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充填节理岩石累积损伤动力压缩特性试验研究

岩石力学与工程学报 2020年第10期39卷 2025-2037页

作者：柴少波王昊井彦林贾能长安大学建筑工程学院陕西西安710064 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

充填节理的动态力学特性及其对应力波传播规律的影响是岩体工程响应和安全性评价的重要依据。由于现有对充填节理岩石累积损伤及动力强度弱化特性研究较少,研究对人工充填节理岩石试样展开了系列试验,分析了岩样累积冲击作用下的损伤演... 详细信息

充填节理的动态力学特性及其对应力波传播规律的影响是岩体工程响应和安全性评价的重要依据。由于现有对充填节理岩石累积损伤及动力强度弱化特性研究较少,研究对人工充填节理岩石试样展开了系列试验,分析了岩样累积冲击作用下的损伤演化规律及其对动态力学性能的影响。首先,利用简易落锤冲击装置对岩样进行多次预冲击试验,通过波速变化分析了充填节理岩样的累积损伤变化规律。在此基础上,对不同次数预冲击作用后的充填节理岩石试样进行了SHPB动态冲击破坏试验。通过试验结果,分别从岩样的强度变形特征、波传播特性以及能量耗散等方面分析了累积预冲击作用对充填节理岩石动态力学性能的影响。

关键词：岩石力学充填节理累积损伤动态压缩力学特性节理厚度

酸性干湿循环下充填节理岩石劣化性能试验研究

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岩土力学 2022年第11期43卷 2993-3002页

作者：柴少波宋浪刘欢阿比尔的柴连增长安大学建筑工程学院陕西西安710064 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074

为探究酸性干湿循环作用对充填节理岩石的损伤劣化规律,首先对预制充填节理岩石进行酸性和中性环境下不同次数的干湿循环前处理,再采用万能试验机和分离式Hopkinson杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)装置对其进行单轴压缩试验... 详细信息

为探究酸性干湿循环作用对充填节理岩石的损伤劣化规律,首先对预制充填节理岩石进行酸性和中性环境下不同次数的干湿循环前处理,再采用万能试验机和分离式Hopkinson杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)装置对其进行单轴压缩试验和动态冲击试验,对充填节理岩石纵波波速、静态抗压强度以及动态抗压强度的劣化效应进行分析,并进一步分析酸性和中性环境干湿循环作用下充填节理岩石动态冲击的破坏形态。结果表明,随着干湿循环次数的增加,无论是酸性环境还是中性环境,充填节理岩石的波速值、静态抗压强度以及动态抗压强度不断减小,劣化程度不断加剧,其中酸性干湿循环作用对静态抗压强度的劣化最显著;此外发现干湿循环作用下充填节理岩石静态、动态抗压强度与波速值之间均存在一致性较强的线性关系;酸性环境干湿循环作用下充填节理层粉化程度和两侧岩石破碎程度更严重。研究成果可为酸性环境干湿循环作用下工程岩体稳定性分析提供科学依据。

关键词：充填节理酸性环境干湿循环劣化效应动力特性

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水岩作用对充填节理岩石劣化的影响

吉林大学学报:地球科学版 2023年第5期53卷 1510-1520页

作者：柴少波宋浪周炜付晓东周永强长安大学建筑工程学院西安710064 湖南城市学院土木工程学院湖南益阳413000 中国科学院武汉岩土力学研究所武汉430071

为对比不同水岩作用对充填节理岩石损伤劣化的影响,对干湿循环和持续浸泡两种水岩作用下充填节理岩石进行波速测定、静态单轴压缩试验和动态单轴冲击试验。首先分析了两种水岩作用对充填节理岩石波速值、静态和动态抗压强度以及能量耗... 详细信息

为对比不同水岩作用对充填节理岩石损伤劣化的影响,对干湿循环和持续浸泡两种水岩作用下充填节理岩石进行波速测定、静态单轴压缩试验和动态单轴冲击试验。首先分析了两种水岩作用对充填节理岩石波速值、静态和动态抗压强度以及能量耗散特性劣化效应的影响,然后对比了干湿循环作用后不同状态(干燥和含水状态)下充填节理岩石力学参数劣化效应的差异性。结果表明:水岩作用次数小于10次时,干湿循环作用下岩样的波速值显著小于持续浸泡作用下岩样的波速值,但随着水岩作用次数的增加,两者波速值的差距不断缩小;充填节理岩石的静态抗压强度、动态抗压强度和能量耗散率随着水岩作用次数的增加而不断降低,在20次干湿循环和持续浸泡作用下,充填节理岩石的静态抗压强度分别降低了27.16%和18.94%,动态抗压强度分别降低了23.33%和21.76%,能量耗散率分别降低了74.29%和59.71%,可见干湿循环作用对充填节理岩石的损伤劣化相比于持续浸泡作用更大。此外,干湿循环作用下干燥状态岩样静态抗压强度比含水状态岩样强度高,而干燥状态岩样动态抗压强度却比含水状态岩样强度低。

关键词：水岩作用充填节理干湿循环持续浸泡压缩特性损伤劣化效应

地应力条件下黏弹性充填节理岩体中的应力波传播规律

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工程力学 2024年

作者：柴少波柴连增刘晋豪宋博阳李培长安大学建筑工程学院

考虑到地应力对充填节理岩体力学性能的影响以及岩体黏弹性所引起的应力波幅值衰减和时间延迟效应，本文基于时域递归分析法，引入应力波的品质因子，建立了考虑地应力条件下平面P波在黏弹性充填节理岩体中的传播方程。研究中充填节理... 详细信息

考虑到地应力对充填节理岩体力学性能的影响以及岩体黏弹性所引起的应力波幅值衰减和时间延迟效应，本文基于时域递归分析法，引入应力波的品质因子，建立了考虑地应力条件下平面P波在黏弹性充填节理岩体中的传播方程。研究中充填节理采用改进的三单元模型，并假定节理接触界面法向满足非线性双曲变形模型，切向满足线性模型。研究结果表明：随着地应力的增大，应力波的透射系数增大，能量损耗减小；充填节理倾角变化将改变入射角和节理的应力分布，进而对波传播特性产生影响；节理充填厚度的增加会加大应力波能量的损耗，透射系数相应减小；应力波的能量损耗随着频率的增大而明显减小，体现了对高频波的阻碍和过滤；随着节理接触界面初始刚度的增大，应力波的透射系数逐渐增大而反射系数逐渐减小，但能量损耗无明显变化。

关键词：应力波充填节理黏弹性岩体地应力透反射系数能量耗散

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充填节理岩体中应力波传播特性研究

合肥工业大学学报（自然科学版） 2021年第8期44卷 1073-1081页

作者：贾帅龙王志亮熊峰田诺成卢志堂合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009

在考虑节理接触面与充填材料共同变形的前提下,文章基于时域递归法推导了应力波在充填节理处的传播方程,并对其进行了对比验证;分析了节理接触界面刚度、节理厚度及入射角度对波在充填节理处传播特性的影响规律;依据应力均匀性假定,将... 详细信息

在考虑节理接触面与充填材料共同变形的前提下,文章基于时域递归法推导了应力波在充填节理处的传播方程,并对其进行了对比验证;分析了节理接触界面刚度、节理厚度及入射角度对波在充填节理处传播特性的影响规律;依据应力均匀性假定,将充填节理简化为不考虑厚度的位移不连续模型,考察了充填节理法向与切向力学性质的变化规律。结果表明:所推导的波传播方程计算值与相关研究结果吻合较好,通过迭代可求出反射波与透射波的数值解;在相同的节理厚度和波入射角度下,透射系数随节理接触界面刚度的增加而增大,反射系数则逐渐减小;不同节理厚度下等效法向与切向刚度均随接触面刚度的增加而增大,而随节理厚度增加,等效法向与切向刚度呈降低趋势。研究结果对揭示应力波在节理岩体中传播规律具有一定参考价值。

关键词：应力波时域递归法充填节理接触界面刚度位移不连续模型

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充填节理宏细观锚固破坏机理分析

中国科技论文 2019年第6期14卷 604-609页

作者：张振松张贤达王刚马明赵程山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 西藏大学工学院拉萨850012 同济大学土木工程学院上海200092

为分析充填节理的宏细观锚固破坏机理,利用颗粒流程序(PFC2D)生成6种上下面具有不同粗糙度的充填锚固节理面模型,探究其在剪切过程中宏细观破坏变化以及粗糙度对锚固充填节理抗剪强度的影响。研究结果表明:加载过程中充填物两侧颗粒位... 详细信息

为分析充填节理的宏细观锚固破坏机理,利用颗粒流程序(PFC2D)生成6种上下面具有不同粗糙度的充填锚固节理面模型,探究其在剪切过程中宏细观破坏变化以及粗糙度对锚固充填节理抗剪强度的影响。研究结果表明:加载过程中充填物两侧颗粒位移差明显,首先发生破坏,而锚杆在节理面与胶结物之间发生剪切滑移后才开始发挥抗剪作用。6种充填节理面组合锚固后其峰值剪切强度均比锚固前增高,但增量不同。当节理面上下粗糙度接近时,充填物形状规则,齿状起伏小,锚固效果较好,峰值剪切强度增加量在40%左右;当节理面上下粗糙度相差较大时,充填物齿状起伏大,易剪碎,锚固效果较差,峰值剪切强度增加量约为20%。

关键词：模型试验粗糙度充填节理锚固峰值剪切强度颗粒位移

剪切速率对平直充填节理的剪切力学特性影响研究

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岩土力学 2017年第7期38卷 1967-1973,1989页

作者：刘婷婷李建春李海波李新平李娜娜武汉理工大学道路桥梁与结构工程重点实验室湖北武汉430070 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

不同剪切速率下充填节理的剪切特性对动态荷载作用下工程岩体的安全稳定性有着重要的影响。为了研究剪切速率对充填节理的剪切力学特性的影响,通过花岗岩试块中间充填天然河砂模拟充填节理。采用RMT-150C电伺服试验机进行直接剪切试验,... 详细信息

不同剪切速率下充填节理的剪切特性对动态荷载作用下工程岩体的安全稳定性有着重要的影响。为了研究剪切速率对充填节理的剪切力学特性的影响,通过花岗岩试块中间充填天然河砂模拟充填节理。采用RMT-150C电伺服试验机进行直接剪切试验,研究了法向压力、剪切速率和充填厚度对充填节理的剪切力学特性的影响。试验结果发现,充填节理的剪切应力-位移曲线属于屈服剪切型,分为弹性阶段、过渡阶段和滑移阶段,无明显峰值强度,在滑移阶段剪切应力继续增加,增加速率与法向压力大小有关。随着剪切速率的增加,充填节理的剪切强度和内摩擦角略有增加。为了考虑充填节理剪切应力-位移关系的非线性变化过程,采用双曲线形式对弹性阶段的应力-位移曲线进行拟合,结果较好,并提出初始剪切刚度和刚度影响系数描述其变形特性。剪切速率和法向压力的增加会大幅度增加初始刚度,充填厚度对两个参数的影响与法向压力有关。对于无起伏度的平直节理,剪切速率和充填厚度对剪切强度影响较小,但对充填节理的变形特性有重要的影响。

关键词：充填节理动态剪切剪切速率初始刚度

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含裂隙充填节理岩体的压剪断裂机制研究

岩石力学与工程学报 2018年第A01期37卷 3320-3331页

作者：钟志彬 HU Xiaozhi 邓荣贵付小敏吕蕾西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西澳大学机械与化工学院澳大利亚西澳大利亚洲珀斯6009 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 四川交大工程检测咨询有限公司四川成都610031

节理弱面是造成岩体力学性能弱化的主要因素,而充填物质的非均质性将显著影响节理岩体的剪切力学特性。考虑压剪应力作用下贯通性节理充填物中沿节理方向裂隙对节理岩体断裂特性的影响,制取含不同长度初始裂隙的充填砂浆节理岩体试样,... 详细信息

节理弱面是造成岩体力学性能弱化的主要因素,而充填物质的非均质性将显著影响节理岩体的剪切力学特性。考虑压剪应力作用下贯通性节理充填物中沿节理方向裂隙对节理岩体断裂特性的影响,制取含不同长度初始裂隙的充填砂浆节理岩体试样,在单轴压缩作用下研究含裂隙充填节理岩体的压剪断裂机制及初始裂隙尺寸对节理岩体破裂模式和断裂能的影响规律。试验结果表明:(1)单轴压缩作用下,充填节理岩体的失稳过程分为断裂和摩擦两阶段,前者为节理内裂隙的起裂、扩展到贯通过程,峰值强度后承载力迅速降低,之后因宏观破裂面的压剪摩擦作用而出现强化现象,直至剪应力达到其抗剪强度而失稳破坏;(2)随着充填体内初始裂隙长度增大,试样峰值荷载线性减小,峰值脆性断裂特征更加明显;(3)无初始裂隙节理试样破裂过程中裂隙在节理内分布均匀,而含初始裂隙试样断裂从裂隙尖端开始,向充填体和花岗岩块体黏接面扩展贯通,充填体内裂隙集中而密度较低;(4)采用节理韧带体积Vjc改进断裂能计算公式,计算充填节理岩体压剪断裂能Gf-V;基于充填节理的断裂机制,提出局部断裂能gf-V沿韧带双线性分布的前边界效应模型,解释了平均断裂能Gf-V随初始裂隙长度增大而减小的原因,试验结果验证了模型的正确性。

关键词：岩石力学充填节理初始裂隙压剪断裂机制断裂能前边界效应双线性模型

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充填粗糙节理直剪数值模拟宏细观分析

西南交通大学学报 2018年第3期53卷 548-557页

作者：许万忠林杭曹日红昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

利用颗粒流数值计算方法对岩石充填节理直剪作用下力学性质进行研究,从细观角度分析不同法向荷载下粗糙节理面的损伤情况;探讨充填节理粗糙程度、充填物强度参数、充填物与围岩接触面强度以及充填厚度对节理剪切强度的影响,结果表明:(1... 详细信息

利用颗粒流数值计算方法对岩石充填节理直剪作用下力学性质进行研究,从细观角度分析不同法向荷载下粗糙节理面的损伤情况;探讨充填节理粗糙程度、充填物强度参数、充填物与围岩接触面强度以及充填厚度对节理剪切强度的影响,结果表明:(1)随着法向荷载的增大,上下节理面接触状态及粘结力分布规律发生转变,充填节理面粘结破坏明显增加;(2)节理粗糙度系数(JRC)对峰值剪切应力的影响较大;随JRC的增加节理峰值剪切强度增大;节理面粘结力呈类线性增长,而内摩擦角随JRC的增大而呈明显的非线性变化;(3)随节理充填物粘结强度比的增加,峰值剪切应力增大;随充填物强度比的增加,节理面粘结力出现明显的增长,而内摩擦角呈现先下降后增加的趋势;(4)当法向荷载较小时,峰值剪切应力受接触面粘结强度比的影响较大;当法向荷载较大时,其对峰值剪切应力的影响程度明显降低.节理面粘结力和内摩擦角随接触面粘结的增加分别呈现出非线性增长和下降的趋势.(5)节理剪切力学形式随充填后的增加呈现降低的趋势,然而随着厚度的不断增加,所带来的剪切力学参数变化程度逐渐减小.

关键词：节理粗糙度系数直剪充填节理细观抗剪强度