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基于物理模型试验的多层滑带滑坡变形演化特征

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地质科技通报 2022年第2期41卷 300-308页

作者：杨登芳胡新丽徐楚王强牛李飞张杰豪中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074

滑坡变形演化特征一直是滑坡灾害预测与防治领域急需解决的关键问题,但对于多层滑带滑坡的变形演化特征却少有研究。以物理模型试验为手段建立了三层滑带滑坡物理试验模型,完成了多层滑带滑坡变形演化全过程的模拟。基于PIV技术获取坡... 详细信息

滑坡变形演化特征一直是滑坡灾害预测与防治领域急需解决的关键问题,但对于多层滑带滑坡的变形演化特征却少有研究。以物理模型试验为手段建立了三层滑带滑坡物理试验模型,完成了多层滑带滑坡变形演化全过程的模拟。基于PIV技术获取坡表位移数据,通过柔性测斜仪监测滑坡深部位移,同时布设土压力盒获取滑坡内部土压力的变化情况,实现了多层滑带滑坡演化过程多参量数据分析。试验结果表明,多层滑带滑坡破坏过程可分为初始、等速、加速和破坏4个阶段。不同破坏阶段滑坡的主要变形区域不同,下层滑体受到上层滑体牵引作用,在重力和推力作用下滑坡变形逐渐向浅层发展。变形过程中滑坡应力逐渐向滑带集中,滑坡推力沿埋深方向呈多级梯形分布。加速变形阶段滑带处应力迅速增大,滑坡体内产生多层应力集中带,滑带位置推力变化与滑坡位移显著相关。

关键词：物理模型试验多层滑带滑坡深部位移变形演化

基于离心模型试验的复杂层状软岩楔形滑坡变形演化研究

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岩土力学 2020年第10期41卷 3374-3384页

作者：陈达许强郑光蔡国军彭双麒王卓何攀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) 四川成都610059

楔形破坏是岩质边坡中的一种重要失稳形式,以往研究主要是通过块体理论从力学角度进行稳定性分析,一定程度上忽略了地质作用的孕育演化过程。为全面分析岩质边坡楔形破坏的灾害孕育机制及变形特征,以略阳县官家咀中桥楔体滑坡为地质原型... 详细信息

楔形破坏是岩质边坡中的一种重要失稳形式,以往研究主要是通过块体理论从力学角度进行稳定性分析,一定程度上忽略了地质作用的孕育演化过程。为全面分析岩质边坡楔形破坏的灾害孕育机制及变形特征,以略阳县官家咀中桥楔体滑坡为地质原型,基于现场地质调查和分析,设计了具有两组结构面的层状楔形体岩质斜坡概化离心模型,并成功完成离心模型试验。结果表明:(1)不同于传统楔形滑坡大块体滑落,当坡体岩性较软、节理裂隙发育时,楔体将沿着楔形面交线方向呈解体式滑动;此类楔体滑坡的楔形形态差,难以从几何上进行识别,岩性条件、结构条件是其控制性因素。(2)这类具层状楔形软岩斜坡表观变形不明显,在重力作用下,变形主要从坡体内部向坡表、坡底纵向延伸,楔形滑体部分压力、应变变化较小,主要表现为拉张破坏。(3)滑坡可形成多级楔形滑面,并发育多级失稳楔体,坡体自动搜索最优滑动面,发生不同规模的崩滑灾害;在1 260 s、50g时出现一级楔体失稳,2 016 s、92g时二级深层楔体失稳。该试验揭示了在重力作用下此类楔体滑坡变形演化过程以及成灾模式,为深入认识该类滑坡以及灾害防治提供了参考依据。

关键词：楔形滑坡离心模型试验多级楔形滑面变形演化成灾模式

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峰前卸荷大理岩变形演化规律及破坏耗能特征

煤炭学报 2020年第S01期45卷 181-190页

作者：朱子涵蔚立元李景龙孟庆彬隋斌张站群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 山东大学土建与水利学院山东济南250061

变形是岩石卸荷破坏过程中的重要特征,岩石中积聚能量的耗散则是卸荷破坏的本质。利用MTS 815.3岩石力学试验系统探究大理岩在峰前卸荷条件下的变形演化规律及破坏耗能特征,主要考虑了应力路径、卸荷速率和卸荷点等因素的影响。结果表明... 详细信息

变形是岩石卸荷破坏过程中的重要特征,岩石中积聚能量的耗散则是卸荷破坏的本质。利用MTS 815.3岩石力学试验系统探究大理岩在峰前卸荷条件下的变形演化规律及破坏耗能特征,主要考虑了应力路径、卸荷速率和卸荷点等因素的影响。结果表明:围压卸至0处体积应变为正时,可制备卸荷损伤破裂岩样,体积应变在卸荷过程中分为3个阶段:稳定阶段、缓慢减小阶段和显著扩容阶段;卸荷过程中,剪胀角与卸荷点呈正相关;变形模量(或广义泊松比)先缓慢减小(增加),随后快速降低(增加),卸荷点越大变形模量(或广义泊松比)转折点处对应的围压越大,卸荷路径对变形模量和广义泊松比影响较小;耗散能与卸荷点呈正相关,升轴压卸围压耗散能>恒轴压卸围压>卸轴压卸围压;不同卸荷路径下吸收能和耗散能随卸荷速率的增加差值逐渐减小,趋于稳定的吸收能和耗散能大小约0.27 MJ/m^(3)和0.16 MJ/m^(3);卸荷速率控制试样破坏形态,低卸荷速率下,破坏形态以张拉剪切为主,破坏试样表面张拉裂纹和环向裂纹显著;较高卸荷速率下,表面张拉裂纹减少,破坏形式主要为伴随岩块崩落的剪切破坏;卸荷路径和卸荷点对岩样的破坏程度起作用,其中升轴压破坏程度>恒轴压>卸轴压,且与卸荷点呈正相关。

关键词：岩石力学峰前卸荷变形演化耗散能破坏特征

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含弱夹层组合岩石变形破坏演化特征实验研究

岩石力学与工程学报 2021年第12期40卷 2402-2410页

作者：许海亮朱万宇宋义敏安栋孙金斗北方工业大学土木工程学院北京100144

针对含弱夹层组合岩石试件,利用CCD相机作为观测手段,采用数字散斑相关方法,得到变形场分析结果,研究含弱夹层组合岩石变形破坏演化特征,并对层间作用效应进行理论分析。结果表明:(1)中间弱强度岩石最先出现水平拉应变局部化带,随着荷... 详细信息

针对含弱夹层组合岩石试件,利用CCD相机作为观测手段,采用数字散斑相关方法,得到变形场分析结果,研究含弱夹层组合岩石变形破坏演化特征,并对层间作用效应进行理论分析。结果表明:(1)中间弱强度岩石最先出现水平拉应变局部化带,随着荷载增加,局部化带向岩层接触面发展,并通过层间作用对上下层岩石施加拉应力,使上下层岩石最先出现竖向拉裂缝,大大降低了弱夹层组合岩石的抗压强度;(2)中间弱强度岩石受上下层岩石影响发生张拉破坏,导致试件最终破坏。上下层岩石出现裂隙后,在该裂隙左侧区域内,上下层岩石对中间弱强度岩石的约束作用减弱甚至产生张拉作用,致使该部分岩石抗压强度突降,发生突然破坏;(3)理论计算表明,距层间接触面一定范围内,上下2层岩石抗压强度降低,中间层岩石抗压强度上升,其变化幅度与岩石力学参数有关。就本次实验对应的理论计算而言,上下2层的花岗岩抗压强度降低为花岗岩单轴抗压强度的0.32倍,为32.514 MPa,小于中间弱强度岩石的抗压强度,成为弱夹层组合岩石抗压强度的控制因素;(4)通过实验得到弱夹层组合岩石抗压强度为33.91 MPa,与结论(3)中的理论计算结果相吻合。且实验过程中,上下层花岗岩首先出现裂隙,表明其抗压强度小于中间弱强度岩石,也与结论(3)中的理论分析一致。研究成果对煤柱型冲击地压的发生机理与防治有一定的指导借鉴作用。

关键词：岩石力学弱夹层组合岩石变形演化抗压强度数字散斑相关方法冲击地压

干湿循环作用下滑带土的变形演化和强度参数弱化试验研究

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四川大学学报（工程科学版） 2016年第S2期48卷 1-7页

作者：董金玉赵志强杨继红黄志全华北水利水电大学资源与环境学院河南郑州450045

基于对粉土和粉质黏土2种滑带土基本特征的分析,通过室内干湿循环试验和直接剪切试验,对不同类型的滑带土在干湿循环作用下的变形演化和强度弱化特征进行试验研究。结果表明:在干湿循环变化下,粉土滑带土的变形表现为风干时土样内部产... 详细信息

基于对粉土和粉质黏土2种滑带土基本特征的分析,通过室内干湿循环试验和直接剪切试验,对不同类型的滑带土在干湿循环作用下的变形演化和强度弱化特征进行试验研究。结果表明:在干湿循环变化下,粉土滑带土的变形表现为风干时土样内部产生裂隙,且随着干湿循环次数的增加,裂隙不断扩展贯穿和增宽,饱和后裂隙又闭合;粉质黏土滑带土变形则为风干时体积收缩,饱和后体积膨胀;2种滑带土在干湿循环条件下的强度弱化规律基本相同,第1次干湿循环造成滑带土强度弱化程度最大,第3次后强度基本趋于稳定值;2种滑带土的黏聚力与干湿循环次数呈对数曲线形式降低,内摩擦角呈线性降低;干湿循环过程中滑带土抗剪强度的降低主要由其黏聚力的降低引起,同时黏聚力受干湿循环的影响较为显著。

关键词：干湿循环滑带土变形演化抗剪强度黏聚力内摩擦角

不同加载方式下岩石变形及峰后能量演化特征研究

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岩石力学与工程学报 2020年第S02期39卷 3229-3236页

作者：杨小彬程虹铭裴艳宇中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 山西大同大学煤炭工程学院山西大同037003

为探究不同加载方式下岩石变形及峰后能量演化特征,开展不同围压条件下砂岩峰前单向加载峰后循环加卸载、峰前峰后均循环加卸载的三轴压缩试验。研究结果表明:峰前同一应力水平,循环加卸载产生的变形略小于单向加载;相比单向加载,循环... 详细信息

为探究不同加载方式下岩石变形及峰后能量演化特征,开展不同围压条件下砂岩峰前单向加载峰后循环加卸载、峰前峰后均循环加卸载的三轴压缩试验。研究结果表明:峰前同一应力水平,循环加卸载产生的变形略小于单向加载;相比单向加载,循环加卸载的岩样均出现从端部发育、终于主裂纹的不同长度和角度的非贯通细小裂纹,相同围压下形成的主裂纹角度较大;同一围压下,2种加载方式的峰后应力跌落形式近似相同,但循环荷载使跌落过程中岩石试样总输入能量W、损伤耗散能Wd、摩擦耗散能Wf较单向加载试验小,而可恢复弹性应变能We偏大;2种加载方式的峰后残余应力阶段均表现为理想塑性变形,残余强度均随循环荷载次数的增加而减小;循环加卸载试验残余应力阶段的残余强度及总输入能量W、损伤耗散能Wd、可恢复弹性应变能We、摩擦滑移过程中单位应变摩擦耗散能wf均大于单向加载试验,2种加载方式下的wf均具有围压效应。

关键词：岩石力学峰后循环加载变形演化能量特征摩擦耗散能

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地铁车站及区间穿越既有线变形演化机制研究

现代工程科技 2023年第18期2卷 18-20页

作者：叶涛侯效毅许洋中铁隆工程集团有限公司四川成都610045

随着城市地铁建设的不断发展,轨道交通建设越来越复杂多样,随之而来的施工风险也越来越突出。以北京地铁17号线太阳宫站及其附属1/2号换乘通道、西坝河站—太阳宫站区间正线为研究背景,借助数值有限元软件,采用三维有限元模型分析及现... 详细信息

随着城市地铁建设的不断发展,轨道交通建设越来越复杂多样,随之而来的施工风险也越来越突出。以北京地铁17号线太阳宫站及其附属1/2号换乘通道、西坝河站—太阳宫站区间正线为研究背景,借助数值有限元软件,采用三维有限元模型分析及现场实测对比模拟了穿越既有线变形演化机制及其控制要点,并基于此提出了一套针对穿越过程施工控制措施要求及建议。以期为后续类似地铁穿越工程提供一定技术参考与借鉴。

关键词：变形演化既有线变形地铁车站地铁区间三维模拟

沿空切顶留巷围岩变形演化特征及其控制技术——以亿欣煤矿为例

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沿空切顶留巷围岩变形演化特征及其控制技术——以亿欣煤矿为例

作者：霍雪峰山东科技大学

学位级别：硕士

切顶卸压沿空留巷作为无煤柱开采工艺的发展方向,具有广阔的发展前景。但由于巷道服务周期较长,围岩变形破坏严重,特别在切顶留巷阶段巷道围岩变形破坏愈发明显。本文综合应用理论分析推导、室内相似试验、数值模拟计算和现场矿压位移... 详细信息

切顶卸压沿空留巷作为无煤柱开采工艺的发展方向,具有广阔的发展前景。但由于巷道服务周期较长,围岩变形破坏严重,特别在切顶留巷阶段巷道围岩变形破坏愈发明显。本文综合应用理论分析推导、室内相似试验、数值模拟计算和现场矿压位移监测等多种研究手段和方法,建立了切顶卸压沿空留巷过程中顶板结构运动力学模型,系统阐述了切顶留巷采场覆岩结构运移规律及留巷围岩变形破坏特征,揭示了沿空切顶成巷围岩变形演化特征,提出了切顶留巷稳定性控制原则及方案,探讨了亿欣煤矿XV1306工作面切顶留巷围岩变化趋势。主要研究成果如下:(1)基于无煤柱切顶成巷技术原理及其工艺流程,阐述了沿空切顶留巷顶板结构演变过程及力学传递规律,建立了整个留巷过程中顶板力学简化模型,推导了不同阶段顶板应力分布及挠度变形的计算式。分析表明:切顶留巷过程中动压影响区围岩变形最为剧烈。(2)采用相似材料试验对切顶卸压沿空留巷无煤柱开采工艺条件下,采空区顶板的垮落及运移规律进行研究,结果显示:工作面开挖至30m时开采煤层上方顶板出现微小横向裂隙,但顶板尚未展露垮落迹象;当工作面开挖45m时,采空区直接顶首次出现垮落,预制切顶面,能够降低覆岩破断对巷道的影响。(3)运用数值分析软件FLAC3D对沿空切顶留巷围岩变形规律及支承压力分布特征进行了动态模拟计算。结果表明:采煤作业期间,巷道支承压力受采动影响范围为工作面前方60m至后方240m,其中,开采扰动影响最大的区域为工作面前方30m至工作面后方50m,该区段采空区顶板岩梁运移明显,围岩支承压力显著升高,变形量也随之迅速增加,且切缝侧顶板下沉量比实体煤侧大。采用数值计算软件FLAC3D模拟预切顶沿空留巷围岩矿压位移变化规律,系统研究工作面回采作业期间,沿空留巷围岩变形和应力分布特征。(4)根据理论分析,室内相似试验和数值计算的分析结果,提出了“分区分阶段动态防控”、“留巷围岩应力场优化”、“留巷围岩支护匹配协调”和“关键部位加强支护防控”的无巷旁充填沿空切顶留巷围岩稳定性控制原则;并提出了坚硬顶板沿空切顶留巷围岩支护设计方案。(5)通过对亿欣煤矿XV1306工作面沿空切顶留巷围岩矿压显现的实时监测。结果表明:受开采空间上覆岩梁旋转变形和垮落活动的影响,其留巷围岩运动演化规律大致可分为3个阶段:工作面后方0-50m范围是巷道围岩运动剧烈阶段,工作面后方50-200m范围为围岩运动状态变缓巷段,滞后工作面距离超过200m后围岩运动趋于稳定。现场工业性试验成功证明了沿空切顶留巷工艺实施及本研究结论的合理性和可靠性。

关键词：切顶卸压沿空留巷岩层垮落特征变形演化控制原则

支撑拱式锁固型滑坡变形演化特征的物理模型试验研究

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支撑拱式锁固型滑坡变形演化特征的物理模型试验研究

作者：贾航华北水利水电大学

学位级别：硕士

锁固型滑坡种类多样且分布广泛,由于锁固段具有聚能效应,一方面可以阻止土体下滑使边坡稳定,另一方面当其损坏后释放大量能量带来比普通滑坡更严重的破坏,使其成为边坡稳定性研究的重点对象。但目前在锁固支撑理论的研究中存在较多假设... 详细信息

锁固型滑坡种类多样且分布广泛,由于锁固段具有聚能效应,一方面可以阻止土体下滑使边坡稳定,另一方面当其损坏后释放大量能量带来比普通滑坡更严重的破坏,使其成为边坡稳定性研究的重点对象。但目前在锁固支撑理论的研究中存在较多假设,特别是对于“支撑拱”式锁固型滑坡的锁固效应及其对边坡稳定性的影响方面尚未明确,同时对其表面裂缝演化规律的关注较少。因此本文以“支撑拱”式锁固型滑坡为研究对象,通过物理模型试验,研究该类滑坡表面裂缝演化规律、“支撑拱”演化规律及拱间距对其锁固效应的影响;基于土拱效应理论建立“支撑拱”受力模型,对其锁固效应进行理论分析;使用FLAC3D模拟物理模型试验中难以实现的条件,补充分析“支撑拱”锁固效应的影响因素。主要结论如下:(1)物理模型试验进一步验证了锁固结构对坡体的稳定性有较强的控制作用。相比无拱支座锁固结构的普通滑坡,该类型滑坡不会出现瞬间大面积崩塌现象,一定程度上减小了危害。(2)当“支撑拱”高跨比介于0.32,“支撑拱”锁固效应处于初始阶段;若高跨比介于0.32-0.47,“支撑拱”处于较强锁固效应阶段;若高跨比介于0.47-0.54,“支撑拱”锁固效应处于减弱阶段;若高跨比大于0.54,滑坡已完全失去锁固效应。据此对粉土地区“支撑拱”式锁固型滑坡稳定性评价及治理有一定指导意义。(3)拱间距为7cm试验组为本次试验最优拱间距,相比拱间距为9cm试验组最大阻滑效果提升20%。当滑坡拱间距大于最优拱间距时“支撑拱”锁固效应变弱,坡面变形破坏较大;当拱间距小于最优拱间距时虽然“支撑拱”锁固效应相似,但坡面挤压变形更严重;并在试验基础上推导适用于拱支座的最优拱间距计算公式。(4)“支撑拱”式锁固型滑坡裂缝演化具有规律性,其出现的时间及空间位置较为固定;按时间顺序分别为(1)后缘拉裂缝(2)羽状裂缝(3)拱支座附近横向裂缝(4)滑坡周界(5)拱支座向上延伸竖向裂缝(6)上坡向拱形拉裂缝。(5)当滑体速度大于1mm/s时,拱支座锁固段便失去锁固效应,当滑体速度小于1mm/s时,对锁固效应的影响较小。另一方面“支撑拱”锁固效应随着拱支座沿滑坡滑动方向错动距离的增大而削弱,且土体下滑出现偏流效应,但相比没有拱支座锁固段的滑体而言依然具有较好阻滑效果。

关键词：锁固型滑坡支撑拱拱间距变形演化三维激光扫描