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岩石节理面应力–渗流耦合剪切流变试验系统的研制与应用

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岩石力学与工程学报 2021年第9期40卷 1729-1738页

作者：陈卫忠隋群王鲁瑀解佩瑶田云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 中国科学院大学北京100049

为了研究岩石节理面在不同应力和渗流耦合条件下的长期力学特性,自主研制岩石节理面应力-渗流耦合流变试验系统,主要由主机、垂向、剪切伺服加载系统、剪切盒、渗流控制系统以及数据动态采集系统等部分组成,通过配备专门设计的剪切盒装... 详细信息

为了研究岩石节理面在不同应力和渗流耦合条件下的长期力学特性,自主研制岩石节理面应力-渗流耦合流变试验系统,主要由主机、垂向、剪切伺服加载系统、剪切盒、渗流控制系统以及数据动态采集系统等部分组成,通过配备专门设计的剪切盒装置,能保证节理面在剪切或者剪切流变试验过程中提供最大5 MPa渗透压力,试样的密封方面既考虑了胶套在围压的作用下对试样周围的包裹实现防渗,同时采用主动与被动加载相结合的方式,满足圆形压头与立方体岩样紧密贴合,使得试验过程中节理面在应力渗流耦合剪切流变过程中不发生侧向渗漏。剪切加载可以实现上下任意一块试样固定,而对另一块进行剪切,也可以实现2个方向同时产生剪切位移;满足常法向应力(CNL)、常法向位移(CNV)下结构面剪切或剪切流变试验研究;并实现结构面剪切条件下渗透率的动态测量;该试验机还可开展结构面应力-渗流耦合作用下不同水力梯度和渗透压的剪切流变试验,并开展含节理面花岗岩在不同边界条件下的各类试验,验证了该系统的准确性和可靠性,为节理面应力-渗流耦合剪切流变特性研究提供了支撑,对丰富和完善岩石节理面应力-渗流耦合流变特性理论研究有一定的指导作用。

关键词：岩石力学节理面应力–渗流耦合剪切流变

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弹性纵波入射粗糙节理面透射性能研究

岩石力学与工程学报 2008年第12期27卷 2535-2539页

作者：茹忠亮蒋宇静长崎大学工学部日本长崎852-8521 河南理工大学河南焦作454000

针对应力波穿过节理面产生的衰减现象,研究节理面的几何形状、法向刚度对应力波的透射性影响。根据节理面几何特性设计6种模拟节理面粗糙程度的节理模型,用UDEC软件模拟一维弹性纵波的入射问题。计算结果表明,节理面的粗糙程度、法向刚... 详细信息

针对应力波穿过节理面产生的衰减现象,研究节理面的几何形状、法向刚度对应力波的透射性影响。根据节理面几何特性设计6种模拟节理面粗糙程度的节理模型,用UDEC软件模拟一维弹性纵波的入射问题。计算结果表明,节理面的粗糙程度、法向刚度对弹性波的透射系数影响很大,节理面越粗糙,法向刚度越小,弹性波衰减程度越大,弹性波的波速降低越快。

关键词：岩石力学节理面弹性纵波离散元透射系数

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干湿循环作用下节理面剪切力学特性演化规律

岩石力学与工程学报 2018年第A2期37卷 3958-3967页

作者：邓华锋段玲玲支永艳潘登李建林宛良朋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 中国三峡建设管理有限公司乌东德工程建设部四川成都610000 武汉水利电力大学

在库水位周期性升降作用下,库岸边坡消落带岩体处于干湿循环状态,消落带节理、裂隙充分发育,直接影响库岸边坡的变形和稳定。设计进行岩体节理面的干湿循环作用试验,提出节理面单试件多周期重复剪切试验方法和数据修正方法。试验结果表... 详细信息

在库水位周期性升降作用下,库岸边坡消落带岩体处于干湿循环状态,消落带节理、裂隙充分发育,直接影响库岸边坡的变形和稳定。设计进行岩体节理面的干湿循环作用试验,提出节理面单试件多周期重复剪切试验方法和数据修正方法。试验结果表明:(1)在干湿循环作用下,节理面的剪切力学特性劣化效应明显,随着干湿循环周期的增加,剪切应力-剪切变形曲线整体逐渐下移,弹性阶段和塑性硬化阶段的斜率逐渐减小,达到剪切屈服点的切向位移逐渐增大;(2)随着干湿循环作用周期的增加,修正前、后节理面的抗剪强度呈先陡后缓的劣化趋势,前8次干湿循环作用导致的抗剪强度劣化幅度较大;(3)节理面抗剪强度的劣化规律与干湿循环作用的进程密切相关,水的润滑、软化、钙质胶结物的溶解、溶蚀和各种长石矿物的水-岩物理化学作用导致了节理面力学特性的劣化。相关研究成果可为库岸边坡长期变形稳定分析提供较好的依据。

关键词：岩石力学干湿循环作用节理面重复剪切

恒定法向刚度边界条件下三维粗糙节理面循环剪切力学特性

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岩石力学与工程学报 2021年第6期40卷 1092-1109页

作者：刘日成尹乾杨瀚清靖洪文蒋宇静蔚立元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 长崎大学工学部工学研究科日本长崎852-8521

通过开展恒定法向刚度边界条件下三维粗糙节理面循环剪切试验,揭示法向刚度(0~7GPa/m)和循环剪切次数(1~10次)对节理面剪切应力、法向变形、法向应力、剪切应力路径、表面阻力指数、声发射响应和表面磨损特征的影响。试验结果表明:剪切... 详细信息

通过开展恒定法向刚度边界条件下三维粗糙节理面循环剪切试验,揭示法向刚度(0~7GPa/m)和循环剪切次数(1~10次)对节理面剪切应力、法向变形、法向应力、剪切应力路径、表面阻力指数、声发射响应和表面磨损特征的影响。试验结果表明:剪切应力-剪切位移路径具有典型的刚度依赖特征,当法向刚度较小时,剪切应力在初始峰值之后逐渐减小,呈现应力软化行为;随着法向刚度的增加,法向位移增加幅度逐渐减小,而由剪切引起的剪切应力与法向应力增加幅度均逐渐变大,呈现应力硬化特征。当循环次数=1时,随着法向刚度由3GPa/m增加至7GPa/m,节理面表观黏聚力和表观内摩擦角分别增加了22.40%和26.84%,而表面阻力指数基本保持稳定。随着循环次数的增加,初始剪切应力峰值逐渐降低,且降低幅度逐渐变缓并最终趋于稳定,其中在循环次数从1增加到2时,初始剪切应力峰值降低幅度最大(24.93%~60.91%);循环剪切过程中,由于节理表面凸起被磨损剪断并趋于光滑,剪胀变形及法向应力增加幅度均逐渐降低;当剪切位移较大时,与法向应力相比,剪切应力增加幅度衰减更为敏感,表面阻力指数逐渐增加。累积声发射能量随着循环次数的增加逐渐减小,而随着法向刚度从0.5 GPa/m增加至7 GPa/m,稳定阶段累积声发射能量增加了229.8%,剪切磨损面积占比增加了72.02%~97.11%。

关键词：岩石力学恒定法向刚度循环剪切节理面剪胀变形声发射二值化

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单裂隙辐射流节理面破坏过程水-力耦合研究

水力发电 2022年第1期48卷 39-44,122页

作者：杜万军柴军瑞许增光曹成杨凌职业技术学院水利工程学院陕西杨凌712100 西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

为研究单裂隙辐射流受外力和渗流力作用破坏过程的水-力耦合特性,采用预制柱形节理试件进行试验,并结合数值模拟进行综合分析。结果表明,节理破坏包括剪切接触和损伤滑移摩擦2个阶段,法向压力增大引起剪应力增大和裂隙开度减小,剪应力... 详细信息

为研究单裂隙辐射流受外力和渗流力作用破坏过程的水-力耦合特性,采用预制柱形节理试件进行试验,并结合数值模拟进行综合分析。结果表明,节理破坏包括剪切接触和损伤滑移摩擦2个阶段,法向压力增大引起剪应力增大和裂隙开度减小,剪应力存在连续波动的波峰与波谷,优势水力通道的“U”形分布范围出现小幅扩散;水压力能缓冲节理破坏并带走细小颗粒,增大等效渗透系数,提升裂隙渗透能力,入口水压力增大引起剪应力减小;碎屑充填物主要分布在优势水力通道范围之外,既能影响裂隙的渗透能力,又在一定程度上作为缓冲区保护节理面不被继续破坏。

关键词：单裂隙辐射流节理面法向压力水压力等效渗透系数

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岩体节理面不同构成部分各向异性的研究

土工基础 2022年第1期36卷 29-32页

作者：王荣达刘铁新张凯大连海事大学交通运输工程学院辽宁大连116026

以长河坝电站进水口边坡岩体节理面为研究对象,采用数字近景摄影测量技术获取节理面形貌数据,并将其导入matlab生成三维节理数字高程模型。基于小波分析理论将节理面不同方向的节理迹线分离成表征其主要轮廓形状的一阶大起伏迹线和表征... 详细信息

以长河坝电站进水口边坡岩体节理面为研究对象,采用数字近景摄影测量技术获取节理面形貌数据,并将其导入matlab生成三维节理数字高程模型。基于小波分析理论将节理面不同方向的节理迹线分离成表征其主要轮廓形状的一阶大起伏迹线和表征其次要粗糙度的二阶小凸起迹线,计算迹线的节理粗糙度系数(JRC)、研究了节理面不同构成部分的各向异性特征。研究结果显示:(1)节理迹线的一阶起伏部分与二阶凸起部分粗糙度发育优势方向不同。(2)节理面一阶起伏迹线和二阶起伏迹线均存在明显的粗糙度各向异性特征。研究结果可为节理面力学行为和渗流行为各向异性的研究提供依据。

关键词：节理面数字近景摄影测量粗糙度系数(JRC) 小波分析各向异性

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基于波场等效的节理面刚度参数取值研究

地下空间与工程学报 2017年第2期13卷 357-363页

作者：陈凯华石崇王芳李德杰韩珂河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点试验室南京210098 河海大学岩土工程科学研究所南京210098

节理岩体中的节理面往往有一定厚度,如果采用无厚度的线性节理模型分析,其刚度参数的确定非常困难。通过分析弹性波穿过节理面时的波场效应,建立了基于节理后振动强度相等的波场等效法,用于确定带厚度节理的刚度参数,并分析了各因素对... 详细信息

节理岩体中的节理面往往有一定厚度,如果采用无厚度的线性节理模型分析,其刚度参数的确定非常困难。通过分析弹性波穿过节理面时的波场效应,建立了基于节理后振动强度相等的波场等效法,用于确定带厚度节理的刚度参数,并分析了各因素对弹性波在节理上传播的影响。结果表明:线性节理面的刚度参数是节理岩体的固有属性,与外界荷载无关,采用波场等效法计算刚度参数可行;在弹性波范围内,这种等效参数与入射波频率、入射角等因素关系不大。该方法可用于有厚度节理面动强度参数的确定与分析,完善现有的节理面刚度取值方法。

关键词：应力波传播节理面波场等效刚度参数