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考虑卸荷效应的深埋隧洞围岩分区破坏数值模拟

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岩土力学 2012年第4期33卷 1233-1239页

作者：汪洋曾雄辉尹健民肖国强长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010 二滩水电开发有限责任公司成都610021

基于卸荷岩体力学基本理论,运用三维有限差分软件,提出以塑性体积应变增量变化区间与不同卸荷区域岩体力学参数相对应的卸荷模拟方法,模拟了不同侧压系数条件下开挖洞周附近围岩最大体积应变增量以及围岩损伤范围的变化情况。数值模拟... 详细信息

基于卸荷岩体力学基本理论,运用三维有限差分软件,提出以塑性体积应变增量变化区间与不同卸荷区域岩体力学参数相对应的卸荷模拟方法,模拟了不同侧压系数条件下开挖洞周附近围岩最大体积应变增量以及围岩损伤范围的变化情况。数值模拟结果表明:当侧压系数较低时,洞周附近围岩的塑性体积应变增量区域的外边界近似为竖向椭圆形,随着侧压系数的增大,其外边界逐渐向圆形变化,最后变为横向椭圆形。侧压系数越大,围岩的卸载效应越显著,洞周附近围岩的塑性体积应变增量就越大,其所产生的围岩损伤范围也相应越大。利用所获得的结果,可以为深埋隧洞的稳定性分析以及支护设计提供依据。

关键词：深埋隧洞卸荷塑性体积应变增量分区破坏

不同初始损伤下大理岩卸荷的核磁共振试验研究

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岩土力学 2015年第8期36卷 2144-2150页

作者：周科平苏淑华胡振襄李杰林杨泽中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

为研究不同初始损伤下大理岩的卸荷特性,开展相同初始围压、不同初始轴压的常规三轴加-卸载试验,并进行加-卸载后岩样的核磁共振(NMR)特性试验研究,得到岩样孔隙度、应变、核磁共振图像及T2谱分布等参量。结果表明:(1)随着卸荷的进行,... 详细信息

为研究不同初始损伤下大理岩的卸荷特性,开展相同初始围压、不同初始轴压的常规三轴加-卸载试验,并进行加-卸载后岩样的核磁共振(NMR)特性试验研究,得到岩样孔隙度、应变、核磁共振图像及T2谱分布等参量。结果表明:(1)随着卸荷的进行,岩样孔隙度增大,且当初始轴压为三轴抗压强度(TCS)的90%时,其卸荷过程比80%与70%时更加平稳;(2)初始损伤可以有效促进应变的增大,尤其对环向扩容效应影响显著,同时应变的增长能促进裂隙的发育;(3)初始损伤较小时,岩样经历弹性变形到塑性变形的转化,岩石的T2图谱中小孔隙谱峰先向左移,后向右移,大孔隙谱峰不断向右扩展,反映了卸荷初期产生新的小孔隙,卸荷后期主要是大、小裂隙的扩展、贯通。当初始损伤较大时,T2图谱只向右扩展,反映岩样以扩展大孔隙为主,岩样只经历塑性变形;(4)初始损伤越大,相同卸荷围压比的核磁共振图像白斑亮度和面积越大,岩样的孔隙度就越大。

关键词：核磁共振初始损伤卸荷孔隙度 T2谱分布

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卸荷条件下层状岩体层厚变化规律及机制研究

岩石力学与工程学报 2018年第12期37卷 2772-2784页

作者：刘高李京泽李璐杨雄兵杨星月蔡明君兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000

以黄河上游某水电站层状岩体斜坡为对象,通过90个勘探平硐和地表大量变质砂岩和板岩层厚的现场测量和统计,揭示层厚的空间变化规律,分析岩层薄化的影响因素及影响范围,并基于地应力测量、岩体波速测试、三轴应力–弹性波耦合试验和数值... 详细信息

以黄河上游某水电站层状岩体斜坡为对象,通过90个勘探平硐和地表大量变质砂岩和板岩层厚的现场测量和统计,揭示层厚的空间变化规律,分析岩层薄化的影响因素及影响范围,并基于地应力测量、岩体波速测试、三轴应力–弹性波耦合试验和数值计算,探讨卸荷作用下陡倾层状岩体斜坡的岩层薄化机制。结果表明:岩层薄化是岩性、构造、卸荷和风化等因素综合作用的结果,软硬相间岩层及其潜在弱面是岩层薄化的基础,构造作用使潜在弱面剪切,卸荷作用使潜在弱面显性张裂,风化使地表岩层进一步变薄,其中卸荷作用是主要和全局性的。河流下切使软硬相间陡立层状岩体斜坡内的地应力场非常复杂,坡顶和坡面岩层内潜在弱面直接拉张,斜坡内一定深度范围内岩层沿潜在弱面发生压致拉裂,斜坡内陡立层状岩体发生大范围岩层薄化。受之影响,层状岩体斜坡内层厚总体上随深度增加振荡式增加并在一定深度达到原生厚度而趋于稳定,层间错动带、褶皱带、卸荷裂隙带附近的层厚普遍较薄并也随埋深增大而增加,岩层厚度及影响范围随高程增加而增加,左岸反倾岩层的厚度和影响范围大于右岸顺倾岩层。层厚、埋深、纵波速度和应力状态之间具有较好的相关性,表明层状岩体的单层厚度始终受地应力场控制。研究成果为层状岩体力学性质与变形破坏研究以及工程设计提供基础。

关键词：岩石力学层状岩体岩层厚度岩层薄化地应力场卸荷应力–弹性波耦合试验

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大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟

岩土力学 2019年第3期40卷 1179-1186,1212页

作者：丛怡丛宇张黎明贾乐鑫王在泉青岛理工大学理学院山东青岛266033 青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心山东青岛266033 青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

从大理岩常规三轴加、卸荷室内试验出发,结合PFC3D颗粒流程序进行分析,在明确室内试验与数值模拟试验卸荷速率对应关系的基础上,对不同卸荷速率下试样破坏过程的力学特性及破坏机制进行探讨。结果表明:加、卸荷路径下整个加载过程中张... 详细信息

从大理岩常规三轴加、卸荷室内试验出发,结合PFC3D颗粒流程序进行分析,在明确室内试验与数值模拟试验卸荷速率对应关系的基础上,对不同卸荷速率下试样破坏过程的力学特性及破坏机制进行探讨。结果表明:加、卸荷路径下整个加载过程中张拉裂纹数量均明显高于剪切裂纹;常规三轴试验损伤应力之后,裂纹围绕某一速率进行扩展,卸荷试验损伤应力之后,裂纹的发展是突发性的;不同应力路径下试样损伤破坏的差异性主要形成于损伤应力至峰值应力这一阶段,直至卸荷速率超过6 MPa/s,试样的损伤程度与破坏形式逐渐趋于一致;随着围压的增大,不同卸荷速率下岩石破坏均呈现出由张拉破坏逐渐向剪切破坏过渡。

关键词：卸荷大理岩颗粒流力学特性裂纹扩展

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基坑土体卸荷平面应变试验离散元数值分析

岩土力学 2018年第1期39卷 339-348页

作者：张伏光蒋明镜石家庄铁道大学土木工程学院石家庄河北050043 石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室河北050043 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092

对基坑开挖影响范围内土体的应力路径进行平面应变试验离散元数值模拟,以研究结构性与卸荷形式对坑周土体宏微观力学特性的影响。首先,将一个描述土颗粒间胶结效应的简单三维胶结接触模型植入三维离散元软件PFC^(3D);其次,对初始K_0固... 详细信息

对基坑开挖影响范围内土体的应力路径进行平面应变试验离散元数值模拟,以研究结构性与卸荷形式对坑周土体宏微观力学特性的影响。首先,将一个描述土颗粒间胶结效应的简单三维胶结接触模型植入三维离散元软件PFC^(3D);其次,对初始K_0固结状态的重塑土、结构性土试样分别进行常规三轴以及平面应变条件下4种不同卸荷应力路径的离散元模拟;最后,对经历不同卸荷形式的坑底土体单元进行再加荷模拟。模拟结果表明,在卸荷过程中,被动区土体峰值强度以及破坏时竖向应变随卸荷比增大而增大,且其强度小于主动区土体强度;在卸荷、再加荷过程中,被动区土体峰值强度随卸荷比增大而增大,但均小于不卸荷而直接加荷条件下的峰值强度;由于结构性的存在,土体由应变硬化向应变软化过渡,且强度增长;结构性与卸荷形式显著影响土体体积改变。在微观尺度,增大卸荷比或结构性均会增大垂直大主应力方向的平面上的法向接触力,进而提高其强度。

关键词：基坑开挖平面应变试验卸荷离散元

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开挖卸荷对砂岩力学特性影响试验研究

岩土力学 2010年第S1期31卷 156-162,206页

作者：王瑞红李建林蒋昱州陈星王宇三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010

卸荷作用广泛存在于人类的工程活动和地质作用过程中,岩体在卸荷条件下的力学特性研究一直是工程界探讨的热点问题之一。根据实际边坡工程开挖后应力变化状态确定试验方案,进行了砂岩三轴卸荷破坏试验,研究了卸荷状态下岩体的应力应变... 详细信息

卸荷作用广泛存在于人类的工程活动和地质作用过程中,岩体在卸荷条件下的力学特性研究一直是工程界探讨的热点问题之一。根据实际边坡工程开挖后应力变化状态确定试验方案,进行了砂岩三轴卸荷破坏试验,研究了卸荷状态下岩体的应力应变特征、破坏特征及力学参数变化规律,并与加载破坏试验数据进行了对比分析。试验结果表明,卸荷破坏时岩样变形模量随着卸荷量的增加可降低5%～42%左右,二者之间的关系可用指数函数拟合;卸荷破坏时岩体的峰值应变随围压线性增长,残余应变与围压无明显关系;相比于加载破坏,卸荷破坏时岩体凝聚力c值降低了4%左右,内摩擦角?增加了12%左右;卸荷速率对岩样强度和变形参数有较大影响;卸荷条件下岩体破坏具有沿卸荷方向强烈扩容特征,主要表现为张剪破坏,并伴随有环向裂纹,初始围压越高,卸荷程度越强烈,岩体的破碎程度越高。

关键词：砂岩卸荷试验力学参数

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不同沉积年代泥岩卸荷力学特性试验研究

岩土力学 2017年第3期38卷 714-722,730页

作者：霍亮周雁杨春和冒海军刘俊新陈西磊重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点试验室重庆400044 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院北京100083 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 西南科技大学四川绵阳621010

鄂西渝东地区蕴藏着丰富的油气资源,纵向主要分布有侏罗系和志留系两套泥岩盖层,区域经历的抬升剥蚀过程会导致盖层破裂,影响油气保存。选取沉积于侏罗系沙溪庙组、桐竹园组以及志留系龙马溪组的3个典型区块泥岩,开展10~50MPa 5种围压... 详细信息

鄂西渝东地区蕴藏着丰富的油气资源,纵向主要分布有侏罗系和志留系两套泥岩盖层,区域经历的抬升剥蚀过程会导致盖层破裂,影响油气保存。选取沉积于侏罗系沙溪庙组、桐竹园组以及志留系龙马溪组的3个典型区块泥岩,开展10~50MPa 5种围压下的三轴卸荷力学试验,探索卸荷对泥岩力学特性影响。研究表明:随卸荷围压增大,3类泥岩的卸荷效应均增强,侏罗系泥岩体现在卸荷变形增大,志留系泥岩主要体现在沿卸荷方向的侧向膨胀;对比常规三轴压缩试验中岩石破裂时的应力状态,卸荷得到的泥岩强度均上升,内摩擦角更大,泥岩侧压破裂系数呈负指数分布,随围压增大而减小,并且沉积时间短浅的泥岩在抬升剥蚀过程中更容易产生破坏;岩石破裂形态由岩石组构与应力环境共同决定,沙溪庙组泥岩的裂纹形态为单一剪切断面破坏,并且断口平缓,而桐竹园组泥岩与龙马溪组泥岩则随围压升高,由单一剪切断面向共轭剪切破坏过渡,其中桐竹园组泥岩断口平滑,龙马溪组泥岩断口则呈现锯齿状。

关键词：泥岩地质年代卸荷侧胀系数侧压破裂系数破坏形态

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卸荷条件下黄土湿陷系数的计算方法及验证

岩土工程学报 2019年第10期41卷 1959-1966页

作者：金鑫王铁行赵再昆罗扬西安建筑科技大学土木工程学院

自重湿陷性黄土场地桩间土在浸水作用下存在卸荷与湿陷的伴生过程,考虑卸荷作用的黄土湿陷变形还难以计算。首先探讨了卸荷湿陷与传统湿陷的差异性,分析了湿陷完成比、卸荷应力比等因素对黄土卸荷湿陷变形的影响,然后考虑各影响因素进... 详细信息

自重湿陷性黄土场地桩间土在浸水作用下存在卸荷与湿陷的伴生过程,考虑卸荷作用的黄土湿陷变形还难以计算。首先探讨了卸荷湿陷与传统湿陷的差异性,分析了湿陷完成比、卸荷应力比等因素对黄土卸荷湿陷变形的影响,然后考虑各影响因素进行了卸荷湿陷试验,采用湿陷完成比、卸荷湿陷比和卸荷应力比来描述原状黄土的卸荷湿陷过程。由于逐级多次卸荷试验更符合工程实践中的连续卸荷工况,重点进行了多次卸荷试验。基于单次卸荷与多次卸荷试验结果,建立了考虑卸荷作用的湿陷系数计算方法。进一步采用卸荷湿陷系数,得到了考虑卸荷作用的自重湿陷性黄土场地桩间土自重湿陷量的计算方法,并通过室内验证试验与工程实例计算,论证了卸荷条件下黄土湿陷系数计算方法的合理性。

关键词：卸荷黄土湿陷湿陷系数

深埋隧道围岩系统卸荷演化过程的Lyapunov指数分析

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岩土力学 2008年第10期29卷 2871-2876页

作者：赵瑜李晓红卢义玉康勇陈陆望重庆大学土木工程学院重庆400030 西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆400030 合肥工业大学资源与环境学院合肥230009

岩石材料本质上是一种物理非线性的材料,在深埋条件下,隧道围岩系统的变形还表现出几何非线性,这两种非线性机制的相互作用使得围岩系统的卸荷演化具有高度的复杂性。根据重庆某深埋隧道围岩实际情况,运用FLAC3D三维显式有限差分法分析... 详细信息

岩石材料本质上是一种物理非线性的材料,在深埋条件下,隧道围岩系统的变形还表现出几何非线性,这两种非线性机制的相互作用使得围岩系统的卸荷演化具有高度的复杂性。根据重庆某深埋隧道围岩实际情况,运用FLAC3D三维显式有限差分法分析软件,建立了摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型,采用大变形方法对深埋隧道围岩系统卸荷进行数值仿真,引入混沌动力学理论对数值模拟的分析结果进行整合,提取了围岩系统演化过程中特征点演化时间序列的Lyapunov指数,对其混沌形态进行了研究。实例分析表明:深埋隧道围岩系统卸荷演化呈现典型的混沌性态,且系统演化具有对初始条件的敏感性。

关键词：深埋隧道卸荷 Lyapunov指数系统演化