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Cyclic shear behavior of en-echelon joints under constant normal stiffness conditions

Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第9期16卷 3419-3436页

作者： Bin Wang Yujing Jiang qiangyong zhang Hongbin Chen Richeng Liu Yuanchao zhang Graduate School of Engineering Nagasaki UniversityNagasaki852-8521Japan Research Center of Geotechnical and Structural Engineering Shandong UniversityJi’nan250061China State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhou221116China College of Civil Engineering Fuzhou UniversityFuzhou350108China

To reveal the mechanism of shear failure of en-echelon joints under cyclic loading,such as during earthquakes,we conducted a series of cyclic shear tests of en-echelon joints under constant normal stiffness(CNS)*** analyzed the evolution of shear stress,normal stress,stress path,dilatancy characteristics,and friction coefficient and revealed the failure mechanisms of en-echelon joints at different *** results show that the cyclic shear behavior of the en-echelon joints is closely related to the joint angle,with the shear strength at a positive angle exceeding that at a negative angle during shear *** the number of cycles increases,the shear strength decreases rapidly,and the difference between the varying angles gradually *** occurs in the early shear cycles(1 and 2),while contraction is the main feature in later cycles(310).The friction coefficient decreases with the number of cycles and exhibits a more significant sensitivity to joint angles than shear *** joint angle determines the asperities on the rupture surfaces and the block size,and thus determines the subsequent shear failure mode(block crushing and asperity degradation).At positive angles,block size is more greater and asperities on the rupture surface are smaller than at nonpositive ***,the cyclic shear behavior is controlled by block crushing at positive angles and asperity degradation at negative angles.

关键词： En-echelon joint Cyclic shear tests Shear stress Normal displacement Constant normal stiffness(CNS)

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Effects of joint persistence and testing conditions on cyclic shear behavior of en-echelon joints under CNS conditions

Rock Mechanics Bulletin

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Rock Mechanics Bulletin 2024年第4期3卷 123-141页

作者： Bin Wang Yujing Jiang qiangyong zhang Hongbin Chen Research Center of Geotechnical and Structural Engineering Shandong UniversityJinan250061China Graduate School of Engineering Nagasaki UniversityNagasaki852-8521Japan

Cyclic shear tests on rock joints serve as a practical strategy for understanding the shear behavior of jointed rock masses under seismic *** explored the cyclic shear behavior of en-echelon and how joint persistence and test conditions(initial normal stress,normal stiffness,shear velocity,and cyclic distance)influence it through cyclic shear tests under CNS *** results revealed a through-going shear zone induced by cyclic loads,characterized by abrasive rupture surfaces and brecciated *** findings included that increased joint persistence enlarged and smoothened the shear zone,while increased initial normal stress and cyclic distance,and decreased normal stiffness and shear velocity,diminished and roughened the brecciated *** strength decreased across shear cycles,with the most significant reduction in the initial shear *** ten cycles,the shear strength damage factor D varied from 0.785 to *** strength degradation was particularly sensitive to normal stiffness and cyclic *** joint persistence,high initial normal stress,high normal stiffness,slow shear velocity,and large cyclic distance were the most destabilizing *** loads significantly compressed en-echelon joints,with compressibility highly dependent on normal stress and *** frictional coefficient initially declined and then increased under a rising cycle *** work provides crucial insights for understanding and predicting the mechanical response of en-echelon joints under seismic conditions.

关键词： Cyclic shear test Shear strength degradation Constant normal stiffness En-echelon joint Dilation characteristics

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厚及特厚煤层群采动影响下覆岩运动特征探究

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矿业研究与开发 2024年第7期44卷 64-71页

作者：张强勇冯雪峰陈长鹏张修峰山东大学岩土与地下工程研究院山东济南250061 山东能源集团有限公司山东济南250014

以新疆硫磺沟煤矿(4-5)02工作面、(9-15)06工作面、(9-15)08工作面为研究对象,借助UDEC数值模拟软件及现场监测数据,探究厚及特厚煤层群开采过程中,煤层上覆岩层的运动特征及覆岩运动对下位煤层开采的影响。研究结果表明:覆岩运动在多... 详细信息

以新疆硫磺沟煤矿(4-5)02工作面、(9-15)06工作面、(9-15)08工作面为研究对象,借助UDEC数值模拟软件及现场监测数据,探究厚及特厚煤层群开采过程中,煤层上覆岩层的运动特征及覆岩运动对下位煤层开采的影响。研究结果表明:覆岩运动在多层关键层控制作用的影响下呈现明显的“上弱下强”特点;关键层控制作用使得覆岩运动自下而上呈现明显的“低-中-高”渐次发展特征;上位煤层开采过程中上方坚硬砂岩不易发生断裂破坏,覆岩运动不完全,致使下位煤层开采过程中高、中位岩层将发生较大的断裂破坏,有较大的弹性能释放,对此应在上位煤层开采过程中,开展合理有效的顶板预裂等控制手段,避免下位煤层开采过程中有较大的能量释放。

关键词：厚及特厚煤层煤层群开采覆岩运动关键层控制数值模拟

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Numerical solution of oscillatory flow of Maxwell fluid in a rectangular straight duct

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2019年第11期40卷 1647-1656页

作者： Xuyang SUN Shaowei WANG Moli ZHAO qiangyong zhang Department of Engineering Mechanics School of Civil Engineering Shandong University

A numerical analysis is presented for the oscillatory flow of Maxwell fluid in a rectangular straight duct subjected to a simple harmonic periodic pressure *** numerical solutions are obtained by a finite difference scheme *** stability of this finite difference scheme method is *** distributions of the velocity and phase difference are given numerically and *** effects of the Reynolds number,relaxation time,and aspect ratio of the cross section on the oscillatory flow are *** results show that when the relaxation time of the Maxwell model and the Reynolds number increase,the resonance phenomena for the distributions of the velocity and phase difference enhance.

关键词： Maxwell fluid oscillatory flow finite difference method rectangular duct

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弹性地基梁杆系有限元法在深大基坑工程支护设计中的应用

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建筑结构学报 2005年第3期26卷 114-117,121页

作者：张强勇山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

由于弹性地基梁法能够反映支挡结构与土的相互作用,并可有效考虑基坑开挖、回填过程中各种基本因素和复杂情况对支护结构内力和变形的影响,本文根据Winkler弹性地基梁的计算原理和方法,编制了弹性杆系有限元计算程序,对深圳市民广场深... 详细信息

由于弹性地基梁法能够反映支挡结构与土的相互作用,并可有效考虑基坑开挖、回填过程中各种基本因素和复杂情况对支护结构内力和变形的影响,本文根据Winkler弹性地基梁的计算原理和方法,编制了弹性杆系有限元计算程序,对深圳市民广场深大基坑桩锚支护结构进行了设计计算,获得了支护桩桩身位移和弯矩随开挖过程的分布变化规律,计算结果有效指导和优化了基坑支护设计,保证了基坑和邻近基坑的地铁区间隧道结构的安全,支护设计取得了显著的经济效益。

关键词：弹性地基梁杆系支护设计显著的经济效益有限元法基坑工程隧道结构

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大岗山地下厂房洞室群围岩力学参数的动态反演与开挖稳定性分析研究

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土木工程学报 2015年第5期48卷 90-97页

作者：张强勇向文杨佳山东大学山东济南250061

岩体力学参数是影响地下工程围岩稳定的重要因素,随着地下洞室开挖进度的发展,岩体力学参数将产生明显变化。为实时反映开挖过程中围岩的力学参数变化,建立正交试验设计效应优化位移反分析法,应用该方法对大岗山水电站地下厂房洞群分步... 详细信息

岩体力学参数是影响地下工程围岩稳定的重要因素,随着地下洞室开挖进度的发展,岩体力学参数将产生明显变化。为实时反映开挖过程中围岩的力学参数变化,建立正交试验设计效应优化位移反分析法,应用该方法对大岗山水电站地下厂房洞群分步开挖过程中围岩的力学参数进行实时动态反演。利用动态反演的力学参数对各开挖层围岩进行稳定性分析,揭示出洞群开挖过程中围岩位移场、应力场和塑性区的变化规律,反演计算位移值与实测位移值吻合较好。根据分步开挖计算结果,提出地下厂房洞室群的加固处理建议,并及时反馈给设计单位,实时指导和优化工程的设计与施工。

关键词：大岗山地下厂房正交试验设计效应优化力学参数动态反演围岩稳定性分析

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溪洛渡地下厂房施工开挖的弹塑性损伤及岩锚支护计算

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岩土工程学报 1999年第5期21卷 583-585页

作者：张强勇朱维申深圳市地质局岩土工程设计研究所深圳518031 中国科学院武汉岩土力学研究所武汉430071

根据建立的弹塑性损伤本构模型及岩锚支护模型对溪洛渡地下厂房洞室群施工开挖稳定性进行了三维非线性有限元计算，获得了一些有益的工程结论。

关键词：裂隙岩体弹塑性损伤岩锚支护稳定性

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超高压智能数控真三维加载模型试验系统的研制及应用

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岩石力学与工程学报 2016年第8期35卷 1628-1637页

作者：张强勇向文张岳王超刘传成山东大学岩土工程中心山东济南250061 山东大学土建与水利学院山东济南250061

随着世界对矿物资源和能源需求的增加,人类地下开采活动不断走向地球深部。为了揭示超深埋地下洞室在高地应力条件下的非线性变形特征与强度破坏机制,采用数控技术和光电装换技术研制了超高压智能数控真三维加载模型试验系统,该系统主... 详细信息

随着世界对矿物资源和能源需求的增加,人类地下开采活动不断走向地球深部。为了揭示超深埋地下洞室在高地应力条件下的非线性变形特征与强度破坏机制,采用数控技术和光电装换技术研制了超高压智能数控真三维加载模型试验系统,该系统主要由模型反力架、超高压加载系统、智能液压控制系统、模型位移自动采集系统、高清多探头窥视系统组成。系统额定出力63 MPa、最大加载45 000 kN、加载精度0.05 MPa。通过智能数控技术实现模型超高压真三维梯度非均匀加载;通过光电转换技术实现模型洞室任意部位位移的自动测试,位移测量精度0.001 mm;通过高清多探头窥视系统实时动态观测模型洞室的破坏状况。利用研制的整套模型试验系统对新疆塔河油田超深埋油藏溶洞的成型垮塌破坏过程进行相似材料三维地质力学模型验,揭示出古溶洞成型垮塌破坏模式、非线性变形特征和应力变化规律。通过地质力学模型试验验证超高压智能数控真三维加载模型试验系统的可靠性,该系统在研究超深埋地下洞室的非线性变形破坏机制方面具有广泛的应用前景。

关键词：石油工程石油开采超高压加载系统智能液压控制系统模型位移自动采集系统超深埋油藏溶洞溶洞垮塌破坏模型试验

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片麻状花岗岩热黏弹塑性损伤蠕变模型及应用研究

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土木工程学报 2017年第8期50卷 88-97页

作者：张强勇向文江力宇张龙云山东大学岩土工程中心山东济南250061 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州310014 山东大学后勤保障部山东济南250100

随着地下工程开挖深度的增加,高地温和高地应力将导致岩石产生显著的蠕变变形,为保证地下洞室的施工和运行安全,研究温度-应力耦合作用下岩石蠕变力学特性具有十分重要的作用。以新疆齐热哈塔尔水电站引水隧洞高温段的片麻状花岗岩为研... 详细信息

随着地下工程开挖深度的增加,高地温和高地应力将导致岩石产生显著的蠕变变形,为保证地下洞室的施工和运行安全,研究温度-应力耦合作用下岩石蠕变力学特性具有十分重要的作用。以新疆齐热哈塔尔水电站引水隧洞高温段的片麻状花岗岩为研究对象,通过不同温度和应力作用的三轴蠕变试验,获得了考虑不同温度影响的片麻状花岗岩的蠕变变形规律。基于蠕变试验成果,提出了考虑热力耦合作用的热黏弹塑性损伤蠕变模型,建立了片麻状花岗岩的热黏弹塑性损伤蠕变本构关系,推导了其一维和三维热黏弹塑性损伤蠕变方程,有效反演获得岩石的蠕变力学参数,揭示出典型高、中、低应力状态下温度对片麻状花岗岩蠕变特性的影响规律,研究成果为工程长期稳定性分析提供了重要理论依据。

关键词：引水隧洞片麻状花岗岩热力耦合作用损伤蠕变特性热黏弹塑性损伤蠕变模型

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基于应变梯度理论的分区破裂机制分析研究

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岩石力学与工程学报 2016年第4期35卷 724-734页

作者：张绪涛张强勇向文高强赵茉莉山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 聊城大学建筑工程学院山东聊城252059

随着地下工程开挖深度的增加,深部洞室围岩中将出现与浅埋洞室破坏模式迥异的分区破裂现象。为进一步研究分区破裂现象的形成机制,基于应变梯度理论和连续损伤力学建立分区破裂弹性损伤软化模型,推导考虑平面外应力影响的准平面应变问... 详细信息

随着地下工程开挖深度的增加,深部洞室围岩中将出现与浅埋洞室破坏模式迥异的分区破裂现象。为进一步研究分区破裂现象的形成机制,基于应变梯度理论和连续损伤力学建立分区破裂弹性损伤软化模型,推导考虑平面外应力影响的准平面应变问题的平衡方程和边界条件,应用Matlab求得深部洞室围岩中径向位移、径向应变和应力的波峰和波谷交替出现的振荡型变化规律。理论计算值与地质力学模型试验实测值在量值与变化规律两方面均符合较好,这证实了分区破裂弹性损伤软化模型在解释深部岩体分区破裂问题中的适用性。深部洞室围岩中应力场的波峰和波谷交替出现的振荡型变化规律是导致分区破裂现象出现的关键原因。

关键词：岩石力学深部岩体分区破裂应变梯度理论振荡型变化规律地质力学模型试验

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