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岩石节理微生物诱导碳酸钙沉积封堵渗流演化规律试验研究

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岩土力学 2023年第10期44卷 2798-2808页

作者：肖维民林馨钟建敏李双朱占元四川农业大学土木工程学院四川都江堰611830 四川农业大学村镇建设防灾减灾四川省高等学校工程研究中心四川都江堰611830 江西有色建设集团有限公司江西南昌330038 西昌学院土木与水利工程学院四川西昌615000

微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbially induced calcite precipitation,MICP)在土体加固中应用广泛,但在岩体封堵领域的研究成果还不多见。为了研究岩石节理MICP封堵机制,以透明树脂模拟粗糙岩石节理试件为研究对象,考虑MICP反应影响因... 详细信息

微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbially induced calcite precipitation,MICP)在土体加固中应用广泛,但在岩体封堵领域的研究成果还不多见。为了研究岩石节理MICP封堵机制,以透明树脂模拟粗糙岩石节理试件为研究对象,考虑MICP反应影响因素,开展了6种不同工况下的岩石节理MICP封堵室内试验,得到了MICP封堵过程中岩石节理导水系数和水力隙宽变化规律以及相应的碳酸钙时空分布图像。试验结果表明:MICP封堵过程中岩石节理水力隙宽随灌注轮次大致呈线性减小趋势,且水力隙宽减小速率与岩石节理中碳酸钙分布情况密切相关,而MICP反应过程中碳酸钙分布又受灌注速率、固定液、菌液和反应液灌注时长、静置时长等因素影响;6种工况中灌注速率较大、先灌注菌液和固定液静置一段时间再灌注菌液和反应液、灌注和静置时间最长的工况4封堵效率和效果最佳,在仅灌注2轮的情况下可将岩石节理导水系数由40.51×10^(-6)m^(2)/s减小至0.52×10^(-6)m^(2)/s,降幅达98.72%,对应的水力隙宽值由0.367 mm减小至0.086 mm,降幅达76.6%;通过观测岩石节理试件上、下表面的碳酸钙沉积情况,发现岩石节理中MICP反应产生的碳酸钙在较短时间内就可以形成一定胶结强度,在封堵岩石节理减小其渗透性的同时,还有改善其力学性能的潜力。

关键词：岩石力学岩石节理微生物诱导碳酸钙沉积导水系数水力隙宽

不规则柱状节理岩体常规三轴压缩力学各向异性试验研究

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岩石力学与工程学报 2023年第S1期42卷 3131-3140页

作者：肖维民韩俊成田梦婷吴志友四川农业大学土木工程学院四川都江堰611830 四川农业大学村镇建设防灾减灾四川省高等学校工程研究中心四川都江堰611830

利用3D打印技术制备绿蜡不规则柱状节理网络模型,以白水泥浆作为类岩石模型材料,一次浇筑成型制备具有7种不同倾角的模拟不规则柱状节理岩体试件,通过对其进行常规三轴压缩试验,得到不规则柱状节理岩体强度和变形各向异性规律及其典型... 详细信息

利用3D打印技术制备绿蜡不规则柱状节理网络模型,以白水泥浆作为类岩石模型材料,一次浇筑成型制备具有7种不同倾角的模拟不规则柱状节理岩体试件,通过对其进行常规三轴压缩试验,得到不规则柱状节理岩体强度和变形各向异性规律及其典型破坏模式。试验结果表明:不规则柱状节理岩体偏差应力峰值强度、变形模量和侧向应变比呈现中等~高各向异性,且围压对其各向异性显著程度影响较大;不规则柱状节理岩体典型破坏模式包括沿柱状节理面发生的“Y”型共轭剪切破坏、部分通过柱体,部分通过柱状节理面的劈裂破坏、沿柱状节理面的剪切滑移破坏和沿柱体的压裂破坏四种。在此基础上分析了3D打印绿蜡不规则柱状节理网络对不规则柱状节理岩体力学各向异性的影响。

关键词：岩石力学岩体柱状节理常规三轴压缩试验力学各向异性

岩石节理中MICP反应碳酸钙沉积演化规律试验研究

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岩石力学与工程学报 2023年第S2期42卷 3851-3860页

作者：肖维民傅业姗钟建敏林馨李双四川农业大学土木工程学院四川都江堰611830 村镇建设防灾减灾四川省高等学校工程研究中心四川都江堰611830 江西有色建设集团有限公司江西南昌330038

微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbially induced carbonate precipitation,MICP)在土体加固领域应用广泛,而在岩体加固领域的研究成果还不多见。为探究岩石节理MICP加固机制,利用3D打印技术制备3组具有Barton标准剖面线形貌特征的透明... 详细信息

微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbially induced carbonate precipitation,MICP)在土体加固领域应用广泛,而在岩体加固领域的研究成果还不多见。为探究岩石节理MICP加固机制,利用3D打印技术制备3组具有Barton标准剖面线形貌特征的透明树脂人工模拟岩石节理试件,采用单向非循环连续灌注方法进行岩石节理MICP试验,采用数字拍照技术实时采集岩石节理中碳酸钙沉积分布图像,在此基础上分析岩石节理MICP反应过程中的碳酸钙沉积演化规律。试验结果表明:试验过程中碳酸钙首先在试件出口角点处沉积,并不断聚集扩展形成沉积区,在出口处沿宽度方向沉积区率先连通,再沿长度和宽度方向分别朝试件入口方向和中间位置扩展,最终在岩石节理试件中形成较为明显的碳酸钙沉积区和部分沉积区,在此基础上提出碳酸钙有效沉积率定量表征岩石节理试件中不同灌注时刻碳酸钙沉积区大小,得到碳酸钙有效沉积率随灌注时间变化呈现初始沉积期、稳定沉积期和加速沉积期3个阶段趋势的演化规律,并用指数函数对其进行拟合,拟合效果良好。

关键词：岩石力学岩石节理微生物诱导碳酸钙沉积节理表面粗糙性

岩石节理Barton标准剖面线数字化重构改进方法

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地下空间与工程学报 2023年第S2期19卷 540-548页

作者：肖维民任时宇钟建敏四川农业大学土木工程学院成都611830 村镇建设防灾减灾四川省高等学校工程研究中心成都611830 江西有色建设集团有限公司南昌330038

10条Barton标准岩石节理剖面线是定量计算岩石节理粗糙性系数(JRC)的基础,对其进行数字化重构是关键。针对Barton标准岩石节理剖面线原始电子文档存在断口、噪点等缺陷,提出了一种基于Photoshop和Matlab图像处理的Barton标准岩石节理剖... 详细信息

10条Barton标准岩石节理剖面线是定量计算岩石节理粗糙性系数(JRC)的基础,对其进行数字化重构是关键。针对Barton标准岩石节理剖面线原始电子文档存在断口、噪点等缺陷,提出了一种基于Photoshop和Matlab图像处理的Barton标准岩石节理剖面线数字化重构改进方法。利用该方法对标准剖面线原始图像进行处理,所得重构剖面线能够较好地复刻原始标准岩石节理剖面线的形貌特征,在此基础上根据经验公式计算的标准剖面线JRC值与其直剪试验反算值比较一致。此外,采用改进方法对水泥砂浆人工模拟岩石节理剖面线进行重构,比较其JRC经验公式计算值和直剪试验反算值,发现两者误差仅为7.89%,表明上述重构改进方法对于一般岩石节理剖面线也具有较高的准确性,具有推广应用的潜力。

关键词：岩石力学岩石节理 Barton标准剖面线节理粗糙性系数

Reynolds控制方程下粗糙节理渗流空腔模型研究

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岩土力学 2012年第12期33卷 3680-3688页

作者：肖维民夏才初王伟卞跃威同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海市闵行区建设工程安全质量监督站上海201100

在研究节理的渗流时,渗流控制方程对节理渗流分析结果具有显著影响。首先介绍了节理渗流分析中的控制方程:Navier-Stokes方程、Stokes方程、Reynolds方程和立定定理,并分析了各控制方程在节理渗流分析中的适用性。以Reynolds方程作为渗... 详细信息

在研究节理的渗流时,渗流控制方程对节理渗流分析结果具有显著影响。首先介绍了节理渗流分析中的控制方程:Navier-Stokes方程、Stokes方程、Reynolds方程和立定定理,并分析了各控制方程在节理渗流分析中的适用性。以Reynolds方程作为渗流分析控制方程,建立了粗糙节理渗流空腔模型。然后以节理试件为研究对象,在实测节理三维表面形貌并计算隙宽分布后,分别进行相同渗流边界条件下的室内渗流试验和空腔模型计算,得到节理在不同接触状态下的渗流量实测值和计算值,并分别将计算结果与立方定理下的空腔模型、将整个节理简化为光滑平行板模型的立方定理以及速宝玉经验公式的计算结果进行比较,结果表明,Reynolds方程下的节理渗流空腔模型计算结果与实测值最为吻合,可以较为准确地反映节理的渗流情况。同时,根据Reynolds方程下空腔模型得到的渗流流量分布可以呈现节理渗流的曲折现象,为从本质上研究节理渗流特性奠定了理论基础。

关键词：岩石力学粗糙节理控制方程 Reynolds方程空腔模型

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柱状节理岩体水-力各向异性特性研究进展

工程地质学报 2023年第3期31卷 880-892页

作者：肖维民韩俊成田梦婷四川农业大学土木工程学院成都611830 村镇建设防灾减灾四川省高等学校工程研究中心成都611830

柱状节理岩体是一类典型的结构性岩体,具有柱状节理网络发育、岩体完整性差的特点,其力学和渗流特性呈现出显著的各向异性。在分析柱状节理成因的基础上,从现场试验、物理模型试验、数值试验和理论分析4个方面系统总结了柱状节理岩体力... 详细信息

柱状节理岩体是一类典型的结构性岩体,具有柱状节理网络发育、岩体完整性差的特点,其力学和渗流特性呈现出显著的各向异性。在分析柱状节理成因的基础上,从现场试验、物理模型试验、数值试验和理论分析4个方面系统总结了柱状节理岩体力学和渗流各向异性的最新研究成果,分析了现有研究方法和研究成果的不足,探讨了今后柱状节理岩体力学和渗流各向异性特性研究的新方向,即:基于柱状节理冷却收缩形成机制研究一种模拟柱状节理岩体试件一次成型制备方法,在考虑柱状节理卸荷扩容特性的基础上重点开展卸荷条件下柱状节理岩体力学和渗流各向异性规律研究。

关键词：岩石力学柱状节理岩体冷却收缩假说力学各向异性渗流

基于Barton标准剖面线精细数字化处理的岩石节理JRC计算新公式研究

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岩石力学与工程学报 2018年第A1期37卷 3515-3522页

作者：李锐肖维民四川农业大学土木工程学院四川都江堰611830 村镇建设防灾减灾四川省高等学校工程研究中心四川都江堰611830

以Barton提出的10条标准剖面线为研究对象,首先采用PHOTOSHOP和MATLAB图形处理专业软件对10条标准剖面线进行去杂点、补断口等精细数字化处理,获得更为准确的坐标数据,在此基础上计算标准剖面线在不同取样间距下的坡度均方根Z2和振幅参... 详细信息

以Barton提出的10条标准剖面线为研究对象,首先采用PHOTOSHOP和MATLAB图形处理专业软件对10条标准剖面线进行去杂点、补断口等精细数字化处理,获得更为准确的坐标数据,在此基础上计算标准剖面线在不同取样间距下的坡度均方根Z2和振幅参数hA,并建立节理表面粗糙度系数JRC与Z2和hA之间的经验关系式;然后以Barton标准剖面线和天然岩石节理剖面线为对象,采用该计算公式与其他常用经验公式计算相应的JRC值,并将计算值与剖面线真实值进行比较,结果表明:与其他常用经验公式相比,新公式计算结果精确度更高,具有较好的工程应用前景。

关键词：岩石力学岩石节理标准剖面线节理表面粗糙度系数(JRC) 数字化

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柱状节理岩体各向异性强度准则研究

岩石力学与工程学报 2015年第11期34卷 2205-2214页

作者：肖维民邓荣贵邹祖银四川农业大学土木工程学院四川都江堰611830 西南交通大学岩土工程系四川成都610031 村镇建设防灾减灾四川省高等学校工程研究中心四川都江堰611830

以正六棱柱型柱状节理岩体为研究对象,根据柱状节理的分布特性,在参考Ramamurthy非线性强度准则的基础上,引入节理系数表征节理对岩体强度的影响,建立正六棱柱型柱状节理岩体各向异性强度准则。该强度准则以幂指数形式反映柱状节理岩体... 详细信息

以正六棱柱型柱状节理岩体为研究对象,根据柱状节理的分布特性,在参考Ramamurthy非线性强度准则的基础上,引入节理系数表征节理对岩体强度的影响,建立正六棱柱型柱状节理岩体各向异性强度准则。该强度准则以幂指数形式反映柱状节理岩体的强度非线性。分析时首先针对正六棱柱型柱状节理岩体,研究节理系数的计算方法,然后结合模拟柱状节理岩体单轴和三轴压缩试验结果确定各向异性强度准则中的常数,在此基础上采用已有试验数据对该各向异性强度准则进行初步验证。结果表明:该各向异性强度准则能够较好地反映柱状节理岩体强度的各向异性和非线性,预测值与实测值比较吻合。

关键词：岩石力学柱状节理岩体各向异性节理系数强度准则

模拟柱状节理岩体常规三轴压缩下变形和强度特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2015年第S1期34卷 2817-2826页

作者：肖维民邓荣贵付小敏王从颜西南交通大学土木工程学院岩土工程系四川成都610031 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

柱状节理岩体是溢出型火成岩常见的结构性岩体,对其在三轴应力下变形和强度特性的正确认识,是水利水电及地下洞室等大型岩体工程论证和设计需要解决的关键问题之一。为此,采用石膏混合材料制作柱体与最大主应力σ1具有不同夹角β的模拟... 详细信息

柱状节理岩体是溢出型火成岩常见的结构性岩体,对其在三轴应力下变形和强度特性的正确认识,是水利水电及地下洞室等大型岩体工程论证和设计需要解决的关键问题之一。为此,采用石膏混合材料制作柱体与最大主应力σ1具有不同夹角β的模拟柱状节理岩体试件,通过对试件进行不同围压下的三轴压缩试验研究柱状节理岩体变形和强度特性,得到其在三轴压缩下弹性模量和峰值强度随β角的变化规律。由试验结果可知:在同一级围压下,弹性模量和峰值强度随夹角β增大呈递减趋势,即弹性模量和峰值强度随夹角增大先减小,在β=45°时最小,而后随夹角增大保持相对不变。此外,利用试验数据建立柱状节理岩体弹性模量和峰值强度与夹角β之间的经验关系式,通过比较发现经验关系式与实测数据吻合较好。最后对试件的破坏类型与特征进行了归纳,总结了柱状节理岩体在三轴压缩下的4种典型破坏类型,并对其破坏机制进行了分析。

关键词：岩石力学柱状节理岩体变形强度常规三轴压缩试验