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Effect of intermittent joint distribution on the mechanical and acoustic behavior of rock masses

Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第4期16卷 1231-1244页

作者： shuaiyang fu Haibo Li Liwang Liu Di Wu Ben Wang State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering Institute of Rock and Soil MechanicsChinese Academy of SciencesWuhan430071China University of Chinese Academy of Sciences Beijing100049China

The mechanical characteristics and acoustic behavior of rock masses are greatly influenced by stochastic *** this study,numerical models of rock masses incorporating intermittent joints with different numbers and dip angles were produced using the finite element method(FEM)with the intrinsic cohesive zone model(ICZM).Then,the uniaxial compressive and wave propagation simulations were *** results indicate that the joint number and dip angle can affect the mechanical and acoustic properties of the *** uniaxial compressive strength(UCS)and wave velocity of rock masses decrease monotonically as the joint number ***,the wave velocity grows monotonically as the joint dip angle *** the joint dip angle is 45°–60°,the UCS of the rock mass is lower than that of other dip *** wave velocity parallel to the joints is greater than that perpendicular to the *** the dip angle of joints remains unchanged,the UCS and wave velocity are positively *** the joint dip angle increases,the variation amplitude of the UCS regarding the wave velocity *** reveal the effect of the joint distribution on the velocity,a theoretical model was also *** to the theoretical wave velocity,the change in wave velocity of models with various joint numbers and dip angles was consistent with the simulation ***,a theoretical indicator(*** tensor)was adopted to analyze the variation of the wave velocity and UCS.

关键词： Stochastic joints Intrinsic cohesive zone model Uniaxial compressive strength(UCS) Wave propagation Fabric tensor

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基于波速场反演的爆破损伤区范围界定研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3257-3266页

作者：傅帅旸李海波吴迪王犇刘黎旺李晓锋中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

岩体爆破损伤区范围的量化界定对于爆破作用下地下工程围岩稳定性评价、基岩开挖损伤控制等具有重要意义。基于多模板快速行进法(multistencils fast marching methods,MSFM)与同步迭代重建技术(simultaneous iterative reconstructive ... 详细信息

岩体爆破损伤区范围的量化界定对于爆破作用下地下工程围岩稳定性评价、基岩开挖损伤控制等具有重要意义。基于多模板快速行进法(multistencils fast marching methods,MSFM)与同步迭代重建技术(simultaneous iterative reconstructive technique,SIRT),提出一种基于波速场反演定量确定岩体爆破损伤区范围的方法。通过对比反演所得波速场与已知波速场模型,验证所提方法的有效性。使用自主研发的OpenFDEM有限-离散元求解器进行爆破、波速测量模拟,采用自编程后处理程序处理波形数据,对爆破后模型的波速场进行重建。结合现行规范中岩体损伤表征的波速变化率判据,对比分析波速场中不同波速变化率区域与爆生裂纹区域。使用爆破损伤程度不同的区域等效半径与爆破孔半径之比,量化爆破损伤的范围。分别以波速变化率10%与15%作为岩体爆破轻微损伤以及完全损伤的阈值,爆破轻微损伤区及爆破损伤区等效半径与爆破孔半径之比分别为11.86与7.2左右。随着爆破荷载的增加,不同程度损伤区的形状逐渐变得不规则,等效半径增大。研究结果可为现场爆破损伤区范围的确定提供参考。

关键词：岩石力学爆破损伤区波速场反演多模板快速行进法同步迭代重建技术有限-离散元模拟

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基于DIC方法与声发射的花岗岩断裂过程区范围研究

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岩石力学与工程学报 2022年第12期41卷 2497-2508页

作者：傅帅旸李海波李晓锋中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 多伦多大学土木与矿物工程系多伦多M5S1A4

岩石在断裂过程中容易在裂纹尖端产生断裂过程区(fracture process zone,FPZ),断裂过程区的几何特征决定了岩石材料断裂特征和宏观力学行为,直接影响工程岩体的安全性和稳定性。为研究花岗岩断裂过程区的孕育特征及演化过程,在MTS液压... 详细信息

岩石在断裂过程中容易在裂纹尖端产生断裂过程区(fracture process zone,FPZ),断裂过程区的几何特征决定了岩石材料断裂特征和宏观力学行为,直接影响工程岩体的安全性和稳定性。为研究花岗岩断裂过程区的孕育特征及演化过程,在MTS液压伺服试验机上对带切口半圆盘试样进行三点弯I型加载试验。借助数字图像相关方法(digital image correlation,DIC)和声发射(acoustic emission,AE)定位技术对宏微观尺度下I型裂纹尖端的断裂过程区孕育过程进行研究。采用自编程的声发射信号识别与定位方法,得到微裂纹事件空间分布密度阈值和能量分布,确定微观尺度上断裂过程区的范围和外边界,结合宏观DIC方法得到岩石的断裂过程区的临界应变值εFPZ。同时,使用Irwin-Bazant模型确定试样完全发育的断裂过程区长度,并与试验结果进行对比。结合试样波速,进一步得到裂纹端部临界张开度解析解。结果表明:(1)试验所用岩石断裂过程区临界应变值为1.8‰左右;(2)断裂过程区长度理论值与试验值吻合良好,对于试验所用岩石,断裂过程区的理论长度为5.2~8.7 mm,试验结果为5.0~8.0 mm;(3)断裂过程区的边界可认为是沿裂纹扩展方向声发射能量由高能量突变并维持在低能量的位置。

关键词：岩石力学声发射数字图像相关方法断裂过程区裂纹张开度花岗岩

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