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Investigation on mechanical properties regulation of rock-like specimens based on 3D printing and similarity quantification

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International Journal of Mining Science and Technology 2024年第5期34卷 573-585页

作者： duanyang zhuang Zexu Ning Yunmin Chen Jinlong Li Qingdong Li Wenjie Xu Center for Hypergravity Experiment and Interdisciplinary Research Zhejiang UniversityHangzhou 310058China MOE Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering Zhejiang UniversityHangzhou 310058China

3D printing is widely adopted to quickly produce rock mass models with complex structures in batches,improving the consistency and repeatability of physical *** is necessary to regulate the mechanical properties of 3D-printed specimens to make them proportionally similar to natural *** study investigates mechanical properties of 3D-printed rock analogues prepared by furan resin-bonded silica sand *** mechanical property regulation of 3D-printed specimens is realized through quantifying its similarity to sandstone,so that analogous deformation characteristics and failure mode are *** similarity conversion,uniaxial compressive strength,cohesion and stress–strain relationship curve of 3D-printed specimen are similar to those of *** the study ranges,the strength of 3D-printed specimen is positively correlated with the additive content,negatively correlated with the sand particle size,and first increases then decreases with the increase of curing *** regulation scheme with optimal similarity quantification index,that is the sand type of 70/140,additive content of 2.5‰and curing temperature of 81.6℃,is determined for preparing 3D-printed sandstone analogues and *** effectiveness of mechanical property regulation is proved through uniaxial compression contrast *** study provides a reference for preparing rock-like specimens and engineering models using 3D printing technology.

关键词： 3D printing Mechanical property regulation Similarity quantification Rock analogue Sandstone

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Fault rupture propagation in soil with intercalation using nonlocal model and softening modulus modification

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2023年第11期15卷 2973-2993页

作者： Jisen Shi Li Guan duanyang zhuang Xiang Chen Daosheng Ling Center for Hypergravity Experiment and Interdisciplinary Research Zhejiang UniversityHangzhou310058China Department of Civil Engineering Jiaxing UniversityJiaxing314000China MOE Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering Zhejiang UniversityHangzhou310058China

Fault rupture propagation is more complex in the overlying soil with intercalation than in homogeneous soil,and it is challenging to simulate this phenomenon accurately using the finite element *** address this issue,an improved nonlocal model that incorporates softening modulus modification is *** methodology has the advantage that the solutions are independent of both mesh sizes and characteristic lengths,while maintaining objective softening rates of *** the proposed methodology,a series of numerical simulations are conducted to investigate the effects of different mechanical parameters,such as elastic modulus,friction angle and dilation angle of the soil within the intercalation,as well as the impact of geometries,such as the depth and thickness of the intercalation,on the fault rupture *** study not only provides significant insights into the mechanisms of fault rupture propagation,specifically in relation to intercalations,but also shows a great value in promoting the current research on fault rupture.

关键词： Fault rupture Nonlocal model Mesh dependence Intercalation Numerical simulation

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Hyper-gravity experiment of solute transport in fractured rock and evaluation method for long-term barrier performance

Rock Mechanics Bulletin

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Rock Mechanics Bulletin 2023年第3期2卷 1-14页

作者： Wenjie Xu Yingtao Hu Yunmin Chen Liangtong Zhan Ruiqi Chen Jinlong Li duanyang zhuang Qingdong Li Ke Li Center for Hyper-gravity Experimental and Interdisciplinary Research Zhejiang UniversityHangzhou310058China MOE Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering Zhejiang UniversityHangzhou310058China Department of Civil Engineering Hangzhou City UniversityHangzhou310015China Key Laboratory of Safe Construction and Intelligent Maintenance for Urban Shield Tunnels of Zhejiang Province Hangzhou310015China Advanced Materials Additive Manufacturing Innovation Research Center Hangzhou City University310015China

Hyper-gravity experiment enable the acceleration of the long-term transport of contaminants through fractured geological ***,the hyper-gravity effect of the solute transport in fractures are not well *** this study,the sealed control apparatus and the 3D printed fracture models were used to carry out 1 g and N g hyper-gravity *** results show that the breakthrough curves for the 1 g and N g experiments were almost the *** differences in the flow velocity and the fitted hydrodynamic dispersion coefficient were 0.97–3.12%and 9.09–20.4%,indicating that the internal fractures of the 3D printed fracture models remained stable under hyper-gravity,and the differences in the flow and solute transport characteristics were acceptable.A method for evaluating the long-term barrier performance of low-permeability fractured rocks was proposed based on the hyper-gravity *** solute transport processes in the 1 g prototype,1 g scaled model,and N g scaled model were simulated by the OpenGeoSys(OGS)*** results show that the N g scaled model can reproduce the flow and solute transport processes in the 1 g prototype without considering the micro-scale heterogeneity if the Reynolds number(Re)critical Reynolds number(Recr)and the Peclet number(Pe)the critical Peclet number(Pecr).This insight is valuable for carrying out hyper-gravity experiments to evaluate the long-term barrier performance of low-permeability fractured porous rock.

关键词： Hyper-gravity effect Fractured rock 3D printed fracture Solute transport Long-term

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基于微震监测的大岗山水电站高拱坝廊道裂缝形成原因研究

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岩石力学与工程学报 2018年第7期37卷 1608-1617页

作者：马克庄端阳唐春安金峰唐世斌大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心辽宁大连116024 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116023 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

针对大岗山水电站高拱坝廊道顶拱在蓄水前出现了多条深层裂缝的现象,通过构建的高拱坝微震监测系统,对蓄水前后979 m高程交通廊道、940 m高程基础廊道和937 m高程排水廊道产生的微破裂信息进行分析,再现混凝土拱坝廊道裂缝产生的演化过... 详细信息

针对大岗山水电站高拱坝廊道顶拱在蓄水前出现了多条深层裂缝的现象,通过构建的高拱坝微震监测系统,对蓄水前后979 m高程交通廊道、940 m高程基础廊道和937 m高程排水廊道产生的微破裂信息进行分析,再现混凝土拱坝廊道裂缝产生的演化过程,研究廊道裂缝形成的真正原因。结果表明:大岗山高拱坝廊道微震活动性与坝前库水位具有明显的相关性。蓄水前,大岗山高拱坝坝踵区廊道顶拱微震活动性较强,超过廊道顶拱开裂阈值,诱发顶拱产生横河向裂缝。蓄水后,随着库水位的升高,坝踵区廊道裂缝趋于稳定,而坝趾区廊道呈现开裂的趋势。揭示大岗山水电站蓄水过程中,拱坝廊道开裂有由坝踵向坝趾转移的趋势。建议蓄水期阶段应密切关注拱坝坝趾区混凝土的损伤情况。

关键词：水利工程高拱坝微震监测廊道裂缝微震识别裂缝演化

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基于微震监测的大岗山高拱坝坝踵蓄水初期变形机制研究

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岩石力学与工程学报 2017年第5期36卷 1111-1121页

作者：马克金峰唐春安吕鹏飞庄端阳大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心辽宁大连116024 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 国电大岗山水电开发有限公司四川雅安625409

混凝土高拱坝坝踵是蓄水初期阶段拱坝安全的重点关注部位。通过构建国内首套高拱坝坝踵微震监测系统,实现对蓄水初期阶段大岗山拱坝坝踵区微破裂的实时监测,探究坝踵蓄水初期变形机制及其与微震活动性的关系。采用人工敲击试验确定坝踵... 详细信息

混凝土高拱坝坝踵是蓄水初期阶段拱坝安全的重点关注部位。通过构建国内首套高拱坝坝踵微震监测系统,实现对蓄水初期阶段大岗山拱坝坝踵区微破裂的实时监测,探究坝踵蓄水初期变形机制及其与微震活动性的关系。采用人工敲击试验确定坝踵等效P波波速为4 300 m/s,系统定位误差小于8 m。对系统获取的事件波形进行噪声滤除,并在自动定位基础上进行人工二次校核,提高定位精度,验证了微震监测技术应用于大体积混凝土工程的可行性。分析认为:蓄水初期阶段,大岗山高拱坝坝踵区微震活动性与库水位密切相关,微震事件聚集区实现从坝踵向坝趾的转移,坝踵压缩变形减小,而坝趾区变形量增加。此外,通过拱坝坝踵区微震变形演化过程,揭示了导流洞下闸蓄水前940 m高程基础廊道拱顶裂缝产生的根本诱因。研究成果可为混凝土高拱坝微震监测和真实工作性态研究提供参考。

关键词：岩石力学高拱坝蓄水初期微震监测坝踵变形坝趾

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基于微震监测的董家河煤矿底板突水通道孕育机制

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煤炭学报 2019年第6期44卷 1846-1856页

作者：原富珍马克庄端阳王振伟孙兴业大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116023 大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心辽宁大连116024 北方工业大学土木工程学院北京100144

针对董家河煤矿工作面断层突水问题,通过构建工作面微震监测系统,对断层区域底板岩体微破裂信息进行分析,再现了过断层前后底板岩体微破裂萌生演化过程。同时将微破裂信息和岩石破裂过程分析系统RFPA2D结合,研究底板断层围岩导水裂隙带... 详细信息

针对董家河煤矿工作面断层突水问题,通过构建工作面微震监测系统,对断层区域底板岩体微破裂信息进行分析,再现了过断层前后底板岩体微破裂萌生演化过程。同时将微破裂信息和岩石破裂过程分析系统RFPA2D结合,研究底板断层围岩导水裂隙带发育过程中应力场的变化规律。结果表明:①根据微震事件分布结果分析,工作面位于断层前方85 m时,底板断层开始发生微破裂。过断层前断层附近底板微破坏深度达到25 m,底板具有分段局部破坏特征;过断层后,最大微破坏深度为35 m,微破裂逐渐贯通。②基于微震能量密度分布结果分析,过断层前高能量密度集中区走向长度约15m,位于煤层下方5~25m,而紧邻煤层的5m范围内的断层仍处于稳定状态。过断层后高能量密度区向上盘采空区及深部扩展,沿工作面走向扩展至上盘采空区约80 m范围内,深度方向扩展至煤层下方约35 m。③基于微震监测和数值模拟结果分析底板岩体破坏过程,将底板突水通道扩展过程分为过断层前和过断层后两个阶段,过断层前煤层下方25 m附近断层围岩首先发生微破裂,并沿断层向上扩展,煤层下方5~25 m发生局部微破裂但并未形成贯通;过断层后微破裂自上而下扩展并逐渐贯通,形成突水通道。④基于数值模拟断层应力演化规律分析,过断层前,断层剪应力为负值且逐渐减小,断层上盘有向下滑移趋势,深度越大剪应力越快达到最大,围岩自下而上发生压剪破坏。工作面位于断层附近时,剪应力方向迅速反转并达到最大,断层上盘在承压水作用下有上升趋势,围岩自上而下发生拉破坏且逐渐贯通形成导水通道。

关键词：底板突水微震监测断层 RFPA2D

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基于微震监测的地下水封石油洞库施工期围岩稳定性分析

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岩石力学与工程学报 2016年第7期35卷 1353-1365页

作者：马克唐春安梁正召吴疆徐奴文庄端阳中国科学院力学研究所北京110190 大连力软科技有限公司辽宁大连116600 大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心辽宁大连116024 廊坊中油朗威工程项目管理有限公司河北廊坊065000 四川大学水利水电学院四川成都610065

采用加拿大ESG微震监测系统对锦州某大型地下水封石油洞库局部开挖过程进行实时监测和分析,圈定监测范围内围岩潜在危险区域,再现开挖过程中洞库失稳区域的岩体微破裂萌生、发展和集聚。结果表明：（1）采用人工定点敲击试验对监测系统... 详细信息

采用加拿大ESG微震监测系统对锦州某大型地下水封石油洞库局部开挖过程进行实时监测和分析,圈定监测范围内围岩潜在危险区域,再现开挖过程中洞库失稳区域的岩体微破裂萌生、发展和集聚。结果表明：（1）采用人工定点敲击试验对监测系统定位性能进行测试,确定研究区域岩体整体等效P波波速为5 200 m/s,传感器阵列范围内的震源定位误差小于8 m;（2）监测区域岩体微破裂呈2个条带状聚集,一条位于水幕巷道6东侧,水幕巷道1和2范围,与水平面呈缓倾角。另一条位于储油洞室1北与1南范围2＋40～2＋60里程区域内,与该区域辉绿岩脉分布范围一致,说明微震监测系统可以查明判别岩脉等软弱结构面情况。这是由于大断面的储油洞室的强开挖卸荷,高能量的释放导致岩脉的＂过度＂损伤,从而诱发大量的微破裂。研究结果证明微震监测技术在地下水封石油洞库这种特殊岩体结构中应用的可行性,为后期大规模微震监测系统的构建与实施提供参考依据。

关键词：岩石力学地下水封石油洞库开挖卸荷微震监测能量释放

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大型地下水封石油洞库及微震监测技术应用现状

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油气储运 2015年第8期34卷 799-806,862页

作者：庄端阳马克唐春安刘安琪大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116023 中国科学院力学研究所北京100190 中国石油安全环保技术研究院北京102206

目前我国地下水封洞库开发现状形势严峻,在洞库储油过程中,输油、抽油和注水等作业都会诱发岩体微破裂,微震监测技术正逐渐在地下水封洞库的稳定性和安全性评价方面显示出特有的优势。通过分析微地震活动性事件来描述洞库岩体裂缝的二... 详细信息

目前我国地下水封洞库开发现状形势严峻,在洞库储油过程中,输油、抽油和注水等作业都会诱发岩体微破裂,微震监测技术正逐渐在地下水封洞库的稳定性和安全性评价方面显示出特有的优势。通过分析微地震活动性事件来描述洞库岩体裂缝的二次活动性信息,可以判定洞库岩体的损伤程度及安全状态,进而揭示洞库岩体的变形机制。以中国石油锦州地下水封洞库工程为例,介绍了微震监测技术在地下水封石油洞库中的应用,从而为未来地下水封储油洞库的运营管理提供思路。

关键词：地下水封洞库微震监测岩体裂缝损伤程度

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大岗山水电站高拱坝蓄水初期工作性态演化研究

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岩石力学与工程学报 2019年第9期38卷 1776-1785页

作者：马克王龙江庄端阳龙丽吉张国新吕鹏飞大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心辽宁大连116024 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116023 重庆交通大学河海学院重庆400074 中国水利水电科学研究院北京100038 国电大岗山水电开发有限公司四川雅安625409

高拱坝的位移、应力状态是拱坝在蓄水初期重点关注的问题。将微震监测技术与有限元数值模拟相结合,研究拱坝微震变形与坝体应力的内在关联,对蓄水初期拱坝的应力、位移变化规律进行分析,探究拱坝蓄水初期工作性态演化规律,提出利用微震... 详细信息

高拱坝的位移、应力状态是拱坝在蓄水初期重点关注的问题。将微震监测技术与有限元数值模拟相结合,研究拱坝微震变形与坝体应力的内在关联,对蓄水初期拱坝的应力、位移变化规律进行分析,探究拱坝蓄水初期工作性态演化规律,提出利用微震事件判断拱坝真实受力状态的方法。研究表明:拱坝微震事件与坝体应力在时空分布上存在一致性,坝体高压应力的集中和迁移是微震事件萌发的内在驱动力。蓄水前,拱坝高压应力集中在坝踵区域,微震变形也聚集在坝踵区域。蓄水后,拱坝的高压应力集中区域和微震变形聚集区域均从坝踵转移到坝趾区域,同时拱坝主拉应力区域实现了从拱端到坝踵的转移。通过微震事件的Es/Ep比值累积频率分布特征可以推断出拱坝在不同蓄水时期应力集中区域的分布情况。研究成果对于研究高拱坝真实工作性态具有一定的参考价值。

关键词：岩石力学高拱坝微震监测数值模拟蓄水初期工作性态

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基于能量的振冲碎石桩加密效果评价方法

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岩土工程学报 2024年第S02期46卷 16-20页

作者：周燕国王春庄端阳姚鹏飞张东超浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江大学岩土工程研究所浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058

采用常规检测手段进行处理地基的工后质检存在时间滞后与空间局部的问题,不能及时反映处理地基的整体加固效果。提出了一种基于能量的碎石桩复合地基桩周土振动加密效果评价方法,为实现桩周土加密效果的准实时评价提供参考。首先,根据... 详细信息

采用常规检测手段进行处理地基的工后质检存在时间滞后与空间局部的问题,不能及时反映处理地基的整体加固效果。提出了一种基于能量的碎石桩复合地基桩周土振动加密效果评价方法,为实现桩周土加密效果的准实时评价提供参考。首先,根据地基弹性波传播理论建立振冲施工过程中桩周土吸收波动能量的计算方法,通过不排水动三轴试验建立典型饱和粉砂土基于吸收能量的超静孔压模型,为进一步根据固结理论预测处理后复合地基桩周土密实度提供依据;其次,依托某工程水电站深厚坝基碎石桩处理工程实例,采用桩周土超静孔压峰值和处理后孔隙比两个关键物理量对方法进行了检验,发现与施工现场实测超静孔压和工后质检得到的孔隙比相比,方法的预测精度达到90%左右,说明基于能量的振冲碎石桩加密效果评价方法具有可行性。

关键词：振冲碎石桩振动能量弹性波留振加密超静孔压

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