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考虑流变效应的软岩大变形隧道多层支护作用机理分析

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现代隧道技术 2024年第3期61卷 18-24页

作者：朱建林王立川刘志强马利遥李庆斌中铁西南科学研究院有限公司成都611731 中铁十八局集团有限公司天津300222 中南大学土木工程学院长沙410075

为了更好地描述软岩大变形隧道多层支护作用下围岩的流变特性,假定围岩本构模型为黏弹-塑性流变模型,塑性屈服准则选用Mohr-Coulomb屈服准则,将多层支护作用简化为分时分次施加不同大小的恒定支护力,推导多层支护作用下围岩位移的解析... 详细信息

为了更好地描述软岩大变形隧道多层支护作用下围岩的流变特性,假定围岩本构模型为黏弹-塑性流变模型,塑性屈服准则选用Mohr-Coulomb屈服准则,将多层支护作用简化为分时分次施加不同大小的恒定支护力,推导多层支护作用下围岩位移的解析解。通过与有限差分数值解进行对比分析,得到两种方法的围岩位移随时间变化规律基本一致的结论,验证了解析解的合理性。通过具体算例,分析多层支护对围岩应力场、位移场的影响。研究结果表明:(1)隧道开挖同时施加的第一层支护力产生的围岩位移与围岩的黏弹-塑性效应有关,后续施加的支护力产生的位移增量仅与围岩的黏弹性效应有关;(2)随着时间的推移和多层支护作用下围岩洞壁支护反力的增加,围岩塑性区与黏弹性区交界面切向应力逐渐减小;(3)围岩径向位移从洞壁到围岩深处呈递减趋势分布,随着时间的增加,位移逐渐增大,直至变形稳定。

关键词：软岩大变形隧道流变效应多层支护围岩位移围岩应力

玄武岩机制砂不规则度对混凝土流动和力学性能影响研究

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建筑技术 2024年第13期55卷 1629-1633页

作者：李伟于长彬王立川王海彦郎瑞卿马利遥中铁十八局集团建筑安装工程有限公司天津300308 ⒉中铁十八局集团有限公司天津300222 ⒊南京工业大学交通运输工程学院南京211816 天津城建大学土木工程学院天津300384

为深入探究机制砂不规则颗粒含量对混凝土流动和力学性能的影响,引入了机制砂不规则度概念。采用室内试验方法,对比研究了各材料配比下玄武岩机制砂不规则度对混凝土流动特性和力学性能的影响。研究结果表明:不同材料配比下,玄武岩机制... 详细信息

为深入探究机制砂不规则颗粒含量对混凝土流动和力学性能的影响,引入了机制砂不规则度概念。采用室内试验方法,对比研究了各材料配比下玄武岩机制砂不规则度对混凝土流动特性和力学性能的影响。研究结果表明:不同材料配比下,玄武岩机制砂混凝土的坍落度、抗折强度和抗压强度等指标均随机制砂不规则度的增加而不断降低,且高强度混凝土配比方案比低强度混凝土配比方案的降低幅度更大;当机制砂不规则颗粒含量超过30%时,不规则度对任何材料配比的混凝土力学性能和流动性能均有较大的影响;机制砂不规则度对混凝土抗折强度的影响大于对抗压强度的影响。

关键词：玄武岩机制砂不规则度混凝土力学性能流动性能

不同渗透水压下完整泥页岩剪切-渗流特性研究

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岩土力学 2022年第9期43卷 2515-2524页

作者：马利遥胡斌陈勇崔凯丁静武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点试验室湖北武汉430081

为了探索高压水力浸润带和消落带岩体在压剪荷载与流体入渗双因素耦合作用下剪切渗流特性的衍化规律,利用自主研发的一套新型岩石剪切-渗流耦合试验系统,对饱水泥页岩进行了常法向荷载条件下不同渗透水压的剪切-渗流耦合试验和剪切蠕变... 详细信息

为了探索高压水力浸润带和消落带岩体在压剪荷载与流体入渗双因素耦合作用下剪切渗流特性的衍化规律,利用自主研发的一套新型岩石剪切-渗流耦合试验系统,对饱水泥页岩进行了常法向荷载条件下不同渗透水压的剪切-渗流耦合试验和剪切蠕变-渗流耦合试验。试验结果表明:(1)随着渗透水压力的增加,饱水泥页岩剪切强度峰值、法向变形峰值以及剪切蠕变破坏强度均有所下降,说明渗透水压力对岩样力学强度具有损伤效果。(2)在剪切-渗流耦合试验过程中,岩样剪应力与法向变形在线弹性变化的末期会出现明显的上下波动现象,并伴有水流流出,剪应力和法向变形的突变点在时间上具有一致性。(3)在剪切蠕变-渗流耦合试验过程中,水流渗出速率与渗透水压力大小呈正相关,随着剪切荷载施加等级的提高,岩样蠕变变形量增大,单位时间内累计渗出水量亦有所提升。

关键词：泥页岩渗透水压剪切-渗流耦合试验系统力学特性

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基于β-屈服函数的炭质泥页岩统一硬化模型

土木与环境工程学报（中英文） 2023年第1期45卷 89-96页

作者：崔凯胡斌崔阿能马利遥刘杨祝鑫武汉科技大学资源与环境工程学院武汉430081 武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室武汉430081

炭质泥页岩普遍存在于中国西南地区矿山高边坡的软弱夹层中,在雨水浸润作用下容易发生劣化,进而对矿山高边坡的稳定性产生不利影响。在复杂加载条件下,炭质泥页岩会发生弹塑性破坏,表现出应变软化和剪胀等特点。将炭质泥页岩视作超固结... 详细信息

炭质泥页岩普遍存在于中国西南地区矿山高边坡的软弱夹层中,在雨水浸润作用下容易发生劣化,进而对矿山高边坡的稳定性产生不利影响。在复杂加载条件下,炭质泥页岩会发生弹塑性破坏,表现出应变软化和剪胀等特点。将炭质泥页岩视作超固结黏土,基于β-屈服函数建立了相应的修正统一硬化模型。与修正剑桥模型的应力—剪胀方程相比,该模型能够更为准确地描述炭质泥页岩的剪胀特性。此外,借助β-屈服函数,该模型能考虑屈服面几何形状对模型计算结果的影响,从而提高模型的计算精度。将模型计算结果与炭质泥页岩等材料的排水三轴压缩试验结果进行对比发现,拟合效果较好,表明模型能准确描述炭质泥页岩的力学特性。

关键词：炭质泥页岩超固结黏土 β-屈服函数统一硬化模型

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冲击扰动下泥页岩块剪切蠕变损伤特性研究

固体力学学报 2022年第5期43卷 646-657页

作者：马利遥胡斌刘霁崔凯魏二剑丁静武汉科技大学资源与环境工程学院武汉430081 武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点试验室武汉430081

矿体爆破是大多数露天矿山开采作业中的必要环节,然而持续爆破作业产生的冲击扰动作用会降低露天边坡的长期稳定性,甚至促使滑坡灾害的发生.为研究冲击扰动效应对边坡岩体蠕变特性的影响,以露天石灰石矿山二叠系软弱夹层中的炭质泥页岩... 详细信息

矿体爆破是大多数露天矿山开采作业中的必要环节,然而持续爆破作业产生的冲击扰动作用会降低露天边坡的长期稳定性,甚至促使滑坡灾害的发生.为研究冲击扰动效应对边坡岩体蠕变特性的影响,以露天石灰石矿山二叠系软弱夹层中的炭质泥页岩为研究对象,利用自主研发的岩石冲击-剪切蠕变试验系统开展了不同冲击能量扰动下的剪切蠕变试验.试验结果表明:(1)冲击扰动对软岩剪切蠕变破坏具有明显的促进作用,随着冲击扰动能量的增加,软岩进入加速蠕变历时缩短,蠕变破坏总时长与剪切蠕变破坏强度亦随之降低.(2)冲击能量可改变泥页岩剪切破坏面的发育特征,冲击扰动能量越大,剪切面裂隙发育越充分且岩样结构形态越破碎.(3)岩样总体变形量与冲击能量呈正相关关系,随着冲击能量的增加,其造成的总变形中塑性永久变形占比越大而弹性变形占比越小,当冲击能量为7.09 J时两次冲击后的塑形永久变形占比均不小于73.1%.根据试验结果,引入基于冲击能量的损伤因子D,建立了考虑冲击扰动效应的软岩剪切蠕变损伤模型.采用BFGS算法和1stOpt通用全局优化数学软件进行了模型参数辨识,采用损伤模型对试验结果进行拟合后发现,所建立模型能够较好地描述冲击扰动下泥页岩剪切蠕变变形的全过程,可为爆破扰动效应下的矿山边坡长期稳定性研究提供一定的理论基础.

关键词：冲击扰动剪切蠕变软弱夹层冲击能量损伤模型

完整岩块辐射流剪切盒中含压流体密封方法研究

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润滑与密封 2023年第9期48卷 124-132页

作者：马利遥胡斌李京魏二剑丁静刘霁武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点试验室湖北武汉430081

为提升岩石剪切渗流试验系统中辐射渗流剪切盒的流体密封性能,基于自主研发的新型岩石剪切渗流试验装置提出3种辐射渗流密封装置的结构设计方案:密封圈横向预压缩密封、硅胶垫法向压缩密封以及密封圈法向预压缩密封,并分别对其进行大变... 详细信息

为提升岩石剪切渗流试验系统中辐射渗流剪切盒的流体密封性能,基于自主研发的新型岩石剪切渗流试验装置提出3种辐射渗流密封装置的结构设计方案:密封圈横向预压缩密封、硅胶垫法向压缩密封以及密封圈法向预压缩密封,并分别对其进行大变形数值模拟和试验验证。结果表明:(1)密封圈横向预压缩密封的密封效果与施加的法向荷载大小无关,而与岩样上端面平整度和平行度密切相关,流体密封压力较为稳定,密封水压力在0.72 MPa上下波动;(2)硅胶垫法向压缩密封的密封效果与施加的法向荷载大小呈正相关,在法向荷载允许范围内密封垫客观上具有密封压力阈值,在3.3 MPa法向荷载作用下密封水压力最大值可达到1.62 MPa;(3)密封圈法向预压缩密封既具备硅胶垫法向压缩密封的优点,还克服了硅胶垫密封性能依赖法向荷载大小的缺陷,可在较低的法向荷载状态下实现相对较好的密封效果,最大密封压力可达到2.45 MPa。数值仿真结果表明,对于密封圈法向预压缩密封,扩大密封圈直径并不能明显提高密封性能,而改变密封圈材料对密封性能影响较大。研究结果可为突破目前剪切渗流试验设备5 MPa水压力密封的极限及优化剪切盒密封装置结构设计提供了理论参考和研发借鉴。

关键词：岩块辐射渗流剪切盒密封装置密封压力

降雨入渗对含缓倾软弱夹层矿山边坡的稳定性影响机制研究

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有色金属工程 2022年第3期12卷 112-119页

作者：胡斌刘霁李京马利遥丁静汤琦武汉科技大学资源与环境工程学院武汉430081 武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室武汉430081

含缓倾软弱夹层的矿山边坡在连续降雨后易发生滑坡,以四川峨眉黄山石灰石矿山磨环凼西侧新滑坡为例,通过现场勘查、工程地质条件分析,利用极限平衡法对该滑坡进行稳定性分析,并建立含软弱夹层无限边坡计算模型分析降雨入渗对此类矿山边... 详细信息

含缓倾软弱夹层的矿山边坡在连续降雨后易发生滑坡,以四川峨眉黄山石灰石矿山磨环凼西侧新滑坡为例,通过现场勘查、工程地质条件分析,利用极限平衡法对该滑坡进行稳定性分析,并建立含软弱夹层无限边坡计算模型分析降雨入渗对此类矿山边坡稳定性的影响机制。结果表明:降雨入渗引起的边坡内部滑动面孔隙水压力上升是诱发滑坡的主要原因;软弱夹层的不透水性会引起滑动面孔隙水压力突变,导致边坡稳定性骤减;降雨入渗的速率、雨水入渗的时长、边坡岩体的含水状态及软弱夹层的不透水特性决定了在降雨入渗的整个过程中滑动面孔隙水压力对边坡稳定性的影响程度大小。

关键词：矿山边坡降雨入渗缓倾软弱夹层稳定性分析孔隙水压力

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软弱夹层非线性流变损伤本构模型研究

安全与环境学报 2022年第1期22卷 83-89页

作者：胡斌祝鑫李京崔凯方庆红马利遥武汉科技大学资源与环境工程学院武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室武汉430081

为解决传统流变本构模型不能较好地反映软弱夹层流变非稳定阶段的问题,首先,基于传统流变本构模型理论,通过串、并联基本元件,同时引入时间损伤阈值,并提出流变损伤演化方程,建立一种能够同时描述软弱夹层3个阶段的NRDM非线性流变损伤模... 详细信息

为解决传统流变本构模型不能较好地反映软弱夹层流变非稳定阶段的问题,首先,基于传统流变本构模型理论,通过串、并联基本元件,同时引入时间损伤阈值,并提出流变损伤演化方程,建立一种能够同时描述软弱夹层3个阶段的NRDM非线性流变损伤模型;然后,通过软弱夹层剪切流变试验数据进行流变损伤模型参数的辨识,获得NRDM模型的流变参数;最后,对比分析流变模型拟合曲线与剪切流变试验曲线。结果表明,NRDM非线性流变损伤模型能够较好地描述软弱夹层流变的3个阶段,尤其是加速流变阶段。NRDM非线性流变损伤模型可以为软弱夹层流变失稳提供理论依据。

关键词：安全工程本构模型流变损伤参数辨识非线性流变

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高压渗流作用下砂岩剪切力学特性研究

金属矿山 2023年第9期 29-36页

作者：胡斌丁静李京崔凯马利遥汤琦武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081

水—岩相互作用机制是边坡长期稳定性研究中的关键问题。针对目前水—岩作用研究中试验设计和研究对象与工程实际存在差异,导致边坡岩体渗流损伤机制不明晰的问题,利用自主研发的岩石剪切—渗流耦合试验装置,开展了高压渗流条件下的饱... 详细信息

水—岩相互作用机制是边坡长期稳定性研究中的关键问题。针对目前水—岩作用研究中试验设计和研究对象与工程实际存在差异,导致边坡岩体渗流损伤机制不明晰的问题,利用自主研发的岩石剪切—渗流耦合试验装置,开展了高压渗流条件下的饱水砂岩剪切试验,分析了渗透水压对砂岩抗剪切强度、剪断面破坏程度以及法向应力—变形影响规律。结果表明:渗透水压对砂岩力学性质具有劣化作用,渗透水压力越大,饱水状态下砂岩抗剪强度、峰值法向变形与峰值剪切变形越小;当砂岩剪应力达到屈服点后,剪应力受裂纹贯通影响,会产生不同程度的剪应力降;在屈服破坏阶段,砂岩法向变形与法向应力变化在时间点上存在对应关系,两者变化规律反映了砂岩内部裂纹在该阶段的扩展情况;在剪切过程中,次级裂纹呈对称出现,随着渗透水压力增大次级裂纹逐渐减少甚至消失,剪断面趋于平整。研究成果可为连续强降雨作用下高陡边坡长期稳定性研究奠定基础。

关键词：水—岩作用压剪试验渗透水压矿山高陡边坡抗剪强度