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坚硬脆性岩体中圆形洞室岩爆破坏的平面应变模型试验研究

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岩石力学与工程学报 2007年第12期26卷 2504-2509页

作者：陈陆望白世伟合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071

为了探讨圆形地下洞室围岩岩爆破坏过程与机制,以单轴抗压强度(σc)、脆性系数(K)与冲击能量指数(WB)为概化指标,通过物理模型材料的正交试验,选取合适的具有岩爆倾向性的坚硬脆性岩体物理模型材料,制作了尺寸为800mm×800mm×200mm(长... 详细信息

为了探讨圆形地下洞室围岩岩爆破坏过程与机制,以单轴抗压强度(σc)、脆性系数(K)与冲击能量指数(WB)为概化指标,通过物理模型材料的正交试验,选取合适的具有岩爆倾向性的坚硬脆性岩体物理模型材料,制作了尺寸为800mm×800mm×200mm(长×宽×厚)、中心为φ160mm的圆形洞室物理模型试件,并在岩土工程大型真三轴物理模型试验机上进行平面应变物理模型试验。试验结果表明:在保持物理模型试件水平荷载与垂直荷载相等并同步提高过程中,围岩由弹性状态进入塑性状态,σθ-(r/r0)曲线表现峰值后移,σr-(r/r0)曲线形状变化不明显。当对物理模型试件同步施加水平荷载Ph与垂直荷载Pv均为600kN时,洞壁出现葱皮状剥落。同步施加水平荷载Ph与垂直荷载Pv均为630kN时,围岩在极短的时间与极窄的加载区间内围绕洞壁出现大规模突发性破坏,继续同步施加Ph与Pv,在相对较长时间与荷载区间内,围岩应力调整,出现相对稳定期。

关键词：岩石力学模型试验平面应变圆形洞室坚硬脆性围岩岩爆

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深部三维圆形洞室岩爆过程的模拟试验

岩土力学 2018年第2期39卷 621-634页

作者：司雪峰宫凤强罗勇李夕兵中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中南大学深部金属矿产开发与灾害控制湖南省重点实验室湖南长沙410083 中南大学高等研究中心工程材料力学研究所湖南长沙410083

为了模拟深部圆形洞室三维受力情况下岩爆的发生过程,以具有极强岩爆倾向性的花岗岩作为试验材料,利用自行研制的TRW-3000岩石真三轴电液伺服诱变试验机,对含直径50 mm贯穿圆形孔洞的100 mm×100 mm×100 mm立方体花岗岩试样进行了三向... 详细信息

为了模拟深部圆形洞室三维受力情况下岩爆的发生过程,以具有极强岩爆倾向性的花岗岩作为试验材料,利用自行研制的TRW-3000岩石真三轴电液伺服诱变试验机,对含直径50 mm贯穿圆形孔洞的100 mm×100 mm×100 mm立方体花岗岩试样进行了三向不等压加载试验。试验首先模拟1 000 m深度的初始应力环境,以垂直于洞室轴向的水平方向作为最小主应力方向,通过增加竖直方向应力模拟应力调整过程诱发岩爆情况,并借助三维加载岩样内部结构破坏实时视频监控系统监控洞壁破坏情况。试验结果表明,岩爆过程可以划分为平静阶段、颗粒弹射阶段、岩片剥落和爆裂阶段,洞壁两侧中间部位应力集中系数最高,最先产生破坏,然后沿径向向深部发展,最终形成两个对称型的V型槽。圆形洞室洞壁两侧破坏的3个典型受力节点,符合深部工程中统计得到的无支护圆形巷道的远场应力状态与破坏模式之间的关系,达到了模拟的效果。利用现有的4种岩爆判据进行了分析,判别结果与试验过程中拍摄到的洞壁破坏情况基本一致。洞壁的破坏伴随着声发射计数增加和能量升高,岩爆越剧烈,声发射越活跃。

关键词：岩石力学圆形洞室岩爆真三轴试验三维高应力声发射

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基于剪切滑移的圆形洞室应力状态研究

岩土力学 2012年第11期33卷 3271-3277页

作者：李杰李文培施存程王德荣范鹏贤解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室南京210007 海军工程设计研究局北京100070 第二炮兵指挥学院五系武汉430012

引入一种基于滑移线上非线性本构关系的圆形洞室计算模型,并从这个模型推导得出洞室开挖后应力状态的非连续表达式。在该表达式中围岩的应力分区以及其中的应力值由一个不定的荷载参数控制。通过引入边界条件的方法确定荷载参数,解决了... 详细信息

引入一种基于滑移线上非线性本构关系的圆形洞室计算模型,并从这个模型推导得出洞室开挖后应力状态的非连续表达式。在该表达式中围岩的应力分区以及其中的应力值由一个不定的荷载参数控制。通过引入边界条件的方法确定荷载参数,解决了荷载参数不确定的问题。从围岩的应力分布状态确定荷载参数的取值范围,并计算得到不同荷载参数范围内围岩应力分布曲线。将围岩应力状态的解析解与局部剪切应变二维有限元程序的数值解进行比较验证,一致性较好。

关键词：圆形洞室非连续解析解滑移线

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热-水-力共同作用下圆形洞室弹塑性解析解

岩土力学 2013年第S2期34卷 41-44页

作者：张玉军张维庆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武汉430071 中铁隧道勘测设计院有限公司天津300133

基于已有的工作和Mohr-Coulomb屈服准则,建立了热-水-力三场共同作用下的圆形洞室弹塑性解析解,并分别在单力场、热-力场、水-力场、热-水-力场以及改变介质强度参数的条件下计算和比较了围岩中的应力分布、变化及塑性区范围。结果显示... 详细信息

基于已有的工作和Mohr-Coulomb屈服准则,建立了热-水-力三场共同作用下的圆形洞室弹塑性解析解,并分别在单力场、热-力场、水-力场、热-水-力场以及改变介质强度参数的条件下计算和比较了围岩中的应力分布、变化及塑性区范围。结果显示,温度场使得塑性区半径有所减小,但总的来看温度作用不明显;与仅有力作用时相比,孔隙水压力使得塑性区半径、径向应力和切向应力有较大幅度增长。

关键词：热-水-力共同作用圆形洞室弹塑性解析解

Rayleigh波在饱和半空间中圆形洞室周围的散射

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岩土力学 2017年第8期38卷 2411-2424页

作者：徐颖梁建文刘中宪天津大学建筑工程学院天津300072 天津大学天津市土木工程结构及新材料重点实验室天津300072 天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384

基于Biot的两相介质理论,采用间接边界积分方程法,求解了Rayleigh波在饱和半空间中圆形洞室周围的二维散射问题,分析了入射波频率、孔隙率、边界渗透条件和洞室埋深等参数对地表位移幅值、洞室表面和地表孔隙水压力的影响。研究结果表明... 详细信息

基于Biot的两相介质理论,采用间接边界积分方程法,求解了Rayleigh波在饱和半空间中圆形洞室周围的二维散射问题,分析了入射波频率、孔隙率、边界渗透条件和洞室埋深等参数对地表位移幅值、洞室表面和地表孔隙水压力的影响。研究结果表明,由于圆形洞室的存在,饱和半空间地表位移幅值和地表孔隙水压被明显放大:在透水条件下,水平和竖向位移最大值分别比自由场放大了10.1倍和11.2倍;在不透水条件下,水平和竖向位移最大值分别比自由场放大了12.0倍和9.6倍,地表孔隙水压力放大了2.1~3.0倍。地表位移和孔隙水压力最大值均出现在入射波近端洞室边界附近。随着Rayleigh波入射频率的增大和洞室埋深的增加,地表位移幅值的放大作用有所减小。在相同孔隙率条件下,当入射频率为1.0时,洞室表面孔隙水压力最大;当入射频率为2.0时,洞室表面孔隙水压力最小,洞室表面最大孔隙水压力出现在洞室顶部。

关键词：饱和半空间圆形洞室散射 Rayleigh波间接边界积分方程法

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圆形洞室岩爆成因分析及其地质灾害研究

河海大学学报（自然科学版） 2002年第5期30卷 37-40页

作者：缪晓军吴继敏李景波广州市水利局广东广州510640 河海大学土木工程学院江苏南京210098

在详细分析岩爆形成机制和传统经验判据的基础上 ,对岩爆产生条件及其产生部位作了预测 ,并提出了岩爆预防对策 :设计阶段应对洞轴线进行选择、对洞室断面进行优化 ;施工阶段应进行超前应力解除、围岩软化 ,以及采用合理的开挖方式 ;合... 详细信息

在详细分析岩爆形成机制和传统经验判据的基础上 ,对岩爆产生条件及其产生部位作了预测 ,并提出了岩爆预防对策 :设计阶段应对洞轴线进行选择、对洞室断面进行优化 ;施工阶段应进行超前应力解除、围岩软化 ,以及采用合理的开挖方式 ;合理选择围岩加固措施 .

关键词：圆形洞室岩爆成因地质灾害

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圆形洞室预应力锚索的地震动力响应

河海大学学报（自然科学版） 2010年第6期38卷 716-720页

作者：郝振群石崇朱珍德河海大学岩土工程科学研究所江苏南京210098

针对锚索在本身预应力及动荷载作用下轴向力可能产生损失、降低抵抗洞室变形能力的问题,采用有限差分数值分析方法,通过构造简单洞室模型,分别对简化的地震动载荷进行纵向压缩、横向剪切数值模拟.结果表明:由于洞室尺寸相对于无限空间较... 详细信息

针对锚索在本身预应力及动荷载作用下轴向力可能产生损失、降低抵抗洞室变形能力的问题,采用有限差分数值分析方法,通过构造简单洞室模型,分别对简化的地震动载荷进行纵向压缩、横向剪切数值模拟.结果表明:由于洞室尺寸相对于无限空间较小,动载荷作用时洞室几何形状引起的挠动有限,因此锚索内动应力引起的变化较小;锚索安装角对该作用力的大小有很大影响;波动频率越高,该作用力越大;波动的类型影响不大.

关键词：圆形洞室预应力锚索地震荷载动力响应

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圆形洞室应力状态及塑性区分析

西安科技大学学报 2017年第5期37卷 610-616页

作者：王子辉周宏伟王超圣裴浩何树生中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

为了研究圆形洞室开挖后洞壁围岩和工作面前方围岩的应力状态和塑性区范围,采用数值模拟和理论计算相结合的方法,对不同埋深下的圆形洞室进行了FLAC3D模拟,揭示了开挖后的力学特性。结果表明:对于洞壁围岩而言,随着初始应力的增加,最大... 详细信息

为了研究圆形洞室开挖后洞壁围岩和工作面前方围岩的应力状态和塑性区范围,采用数值模拟和理论计算相结合的方法,对不同埋深下的圆形洞室进行了FLAC3D模拟,揭示了开挖后的力学特性。结果表明:对于洞壁围岩而言,随着初始应力的增加,最大的切应力不是线性增加的,其增加的幅度在逐渐减小;而最大切应力与初始应力的比值维持在稳定的范围内。塑性区范围随埋深的增加在逐渐地扩大,但增加的幅度也在减小。对工作面前方围岩而言,切向应力和径向应力逐渐靠近初始应力的速度明显快于洞壁围岩,但其切向应力明显小于洞壁围岩的切向应力;随着埋深的增加,工作面前方最大切应力与初始应力的比值处于缓慢增加的过程;随着埋深的增加,工作面前方围岩的塑性区范围比洞壁围岩的大,进一步验证了工作面处存在应力集中现象。

关键词：圆形洞室埋深 FLAC3D 围岩应力状态塑性区

弹性模量依赖围压的圆形洞室围岩破坏行为数值模拟

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防灾减灾工程学报 2013年第5期33卷 487-493,500页

作者：王玮王学滨潘一山陶帅石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

在考虑拉伸截断及非线性屈服准则的自定义本构模型中,又考虑了弹性模量(弹模)受围压的影响,模拟了两种网格、不同本构模型及加载方式条件下的洞室围岩的破坏行为。在第1种网格中,洞室围岩被剖分为辐射网格,采用"先挖洞,后加载"的方式及... 详细信息

在考虑拉伸截断及非线性屈服准则的自定义本构模型中,又考虑了弹性模量(弹模)受围压的影响,模拟了两种网格、不同本构模型及加载方式条件下的洞室围岩的破坏行为。在第1种网格中,洞室围岩被剖分为辐射网格,采用"先挖洞,后加载"的方式及理想弹-塑性本构模型进行计算;在第2种网格中,洞室围岩被剖分为矩形网格,采用"先加载,后挖洞"的方式及弹-脆-塑性本构模型进行计算。计算结果表明,对于第1种网格,随着弹模的围压影响系数的增加,洞室围岩的应变、位移及塑性区半径均有所减小,被监测单元的环向应力的峰值有所降低,不同本构模型的计算结果的差别逐渐显现。对于第2种网格,当弹模的围压影响系数较低时,围岩中形成了4个对称的V形坑,随着弹模的围压影响系数的增加,V形坑的个数及尺寸明显减少,这可由洞室围岩的应力、位移及剪切应变增量均有所减小得到解释。

关键词：圆形洞室弹性模量围压 V形坑非线性屈服准则