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基于弹性应变能特征的岩爆危险性预测研究

地下空间与工程学报 2022年第S1期18卷 305-311页

作者：张勇邓兴洋李学华陈明平曲宏略云南省建设投资控股集团有限公司昆明650000 西南石油大学地球科学与技术学院成都610500 天然气地质四川省重点实验室成都610500 诺比侃西南交大产学研联合实验室四川成都610031

深部岩体开挖会引起围岩弹性应变能释放,是岩体破坏的诱因之一。依托草果山隧道,开展多次地应力测试,采用基于最小二乘法的线性回归方法,考虑构造应力进行地应力反演,采用数值模拟手段,研究了隧道开挖过程中弹性应变能的分布特征,建立... 详细信息

深部岩体开挖会引起围岩弹性应变能释放,是岩体破坏的诱因之一。依托草果山隧道,开展多次地应力测试,采用基于最小二乘法的线性回归方法,考虑构造应力进行地应力反演,采用数值模拟手段,研究了隧道开挖过程中弹性应变能的分布特征,建立弹性应变能与岩爆等级的对应关系,并对现场岩爆进行预测。研究结果表明:隧道开挖会引起掌子面及其前方3 m范围内围岩弹性应变能下降,掌子面前方4~10 m范围内围岩弹性应变能增大;引起拱顶、拱脚和拱底区域弹性应变能增大,影响范围为1~2倍洞径;岩爆预测结果与实际开挖中岩爆发生情况基本相符,研究成果对深埋隧道设计和施工具有借鉴意义。

关键词：深埋隧道岩爆预测数值模拟弹性应变能地应力

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基于弹性应变能岩石强度准则的建立及验证

岩石力学与工程学报 2021年第S02期40卷 3147-3155页

作者：郭建强卢雪峰杨前冬蒋建国陈建行蒋磊伍安杰贵州大学土木工程学院贵州贵阳550003

为提高强度准则计算精度与适用性,基于能量守恒与弹性应变能释放是岩石破坏的内在机制,采用理论研究与试验验证相结合的方法,阐明已有强度准则是能量型强度准则,并考虑变形对材料强度的影响,据此指出已有强度准则的计算精度与适用性较... 详细信息

为提高强度准则计算精度与适用性,基于能量守恒与弹性应变能释放是岩石破坏的内在机制,采用理论研究与试验验证相结合的方法,阐明已有强度准则是能量型强度准则,并考虑变形对材料强度的影响,据此指出已有强度准则的计算精度与适用性较差根本原因;以弹性应变能表示的经典强度准则为基础,借鉴经验强度准则的研究方法,建立广义强度准则。研究结果表明:广义强度准则体现了弹性应变能是岩石破坏的内在机制,且是对已有强度准则的继承和发展;是一簇以引入材料参数为基础的强度准则集合,而非单一的强度准则,且参数等于0.5时广义强度准则蜕化为已有强度准则;真三轴试验验证表明,广义强度准则计算精度更高,且符合岩石的破坏机制,但经典强度准则对相应的广义强度准则计算精度有影响;进一步分析表明,广义强度准则能够定量计算岩体弹性模量、地震释放应变能及支护体系等因素对岩体稳定性影响。

关键词：岩石力学强度准则能量守恒弹性应变能泊松比

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基于弹性应变能的岩石强度准则

岩土力学 2016年第S2期37卷 129-136页

作者：郭建强刘新荣王军保黄质宏贵州大学土木工程学院贵州贵阳550003 重庆大学土木工程学院重庆400045 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

为建立更符合岩石屈服与破坏机制的强度准则,基于能量转化是岩石屈服与破坏的本质属性,采用试验与理论分析相结合的方法,对岩石屈服与破坏准则进行了研究。以岩石强度与整体破坏准则为基础,通过引入弹性应变能释放分散系数,建立基于弹... 详细信息

为建立更符合岩石屈服与破坏机制的强度准则,基于能量转化是岩石屈服与破坏的本质属性,采用试验与理论分析相结合的方法,对岩石屈服与破坏准则进行了研究。以岩石强度与整体破坏准则为基础,通过引入弹性应变能释放分散系数,建立基于弹性应变能强度准则;分别采用M-C准则、Murrell准则、三剪能量准则、统一能量准则、三维H-B强度准则及基于弹性应变能岩石强度准则对盐岩和花岗岩的破坏强度进行了计算。结果表明,基于弹性应变能岩石强度准则的计算结果与试验值比较吻合(尤其是真三轴试验条件下),并且分析了产生上述结果的内在机制。所建立的强度准则仅需测定常规岩石力学参数(单轴抗压强度与泊松比),物理力学意义明确,对于定量描述岩石的屈服与破坏特性具有重要的意义。

关键词：弹性应变能强度准则分散系数

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基于弹性应变能D-P强度准则修正

土木工程学报 2021年第6期54卷 110-116页

作者：郭建强蒋建国刘新荣陈建行卢雪峰杨前冬贵州大学贵州贵阳550025 重庆大学重庆400044

针对D-P强度准则存在的拉剪区偏大及不具备应力角效应等不足之处,为使其更符合岩石的屈服(破坏)机制,从弹性应变能角度对D-P强度准则进行修正,开展如下工作:为便于研究将弹性应变能分为偏量弹性应变能与张量弹性应变能之和,并分析各能... 详细信息

针对D-P强度准则存在的拉剪区偏大及不具备应力角效应等不足之处,为使其更符合岩石的屈服(破坏)机制,从弹性应变能角度对D-P强度准则进行修正,开展如下工作:为便于研究将弹性应变能分为偏量弹性应变能与张量弹性应变能之和,并分析各能量对材料破坏影响;研究D-P强度准则的物理意义及其不足之处产生的内在原因,并基于此建立广义D-P强度准则,总体上可较好地反映岩石的破坏特性,并能较好地解决拉剪区偏大及应力角效应等问题。对4种不同岩石的破坏强度进行计算,结果表明:广义D-P强度准则计算结果较为精确,该准则突破材料破坏时泊松比恒为0.5传统假设,对于准确定量地描述岩石破坏特性具有重要意义。

关键词： D-P强度准则弹性应变能应力张量第二不变量泊松比

基于弹性应变能的Mohr-Coulomb强度准则讨论

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同济大学学报（自然科学版） 2018年第9期46卷 1168-1174页

作者：郭建强刘新荣黄武锋罗旭牛亮贵州大学土木工程学院贵州贵阳550003 重庆大学土木工程学院重庆400045 贵州联建土木工程质量检测监控中心有限公司贵州贵阳550003

从弹性应变能释放是材料屈服的基本原理来看,MohrCoulomb(M-C)强度准则认为屈服时材料的泊松比恒为0.5,这可能违反能量守恒定律.研究了弹性应变能、应力偏量第二不变量、应力张量第二不变量及泊松比之间的关系,提出广义应力偏量第二不... 详细信息

从弹性应变能释放是材料屈服的基本原理来看,MohrCoulomb(M-C)强度准则认为屈服时材料的泊松比恒为0.5,这可能违反能量守恒定律.研究了弹性应变能、应力偏量第二不变量、应力张量第二不变量及泊松比之间的关系,提出广义应力偏量第二不变量概念;从弹性应变能角度对M-C强度准则的物理意义进行分析,提出广义M-C强度准则;利用强度准则对岩石的破坏强度进行了计算.结果表明,由于考虑了中间主应力与泊松比的影响,广义M-C强度准则的计算精度更高,并分析了产生这种结果的内在机理.广义M-C强度准则突破了材料破坏时的泊松比恒为0.5的假设,这对于定量描述材料的屈服与破坏特性具有重要的意义.

关键词： Mohr-Coulomb强度准则弹性应变能应力张量第二不变量泊松比

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基于弹性应变能岩爆倾向性评价方法研究

岩石力学与工程学报 2015年第9期34卷 1886-1893页

作者：郭建强赵青王军保张建贵州大学土木工程学院贵州贵阳550003 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 贵州工业职业技术学院贵州贵阳550003

岩爆是深部矿产资源开采与地下工程建设中必须解决的关键科学问题之一。以岩石强度与整体破坏准则为基础,从弹性应变能是岩爆发生的内在动力出发,建立岩爆烈度分级预测模型。研究表明:该模型考虑了原岩应力(地应力)、岩体完整性、岩石... 详细信息

岩爆是深部矿产资源开采与地下工程建设中必须解决的关键科学问题之一。以岩石强度与整体破坏准则为基础,从弹性应变能是岩爆发生的内在动力出发,建立岩爆烈度分级预测模型。研究表明:该模型考虑了原岩应力(地应力)、岩体完整性、岩石抗拉强度及泊松比对岩爆影响,反映了岩爆发生的力学要求、脆性要求、完整性要求及储能要求;揭示了岩爆既可沿洞室中心呈轴对称分布,且洞室不同部位的岩爆烈度会出现明显不同。针对无、弱、中等及高岩爆活动4个级别,提出3个分级界限值(3,10和110)。利用已有的岩爆经典模型与本文模型,对国内一些重大深部岩石工程岩爆情况进行预测,结果表明,基于弹性应变能岩爆分析模型与实际情况吻合得较好。因而,弹性应变能的岩爆分析模型,对岩爆预测具有重要的意义。

关键词：岩石力学弹性应变能岩爆判据岩爆分级

一个与弹性应变能相协调的脆性横观各向同性材料破坏准则

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岩土力学 2017年第8期38卷 2221-2226,2233页

作者：王蕉楚锡华姜清辉武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

岩土材料广泛存在于自然界中,在重力沉积作用下表现出明显的横观各向同性。为了更好地研究横观各向同性材料的破坏机制,基于Christensen提出的破坏准则应与弹性应变能函数相协调的思想,推导了横观各向同性材料的弹性应变能,通过应变能... 详细信息

岩土材料广泛存在于自然界中,在重力沉积作用下表现出明显的横观各向同性。为了更好地研究横观各向同性材料的破坏机制,基于Christensen提出的破坏准则应与弹性应变能函数相协调的思想,推导了横观各向同性材料的弹性应变能,通过应变能的分解和整理,分析了应变能中各项所表示的物理意义,确定了级数展开的基,从而使得应变能函数和材料破坏准则在形式上具有一致性,最终提出了一个适用于脆性横观各向同性材料的破坏准则。该准则由5项能够与弹性应变能相协调的部分组成,仅包含5个独立且物理力学意义清晰的参数。基于常规试验给出了5个独立参数的确定方案。通过与Tsai-Wu准则及已发表的多组试验数据的对比,验证了准则的正确性。

关键词：强度理论横观各向同性破坏准则弹性应变能脆性材料

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半导体量子点内弹性应变能的研究(英文)

人工晶体学报 2004年第4期33卷 531-534页

作者：杨红波俞重远刘玉敏黄永箴北京邮电大学理学院北京100876 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室北京100083

本文用有限元分析软件ANSTS 6 .0计算了半导体量子点内的弹性应变和弹性应变能 ,通过对金塔形、台形和圆顶形量子点内总弹性应变能的计算和总能量的比较 ,得到了在热平衡条件下金字塔形量子点是最稳定的结构。

关键词：有限元分析软件半导体量子点弹性应变弹性应变能

一种基于弹性应变能的裂隙岩体等效弹性模量评价方法

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岩土力学 2016年第8期37卷 2159-2164,2171页

作者：杨建平陈卫忠杨典森田洪铭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 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

基于线弹性断裂力学裂隙面张开位移及剪切位移理论公式,考虑裂隙存在常法向和常切向刚度情况,研究了含单个裂隙岩体加载过程中由于裂隙存在而附加的弹性应变能。基于应变能等效方法并假设两种裂隙变形模型——非均匀变形模型和均匀变形... 详细信息

基于线弹性断裂力学裂隙面张开位移及剪切位移理论公式,考虑裂隙存在常法向和常切向刚度情况,研究了含单个裂隙岩体加载过程中由于裂隙存在而附加的弹性应变能。基于应变能等效方法并假设两种裂隙变形模型——非均匀变形模型和均匀变形模型,研究了二维非贯通裂隙岩体的等效杨氏模量和等效剪切模量解析表达式。研究结果表明,对于贯通裂隙规则分布情况,均匀变形模型得到的解析解与Amadei等的结果一致;对于非贯通裂隙正态分布情况,考虑裂隙相互作用的非均匀变形模型解明显低估裂隙岩体的等效杨氏模量和等效剪切模量,而考虑裂隙相互作用的均匀变形模型解与有限元数值解的偏差在10%以内。得到的解析表达式在一定条件下可以作为裂隙岩体等效弹性模量评价方法之一。

关键词：裂隙岩体等效弹性模量解析法弹性应变能