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冲击荷载作用下岩石破裂损伤的耗能规律

岩石力学与工程学报 2002年第A02期21卷 2304-2308页

作者：胡柳青李夕兵赵伏军中南大学资源与安全工程学院长沙410083

从损伤的实质物理意义出发,提出了损伤参量的抽象分形,把损伤推广应用到岩石的破碎阶段,用损伤插值分形来表示总体损伤,从而构造出损伤与块度的迭代关系式。根据冲击荷载作用下岩石中的能量耗散规律与脆性动态断裂准则,把应力波作用下... 详细信息

从损伤的实质物理意义出发,提出了损伤参量的抽象分形,把损伤推广应用到岩石的破碎阶段,用损伤插值分形来表示总体损伤,从而构造出损伤与块度的迭代关系式。根据冲击荷载作用下岩石中的能量耗散规律与脆性动态断裂准则,把应力波作用下的疲劳损伤迭代关系式应用到岩石的破坏后阶段,从而得出冲击能量、岩石损伤、块度分布之间的关系。实验研究表明,两种关系计算所得的损伤吻合较好。

关键词：断裂力学损伤分型能量作用密度块度分布

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基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析

岩石力学与工程学报 2007年第5期26卷 1056-1064页

作者：李地元李夕兵张伟宫凤强黄炳仁中南大学资源与安全工程学院

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景,基于流固耦合分析理论,利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时,围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因... 详细信息

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景,基于流固耦合分析理论,利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时,围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因素对围岩稳定性的综合影响,得到III,IV,V级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩最大主应力、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布以及喷锚支护受力特征等结果,探讨连拱隧道开挖渗流机制,并分析深埋连拱隧道开挖后的孔隙水压力场分布特征。研究结果直接指导该高速公路二期工程中的隧道防排水施工和支护措施的改进提高,为富水地层条件下的隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。

关键词：隧道工程连拱隧道流固耦合理论稳定性分析隧道渗流机制

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中深孔崩矿阶段嗣后充填法采场结构参数优化

中南大学学报（自然科学版） 2018年第4期49卷 933-939页

作者：兰明刘志祥李夕兵刘强中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

为获得合理采场结构参数,实现山东莱州望儿山金矿中深孔阶段崩矿嗣后充填法的安全高效开采,采用弹性薄板理论,分析不同跨度下顶板应力与厚度的关系,确定合理的开采参数范围;结合矿山实际开采条件,通过中心复合试验设计,采用数值模拟计... 详细信息

为获得合理采场结构参数,实现山东莱州望儿山金矿中深孔阶段崩矿嗣后充填法的安全高效开采,采用弹性薄板理论,分析不同跨度下顶板应力与厚度的关系,确定合理的开采参数范围;结合矿山实际开采条件,通过中心复合试验设计,采用数值模拟计算得到不同结构参数下的力学响应;基于二阶响应面法建立最大拉应力、最大压应力和竖向最大位移的回归模型;将回归模型作为目标函数,采用遗传算法进行多目标优化,获得Pareto最优解集。研究结果表明:根据工程实际需要,矿房跨度为26.0 m、矿柱跨度为28.0 m及顶板厚度为6.7 m为开采最佳结构参数。

关键词：采场结构参数数值分析响应面法遗传算法多目标优化

渗透水压作用下类岩石材料张开型裂纹启裂特性研究

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岩石力学与工程学报 2012年第7期31卷 1317-1324页

作者：李夕兵贺显群陈红江中南大学资源与安全工程学院

在探讨渗透水压和远场应力共同作用下张开型裂纹的启裂规律及裂纹尖端应力强度因子的演化规律的基础上,建立压剪应力场和渗流场共同作用下含预置裂纹类岩石材料的损伤断裂力学模型和裂纹尖端应力强度因子演化方程,提出运用裂纹尖端应力... 详细信息

在探讨渗透水压和远场应力共同作用下张开型裂纹的启裂规律及裂纹尖端应力强度因子的演化规律的基础上,建立压剪应力场和渗流场共同作用下含预置裂纹类岩石材料的损伤断裂力学模型和裂纹尖端应力强度因子演化方程,提出运用裂纹尖端应力强度因子作为判断压剪岩石裂纹的启裂准则。研究结果表明:张开型裂纹尖端应力强度因子受围压、渗透水压力、裂纹尖端曲率半径以及裂纹倾角等因素的影响;裂纹启裂角随预制裂纹角度的变化不大,其值约为70.5°;裂纹启裂强度与渗透水压力、裂纹长度、裂纹尖端曲率半径成反比,与围压的大小成正比,此外还与裂纹倾角有关。算例验证表明,运用不同的断裂判断准则均可得出岩石裂纹初裂强度随渗透水压力的增大而呈减小的趋势。且进一步的试验也验证了启裂强度与渗透水压成反比而与围压成正比;当裂隙角度为30°时裂纹启裂强度最大,60°次之,45°最小。提高渗透水压可显著降低张开型裂纹的启裂强度,这一结果可为深部高应力岩体诱导破裂提供新的思路。

关键词：岩石力学渗透水压力张开型裂纹应力强度因子裂纹启裂断裂破坏准则

无需预先测速的微震震源定位的数学形式及震源参数确定

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岩石力学与工程学报 2011年第10期30卷 2057-2067页

作者：董陇军李夕兵唐礼忠宫凤强中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

为解决传统方法因测量速度误差给定位精度造成的影响,研究3种无需预先测量速度的震源定位的数学形式,按其因变量为到时、到时差、到时差商依次称为TT,TD和TDQ法。通过分析发现,TD法在数学意义上优于TT和TDQ法。对目前广泛使用的需要预... 详细信息

为解决传统方法因测量速度误差给定位精度造成的影响,研究3种无需预先测量速度的震源定位的数学形式,按其因变量为到时、到时差、到时差商依次称为TT,TD和TDQ法。通过分析发现,TD法在数学意义上优于TT和TDQ法。对目前广泛使用的需要预先测量速度的微震震源定位传统方法进行总结分析,将其归纳为2种数学形式,按其因变量为到时、到时差依次称为STT和STD法。通过算例分析,对TT,TD及STT以及STD法在速度浮动误差为0,1%,2%,3%,4%,5%的6个水平进行误差分析比较。研究发现,对于在传感器阵列内的震源,TD法的定位精度最高。TT和TD法无需预先给定速度,不受速度的影响,绝对距离误差区间分别为0～1.013 4和0.01～0.014 m。由此可见,TD法较稳定;STT和STD法在给定速度真值时,绝对距离误差为0～0.981 m;但当传统方法在给速度一个较小的误差1%～5%下,会导致较大的定位误差,较大的达到24.27 m。最后,对新方法在建有微震监测系统的冬瓜山铜矿进行验证,通过爆破模拟微震源,微震监测系统接受爆破信号,通过不同区域的3次爆破试验研究发现,TD法的定位精度最高,它在不需要预先测量速度的情况下,无论3个坐标各自的均值还是绝对距离误差均小于STT,STD和TT法。可见,TD法具有较高的定位精度,算法稳定,定位中只需传感器坐标及时间差即可,是合理可靠的,消除传统定位方法中速度误差给定位带来的影响。

关键词：岩石力学深井矿山微震波速声发射传感器

Mechanical properties of rock under coupled static-dynamic loads

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2009年第1期1卷 41-47页

作者： xibing li Zilong Zhou Fujun Zhao Yujun Zuo Chunde Ma Zhouyuan Ye liang Hong School of Resources and Safety Engineering Central South University Changsha 410083 China Hunan Key Laboratory of Resources Exploitation and Hazard Control for Deep Metal Mines Central South University Changsha 410083 China

Rock drilling machine,INSTRON testing system,and SHPB device are updated to investigate the characteristics of rocks at great depth,with high loads from overburden,tectonic stresses and dynamic impacts due to blasting and *** is verified that these testing systems can be used to study the mechanical properties of rock material under coupled static and dynamic loading condition and give useful guidance for the deep mining and underground cavern *** tests to determine the rock strength,fragmentation behavior,and energy absorption were conducted using the updated testing *** is shown that under coupled static-dynamic loads,if the axial prestress is lower than its elastic limit,the rock strength is higher than the individual static or dynamic *** the same axial prestress,rock strength under coupled loads rises with the increasing strain *** coupled static and dynamic loads,rock is observed to fail with tensile *** shear failure may exist if axial prestress is high *** addition,it is shown that the percentage of small particles increases with the increasing axial prestress and impact load based on the analysis of the particle-size distribution of *** is also suggested that the energy absorption ratio of a specimen varies with coupled loads,and the maximum energy absorption ratio for a rock can be obtained with an appropriate combination of static and dynamic loads.

关键词： rock dynamic testing system coupled static-dynamic loads strength fragmentation energy absorption

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温压耦合作用下岩石动态破坏过程和机制研究

岩石力学与工程学报 2012年第A01期31卷 2814-2820页

作者：尹土兵李夕兵宫凤强周子龙高科中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中南大学深部金属矿产开发与灾害控制湖南省重点实验室湖南长沙410083

温压耦合是深部岩石(体)的典型赋存环境。为揭示温压耦合下岩石的力学特性和破坏规律,采用实验和数值仿真相结合,研究岩石在不同温度和轴向静压力作用下的动态破坏过程,数值模拟再现温压耦合作用下岩石动态破坏性质的变化规律,给出温压... 详细信息

温压耦合是深部岩石(体)的典型赋存环境。为揭示温压耦合下岩石的力学特性和破坏规律,采用实验和数值仿真相结合,研究岩石在不同温度和轴向静压力作用下的动态破坏过程,数值模拟再现温压耦合作用下岩石动态破坏性质的变化规律,给出温压耦合作用下岩石的动态破坏模式以及不同温度和不同轴向静压作用下破坏形态的差异。结果表明,在温度作用下,岩石发生膨胀导致热应力的产生;在相同轴向静压、不同温度作用下岩石的破坏形式相似,但是随着温度的升高,试样表面自由膨胀引起应力释放,而在试样内部会产生应力聚集,破碎更为粉碎。

关键词：岩石力学数值模拟温压耦合岩石冲击动力学

含预制裂隙大理岩SHPB动态力学破坏特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2017年第12期36卷 2872-2883页

作者：李地元韩震宇孙小磊李夕兵中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

为了研究端部裂隙形态对岩石动态力学特性以及裂纹扩展的影响,利用50 mm×50 mm圆柱形大理岩加工含不同裂隙倾角的试样,在50 mm杆径分离式霍普金森压杆(SHPB)试验平台上进行冲击加载试验,并使用高速摄影仪实时记录裂纹扩展以及动态破坏... 详细信息

为了研究端部裂隙形态对岩石动态力学特性以及裂纹扩展的影响,利用50 mm×50 mm圆柱形大理岩加工含不同裂隙倾角的试样,在50 mm杆径分离式霍普金森压杆(SHPB)试验平台上进行冲击加载试验,并使用高速摄影仪实时记录裂纹扩展以及动态破坏全过程。研究表明,大理岩的动态抗压强度、峰值应变、动态弹性模量等力学参数随预制裂隙倾角增大整体呈先减小后增大的趋势;裂纹大多是从裂隙尖端或附近起裂,起裂裂纹为II型剪切裂纹或I–II型复合裂纹(拉剪复合裂纹),起裂角和起裂应力随着预制裂隙角度的增大分别呈M和W型变化,完整和90°裂隙试样最终呈劈裂拉伸破坏,45°裂隙试样呈拉剪复合型破坏,30°和60°裂隙试样呈剪切破坏,存在一个临界角度,临界角两侧裂纹扩展特性表现出较好的对称性;随着预制裂隙角度的增大,岩石的能量吸收率先增大后减小,当端部裂隙与端面成适当角度,会使能量吸收率最大,可以有效提高破岩效率。

关键词：岩石力学分离式霍普金森压杆大理岩裂隙倾角裂纹扩展破坏模式能量耗散

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无衬砌隧道压力拱的变化规律

地下空间与工程学报 2017年第1期13卷 141-145页

作者：徐泽沛李夕兵长沙理工大学土木与建筑学院长沙410004 中南大学资源与安全工程学院长沙410083

结合衬砌与围岩的相互作用,分析无衬砌隧道开挖后压力拱的形成过程,根据隧道衬砌后应力位移的分布规律来研究衬砌施工时间对隧道压力拱的影响,得到如下结论:隧道开挖后,不进行衬砌施工,应力重新分布后顶部水平应力和侧边垂直应力增大,... 详细信息

结合衬砌与围岩的相互作用,分析无衬砌隧道开挖后压力拱的形成过程,根据隧道衬砌后应力位移的分布规律来研究衬砌施工时间对隧道压力拱的影响,得到如下结论:隧道开挖后,不进行衬砌施工,应力重新分布后顶部水平应力和侧边垂直应力增大,顶部垂直应力和侧边水平应力减小;随着时间的发展,形成的压力拱的垂直外界基本不变,垂直内界逐渐减小,水平内外界逐渐减小,压力拱拱体内最大应力均逐渐增大;隧道围岩较好时,衬砌时间选在稳定压力拱形成的时间,而围岩较差时,衬砌时间选在隧道压力拱开始形成的时间。

关键词：无衬砌隧道压力拱围岩衬砌时间