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Three-dimensional finite element simulation and reconstruction of jointed rock models using CT scanning and photogrammetry

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第4期16卷 1348-1361页

作者： yingxian lang Zhengzhao Liang Zhuo Dong State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering Dalian University of TechnologyDalian116024China School of Energy Science and Engineering Henan Polytechnic UniversityJiaozuo454003China

The geometry of joints has a significant influence on the mechanical properties of *** simplify the curved joint shapes in rocks,the joint shape is usually treated as straight lines or planes in most laboratory experiments and numerical *** this study,the computerized tomography (CT) scanning and photogrammetry were employed to obtain the internal and surface joint structures of a limestone sample,*** describe the joint geometry,the edge detection algorithms and a three-dimensional (3D) matrix mapping method were applied to reconstruct CT-based and photogrammetry-based jointed rock *** comparison tests,the numerical uniaxial compression tests were conducted on an intact rock sample and a sample with a joint simplified to a plane using the parallel computing *** results indicate that the mechanical characteristics and failure process of jointed rocks are significantly affected by the geometry of *** presence of joints reduces the uniaxial compressive strength (UCS),elastic modulus,and released acoustic emission (AE) energy of rocks by 37%–67%,21%–24%,and 52%–90%,*** to the simplified joint sample,the proposed photogrammetry-based numerical model makes the most of the limited geometry information of *** UCS,accumulative released AE energy,and elastic modulus of the photogrammetry-based sample were found to be very close to those of the CT-based *** UCS value of the simplified joint sample (i.e.38.5 MPa) is much lower than that of the CT-based sample (i.e.72.3 MPa).Additionally,the accumulative released AE energy observed in the simplified joint sample is 3.899 times lower than that observed in the CT-based *** scanning provides a reliable means to visualize the joints in rocks,which can be used to verify the reliability of photogrammetry *** application of the photogrammetry-based sample enables detailed analysis for estimating the mechanical properties of jointed rocks.

关键词： X-ray computerized tomography(CT)scanning Photogrammetry Parallel computing Numerical simulation Uniaxial compression test Digital image processing

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岩体结构面对应力波传播及动态破坏影响研究

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地下空间与工程学报 2023年第6期19卷 1896-1906页

作者：郎颖娴梁正召钱希坤董卓武娜大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 东北财经大学投资工程管理学院辽宁大连116025 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003

岩体内不连续结构面对爆炸应力波的传播具有重要影响,目前关于结构面充填物力学性质对爆炸应力波传播与动态裂缝扩展演化的影响机制尚不明确。通过构建包含不同类型结构面的岩体数值模型,研究了在地应力和爆炸动荷载共同作用下结构面充... 详细信息

岩体内不连续结构面对爆炸应力波的传播具有重要影响,目前关于结构面充填物力学性质对爆炸应力波传播与动态裂缝扩展演化的影响机制尚不明确。通过构建包含不同类型结构面的岩体数值模型,研究了在地应力和爆炸动荷载共同作用下结构面充填物力学性质对爆炸应力波传播及动态破坏模式的影响,同时进行了含多组结构面煤岩爆破数值模拟。通过对爆炸损伤及各监测点应力分析表明,爆炸应力波在结构面处的反射作用随着结构面充填物力学性质的减弱而逐渐增强,而透射作用则随着结构面充填物力学性质的减弱而逐渐减弱。反射作用将导致结构面迎波面形成典型的“反射拉伸裂缝”“层裂裂缝”“末端转向裂缝”,进而加剧该区域岩体的破坏程度;透射作用会导致结构面自身破坏及在背波面处形成宏观径向爆炸裂缝。模型2~5(含结构面)中区域Ⅱ内(含结构面一侧)形成的“主裂缝”数量比区域Ⅰ(不含结构面一侧)增长60%~75%左右,模型3中爆炸裂缝扩展总长度最大。煤岩爆炸数值模拟结果表明,随着结构面数量的增加,其对爆炸裂缝扩展形态及爆炸效果起控制作用。研究结果可为工程爆破施工设计、冲击地压防治和岩爆灾害等提供一定技术支撑依据。

关键词：岩石力学结构面充填物数值模拟爆炸应力波裂缝动态扩展

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