,求得静水压力下圆形巷(隧)道围岩塑性硬化区和软化区的应力分布规律。给出围岩平衡方程、地应力–硐室位移关系和围岩特征方程。分析中可自然导出围岩自承地应力上限概念。根据围岩平衡方程写出围岩弹性区、硬化区和软化区分担地应力的表达式。计算表明,围岩硬化区承载力ph大于弹性区承载力pe,软化区也有相当的承载能力。特别是所求得的切向应力σθ/p0-r/a曲线光滑连接,没有尖峰向上的应力集中,此结果与其他学者在巷(隧)道模拟试验中测得的σθ-r曲线形状一致,从理论上证明基于理想弹塑性本构模型的Kastener解在围岩软化区半径处的σθ-r曲线有尖峰向上的应力集中与实际不符。

关键词：岩石力学巷道非线性硬化非线性软化应力分布规律围岩平衡方程围岩特征方程

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峒室失稳预报方法研究

中国矿业大学学报 1994年第2期23卷 70-75页

作者：王在泉王家濂中国矿业大学建筑系

本文基于某软弱页岩峒室群开挖过程中监测到的变形资料，首先分析了岩体失稳过程中不同变形阶段的特征。在此基础上，建立了ＧＭ（１，１）与Ｖｅｒｈｕｌｓｔ联合灰色预测模型，并结合“黄金分割”原理，对峒室失稳进行了预测预报，结... 详细信息

本文基于某软弱页岩峒室群开挖过程中监测到的变形资料，首先分析了岩体失稳过程中不同变形阶段的特征。在此基础上，建立了ＧＭ（１，１）与Ｖｅｒｈｕｌｓｔ联合灰色预测模型，并结合“黄金分割”原理，对峒室失稳进行了预测预报，结果表明可取得较好的预测效果。

关键词：峒室失稳变形灰色预测岩石力学

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泥化夹层长期强度的灰色预测

金属矿山 1998年第2期27卷 16-17,20页

作者：王在泉中国矿业大学

泥化夹层是控制边坡变形及稳定的关键性结构面，其强度值因其具有流变特性而变化。为确定其长期强度，采用非等间距灰色ＧＭ（１，１）模型建立了长期抗剪强度指标预测模型，与实验结果相比，效果较好。

关键词：泥化夹层长期强度灰色预测预测模型边坡加固

不同应力路径下小跨度隧洞围岩的宏细观破坏机理

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Journal of Central South University 2022年第5期29卷 1616-1629页

作者：刘和艺丛宇张黎明郑颖人王在泉阿比尔的刘立鹏 College of Civil of Engineering Qingdao University of TechnologyQingdao 266033China Cooperative Innovation Center of Engineering Construction and Safety in Shandong Blue Economic Zone Qingdao University of TechnologyQingdao 266033China Chongqing Jiaotong University Chongqing 400074China State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin China Institute of Water Resources and Hydropower ResearchBeijing 100048China

为探究小跨度隧洞围岩在不同应力路径下的破坏机制,依据现场工况设计相似模型试验可以直观了解围岩的破坏过程,同时数值模拟技术为洞悉岩体内部的破坏机理提供了可视化手段。本文依托某隧洞工程设计了相似模型的加、卸荷破坏试验,并利... 详细信息

为探究小跨度隧洞围岩在不同应力路径下的破坏机制,依据现场工况设计相似模型试验可以直观了解围岩的破坏过程,同时数值模拟技术为洞悉岩体内部的破坏机理提供了可视化手段。本文依托某隧洞工程设计了相似模型的加、卸荷破坏试验,并利用颗粒流分析软件PFC进行数值仿真。对比宏、细观两种尺度下的试验发现,隧洞两侧直墙中部岩体的切向应力峰值最低,该处易受拉破坏。拱肩和拱脚处的围岩因应力集中而松动,该处产生的裂隙与直墙处裂隙贯通后将岩体切割成块是隧洞破坏的主要形式。开挖卸荷的应力路径下,隧洞整体的承载能力更强,但破坏时剥落的岩体更加破碎,围岩的损伤深度更大且内部剪切裂纹占比更多,最终形成的破坏面接近“V”型,同时开挖卸荷还会形成开挖扰动区,使拱顶和拱底处岩体的切向应力峰值降低,部分岩体的承载能力下降。

关键词：应力路径相似模型试验 PFC仿真开挖卸荷宏观和细观尺度

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不同加卸荷应力路径下大理岩屈服函数研究

岩石力学与工程学报 2014年第12期33卷 2497-2503页

作者：张黎明高速王在泉孔亮青岛理工大学理学院山东青岛266033 青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全山东省协同创新中心山东青岛266033

对大理岩试样开展常规三轴加荷和峰前卸荷破坏试验,探讨加卸荷2种应力路径下大理岩在子午平面上的屈服函数形式。根据广义塑性力学理论,给出q方向上剪切屈服面和p方向上体积屈服面的数学表达式。大理岩加荷条件下剪切屈服面呈直线形式,... 详细信息

对大理岩试样开展常规三轴加荷和峰前卸荷破坏试验,探讨加卸荷2种应力路径下大理岩在子午平面上的屈服函数形式。根据广义塑性力学理论,给出q方向上剪切屈服面和p方向上体积屈服面的数学表达式。大理岩加荷条件下剪切屈服面呈直线形式,卸荷条件下剪切屈服面呈二次抛物线形式。加荷和卸荷应力路径下大理岩都会发生体积剪胀,相应的体积屈服面可以分为压缩和剪胀2个阶段。大理岩加荷破坏过程的体积屈服面为2段不同直线形式,大理岩卸荷破坏过程的体积屈服面应采用二次抛物线形式。通过试验确定大理岩屈服函数,不仅能反映应力路径变化对岩石屈服的影响,还能够反映岩石各向异性性质,避免人为假定屈服函数的弊端。与加荷应力路径相比,卸荷应力路径下塑性剪应变和塑性体应变增加的更快,后继屈服面迅速向极限屈服面发展,进一步说明卸荷破坏的突发性和剧烈性。

关键词：岩石力学应力路径子午平面屈服函数

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考虑温度效应的井壁竖向附加力反演分析

岩土力学 2013年第12期34卷 3425-3430页

作者：何朋立王在泉西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 洛阳理工学院土木工程系河南洛阳471023 青岛理工大学理学院山东青岛266033

为了分析考虑温度应力后作用于深厚表土层立井井壁竖向附加力,建立了由于立井内、外壁温度差产生的温度自应力和径向膨胀受阻产生的温度应力解析式。基于井壁是由于竖向应力超过钢筋混凝土井壁极限抗压强度而发生破裂的事实,对作用于井... 详细信息

为了分析考虑温度应力后作用于深厚表土层立井井壁竖向附加力,建立了由于立井内、外壁温度差产生的温度自应力和径向膨胀受阻产生的温度应力解析式。基于井壁是由于竖向应力超过钢筋混凝土井壁极限抗压强度而发生破裂的事实,对作用于井壁上的温度荷载、自重、水平侧压力和竖向附加力在井壁内产生的竖向应力分量进行了分析,结果表明,竖向附加力是导致井壁破裂的最主要因素,温度应力也是诱发井壁破裂的重要因素。同时在考虑井壁温度应力和井壁破裂特征的基础上,利用井壁结构设计理论通过反演分析得到了地层疏水沉降时井壁承受的最大竖向附加力的数值,为新建井壁设计和已建成投产井壁的安全性评估提供重要参考依据。

关键词：深厚表土层破裂温度应力竖向附加力反演分析