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软硬互层岩体采场底板的应力分布及破坏特征研究

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岩土力学 2017年第S1期38卷 36-42页

作者：黄琪嵩程久龙中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

考虑底板岩体分层特性,将采场底板视为弹性层状半无限平面体,采用传递矩阵法建立层状底板的应力计算模型。用Matlab编制了相应的计算程序,求解得到不同分层深度处的底板应力分布,根据Mohr-Coulomb准则判断底板塑性区分布。新建模型考虑... 详细信息

考虑底板岩体分层特性,将采场底板视为弹性层状半无限平面体,采用传递矩阵法建立层状底板的应力计算模型。用Matlab编制了相应的计算程序,求解得到不同分层深度处的底板应力分布,根据Mohr-Coulomb准则判断底板塑性区分布。新建模型考虑了不同底板岩性及其组合条件,理论计算得到的底板破坏深度比传统方法更符合实际,建立不同的软硬互层采场底板模型,分析了岩体的软硬性质对采场底板应力分布和破坏特征的影响。研究结果表明,硬岩底板对支承压力具有降低和扩散作用,降低作用减小了底板深处应力,有效地抑制了采场底板破坏深度;扩散作用加大了下卧岩层的应力影响范围,导致下卧岩层破坏范围增加,软岩底板由于其承载能力弱,会加剧底板应力的集中程度,导致底板岩层的破坏深度和范围都大大增加。

关键词：应力分布传递矩阵软硬互层底板破坏特征 Fourier变换

软硬互层岩体力学特性及破坏形态的室内试验研究

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煤炭学报 2020年第S01期45卷 230-238页

作者：黄锋周洋李天勇胡学涛重庆交通大学省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

软硬互层岩体是煤矿开采过程中常常遇到的不良地质,其构造的特殊性导致安全事故频发。为研究软硬互层岩体的力学特性及破坏机制,通过自制不同岩层倾角,不同层厚比的软硬互层岩体,采用室内岩石力学试验方法,得到:(1)软硬互层岩体的破坏... 详细信息

软硬互层岩体是煤矿开采过程中常常遇到的不良地质,其构造的特殊性导致安全事故频发。为研究软硬互层岩体的力学特性及破坏机制,通过自制不同岩层倾角,不同层厚比的软硬互层岩体,采用室内岩石力学试验方法,得到:(1)软硬互层岩体的破坏从硬层开始,再逐步扩展到软层。单轴条件下,软层抑制裂隙扩展的能力随软层厚度的增加递增,但会引起峰值强度的下降;三轴条件下,随着软层厚度的增加,软层抑制裂隙扩展的能力先增加后降低,峰值强度呈倒"V"的规律、黏聚力显著下降,内摩擦角保持稳定。(2)单轴条件下,0°与30°试样均有应力跌落现象,不同的是30°下的应力应变曲线在应力跌落过后还有一段上升期,延性破坏特征更明显;三轴条件下,0°的岩体具有明显的峰后软化特征,而30°的岩体则不明显,多数为硬化流动破坏。随着软层厚度的增加,应变软化程度先增加后降低。(3)围压对软层、硬层的膨胀变形约束效果不同,容易引起软硬互层岩体的剪切破坏;随着围压的增加,峰后应力随应变的降低速率逐渐变缓、应变软化程度逐渐减弱、延性增大,软硬互层岩体峰值强度、峰值应变、弹性模量增大。(4)岩层存在倾角时,软弱互层连接处的敏感性增强,试件更容易产生贯穿裂隙;一定范围内的岩层倾角会弱化软硬互层岩体的力学性能,导致软硬互层岩体的弹性模量、峰值强度、内摩擦角下降。

关键词：软硬互层室内试验层厚比岩层倾角围压

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软硬互层隧道稳定性分析及初期支护优化

华中科技大学学报（自然科学版） 2017年第7期45卷 17-22页

作者：任松欧阳汛姜德义陈钒重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 中电建路桥集团有限公司重庆江习高速公路总承包部重庆402260 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

采用ANSYS非线性接触分析方法,考虑层理效应并应用于重庆四面山隧道V级砂泥互层段进行围岩稳定性分析及初期支护优化.研究表明:隧道开挖后拱顶下沉值为水平收敛值1.5~2.0倍,拱肩处锚杆受力较拱顶处大,拱腰及拱脚处锚杆几乎不受力;根据... 详细信息

采用ANSYS非线性接触分析方法,考虑层理效应并应用于重庆四面山隧道V级砂泥互层段进行围岩稳定性分析及初期支护优化.研究表明:隧道开挖后拱顶下沉值为水平收敛值1.5~2.0倍,拱肩处锚杆受力较拱顶处大,拱腰及拱脚处锚杆几乎不受力;根据水平软硬互层隧道开挖后围岩变形及支护受力特点,优化锚杆支护,得出砂泥互层施工段可将与岩层夹角小于35°范围的锚杆取消.在原有方案及优化方案施工段进行现场测试,结果显示模拟及优化数值与测试值基本符合.研究成果可在类似隧道施工中推广应用.

关键词：隧道稳定性分析软硬互层层理效应接触分析锚杆支护优化

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应力作用下软硬互层岩石破裂过程的细观模拟

岩石力学与工程学报 2015年第8期34卷 1542-1551页

作者：姚池李瑶姜清辉周创兵南昌大学建筑工程学院江西南昌330033 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

采用数值模拟方法研究软硬互层岩石材料在不同围压条件下的压缩破坏过程。利用改进刚体弹簧方法,模拟细观裂隙的起裂和扩展过程。界面破坏准则结合莫尔–库仑准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种破坏模式。岩石材料由以Voronoi... 详细信息

采用数值模拟方法研究软硬互层岩石材料在不同围压条件下的压缩破坏过程。利用改进刚体弹簧方法,模拟细观裂隙的起裂和扩展过程。界面破坏准则结合莫尔–库仑准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种破坏模式。岩石材料由以Voronoi图形为基础的块体集合表征为显式模拟结构面,提出一种分步插点的计算网格自动生成算法。对已有的典型实验进行计算,模拟得到不同围压下不同倾角数值试件的破坏模式和抗压强度。与实验结果的对比表明,改进刚体弹簧方法能够定性和定量地描述由于软硬互层结构引起的抗压强度各向异性,不同围压条件下得到的破坏模式也与实验结果吻合良好。

关键词：岩石力学裂隙扩展软硬互层各向异性刚体弹簧方法

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三峡库区软硬互层近水平地层高切坡崩塌研究

岩土力学 2010年第1期31卷 151-157页

作者：董金玉杨继红伍法权王东杨国香中国科学院工程地质力学重点实验室北京100029 华北水利水电学院郑州450011

由泥、砂岩互层或厚层砂岩夹泥岩等形成的类似"夹心饼干"的软硬互层近水平层状结构边坡,是三峡库区分布较为广泛的一种结构类型边坡。由于泥、砂岩风化速度的不同而产生的崩塌灾害现象是三峡库区最为常见的一种地质灾害,首先,从地形地... 详细信息

由泥、砂岩互层或厚层砂岩夹泥岩等形成的类似"夹心饼干"的软硬互层近水平层状结构边坡,是三峡库区分布较为广泛的一种结构类型边坡。由于泥、砂岩风化速度的不同而产生的崩塌灾害现象是三峡库区最为常见的一种地质灾害,首先,从地形地貌、地层岩性、结构面组合、降雨作用和风化作用等方面对软硬互层高切坡的崩塌形成原因进行研究,软硬岩的差异性风化而造成的软岩空腔和硬岩中的结构面组合是造成崩塌的主要原因;其次,基于野外调查的地质现象分析,得到了软硬互层高切坡崩塌主要有倾倒、滑移、塑流拉裂、悬臂拉裂、错断等破坏机制,并概化出了各类破坏示意图;通过离散元数值模拟,对泥砂岩软硬互层高切坡崩塌的形成破坏过程进行了再现和分析,其破坏过程为泥岩剥落-岩腔-砂岩裂隙张开-危岩体弯曲-倾倒崩塌-堆积坡脚;最后,在三峡库区高切坡各类破坏机制的基础上,提出了相应的处治对策。研究成果对三峡库区高切坡地质灾害的认识和防治有一定的意义。

关键词：软硬互层崩塌差异风化破坏机制离散元数值模拟防治对策

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软硬互层顺层岩质边坡破坏试验

地质科技通报 2022年第2期41卷 274-281,324页

作者：谭明健周春梅孙东周紫朝武汉工程大学土木工程与建筑学院武汉430073

软硬互层结构的顺层岩质边坡破坏类型复杂、难于防治,针对此类边坡地质灾害易发、多发的问题,从坡面角度、岩层倾向及组合形式、节理分布等方面进行了研究。边坡物理模型试验是揭示边坡变形破坏机理的重要手段,基于相似理论,以重庆市万... 详细信息

软硬互层结构的顺层岩质边坡破坏类型复杂、难于防治,针对此类边坡地质灾害易发、多发的问题,从坡面角度、岩层倾向及组合形式、节理分布等方面进行了研究。边坡物理模型试验是揭示边坡变形破坏机理的重要手段,基于相似理论,以重庆市万州区孙家滑坡为工程依托,根据滑坡区地质勘探报告设计了室内边坡物理模型试验;试验通过顶升模型箱模拟重力加载来探究顺层岩质边坡发生破坏时,前缘坡角和软弱夹层倾角之间的关系;结合有限元分析软件Plaxis 2D对物理模型进行了多组数值模拟试验,以验证软硬互层顺层岩质边坡破坏机制。试验结果表明:对于顺层岩质边坡,当软弱夹层的倾角在22°左右,前缘开挖坡角58°左右时,顺层岩质边坡容易发生滑动,滑动面为后缘节理面和软弱夹层的贯通面。因此,顺层岩质边坡稳定性受层面和节理面密度的控制,当边坡含多层软弱层面时,易沿层面和后缘节理贯通面发生破坏,随着软弱面层数增加,边坡稳定系数逐渐降低。研究成果可以为公路开挖切坡导致的顺层岩质边坡失稳机理研究及其稳定性评价提供理论依据,为顺层岩质边坡失稳的预测预报提供支撑。

关键词：软硬互层顺层岩质边坡物理模拟试验数值模拟破坏机制

急倾斜软硬互层巷道变形破坏机制及支护技术研究

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岩土力学 2014年第8期35卷 2367-2374,2425页

作者：杨帆陈卫忠郑朋强伍国军袁敬强于建新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 山东大学岩土与结构工程研究中心济南250061

针对急倾斜软硬互层巷道围岩大变形控制难题,采用现场试验、理论分析和数值仿真等多种手段,研究急倾斜巷道围岩变形破坏机制,研究结果表明:急倾斜软硬互层巷道的变形与破坏具有非对称性,偏压作用明显,呈现顶板下滑,底板臌起的相互错动... 详细信息

针对急倾斜软硬互层巷道围岩大变形控制难题,采用现场试验、理论分析和数值仿真等多种手段,研究急倾斜巷道围岩变形破坏机制,研究结果表明:急倾斜软硬互层巷道的变形与破坏具有非对称性,偏压作用明显,呈现顶板下滑,底板臌起的相互错动变形特征,底臌严重且易片帮冒顶。巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位受侧向约束小,因而剪切滑移变形较大,是产生非对称变形破坏的关键部位;下帮围岩变形破坏较上帮更为严重。基于急倾斜巷道的变形破坏特点,提出在锚-网-索耦合支护的基础上利用锚索、底角锚杆等对产生差异变形破坏的关键部位进行加强支护的方法,巷道大变形得到了有效控制。

关键词：软硬互层急倾斜巷道变形破坏机制数值模拟

软硬互层反倾岩质边坡稳定性影响因素分析及破坏模式研究

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工程地质学报 2023年第5期31卷 1680-1688页

作者：霍逸康石振明郑鸿超黄达同济大学地下建筑与工程系中国上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室中国上海200092 河北工业大学土木与交通学院中国天津300401

反倾边坡破坏会诱发严重的地质灾害,因此对软硬互层反倾岩质边坡的稳定性及破坏模式进行研究具有重要的意义。本文基于数值模拟的方法,利用离散元UDEC软件,首先基于正交试验设计法,考虑了边坡坡角、岩层倾角、坡高、相邻软硬岩层总厚度... 详细信息

反倾边坡破坏会诱发严重的地质灾害,因此对软硬互层反倾岩质边坡的稳定性及破坏模式进行研究具有重要的意义。本文基于数值模拟的方法,利用离散元UDEC软件,首先基于正交试验设计法,考虑了边坡坡角、岩层倾角、坡高、相邻软硬岩层总厚度、硬软岩层厚度比、硬软岩层力学参数序号比、结构面力学参数7个因素的影响,设计了32组正交试验,利用强度折减法对边坡的稳定性及可能的破坏模式进行模拟,并从边坡稳定系数和位移两个方面对计算结果进行敏感性分析。结果表明,边坡坡角和岩层倾角对稳定系数影响较大,结构面力学参数和坡高对边坡位移影响较大;然后对边坡的破坏模式进行归纳总结,将软硬互层反倾边坡的破坏模式分为弯曲倾倒破坏、坍塌滑动破坏和块体倾倒破坏3种类型,并对每种破坏类型的边坡特征进行详细分析。

关键词：反倾边坡软硬互层数值模拟 UDEC 正交试验

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楔刀作用下软硬互层岩体贯入破坏试验研究

岩土力学 2017年第7期38卷 1849-1855页

作者：刘泉声刘琪刘学伟孙磊张晓波纪杰武汉大学土木建筑工程学院岩土与结构工程安全湖北省重点实验室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

隧道工程TBM施工中广泛遇到软硬复合地层,TBM刀具作用下软硬互层岩体破坏特征与均质岩体存在较大差异。采用RMT-301刚性试验机,对不同软硬互层组合下的类岩石板状试样进行了楔刀贯入破坏试验,并对试验过程进行了声发射和高速摄像监测,... 详细信息

隧道工程TBM施工中广泛遇到软硬复合地层,TBM刀具作用下软硬互层岩体破坏特征与均质岩体存在较大差异。采用RMT-301刚性试验机,对不同软硬互层组合下的类岩石板状试样进行了楔刀贯入破坏试验,并对试验过程进行了声发射和高速摄像监测,探讨了掘进轴向上软硬互层因素对TBM刀具破岩效果的影响。试验结果表明:刀具破岩的难易不仅与刀具直接作用层岩石性质有关,同时还受作用层与承压层岩石强度比值的影响;板状试样的剥落破坏区反映了刀具作用下试样的压塑区,作用层相同而承压层岩石越软时,作用层岩石将在垂直于刀具贯入方向上具有更大的破碎范围;板状试样的声发射事件平面定位点具有聚集分布的特点,聚集区亦表现出随承压层材料由相对较硬到相对较软而有垂直于刀具加载方向发展的趋势,表明声发射平面定位结果的聚集分布较好地反映了试样内部的损伤劣化情况。

关键词：隧道掘进机声发射高速摄像软硬互层应力分布