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贯通型锯齿状节理岩体的剪切力学行为

土木与环境工程学报（中英文） 2023年第5期45卷 1-9页

作者：刘新荣曾夕许彬周小涵刘馨琳王继文重庆大学土木工程学院库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

为探究一阶起伏角和法向应力对贯通型锯齿状节理岩体剪切强度及变形的影响规律,在不同法向应力作用下对含不同一阶起伏角的锯齿节理试样进行室内直剪试验,建立一个贯通型锯齿状节理岩体剪切强度估算公式并进行验证。结果表明:相同法向... 详细信息

为探究一阶起伏角和法向应力对贯通型锯齿状节理岩体剪切强度及变形的影响规律,在不同法向应力作用下对含不同一阶起伏角的锯齿节理试样进行室内直剪试验,建立一个贯通型锯齿状节理岩体剪切强度估算公式并进行验证。结果表明:相同法向应力作用下,根据其形态特征的不同,剪切应力-位移曲线分为滑动型曲线、滑动-峰值型曲线和峰值型曲线3类,滑动型曲线和滑动-峰值型曲线可分为非线性缓慢上升阶段、线性陡升阶段“、上凸形”缓慢上升阶段、近似平直阶段和平直阶段,峰值型曲线可分为非线性缓慢上升阶段、线性陡升阶段、“微凸型”上升阶段、脆性跌落阶段和波动缓降阶段;根据起伏角的不同,锯齿节理岩体的破坏模式可概化为滑移破坏、爬坡破坏和爬坡啃断破坏,每种破坏模式下节理损伤演化过程均可分为3个阶段,即滑移破坏模式可分为压密阶段、克服摩擦阶段和滑移阶段,爬坡破坏模式可分为压密阶段、爬坡滑移阶段和塑性流动阶段,爬坡啃断破坏模式可分为压密爬坡阶段、爬坡啃断阶段和啃断滑移阶段;含不同一阶起伏角的锯齿节理岩体剪切强度均随法向应力和起伏角的增加而增大,其计算表达式仍然遵循M-C准则。

关键词：锯齿状节理直剪试验剪切力学行为破坏模式剪切强度

法向卸荷条件下单裂隙砂岩剪切力学行为试验研究

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法向卸荷条件下单裂隙砂岩剪切力学行为试验研究

作者：郭颖泉重庆大学

学位级别：硕士

人类的工程活动例如采矿、隧道、边坡、石油钻井等开挖工程的力学实质是对岩体进行卸荷,卸荷破坏是工程岩体破坏的重要形式。另外,不管是在加载还是卸载条件下,剪切破坏是岩石的基本破坏形式之一。因此,对卸荷条件下的岩石剪切力学行为... 详细信息

人类的工程活动例如采矿、隧道、边坡、石油钻井等开挖工程的力学实质是对岩体进行卸荷,卸荷破坏是工程岩体破坏的重要形式。另外,不管是在加载还是卸载条件下,剪切破坏是岩石的基本破坏形式之一。因此,对卸荷条件下的岩石剪切力学行为的研究具有重要的工程和理论意义。基于此,论文依托国家自然科学基金面上项目“高残余应力下卸荷破裂硬岩的流变特性及时效扩展机理研究”(41172243),设计了法向卸荷直剪试验,采用红砂岩为原样制备单裂隙试样,对直剪试验及法向卸荷直剪试验条件下单裂隙砂岩的变形、强度和破裂演化模式及机制进行了研究。主要研究工作和成果如下:(1)提出了能够模拟岩石法向卸荷条件下剪切破坏的卸荷直剪试验方法,并对含单裂隙砂岩进行了试验研究,考察了不同试验条件下单裂隙砂岩的卸荷剪切力学行为。(2)对制备的单裂隙砂岩试样进行了恒定法向应力条件下的常规直剪试验,揭示了裂隙倾角对岩体的剪切强度及破裂的影响规律,确定了单裂隙砂岩抗剪强度的最大值和最小值,为法向卸荷直剪试验的初始剪应力的取值提供参考。(3)开展了相同初始剪切应力、不同初始法向应力条件和相同初始法向应力、不同初始剪应力条件下法向卸荷直剪试验研究。揭示了法向卸荷剪切条件下单裂隙岩体变形及卸荷剪胀特征和破坏时法向应力、卸荷比等强度特征,阐述了初始应力和裂隙倾角对岩体法向卸荷剪切变形和强度的影响规律。(4)采用高清摄像机全过程记录了法向卸荷直剪试验中岩体的破裂演化过程,揭示了不同裂隙倾角岩体卸荷剪切的破裂演化及破裂模式,明确了裂隙倾角对破裂模式的影响规律,阐述了恒定法向应力与法向卸荷条件下单裂隙岩体直接剪切破裂差异性规律。

关键词：岩体力学裂隙岩体卸荷剪切力学行为裂隙倾角

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正融冰川碎屑冰冻体剪切强度劣化机制研究

岩土力学 2024年第1期45卷 197-212页

作者：孟秋杰宋宜祥黄达马文钟助岑夺丰河北工业大学土木与交通学院天津300401 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710064 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

受到气候变暖的影响,青藏高原冰川剪切滑动带中的碎屑冰冻体存在融化风险,这严重影响了冰川的抗剪强度和稳定性。为了研究融化过程对碎屑冰冻体剪切力学特性的影响,引入融冰率定量评估融化程度,对正融碎屑冰冻体试样开展了室内直剪试验... 详细信息

受到气候变暖的影响,青藏高原冰川剪切滑动带中的碎屑冰冻体存在融化风险,这严重影响了冰川的抗剪强度和稳定性。为了研究融化过程对碎屑冰冻体剪切力学特性的影响,引入融冰率定量评估融化程度,对正融碎屑冰冻体试样开展了室内直剪试验。基于试验结果提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型并进行了对比验证,研究了融冰率和碎石含量对碎屑冰冻体剪切力学行为的影响规律。结果表明:融化过程显著降低了峰值剪切强度、黏聚力和内摩擦角;强度参数与融冰率的关系可用线性准则表达;正碎屑冰冻体剪切强度急剧劣化的主因是孔隙冰融化导致的冻土-孔隙冰界面黏聚力降低;当融冰率从2%增加到4%,试样变形模式由应变软化过渡为应变硬化,破坏模式由粗糙的“锯齿状”过渡为平滑的“圆弧状”;随着碎石含量增加,碎屑冰冻体剪切强度明显降低,降低幅度随融冰率的增加而减小。该研究可作为冰川稳定性评价的有益补充。

关键词：碎屑冰冻体融化直剪试验剪切力学行为有限-离散元

正融碎屑冰冻体剪切强度劣化机理数值模拟研究

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煤炭学报 2024年

作者：孟秋杰宋宜祥黄达马文钟助河北工业大学土木与交通学院北京科技大学土木与资源工程学院三峡大学土木与建筑学院长安大学地质工程与测绘学院

冰川碎屑冰冻体的冰水赋存状态对温度的变化非常敏感。近年受到气候变暖影响，由碎屑冰冻升温融化而引发的冰崩灾害被广泛报道。为了研究温升条件下碎屑冰冻体的抗剪强度劣化行为，提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型（F-DEM）... 详细信息

冰川碎屑冰冻体的冰水赋存状态对温度的变化非常敏感。近年受到气候变暖影响，由碎屑冰冻升温融化而引发的冰崩灾害被广泛报道。为了研究温升条件下碎屑冰冻体的抗剪强度劣化行为，提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型（F-DEM）。模型将碎屑冰冻体概化为冻土、碎石实体单元以及粘聚力单元，将根据实验所得的碎屑冰冻体抗剪强度升温劣化描述为粘聚力单元的粘结强度的升温劣化过程。首先，在冻土内预置使用“牵引-分离”准则的粘聚力单元来代表孔隙冰。然后，在ABAQUS中使用用户自定义子程序VUSDFLD，通过温度场变量对粘聚力单元的粘结强度劣化规律进行控制。将数值结果与实验进行对比，发现峰值抗剪强度、变形模式、破坏模式等宏观响应特征和强度劣化规律与试验结果吻合较好。对融冰率、碎石率和载荷水平等条件对碎屑冰冻体剪切力学行为的影响进行了研究，结果表明当融冰率小于等于2%，剪切破坏模式为粗糙的“锯齿状”；随着融冰率增加（>2%），剪切破裂面逐渐向较为平滑的“圆弧状”转变。在冻土-碎石界面强度差异较大容易形成应力集中，导致裂缝沿该界面形成渐进式贯通。含石率的增加会导致碎屑冰冻体抗剪强度的降低。随融冰率增加，碎屑冰冻体抗剪强度对含石率的敏感性降低。对于维持着较高剪切负荷的碎屑冰冻体来说，环境温度的轻微上升可能导致剪切应变的突变。恒载下的变形可分为三个阶段：初始阶段，发育阶段以及快速变形阶段。在初始阶段，剪切应变先增加后稳定；在发育阶段，应变出现拐点；在快速变形阶段剪切应变快速增加。拐点的温度随着初始剪切应力的增加而降低，两者近似为线性关系。较高的应力水平下，碎屑冰冻体的剪切应变对温度的改变十分敏感。未来应就模型简化方法、参数取值规律、冰水相变和尺寸效应等问题进行进一步研究，以适应实际冰川案例中剪切强度劣化行为的模拟。

关键词：碎屑冰冻体融化直剪试验剪切力学行为有限-离散元

含不同胶结充填物的碳酸盐岩层面剪切力学特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2016年第6期35卷 1161-1172页

作者：周扬一冯夏庭徐鼎平李帅军陈东方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 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819

层面是层状岩体稳定性的主控结构面,层面的剪切力学行为及抗剪强度对建造于层状岩体中的地下工程具有重要影响。由于成岩时期物化作用的差异,同一工程场址常发育不同地质特征(胶结充填物、粗糙度等)的层面。为了深入了解不同类型层面的... 详细信息

层面是层状岩体稳定性的主控结构面,层面的剪切力学行为及抗剪强度对建造于层状岩体中的地下工程具有重要影响。由于成岩时期物化作用的差异,同一工程场址常发育不同地质特征(胶结充填物、粗糙度等)的层面。为了深入了解不同类型层面的剪切力学特性,利用乌东德水电站地下厂房区域取得的胶结层面试样开展常法向应力及峰后降法向应力直剪试验。试验结果表明,不同地质特征的层面表现出不同的剪切力学行为,按有无明显峰值可将剪切变形–剪应力曲线分为2类,无明显峰值层面的粗糙度和表面附着物均有别于有明显峰值层面。法向变形与法向应力直接相关,但与层面类别之间的关系不明显。不同类型层面还表现出不同的剪胀行为及相应的剪胀角差异。胶结层面抗剪强度低于完整岩石但高于已分离层面,对层状岩体起弱化作用。按层面地质特征对其进行分类有助于进一步理解层状岩体的复杂力学行为,而选择不同层面力学模型可使计算更贴近实际工程岩体特征。

关键词：岩石力学层面层状岩体胶结层面法向刚度剪胀角剪切力学行为

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接触面力学性能研究及数值分析

水利与建筑工程学报 2008年第4期6卷 74-76,97页

作者：王长军杨远志李勇会胡志刚北京中建建筑科学研究院有限公司北京100076 国电长源老渡口水电有限公司湖北恩施445017

研究岩石-岩石节理或混凝土-岩石接触面的力学行为对于评价岩体的稳定性及工程体与岩基的稳定性有重要的意义。通过ANSYS有限元软件构建了在宽度方向一致的三维粗糙表面,模拟计算了Bandis等在玄武岩试件上的直剪试验和Patton剪胀公式,... 详细信息

研究岩石-岩石节理或混凝土-岩石接触面的力学行为对于评价岩体的稳定性及工程体与岩基的稳定性有重要的意义。通过ANSYS有限元软件构建了在宽度方向一致的三维粗糙表面,模拟计算了Bandis等在玄武岩试件上的直剪试验和Patton剪胀公式,并将数值计算结果与试验结果和理论解对比,获得了较好的结果,从试验和理论上验证了ANSYS在分析接触面剪切力学行为方面的可行性。随后,借助数值计算,探讨了尺度分维参数Rd与粗糙界面峰值剪应力的关系,证实了Rd适于粗糙界面力学性能的研究,并获得了固定边界条件下两者的关系表达式。

关键词：粗糙表面剪切力学行为数值计算直剪试验尺度分维参数剪应力分布

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接触面力学性能研究及数值分析

建筑科技情报 2011年第1期 35-38页

作者：王长军北京中建建筑科学研究院有限公司 100076

研究岩石-岩石节理或混凝土-岩石接触面的力学行为对于评价岩体的稳定性及工程体与岩基的稳定性有重要的意义。本文通过ANSYS有限元软件构建了在宽度方向一致的三维粗糙表面，模拟计算了Bandis等在玄武岩试件上的直剪试验和Patton剪胀... 详细信息

研究岩石-岩石节理或混凝土-岩石接触面的力学行为对于评价岩体的稳定性及工程体与岩基的稳定性有重要的意义。本文通过ANSYS有限元软件构建了在宽度方向一致的三维粗糙表面，模拟计算了Bandis等在玄武岩试件上的直剪试验和Patton剪胀公式，并将数值计算结果与试验结果和理论解对比，获得了较好的结果，从试验和理论上验证了ANSYS在分析接触面剪切力学行为方面的可行性。随后，借助数值计算，探讨了尺度分维参数R。与粗糙界面峰值剪应力的关系，证实了Rd适于粗糙界面力学性能的研究，并获得了固定边界条件下两者的关系表达式。

关键词：粗糙表面剪切力学行为数值计算直剪试验尺度分维参数剪应力分布

复杂环境下高土石坝沥青混凝土心墙力学性能研究

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江西水利科技 2019年第2期45卷 93-97页

作者：梁建涌江西省吉安市水利水电规划设计院江西吉安343000

为了探究沥青混凝土心墙在复杂地质环境下的力学行为,以室内试验为基础,开展了沥青混凝土在两种剪切角度、三种试验温度及五种应变速率下的剪切力学性能研究.通过试验分析,得到了复杂环境下剪切应力-温度-应变速率-角度四者的相关关系,... 详细信息

为了探究沥青混凝土心墙在复杂地质环境下的力学行为,以室内试验为基础,开展了沥青混凝土在两种剪切角度、三种试验温度及五种应变速率下的剪切力学性能研究.通过试验分析,得到了复杂环境下剪切应力-温度-应变速率-角度四者的相关关系,结果表明:当剪切角度、温度及速率相同时,沥青混凝土的剪切应力-应变曲线呈三阶段变化特征;当角度和速率相同时,温度越高,沥青混凝土的剪切应力越低而应变越大,即有呈弹性向塑性变化的趋势;当温度和剪切速率相同时,角度越大,剪切应力越小;相同剪切角度、温度时,剪切应力随剪切速率增大均呈幂函数型增长.

关键词：复杂环境土石坝沥青混凝土心墙剪切力学行为

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岩体结构面直剪力学行为的颗粒流分析

太原理工大学学报 2021年第4期52卷 542-546页

作者：杨泽进张昌锁王晨龙太原理工大学矿业工程学院太原030024 太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 煤炭工业太原设计研究院集团有限公司太原030001

采用颗粒流程序重点研究了岩体结构面直剪力学行为,分析了粘结解绑法和光滑节理接触法模拟结构面剪切力学行为的可行性。颗粒的尺寸和位置随机分布会引入一定的粗糙度,进而造成粘结解绑法结构面剪切过程中产生非实际的应力集中现象;结... 详细信息

采用颗粒流程序重点研究了岩体结构面直剪力学行为,分析了粘结解绑法和光滑节理接触法模拟结构面剪切力学行为的可行性。颗粒的尺寸和位置随机分布会引入一定的粗糙度,进而造成粘结解绑法结构面剪切过程中产生非实际的应力集中现象;结构面两侧颗粒在剪切过程中容易穿越结构面而引起颗粒间接触模型的不合理设置,使得光滑节理接触法结构面产生非实际应力集中现象,采用结构面相交接触判别法和结构面两侧颗粒组接触判别法解决光滑节理接触法存在的弊端。通过摩擦角为57°的岩体平直结构面在法向应力为3 MPa、5 MPa和7 MPa的直剪模拟与理论值对比分析,验证了结构面两侧颗粒组接触判别法能够真实模拟岩体结构面剪切力学行为的结论。

关键词：岩体工程安全性岩体结构面剪切力学行为颗粒流分析