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不同控制方式和卸荷应力路径下类岩石节理剪切强度特征研究

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岩土力学 2024年第7期45卷 2061-2071,2116页

作者：孙杰豪郭保华程胜锦田世轩陈岩河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学河南省煤炭安全生产协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学焦作市道路交通与运输工程技术研究中心河南焦作454000

为研究不同控制方式和卸荷应力路径下岩石节理失稳剪切强度特征,借助RDS-200型岩石节理剪切试验系统开展了2种控制方式和3种卸荷应力路径下的类岩石节理直剪试验。结果表明:(1)采用应力控制方式进行切向加卸载时,各剪切加卸载路径下,节... 详细信息

为研究不同控制方式和卸荷应力路径下岩石节理失稳剪切强度特征,借助RDS-200型岩石节理剪切试验系统开展了2种控制方式和3种卸荷应力路径下的类岩石节理直剪试验。结果表明:(1)采用应力控制方式进行切向加卸载时,各剪切加卸载路径下,节理剪切应力-时间曲线多存在失稳跌落现象,剪切应力-位移曲线失稳后多表现为折线形式。(2)与采用应力控制方式进行切向加载的试样结果相比,采用位移控制方式进行切向加载、采用应力控制方式进行法向卸载并保持剪切应力恒定、采用应力控制方式进行法向卸载和切向加载、采用应力控制方式同时进行法向和切向卸载的试样失稳剪切强度均有所降低;节理黏聚力减小百分比平均值为36.07%,而内摩擦角变化范围仅在4.12%以内,所以黏聚力降低是节理失稳剪切强度降低的主要原因。(3)以采用应力控制方式进行切向加载试样的拟合摩尔-库仑公式为基准,位移控制方式或其他采用应力控制方式的加卸载应力路径下试样失稳剪切强度的相对误差平均值最大可达55.78%。经引入黏聚力修正系数k对摩尔-库仑准则进行修正后,相对误差平均值的最大值减小到5.23%,说明对经受位移控制方式或采用应力控制方式的其他加卸载应力路径的工程节理来说,进行黏聚力的折减修正是必要和可行的。研究结果对不同控制方式及卸荷应力路径下岩体节理剪切承载能力的准确估计具有一定参考价值。

关键词：岩石力学控制方式应力路径类岩石节理直剪试验剪切强度

非规则岩石节理峰值剪切试验与强度经验公式研究

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岩石力学与工程学报 2022年第1期41卷 93-105页

作者：程坦郭保华孙杰豪田世轩孙崇轩陈岩河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学河南省煤炭安全生产协同创新中心河南焦作454000

为研究常法向应力下岩石节理的剪切强度特性,采用劈裂法制取不规则砂岩、花岗岩节理试样,在借助三维形貌扫描仪获取岩石节理形貌参数后,采用RDS-200岩石节理剪切试验系统,开展不同法向应力下岩石节理直剪试验,基于峰值剪胀角与法向应力... 详细信息

为研究常法向应力下岩石节理的剪切强度特性,采用劈裂法制取不规则砂岩、花岗岩节理试样,在借助三维形貌扫描仪获取岩石节理形貌参数后,采用RDS-200岩石节理剪切试验系统,开展不同法向应力下岩石节理直剪试验,基于峰值剪胀角与法向应力、节理形貌和节理抗变形能力的关系,提出不规则岩石节理剪切强度经验公式。研究结果表明:整体上峰值剪切强度、峰值剪切位移和峰前剪切刚度随法向应力的增大而增大;初始剪胀角对峰值剪切强度的贡献随法向应力的增大而降低;由节理三维形貌参数轮廓面积比表征初始剪胀角大小,结合峰值剪胀角与法向应力呈负相关,与凸起抗变形能力呈正相关的分析,构造一个岩石节理峰值剪切强度经验公式,适用于描述不同类型岩石的2类剪切破坏模式。与已有岩石节理峰值剪切强度经验公式相比,新提出的岩石节理剪切强度经验公式预测效果较好,方便用于工程现场不规则岩石节理峰值剪切强度估计。

关键词：岩石力学岩石节理峰值剪切强度直剪试验经验公式

不同边界条件下剪切速率对类岩石节理剪切力学特性的影响

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岩土力学 2023年第2期44卷 541-551页

作者：田世轩郭保华孙杰豪程坦河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

为研究不同边界条件下剪切速率对岩石节理剪切力学特性的影响,采用RDS-200型岩石节理剪切试验系统对人工浇筑的具有相同节理形貌的不规则水泥节理试样进行了常法向应力和常法向刚度2种边界条件下5种剪切速率的直剪试验。结果表明:(1)常... 详细信息

为研究不同边界条件下剪切速率对岩石节理剪切力学特性的影响,采用RDS-200型岩石节理剪切试验系统对人工浇筑的具有相同节理形貌的不规则水泥节理试样进行了常法向应力和常法向刚度2种边界条件下5种剪切速率的直剪试验。结果表明:(1)常法向应力边界条件下,随剪切速率增大,相同法向应力下的类岩石节理峰前剪切刚度减速增大,峰值剪切强度和残余剪切强度呈对数降低;随剪切速率增大,类岩石节理黏聚力减速增大,内摩擦角呈对数降低。(2)常法向刚度边界条件下,随剪切速率增大,相同法向应力的类岩石节理峰前剪切刚度减速增大,峰值剪切强度呈对数降低,较高法向应力下的残余剪切强度先增大后减小;随剪切速率增大,类岩石节理黏聚力呈对数降低,内摩擦角减速增大。(3)与常法向应力边界条件相比,常法向刚度条件下,节理黏聚力平均增加了115.85%,内摩擦角平均降低了8.44%;相同初始法向应力和剪切速率下,峰前剪切刚度、峰值剪切强度和残余剪切强度分别平均增加了11.96%、19.47%和32.32%,峰值法向位移平均降低了40.12%。该研究结论可为不同剪切速率下地表和地下工程岩体节理的剪切失稳评价提供一定参考。

关键词：岩石力学类岩石节理剪切速率常法向应力常法向刚度

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峰前循环剪切作用下岩石节理剪切力学特性

岩土力学 2022年第S2期43卷 52-62,73页

作者：孙杰豪郭保华田世轩程坦河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

微震、工程爆破等低应力循环剪切荷载作用对节理岩体工程失稳破坏具有重要影响。为研究峰前循环剪切加卸载作用下岩石节理剪切力学特性,采用RDS-200型岩石节理剪切试验系统对人工劈裂黄砂岩节理进行了峰前循环剪切下的直剪试验。通过与... 详细信息

微震、工程爆破等低应力循环剪切荷载作用对节理岩体工程失稳破坏具有重要影响。为研究峰前循环剪切加卸载作用下岩石节理剪切力学特性,采用RDS-200型岩石节理剪切试验系统对人工劈裂黄砂岩节理进行了峰前循环剪切下的直剪试验。通过与未进行峰前循环剪切加卸载时岩石节理力学参数预测值对比,得到峰前循环剪切加卸载作用对峰前剪切刚度、峰值剪切强度、峰值剪切位移与残余剪切强度的影响。结果表明:(1)峰前循环剪切加卸载后,当法向应力为2MPa时,岩石节理峰前剪切刚度增大,当法向应力为4~10MPa时,岩石节理峰前剪切刚度在循环剪切应力幅值范围内增大,在超出循环剪切应力幅值时减小;(2)峰前循环剪切加卸载后,峰值剪切强度降低了10%~20%,降低百分比随法向应力增大整体呈对数函数增大;峰值剪切位移增加了2%~40%,增加百分比随法向应力增大整体呈对数函数减小;(3)峰前循环剪切加卸载后,岩石节理残余剪切强度无明显变化,峰值剪切强度与残余剪切强度差值减小,峰后剪切应力做功损失百分比降低。

关键词：岩石力学岩石节理循环剪切力学特性试验研究

渗流状态下非规则砂岩节理峰值剪切强度经验公式

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岩石力学与工程学报 2022年第S2期41卷 3141-3151页

作者：程坦郭保华孙杰豪田世轩陈岩河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学河南省煤炭安全生产协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学焦作市道路交通与运输工程技术研究中心河南焦作454000

为研究渗流条件下岩石节理的剪切力学特性,采用基于RDS-200型岩石直剪仪改造的剪切-渗流试验装置,分别进行了10组无渗流自然状态下和25组渗流状态下的非规则砂岩节理直剪试验,分析渗透水压、法向应力和节理粗糙度等因素对岩石节理剪切... 详细信息

为研究渗流条件下岩石节理的剪切力学特性,采用基于RDS-200型岩石直剪仪改造的剪切-渗流试验装置,分别进行了10组无渗流自然状态下和25组渗流状态下的非规则砂岩节理直剪试验,分析渗透水压、法向应力和节理粗糙度等因素对岩石节理剪切力学特性的影响,并提出渗流状态下非规则砂岩节理峰值剪切强度经验公式。研究结果表明,与无渗流自然状态相比,岩石节理在渗流作用下整体呈现峰值剪切强度减小,峰值剪切位移增大和峰前剪切刚度减小的特征。基于Barton提出的岩石节理峰值剪切强度经验公式,结合有效应力原理,并考虑渗透水压对基本摩擦角的影响,提出渗流条件下非规则砂岩节理峰值剪切强度经验公式。该公式仅增加了2个易于获取的试验参数(岩石节理壁强度JCS和渗透水压),对渗流条件下砂岩节理剪切强度试验数据拟合效果较好,对于准确估计渗流条件下岩石节理峰值剪切强度具有一定帮助。

关键词：岩石力学节理剪切-渗流渗透水压峰值剪切强度经验公式

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非规则砂岩节理剪切变形本构关系试验研究

岩土力学 2022年第1期43卷 51-64页

作者：程坦郭保华孙杰豪田世轩孙崇轩陈岩河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

岩石节理剪切变形对岩体工程的安全性和稳定性具有重要影响。为研究常法向应力下岩石节理剪切变形本构关系,采用RDS-200型岩石直剪仪对非规则砂岩节理进行了不同法向应力下的直剪试验。根据岩石节理剪切应力-位移全程曲线形状特征,将其... 详细信息

岩石节理剪切变形对岩体工程的安全性和稳定性具有重要影响。为研究常法向应力下岩石节理剪切变形本构关系,采用RDS-200型岩石直剪仪对非规则砂岩节理进行了不同法向应力下的直剪试验。根据岩石节理剪切应力-位移全程曲线形状特征,将其依次划分为峰前压密阶段、线性阶段、屈服阶段和峰后软化阶段;根据剪切应力在峰后软化阶段降低幅度和速率大小,将岩石节理剪切应力-位移曲线划分为3种类型:峰后平台型、峰后缓降型和峰后跌落型。基于岩石节理剪切应力-位移曲线各阶段剪切变形特征,采用分段函数建立了岩石节理剪切变形本构模型。与其他模型相比,新提出的岩石节理剪切变形本构模型对试验数据拟合精度更高,更好地描述了岩石节理剪切应力-位移全程曲线。另外,在通过岩石节理直剪试验由经验公式确定模型参数之后,所提出本构模型可在不同法向应力下实现对不同粗糙度岩石节理剪切应力-位移曲线的预测。研究结果对岩石节理剪切变形的数值模拟和工程估计具有一定的实用价值。

关键词：岩石力学岩石节理剪切变形本构关系经验公式

不同边界条件下剪切速率对类岩石节理剪切力学特性的影响

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不同边界条件下剪切速率对类岩石节理剪切力学特性的影响

作者：田世轩河南理工大学

学位级别：硕士

天然岩体是由节理及由其分割的岩块组成的,岩体节理不仅破坏岩体的完整性,还影响岩体的强度和变形特性。在边坡、隧道等岩体工程中,自然节理或次生节理的剪切破坏经常发生。地震、爆破、交通载荷或静载等导致岩石节理破坏时,剪切速率不... 详细信息

天然岩体是由节理及由其分割的岩块组成的,岩体节理不仅破坏岩体的完整性,还影响岩体的强度和变形特性。在边坡、隧道等岩体工程中,自然节理或次生节理的剪切破坏经常发生。地震、爆破、交通载荷或静载等导致岩石节理破坏时,剪切速率不尽相同。不同剪切速率下,岩石节理的剪切力学特性有较大区别。一般来说,地表岩土工程中岩石节理剪切破坏更接近恒定法向应力边界条件,而地下岩土工程中岩石节理剪切破坏更接近恒定法向刚度边界条件。为研究不同边界条件下剪切速率对岩石节理剪切力学特性的影响,本文采用RDS-200型岩石节理剪切试验系统对人工浇筑的具有相同节理形貌的不规则水泥节理试样进行了常法向应力和常法向刚度2种边界条件下5种剪切速率的直剪试验。结果表明:(1)常法向应力边界条件下,随着剪切速率的增加,同一法向应力下的类岩石节理峰前剪切刚度减速增加,峰值剪切强度和残余剪切强度呈对数减小;随着剪切速率增加,类岩石节理粘聚力减速增加,内摩擦角呈对数减小。(2)常法向刚度边界条件下,随剪切速率增加,同一法向应力下的类岩石节理峰前剪切刚度减速增加,峰值剪切强度呈对数减小,较高法向应力下的残余剪切强度先增加后减小;随剪切速率增大,类岩石节理粘聚力呈对数降低,内摩擦角减速增大。(3)与常法向应力边界条件相比,常法向刚度条件下,节理粘聚力平均增加115.85%,内摩擦角平均降低8.44%;相同初始法向应力和剪切速率下,峰前剪切刚度、峰值剪切强度和残余剪切强度分别平均增加11.96%、19.47%和32.32%,峰值法向位移平均降低40.12%。研究结论可为不同剪切速率下地表和地下工程岩体节理的剪切失稳评价提供一定参考。图51幅,表15个,参考文献64篇。

关键词：岩石力学类岩石节理剪切速率常法向应力常法向刚度

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面向无人驾驶的三维点云目标检测算法研究

面向无人驾驶的三维点云目标检测算法研究

作者：田世轩浙江科技学院

学位级别：硕士

随着无人驾驶技术的不断发展,自动驾驶汽车行业的市场规模快速增长。无人驾驶的体系主要由环境感知、行为决策和运动控制三个核心技术组成,其中感知系统可以使无人驾驶车辆通过车载传感器实现像驾驶员一样理解道路环境,从而进行预测和... 详细信息

随着无人驾驶技术的不断发展,自动驾驶汽车行业的市场规模快速增长。无人驾驶的体系主要由环境感知、行为决策和运动控制三个核心技术组成,其中感知系统可以使无人驾驶车辆通过车载传感器实现像驾驶员一样理解道路环境,从而进行预测和规划。车载传感器主要包括相机、毫米波雷达、激光雷达和超声波雷达等,同时高速芯片如TPU、GPU等也在无人驾驶领域扮演着重要的角色。无人驾驶是智能化的终极体现,集中运用了计算机、人工智能及自动控制等技术。本文基于3D激光雷达所采集的点云数据,完成障碍物的目标识别任务,主要包括地面分割,在得到非地面点后,通过聚类算法提取障碍物目标,最后使用深度学习的点云分类网络实现障碍物的识别任务。本文的主要工作和贡献如下:1.对于现有地面分割方法存在欠分割的现象,本文结合激光雷达采集的点云数据中每一条扫描线的索引信息,根据路面的几何特征对每一条扫描线单独处理,进行地面点云的提取和过滤。2.去除地面点后,我们使用结合KD-Tree的DBSCAN算法对非地面点进行聚类,这样可以较为快速地去除噪声点,同时准确得到目标聚类结果。3.针对现有方法未考虑特征通道的重要性差异,我们提出一种结合注意力机制的ADGCNN网络,在Edge Conv结构中引入通道注意力模块,为通道分配不同权重,提升网络的特征表达能力,并在实际数据集上进行训练,得到点云分类器。

关键词：地面分割目标检测无人驾驶图卷积神经网络注意力机制

岩石–混凝土界面峰值剪切强度经验公式试验研究

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岩石力学与工程学报 2023年第10期42卷 2552-2565页

作者：刘江豪郭保华程坦孙杰豪田世轩陈岩河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学河南省煤炭安全生产协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学焦作市道路交通与运输工程技术研究中心河南焦作454000

为研究岩石-混凝土界面剪切承载能力与岩石和混凝土力学特性的关系,采用劈裂法制取细砂岩、粉晶大理岩、花岗岩和粗晶大理岩非规则节理试样,使用三维形貌扫描仪获取岩石节理形貌参数后,在岩石节理表面浇筑混凝土制成岩石-混凝土界面试... 详细信息

为研究岩石-混凝土界面剪切承载能力与岩石和混凝土力学特性的关系,采用劈裂法制取细砂岩、粉晶大理岩、花岗岩和粗晶大理岩非规则节理试样,使用三维形貌扫描仪获取岩石节理形貌参数后,在岩石节理表面浇筑混凝土制成岩石-混凝土界面试样。采用RDS-200岩石节理剪切试验系统,开展不同法向应力下岩石-混凝土界面直剪试验。结果表明:整体上岩石-混凝土界面和混凝土节理峰值剪切强度都随法向应力增大而增大,同一法向应力下前者增大速率始终大于后者;界面峰值剪切强度平均值与界面峰前剪切刚度平均值具有较好的指数关系;随着岩石与混凝土弹性模量之差的增大,岩石-混凝土界面内摩擦角呈线性降低趋势,界面黏聚力呈线性增加趋势,岩石-混凝土界面峰值剪切承载方式由以摩擦承载方式为主逐渐转变为摩擦和黏结共同承载方式,由此提出了符合莫尔-库仑准则形式的岩石-混凝土界面峰值剪切强度经验公式;基于岩石-混凝土界面压缩强度中混凝土壁面分担系数与岩石节理基本摩擦角的幂函数关系,提出新的岩石-混凝土界面压缩强度JCSab的确定方法,建立符合JRC-JCS模型形式的界面峰值剪切强度经验公式。通过岩石-混凝土界面峰值剪切强度计算值与试验值的对比验证,发现提出的2个经验公式能够较好地预测岩石-混凝土界面峰值剪切强度,且参数易于获取,可为工程实践中岩石-混凝土界面峰值剪切强度的估计提供参考。

关键词：岩石力学岩石-混凝土界面直剪试验峰值剪切强度经验公式基本摩擦角