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水岩作用下岩体裂纹亚临界扩展

中国有色金属学报 2015年第5期25卷 1325-1331页

作者：曹平陈绍名中南大学资源与安全工程学院长沙410083

亚临界裂纹扩展是岩体工程时间相依性的主要原因之一,利用Inston1342型电液伺服材料试验机,采用常位移松弛法分别进行自然状态以及饱水状态下岩块的亚临界裂纹扩展实验,获得了两种环境下岩石裂纹扩展速率v与应力强度因子KI的关系及亚临... 详细信息

亚临界裂纹扩展是岩体工程时间相依性的主要原因之一,利用Inston1342型电液伺服材料试验机,采用常位移松弛法分别进行自然状态以及饱水状态下岩块的亚临界裂纹扩展实验,获得了两种环境下岩石裂纹扩展速率v与应力强度因子KI的关系及亚临界裂纹扩展参数,研究水对岩石亚临界裂纹扩展规律的影响,并对两种环境下亚临界裂纹扩展参数进行了对比分析。结果表明:两种环境下岩石的lgKI-lgv有较好的线性规律,岩石的亚临界裂纹扩展速率与裂纹尖端应力强度因子服从幂函数关系;在双对数坐标空间中,含饱和水试件的lgKI-lgv曲线位于空气中试件lgKI-lgv曲线的左上角,含饱和水试件的曲线斜率较空气中试件的减小,而截距增加。在同一应力强度因子水平上,含饱和水试件的裂纹扩展速度大,表明水加速了岩体亚临界裂纹扩展。该实验结果可为水化学作用下复杂岩体的稳定性分析提供可靠依据。

关键词：双扭试件常位移松弛法水化学作用亚临界裂纹扩展应力强度因子

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爆破荷载下巷道关键块体区间的非概率可靠性

中国有色金属学报 2017年第2期27卷 325-334页

作者：高赛红曹平汪胜莲陈瑜中南大学资源与安全工程学院长沙410083 江西理工大学应用科学学院赣州341000

在关键块体稳定性的研究过程中,传统方法需要通过力学试验获得岩体力学参数,然而由于岩体结构复杂,力学试验样本数量有限,很难确定某一个力学参数的概率密度分布,严重影响传统随机概率可靠性分析方法的准确性。当采用区间非概率可靠性... 详细信息

在关键块体稳定性的研究过程中,传统方法需要通过力学试验获得岩体力学参数,然而由于岩体结构复杂,力学试验样本数量有限,很难确定某一个力学参数的概率密度分布,严重影响传统随机概率可靠性分析方法的准确性。当采用区间非概率可靠性分析方法计算可靠度时,通常采用区间数来表示参数的取值,能够较好地反映样本数据较少时参数取值的不确定性,确定某一参数的取值范围比确定参数的概率分布容易。根据区间数学理论,采用区间数表示参数取值,在分析参数取值特性基础上,采用岩体区间强度值,以此反映围岩可靠性分析的不确定性特征。通过探讨区间非概率可靠性指标求解方法,建立爆破荷载下区间可靠性综合分析模型。将提出的方法应用到具体工程中。结果表明:区间非概率可靠性分析与安全系数区间范围和随机可靠度相比,具有无需求解概率密度函数,通过较少样本的区间表示即可实现可靠性分析,能够表征关键块体整体稳定可靠特征的优点。

关键词：爆破荷载损伤巷道关键块体区间非概率可靠性

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软岩边坡锚索预应力定量损失规律研究

岩石力学与工程学报 2013年第8期32卷 1685-1691页

作者：陈沅江尹进胡毅夫中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

预应力锚索是各类永久性岩质边坡最有效的加固手段之一,但其预应力损失使锚索锚固效果难以保证。以一高速公路软岩边坡支护工程为依托,通过现场实测分析,得到锚索预应力的定量损失规律:锚索预应力损失分为瞬时损失和时程损失。前者可达... 详细信息

预应力锚索是各类永久性岩质边坡最有效的加固手段之一,但其预应力损失使锚索锚固效果难以保证。以一高速公路软岩边坡支护工程为依托,通过现场实测分析,得到锚索预应力的定量损失规律:锚索预应力损失分为瞬时损失和时程损失。前者可达到初始张拉荷载的8%左右;后者又可分为短期和长期损失,其中长期损失的损失量可达到锚索初始张拉荷载的15%左右,该过程约需50 d以上时间完成。分析所得结果为预应力锚索定量补偿张拉和超张拉提供了理论依据,可为同类软岩边坡支护工程提供有益参考。

关键词：边坡工程软岩边坡支护预应力锚索预应力损失定量规律

含水率和固结压力对非饱和重塑湖泥力学性质的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第3期47卷 923-928页

作者：曹平欧可韩东亚张科中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

基于江西省城门山铜矿湖底采矿特殊的工程背景,研究湖泥在堆土固结后力学性质的变化规律及影响因素。进行6组不同含水率和4组前期固结压力下非饱和重塑湖泥的直剪试验,分析不同含水率和前期固结压力对重塑湖泥抗剪强度的影响。研究结果... 详细信息

基于江西省城门山铜矿湖底采矿特殊的工程背景,研究湖泥在堆土固结后力学性质的变化规律及影响因素。进行6组不同含水率和4组前期固结压力下非饱和重塑湖泥的直剪试验,分析不同含水率和前期固结压力对重塑湖泥抗剪强度的影响。研究结果表明：在相同的前期固结压力下,在试验研究的含水率范围内,重塑湖泥的黏聚力和内摩擦角均随着含水率的增大而减小,且黏聚力和含水率之间基本呈负线性相关关系,拟合相关系数〉0.92,与其他含水率范围相比,重塑湖泥抗剪强度在含水率为18.62%~21.76%范围内受其变化影响更大;在相同的最终含水率下,重塑湖泥黏聚力随前期固结压力呈幂指数函数关系,而内摩擦角的变化由于存在突变,并无一定的变化规律;不同初始含水率的重塑湖泥在300 k Pa和400 k Pa固结压力下固结96 h后,最终含水率都接近于塑限（18.5%）,反算得到最佳湖泥填土高度为14 m。

关键词：直剪实验重塑湖泥抗剪强度含水率固结压力

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堆载和桩顶荷载组合作用下的桩土响应分析

中南大学学报（自然科学版） 2017年第1期48卷 177-183页

作者：韩东亚曹平林杭范文臣中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

桩侧负摩阻力是影响桩基工作性能的重要因素,而堆载和桩顶荷载对桩侧摩阻力的分布影响很大,为了研究其组合作用机理,采用拉格朗日差分法分析堆载和桩顶荷载组合作用下桩侧摩阻力分布、中性点位置变化规律以及桩体轴力分布。研究结果表明... 详细信息

桩侧负摩阻力是影响桩基工作性能的重要因素,而堆载和桩顶荷载对桩侧摩阻力的分布影响很大,为了研究其组合作用机理,采用拉格朗日差分法分析堆载和桩顶荷载组合作用下桩侧摩阻力分布、中性点位置变化规律以及桩体轴力分布。研究结果表明:负摩阻力主要出现在0.37~0.64倍桩长位置;当堆载小于或等于60 k Pa时,负摩阻力沿桩身向下先增大后减小并逐渐过渡到正摩阻力;当堆载大于60 k Pa时,负摩阻力沿桩身向下逐渐减小然后过渡到正摩阻力;桩体最大轴应力与堆载和桩顶荷载具有明显的二元线性相关性;中性点位置变化规律受桩顶荷载和堆载组合值的影响,根据此规律得出二元方程式,可用于快速估算中性点的位置。

关键词：堆载桩顶荷载数值分析负摩阻力中性点

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深埋高侧压巷道底鼓机理分析及控制

中南大学学报（自然科学版） 2017年第2期48卷 457-464页

作者：曹平李好月钟涌芳王飞中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

通过理论分析、数值计算、力学推导、现场试验等方法,完成深部不同侧压下的巷道底鼓过程模拟,研究高侧压巷道的底板变形规律,进行巷道底板与钢管梁共同作用的机理分析及模型转换计算,实现多梁联合控制底鼓设计方案的验证。研究结果表明... 详细信息

通过理论分析、数值计算、力学推导、现场试验等方法,完成深部不同侧压下的巷道底鼓过程模拟,研究高侧压巷道的底板变形规律,进行巷道底板与钢管梁共同作用的机理分析及模型转换计算,实现多梁联合控制底鼓设计方案的验证。研究结果表明:底板两侧受高水平应力的作用向裸露面发生弯曲,其过程分为加速形变、匀速形变、过渡形变和最终稳定4个阶段;随侧压系数λ增大,底鼓现象加重,当0.52.0时,变化速率减缓,但仍呈增加趋势;采用钢管梁横撑底板两帮,可减弱两帮向内收敛挤压底板的趋势,能提供横向支护反力以抵抗底板变形;沿巷道走向布置钢管梁,构成多梁联合控制体系,使单梁的控制范围实现区域重叠,可以增强底板整体抗弯曲变形能力。

关键词：采矿工程侧压系数巷道底鼓底鼓控制

岩石亚临界裂纹扩展应力强度因子Williams级数计算及数值模拟

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第11期45卷 3949-3956页

作者：郝瑞卿李江腾曹平廖峻刘博中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

引入Williams级数,提出一种计算双扭试验中应力强度因子的新方法,并运用ANSYS数值模拟软件,对双扭试验进行数值模拟。通过理论分析和数值模拟2种方法,分别计算大理岩和花岗岩在亚临界裂纹扩展中的应力强度因子IK?和IK?。同时,将理论分... 详细信息

引入Williams级数,提出一种计算双扭试验中应力强度因子的新方法,并运用ANSYS数值模拟软件,对双扭试验进行数值模拟。通过理论分析和数值模拟2种方法,分别计算大理岩和花岗岩在亚临界裂纹扩展中的应力强度因子IK?和IK?。同时,将理论分析和数值模拟所得的应力强度因子IK?和IK?与试验所得的应力强度因子IK进行比较。研究结果表明:理论分析、数值模拟与试验这3种方法所得的应力强度因子均随裂纹的扩展而减小,与断裂力学理论相符;对于同一种岩石试样,理论分析所得的IK?与试验所得的IK的拟合曲线相比斜率偏小,但偏差较小;模拟所得的IK?与试验所得的IK的拟合曲线斜率基本一致,说明理论分析、数值模拟与试验过程中应力强度因子减小规律相同,能反映试验的基本过程,可见理论分析与数值模拟结果可靠,能为岩土工程稳定与时间的相关性研究提供依据。

关键词：应力强度因子双扭试验 Williams级数亚临界裂纹扩展数值模拟

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昔格达组黏土岩和粉砂岩现场直剪试验研究

中南大学学报（自然科学版） 2014年第10期45卷 3544-3550页

作者：周罕曹平张科中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 云南铜业(集团)有限公司云南昆明650051

通过昔格达组黏土岩和粉砂岩自然状态与饱水状态下的现场直接剪切试验,获得不同法向应力及含水率下的剪应力-剪切变形曲线,对这几组曲线特征进行对比分析和总结,采用最小二乘法对自然状态与饱水状态下的抗剪强度参数进行求解。最后,从... 详细信息

通过昔格达组黏土岩和粉砂岩自然状态与饱水状态下的现场直接剪切试验,获得不同法向应力及含水率下的剪应力-剪切变形曲线,对这几组曲线特征进行对比分析和总结,采用最小二乘法对自然状态与饱水状态下的抗剪强度参数进行求解。最后,从亲水性矿物化学腐蚀反应的角度出发,分析了水对昔格达组黏土岩和粉砂岩的损伤机理。试验结果表明:昔格达组地层的剪切变形过程可大致分为3个阶段。昔格达组黏土岩和粉砂岩的剪切强度随着法向应力的增大而增大,随着含水率的增大而减小;水对黏聚力的弱化程度比内摩擦角更显著,粉砂岩强度参数衰减幅度比黏土岩大。现场直剪试验测得的强度参数大于室内测试结果,边坡稳定性评价中黏聚力和内摩擦角取值应充分考虑现场试验结果,减少设计的保守性。

关键词：昔格达组地层黏土岩粉砂岩现场直剪试验抗剪强度

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深部高侧压巷道围岩失稳机理及控制对策

岩土工程学报 2016年第12期38卷 2262-2271页

作者：曹平李好月中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

针对金川矿山958中段出现的巷道破坏现象,运用理论分析、力学推导、数值计算、工程试验等方法,模拟不同侧压下巷道围岩变形过程,揭示围岩失稳机制及支护失效机理,探究高侧压巷道稳定控制对策,提出"拱梁联合支护"方案,完善锚固作用下"围... 详细信息

针对金川矿山958中段出现的巷道破坏现象,运用理论分析、力学推导、数值计算、工程试验等方法,模拟不同侧压下巷道围岩变形过程,揭示围岩失稳机制及支护失效机理,探究高侧压巷道稳定控制对策,提出"拱梁联合支护"方案,完善锚固作用下"围岩承压拱"计算模式,构建"底板—桁架梁"力学模型,并通过解析微分控制方程进行支护参数反演。调查研究表明,巷道顶底板变形比重与侧压系数?呈非线性正相关,围岩受力状态及位移形变随?变化;高水平构造应力、骤变部位集中应力是低相对强度围岩失稳和高关联度支护体失效的主要诱因;兼顾局部和整体强度关系、改善不良应力状态、增强围岩承载能力为高侧压巷道稳定性控制的关键;锚杆应力维体与围岩相互作用形成承压拱可分消应力作用;底板桁架梁横撑底脚,减弱两帮向内收敛挤压趋势。监测结果显示,巷道变形速率减缓和变形幅度降低,整体稳定得到控制。

关键词：深部巷道高侧压围岩失稳支护失效联合支护