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完整岩石拉压应力状态下的张裂破坏准则

力学学报 2021年第6期53卷 1647-1657页

作者：吕爱钟刘宜杰尹崇林华北电力大学水电与岩土工程研究所北京102206

一点的应力状态可由3个主应力σ_(1),σ_(2),σ_(3)来表示,当规定主应力以压为正时,沿最大主应力σ_(1)方向将产生收缩变形,若中间主应力σ_(2)和最小主应力σ_(3)都远小于σ_(1),则沿σ_(2)和σ_(3)方向会产生横向扩张变形,当横向扩张... 详细信息

一点的应力状态可由3个主应力σ_(1),σ_(2),σ_(3)来表示,当规定主应力以压为正时,沿最大主应力σ_(1)方向将产生收缩变形,若中间主应力σ_(2)和最小主应力σ_(3)都远小于σ_(1),则沿σ_(2)和σ_(3)方向会产生横向扩张变形,当横向扩张变形达到一定极限时,将会在平行于σ_(1)的方向产生张裂破坏.如何建立这种张裂破坏的强度准则目前尚缺乏研究,最大拉应变理论(第二强度理论)有时被用来解释张裂破坏,但最大拉应变理论难以应用于三向受力状态.本文分别用ε_(1),ε_(2)表示最大张应变和次大张应变,则最大拉应变理论认为当ε_(1)达到单向拉伸屈服应变时,材料将产生破坏.而本文将根据ε_(1)+ε_(2)之和达到极限值ε_(u)来建立张裂破坏准则.可以证明ε_(1)+ε_(2)所表示的是σ_(1)主平面的面积增长率.当σ_(3)岩石都具有脆性破坏的特点,所以可将破坏前的岩石视为满足广义胡克定律的线弹性材料,这样用ε_(1),ε_(2)表示的强度准则可通过σ_(1),σ_(2),σ_(3)来表示.在这个过程中还可考虑岩石在拉伸和压缩时具有不同弹性参数和强度的特点,并可通过单向拉伸和单向压缩的破坏状态来确定ε_(u).不管σ_(1),σ_(2),σ_(3)是压应力,还是拉应力,或者σ_(1),σ_(2),σ_(3)中有拉有压的情形,基于ε_(1)+ε_(2)=ε_(u)都可建立相应的强度准则.所建立的准则可以反映中间应力σ_(2)对强度的影响规律,通过建立的强度准则还可以证明:静水拉力能引起屈服,而静水压力不能产生屈服;压缩破坏能使塑性体积增大,其结果比Mohr-Coulomb准则更能反映实际情形.并通过拉压应力状态下的试验数据验证了所建立的强度准则,所得理论计算结果和已有的试验数据吻合得很好.通过提出的强度准则和圆盘劈裂的试验结果,可获得更为可靠的岩石单轴抗拉强度.

关键词：完整岩石拉压应力面积增长率张裂破坏强度准则

三轴条件下完整岩石Hoek-Brown强度准则的改进

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采矿与安全工程学报 2015年第6期32卷 1010-1016页

作者：李斌许梦国刘艳章王平武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081 华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074

Hoek-Brown准则作为应用最广的岩石强度准则之一,其主要有2个方面的局限性:1)在常规三轴高围压条件下,根据Hoek-Brown准则预测的强度与试验实测的强度数据偏差较大;2)在真三轴条件下,该准则忽略了中间主应力对岩石真三轴强度的影响。为... 详细信息

Hoek-Brown准则作为应用最广的岩石强度准则之一,其主要有2个方面的局限性:1)在常规三轴高围压条件下,根据Hoek-Brown准则预测的强度与试验实测的强度数据偏差较大;2)在真三轴条件下,该准则忽略了中间主应力对岩石真三轴强度的影响。为了克服以上局限性,引入Barton提出的临界围压和Singh中间主应力处理办法对Hoek-Brown准则进行改进。通过大量完整岩石强度试验数据分析改进的Hoek-Brown准则对三轴强度预测的适用性,分析结果表明:在围压低于临界围压时改进前后2个准则预测的岩石强度基本一致,而在围压高于临界围压时改进的Hoek-Brown准则预测的结果与试验数据更吻合;真三轴试验条件下,考虑中间主应力的改进的Hoek-Brown强度准则与试验结果的平均误差最小。因此,改进的Hoek-Brown强度准则更适用于完整岩石的三轴强度的预测。

关键词：完整岩石 Hoek-Brown强度准则三轴临界围压中间主应力

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完整岩石单轴抗压强度确定方法研究

山东科技大学学报（自然科学版） 2020年第4期39卷 28-36页

作者：薛东杰中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

完整岩石单轴抗压强度是传统和普适Hoek-Brown(HB)强度准则中的关键参数,其与岩石软硬程度和岩石破碎程度具有强关联性,而理想值或理论值严格意义上并不等同于单轴测试值。真值的唯一性确定直接影响HB强度准则的准确性,由此提出一种新... 详细信息

完整岩石单轴抗压强度是传统和普适Hoek-Brown(HB)强度准则中的关键参数,其与岩石软硬程度和岩石破碎程度具有强关联性,而理想值或理论值严格意义上并不等同于单轴测试值。真值的唯一性确定直接影响HB强度准则的准确性,由此提出一种新的思路解决这一难题。首先明确了岩石软硬程度和岩石破碎程度的确定应基于分布特征而非单一样品,这可使完整岩石单轴抗压强度、岩石软硬程度和岩石破碎程度三个参数力学意义上自洽。进而证实了传统HB强度准则表达式的不确定性,本质原因是三个参数无法从单一曲线中唯一确定,明确问题的关键核心是完整岩石单轴抗压强度值的唯一性。由此提出了确定HB强度准则新的线性解决方案,将三个参数改为两个参数,可简单快速唯一地确定HB强度准则曲线。最后为了提高精度,引入四种误差评判方式:绝对误差绝对值和、绝对误差平方和、相对误差绝对值和以及相对误差平方和,可显著缩小预测值与实验值的偏离误差。新的线性方案匹配任意一种误差形式可确保完整岩石单轴抗压强度的唯一性,研究工作为深入理解HB强度准则提供了新思路。

关键词：完整岩石单轴抗压强度 Hoek-Brown破坏准则唯一性线性误差

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岩层破裂状态与钻削机构振动响应特性研究

采矿与安全工程学报 2016年第5期33卷 911-916页

作者：郭书英马念杰中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

针对煤巷顶板煤岩的复杂性及顶板岩层破坏难以有效控制、预测问题,考虑钻头与煤岩相互作用产生耦合振动,通过分析锚杆钻头的受力及其振动特性,以煤岩硬度f=4.2,3.5,2.55为例研究钻削机构钻削完整岩石与破碎岩石时的耦合振动特性。利用... 详细信息

针对煤巷顶板煤岩的复杂性及顶板岩层破坏难以有效控制、预测问题,考虑钻头与煤岩相互作用产生耦合振动,通过分析锚杆钻头的受力及其振动特性,以煤岩硬度f=4.2,3.5,2.55为例研究钻削机构钻削完整岩石与破碎岩石时的耦合振动特性。利用最小二乘法原理拟合振动曲线,消除趋势项,并对曲线进行平滑处理。研究表明:在相同钻削条件下随煤岩硬度的增加,钻削机构横向振动半径有所增大;钻削相同硬度煤岩的完整岩石和破碎岩石时钻削机构横向振动半径随煤岩破裂程度的增加而减小。可据此来判断煤巷锚孔内煤岩破碎的范围,进而预测顶板是否存在冒顶隐患及冒顶隐患的程度,亦可据此判断煤巷锚孔内稳定岩层的位置和厚度,为顶板支护参数的设计提供技术支持。

关键词：振动响应钻削机构最小二乘法完整岩石破碎区

拉应力作用下黑砂岩剪切破裂面粗糙度表征及各向异性特征研究

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岩石力学与工程学报 2020年第S1期39卷 2623-2633页

作者：陈珺周辉侯靖卢景景张传庆崔国建倪绍虎中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州310014 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试验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

地下洞室围岩开挖卸荷常发生张拉、剪切等破坏模式。为研究不同破坏模式对岩石破裂面形貌特征的影响,基于黑砂岩直接拉伸与拉伸剪切试验,通过引入二维、三维粗糙度评价指标,定量表征岩石破裂面的形貌特征,获得了拉应力作用下岩石破裂面... 详细信息

地下洞室围岩开挖卸荷常发生张拉、剪切等破坏模式。为研究不同破坏模式对岩石破裂面形貌特征的影响,基于黑砂岩直接拉伸与拉伸剪切试验,通过引入二维、三维粗糙度评价指标,定量表征岩石破裂面的形貌特征,获得了拉应力作用下岩石破裂面粗糙度随应力状态的变化规律,简要探讨了不同破裂机制对破裂面形貌影响。研究发现各类粗糙度评价指标均随拉应力的增大而呈线性减小趋势。同时,基于各向异性特征参数K_a的度量,相比二维粗糙度评价指标θ_(max)/(C+1)_(2D),三维评价指标θ_(max)/(C+1)_(3D)更能准确表征岩石破裂面的粗糙特性,其与拉应力之间呈指数型变化关系。对于直接拉伸试验,岩石破裂面形貌差异最小;而对于拉伸剪切试验,随着拉应力的减小,破裂面各向异性程度逐渐增大。研究结果表明不同的岩石破坏模式和破裂机制是造成破裂面形貌特征具有差异性的根本原因。

关键词：岩石力学拉伸剪切试验完整岩石粗糙度指标各向异性

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破裂岩石力学模型探讨

岩土工程学报 1981年第4期 81-92页

作者：刘宝琛颜荣贵冶金工业部长沙矿冶研究所

岩体是被地质构造弱面切割的地质体,它的特征是不连续、不均质和各向异性。用完整岩石试件在常规压力机上所获得的试验结果,不能很好地代表岩体的工程性质。但是,利用刚性很大的压力机对完整及破裂岩石作试验所获得的应力-应变全过程的... 详细信息

岩体是被地质构造弱面切割的地质体,它的特征是不连续、不均质和各向异性。用完整岩石试件在常规压力机上所获得的试验结果,不能很好地代表岩体的工程性质。但是,利用刚性很大的压力机对完整及破裂岩石作试验所获得的应力-应变全过程的后部份,以及循环加载-卸载曲线,在力学性质及破裂发展过程等方面,都与工程岩体十分相似。本文根据作者对多种岩石获得的应力-应变全图及循环加载-卸载试验结果,提出两种变参数单元模型,即变弹性模量的虎克体和变屈服极限的圣维南体,并由此而组成四种模拟破裂岩石的力学模型,导出相应的本构方程。根据岩石应力-应变全过程的试验结果,可以求出本构方程中的有关参数。通过模型与试验结果的对比,证明了模型的可用性,为今后讨论破裂岩体的稳定性及其支护分析提供了参考模型。

关键词：岩石工程屈服极限变弹性模量虎克体单轴压缩圣维南体岩石力学模型岩石试件残余强度工程岩体单元模型岩石应力本构方程特征方程完整岩石

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岩石力学应用于采矿坑道设计的新进展

有色金属工程 1980年第2期 18-24页

作者： E.T.布朗廖国华英国帝国理工学院皇家矿业学院岩石力学教授

本文概述了伦敦帝国学院岩石力学小组,将岩石力学原理应用于采矿坑道设计方面的最近工作。文中讨论了岩体中坑道稳定性的几种类型,给出了表示设计步骤的流程图。讨论了节理性岩石的一种新的经验强度准则,并以深部金矿中方形平巷周围的... 详细信息

本文概述了伦敦帝国学院岩石力学小组,将岩石力学原理应用于采矿坑道设计方面的最近工作。文中讨论了岩体中坑道稳定性的几种类型,给出了表示设计步骤的流程图。讨论了节理性岩石的一种新的经验强度准则,并以深部金矿中方形平巷周围的岩石破坏为例,说明了该准则的应用。以极状矿体开采和坑道交叉问题为例,说明了边界单元法计算采矿坑道周围弹性应力和位移的应用。对其他类型的问题,需要用极限平衡分析法。文中概述了极限平衡分析法在上盘崩落与顶板冒落研究中的应用。

关键词：岩石力学新进展弹性应力岩土力学节理岩体节理岩石完整岩石边界单元最大主应力经验强度准则

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有关美国地震预报的岩石力学研究评论

地震地质译丛 1980年第2期 29-34页

作者： J.Byerlee 施良骐

一般认为,地壳内的地震是由原有完整岩石的突然破坏或是由早已存在的断层产生突然的粘滞滑动引起的。如果粘滞滑动是由滑动表面上互锁的不规则面突然破坏引起的,这两种现象可能是相互有联系的。在过去的十年中,实验室中对粘滞滑动和稳... 详细信息

一般认为,地壳内的地震是由原有完整岩石的突然破坏或是由早已存在的断层产生突然的粘滞滑动引起的。如果粘滞滑动是由滑动表面上互锁的不规则面突然破坏引起的,这两种现象可能是相互有联系的。在过去的十年中,实验室中对粘滞滑动和稳定滑动的研究做了大量的工作。很多工作是

关键词：岩石变形完整岩石渗透率地震波速度地震波速体积变化电阻率电阻系数粘滞滑动断层泥断层带断裂带花岗闪长岩酸性岩水饱和岩石地震预报

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有关岩石力学的几个指标和概念

矿山测量 1979年第1期 63-65页

作者：孙家录

岩石力学是十分复杂的一个新的学科分枝。研究岩石力学性质对当前研究岩层移动理论和三下采煤等问题有密切的关系,因此,对它的发展矿山测量工怍者是十分关注的。但是,由于过去对这一方面资料和书籍比较缺乏,新的发展情况也了解得较少,所... 详细信息

岩石力学是十分复杂的一个新的学科分枝。研究岩石力学性质对当前研究岩层移动理论和三下采煤等问题有密切的关系,因此,对它的发展矿山测量工怍者是十分关注的。但是,由于过去对这一方面资料和书籍比较缺乏,新的发展情况也了解得较少,所以,一些基本概念和重要指标都未来得及为矿山测量工作者所掌握,现在,于此作一些简单介绍。

关键词：岩石力学岩土力学完整岩石地质分类概念思维形式