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不同加载速率下端部节理岩桥变形破坏及裂隙扩展试验研究

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长江科学院院报 2021年第7期38卷 66-72页

作者：陈永峰张海东赵广臣山西工程技术学院土木与建筑工程系山西阳泉045000

边坡岩体内部岩桥对边坡稳定性起控制作用,而边坡岩桥破坏由于受开挖速度的影响会产生加载速率效应,探究边坡内部岩桥在加载速率影响下的变形破坏特征和裂隙扩展机制具有重要意义。通过对类岩石材料试样端部预制裂隙以形成中部岩桥,结... 详细信息

边坡岩体内部岩桥对边坡稳定性起控制作用,而边坡岩桥破坏由于受开挖速度的影响会产生加载速率效应,探究边坡内部岩桥在加载速率影响下的变形破坏特征和裂隙扩展机制具有重要意义。通过对类岩石材料试样端部预制裂隙以形成中部岩桥,结合数字图像相关技术,分析了不同加载速率下不同岩桥长度试样破坏特征和裂隙起裂、扩展、贯通规律,并利用断裂力学理论揭示了岩桥裂隙扩展机理。结果表明:应力-应变曲线呈现“峰后波动”和“应力陡降”特征;随加载速率的增加,峰值强度增大,峰值位移减小;得出5种裂隙扩展破坏类型,分别是①上裂隙贯通下端面、②岩桥贯通、③下裂隙贯通左端面、④下裂隙贯通下端面、⑤下裂隙贯通上端面;试样破坏时裂隙数量随加载速率的增大而减少,且试样裂隙首先从下部裂隙尖端起裂;推导了单轴压缩条件下考虑闭合效应的裂隙尖端应力强度因子表达式,起裂角理论计算与试验实测结果在误差允许范围内;岩桥试样表面应变场的变化随加载速率的增大而增大,且试样破坏是由前期损伤累积所导致的。研究成果可为揭示不同加载速率下岩质边坡内部的变形破坏机制、分析围岩稳定性提供理论依据。

关键词：岩桥裂隙扩展起裂角加载速率数字图像

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花岗岩岩桥卸荷脆性破坏的能量特征

工程地质学报 2018年第3期26卷 602-610页

作者：陈国庆简大华徐鹏赵聪刘辉地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 成都610059

岩质边坡锁固段型岩桥的破坏和能量的累积与释放密切相关,利用MTS815伺服控制刚性力学试验机对花岗岩岩桥试样开展了常规三轴加荷试验和三轴加卸荷试验,采用基于轴向应力比的能量分析方法,可对不同工况下峰前加载各阶段能量变化趋势进... 详细信息

岩质边坡锁固段型岩桥的破坏和能量的累积与释放密切相关,利用MTS815伺服控制刚性力学试验机对花岗岩岩桥试样开展了常规三轴加荷试验和三轴加卸荷试验,采用基于轴向应力比的能量分析方法,可对不同工况下峰前加载各阶段能量变化趋势进行有效的对比分析。结果表明:应力峰值前能量特征变化主要分为压密阶段与弹性阶段,试样处于压密阶段,随着初始裂纹的闭合与摩擦,耗散能占比大幅增加;弹性阶段,荷载所做功大部分转化为弹性能储存在试样内部,弹性能占比大幅增加。由于预制裂隙存在,在临近破坏前没有出现明显的屈服阶段,岩桥试样表现为"突发式"的脆性破坏;初始围压的提升会使得应力峰值点的总能量、弹性能明显增大;花岗岩试样的岩桥越长,其吸收的总能量、弹性储能极限越大,应力峰值点的弹性能占总能量比值越高,岩桥长度变化则对耗散能没有明显影响。

关键词：岩石力学花岗岩岩桥加卸荷路径能量特征

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岩桥拉张破裂数值模拟研究

力学与实践 2010年第6期32卷 54-59页

作者：王来贵危烽赵娜辽宁工程技术大学力学与工程学院阜新123000

为了研究岩桥拉张破坏规律,采用有限元软件FEPG,对不同倾角岩桥拉张破裂过程进行数值模拟.模拟结果显示,在单轴压缩条件下,对于同一裂纹角度、相等距离的两组平行预裂纹,在不同的岩桥倾角条件下,预裂纹扩展程度不同;岩桥倾角越大,岩桥... 详细信息

为了研究岩桥拉张破坏规律,采用有限元软件FEPG,对不同倾角岩桥拉张破裂过程进行数值模拟.模拟结果显示,在单轴压缩条件下,对于同一裂纹角度、相等距离的两组平行预裂纹,在不同的岩桥倾角条件下,预裂纹扩展程度不同;岩桥倾角越大,岩桥越容易拉张破坏.

关键词：岩桥裂纹扩展拉张破坏 FEPG 数值模拟

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岩桥破坏演化过程中分形及红外辐射特征研究

岩桥破坏演化过程中分形及红外辐射特征研究

作者：李昆昆明理工大学

学位级别：硕士

随着我国经济的高速发展,为了满足社会发展的需要,大型水利工程相继筹划、施工建设以及投入运营,而岩质高边坡是否稳定已成为这些工程建设和运营过程中遇到的主要岩石力学问题之一。而边坡岩体内部常孕育着具有非连续性特征的地质结构面... 详细信息

随着我国经济的高速发展,为了满足社会发展的需要,大型水利工程相继筹划、施工建设以及投入运营,而岩质高边坡是否稳定已成为这些工程建设和运营过程中遇到的主要岩石力学问题之一。而边坡岩体内部常孕育着具有非连续性特征的地质结构面,对边坡的变形和破坏特性有着重要的影响。锁固段型岩质滑坡是常见的一种高边坡变形破坏模式,其滑带中存在强度相对较好的岩桥锁固段,控制着岩质边坡稳定性状态。因此,研究锁固段岩桥的裂纹萌生及扩展规律,对揭示锁固段型岩质高边坡的破坏机制具有重要的意义。本文将边坡岩桥锁固段概化为岩桥试件,将红砂岩作为试验材料,利用高速水刀切割技术加工裂隙,制备了不同岩桥长度的岩桥试件,对其进行单轴压缩实验,引入分形理论和红外热成像技术定量研究岩桥破坏全过程特征。本文的主要研究工作可以总结为以下几个方面:(1)根据岩桥试件加载过程中应力-时间曲线特征以及裂纹扩展特征,其破坏过程可划分为孔隙裂隙压密、弹性变形、非稳定破裂发展以及破坏后阶段;而在破坏后阶段,应力-时间曲线则呈现出显著的“峰后回升”特征。(2)采用盒维数法计算岩桥试件加载过程中裂纹扩展路径的分形维数,定量表征试件破裂演化特征,并探讨了分形维数与裂纹扩展之间的相关性。研究发现:岩桥试件破裂演化过程中产生的新生裂纹具有形态上的自相似性,即分形特征。分形维数从非稳定破裂发展阶段开始逐渐增大,“峰后回升”阶段之后则呈现“突变式上升”特征,数据拟合结果表明轴向应变与分形维数之间服从双曲线关系。当岩桥试件的分形维数增量达到2.56%～2.97%,试件开始起裂;当其增量达到5.14%～6.71%,试件处于峰值应力状态;当其值处于14.28%～16.74%,试件完全失去承载能力。(3)结合红外热像仪,定义红外辐射温度场最大值(MAXIRT)、最小值(MINIRT)、平均值(AIRT)、变异系数(CVIRT)和偏度系数(SIRT),定量研究岩桥试件加载过程中红外辐射温度场的时空演变特征。研究发现:相比于MAXIRT、MINIRT和AIRT这3种传统指标,CVIRT和SIRT能更好地刻画岩桥的红外辐射温度特征,并表现出阶段性特征,与岩桥的应力状态、孔隙压密闭合程度、新生裂纹萌生、扩展和贯通密切相关;在“峰后回升”处,CVIRT和SIRT均出现“突变式”上升的前兆特征。

关键词：岩石力学岩质边坡岩桥裂纹扩展分形维数红外辐射效应

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岩桥拉张破裂数值模拟研究

岩桥拉张破裂数值模拟研究

作者：危烽辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

岩桥是岩体承受外力的主要内部结构,岩桥和裂纹共同承担载荷作用,岩体的破坏通常是由裂纹和岩桥共同破坏组成。由于岩桥的存在,使非贯通裂纹岩体的受力及破坏特征发生了质的变化,裂纹端部应力高度集中,将导致脆性断裂破坏,整体破坏特征... 详细信息

岩桥是岩体承受外力的主要内部结构,岩桥和裂纹共同承担载荷作用,岩体的破坏通常是由裂纹和岩桥共同破坏组成。由于岩桥的存在,使非贯通裂纹岩体的受力及破坏特征发生了质的变化,裂纹端部应力高度集中,将导致脆性断裂破坏,整体破坏特征表现为预制裂纹的扩展和预制裂纹尖端产生的翼裂纹引起岩桥破裂所组成的复合破坏。分析裂纹岩体强度特性及其变形破坏机制,是研究岩体特性的基础性工作,可以合理地预测实际工程的可能破坏模式和评价工程岩体的稳定。文章研究岩桥拉张破裂的演化过程,探讨岩桥破裂的规律。主要介绍了I型裂纹尖端的应力场和位移场,裂纹失稳扩展的准则和岩桥力学性质弱化分析等相关理论,以岩石受拉破坏的理论为基础,给出了岩石拉张破裂的四个判据,建立有限元模型,分析模拟岩桥拉张破裂的结果。有限元方法是目前应用最为广泛的研究工具,但是传统的有限元方法,是建立在连续性假设基础上的,不能模拟岩石拉张破裂后形成的不连续结构,不能直接处理岩石拉破坏现象问题。本文利用可描述拉张破裂的有限元方法,对不同倾角,不同裂纹数目,不同裂纹尺寸,不同侧压的情况下,岩桥拉张破裂演化过程进行数值模拟。模拟结果显示,在单轴压缩条件下,对于同一裂纹角度、相等距离的两组平行预裂纹,在不同的岩桥倾角条件下,预裂纹扩展程度不同;岩桥倾角越大,岩桥越容易拉张破坏。岩桥倾角一定时,裂纹倾角越大,拉应力越在岩桥区域集中,预制裂纹大于75°时,拉应力逐渐在岩体中均匀分布。裂纹数量增加,岩桥越容易拉张破坏,贯通趋势明显,裂纹的尺寸对裂纹的扩展程度有影响,对裂纹的破坏形式没有影响,围压对裂纹萌生,扩展、相互作用都有很大的影响。拉张破裂有限元程序模拟岩桥拉张破裂的整个过程,为研究岩桥的贯通及裂纹的扩展规律提供新的研究方法。

关键词：岩桥裂纹扩展拉张破坏数值模拟

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单轴压缩下岩桥脆性断裂的临界慢化特征

水利水电技术（中英文） 2022年第3期53卷 166-175页

作者：刘先林范杰朱觉文李明智朱星广西交通设计集团有限公司广西南宁530029 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 广西新发展交通集团有限公司广西南宁530025

为了完善锁固型滑坡等岩石工程灾害的预测、预警指标体系,对预有裂隙的砂岩试件开展单轴压缩下的声发射试验,从临界慢化角度研究岩桥因脆性断裂而产生的多种声信号参数特征。基于临界慢化理论,对三段式、挡墙式两类岩桥脆性断裂过程声... 详细信息

为了完善锁固型滑坡等岩石工程灾害的预测、预警指标体系,对预有裂隙的砂岩试件开展单轴压缩下的声发射试验,从临界慢化角度研究岩桥因脆性断裂而产生的多种声信号参数特征。基于临界慢化理论,对三段式、挡墙式两类岩桥脆性断裂过程声信号的自相关系数和方差变异性进行深入分析,揭示岩桥变形破坏的临界慢化现象,探索岩体破坏的声发射前兆表征。结果表明:(1)相对于三段式岩桥,挡墙式岩桥内部声发射事件更活跃,能量释放更强烈,脆性破坏特征更明显。(2)不同滞后长度、窗口长度分别影响着自相关系数曲线与方差曲线。(3)振铃计数、绝对能量、幅值、峰值频率、RA及RA/AF等声发射参数均存在临界慢化现象,但峰值频率与RA/AF临界慢化特征更加明显,RA与RA/AF在岩石剪切破坏中有较好的适用性。(4)岩桥受荷过程中,自相关系数、方差的突然增大作为脆性破坏的前兆预警信号,用方差识别预警信号比自相关系数更加容易可靠;岩石脆性破坏特征越明显,预警效果相对更差。(5)岩石压密完成后会产生一定的伪信号,如何准确地识别及区分仍需要进一步的研究。

关键词：岩桥声发射特征参数临界慢化

离心模型试验下不同岩桥分布对边坡破坏形态影响分析

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公路 2021年第10期66卷 10-16页

作者：沈玉涛谭维佳广西华蓝岩土工程有限公司南宁市530001 长安大学地质工程与测绘学院西安市710054

岩质边坡是由岩石和不连续面构成的复杂地质体,即使在易滑地形不明显区域,岩质边坡在降雨等不利条件下亦可能因为内部岩桥的存在而导致崩塌。为了探究岩质边坡中岩桥分布对边坡稳定性的影响,以经典案例为基础,通过离心模型试验对下部岩... 详细信息

岩质边坡是由岩石和不连续面构成的复杂地质体,即使在易滑地形不明显区域,岩质边坡在降雨等不利条件下亦可能因为内部岩桥的存在而导致崩塌。为了探究岩质边坡中岩桥分布对边坡稳定性的影响,以经典案例为基础,通过离心模型试验对下部岩桥以及中部岩桥两种边坡模型破坏模式进行对比分析。研究结果表明:(1)两种边坡模型都表现出因边坡中腹部变形较大而导致裂缝产生,最终造成边坡发生崩塌破坏这一现象;(2)在离心荷载作用下,局部变形主要集中在岩桥附近,而不同的岩桥位置表现出显著的崩塌状态的差异。研究结果可为岩桥对边坡稳定性影响方面的研究提供一定的试验依据和参考价值,为同类型边坡工程治理提供借鉴。

关键词：岩质边坡崩塌离心模型试验变形岩桥

冻融循环作用下岩桥变形破裂及能量转化特征研究

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中国安全生产科学技术 2023年第1期19卷 103-108页

作者：保瑞朱辉刘享华徐继刘付俊中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司云南昆明650051 昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650500 云南铜业股份有限公司云南昆明650205

为研究寒区锁固型岩质边坡的破坏机制,对岩桥试件开展冻融循环试验和单轴压缩试验。以数字图像相关方法为观测手段获得加载过程中的全局应变场,分析冻融循环作用对岩桥变形破裂演化特征的影响。引入能量特征指标,探究冻融岩桥加载过程... 详细信息

为研究寒区锁固型岩质边坡的破坏机制,对岩桥试件开展冻融循环试验和单轴压缩试验。以数字图像相关方法为观测手段获得加载过程中的全局应变场,分析冻融循环作用对岩桥变形破裂演化特征的影响。引入能量特征指标,探究冻融岩桥加载过程中的能量耗散和释放规律。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件抗压强度和弹性模量逐渐劣化;冻融循环作用未改变最终破坏模式,均表现为剪切裂纹贯穿中部岩桥造成的失稳破坏。冻融循环作用促进应变集中带的出现和扩展,加剧裂隙周边的应变集中程度。随着冻融循环次数的增加,试件储能极限和应变能峰后转化率逐渐降低,说明冻融循环作用减缓能量耗散和释放;试件最终破坏与能量转化密切相关,储能极限和应变能峰后转化率越大,试件脆性破坏越显著。

关键词：冻融循环作用岩桥力学参数数字图像相关方法应变能

单轴压缩下预制端部节理岩桥变形破坏及裂隙扩展机制研究

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煤矿安全 2021年第9期52卷 78-84页

作者：张海东陈永峰赵广臣张清华山西工程技术学院土木与建筑工程系山西阳泉045000 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

边坡岩体内岩桥对边坡稳定性具有控制作用,为探究节理岩桥变形破坏特征及裂隙扩展机制,通过在完整试样端部预制裂隙以形成中部岩桥,并结合数字图像相关技术,分析了岩桥裂隙起裂、扩展、贯通规律及微观损伤演化特征,同时利用断裂力学理... 详细信息

边坡岩体内岩桥对边坡稳定性具有控制作用,为探究节理岩桥变形破坏特征及裂隙扩展机制,通过在完整试样端部预制裂隙以形成中部岩桥,并结合数字图像相关技术,分析了岩桥裂隙起裂、扩展、贯通规律及微观损伤演化特征,同时利用断裂力学理论揭示了岩桥裂隙扩展机制。结果表明:岩桥试样破裂过程划分为5个阶段,且应力-应变曲线出现"峰前波动"和"峰后阶梯式"下降特征;岩桥试样破坏过程为下部倾斜裂隙首先起裂,而后偏转一定角度向上扩展,且裂隙是逐级扩展的;岩桥试样的破坏都是由其前期的损伤累积所导致,裂隙尖端形成的局部高应变区域变化预示了宏观裂隙的扩展路径。推导了裂隙尖端应力强度因子表达式,计算了裂隙起裂角,理论与试验结果基本一致。

关键词：裂隙扩展岩桥起裂角数字图像应力强度因子边坡岩体变形破坏