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不同充填度结构面抗剪强度尺寸效应试验研究

岩土工程学报 2024年第9期46卷 1820-1830页

作者：黄曼吴月伟刘丹洪陈杰杜时贵罗战友绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 宁波大学岩石力学研究所浙江宁波315211

针对现有岩体结构面抗剪强度尺寸效应研究较少考虑充填程度差异影响的不足,首先基于渐进扩大法选取平均起伏差和平均起伏角相近的4种连续尺寸天然结构面形貌,并通过3D打印技术制作结构面面板,然后结合类岩石材料配制方法和毫米级充填装... 详细信息

针对现有岩体结构面抗剪强度尺寸效应研究较少考虑充填程度差异影响的不足,首先基于渐进扩大法选取平均起伏差和平均起伏角相近的4种连续尺寸天然结构面形貌,并通过3D打印技术制作结构面面板,然后结合类岩石材料配制方法和毫米级充填装置制备5种充填度的充填结构面,最后通过课题组自主研发的大型结构面直剪试验系统开展3种法向应力条件下的室内直剪试验,获得充填结构面的剪切力学与破坏特征,并分析临界充填度和抗剪强度尺寸效应特性。结果表明:随着充填度的增加,结构面剪切破坏模式主要由“岩-岩”剪断破坏逐渐转变为“岩-土界面”滑动破坏,且结构面归一化峰值抗剪强度逐渐减小,直至达到临界充填度时趋于稳定;随着结构面尺寸的增加,临界充填度逐渐增加,变化范围为1.6~2.0;无充填结构面抗剪强度存在较明显的正尺寸效应,而充填结构面抗剪强度尺寸效应较不明显。通过尺寸效应机理分析发现,在不考虑结构面平均起伏角的影响下,平均起伏高度是影响临界充填度和抗剪强度尺寸效应的主要因素。上述研究可为充填结构面抗剪强度尺寸效应模型建立奠定试验基础。

关键词：充填结构面 “岩-土界面”破坏抗剪强度临界充填度尺寸效应

变上限循环加卸载裂隙砂岩宏细观损伤特征研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：刘广建周浩牟宗龙王康宇裘伟奇陈曦王志成宁波大学岩石力学研究所绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室中国矿业大学江苏省矿山地震监测工程实验室

为研究裂隙岩体在循环荷载作用下的宏细观损伤特征，以不同长度预制裂隙砂岩为研究对象，开展变上限循环加卸载试验，分析岩样的力学特性和宏观破坏特征；基于XRD分析结果构建裂隙砂岩UDEC数值模型，分析模型的细观损伤规律并揭示其机... 详细信息

为研究裂隙岩体在循环荷载作用下的宏细观损伤特征，以不同长度预制裂隙砂岩为研究对象，开展变上限循环加卸载试验，分析岩样的力学特性和宏观破坏特征；基于XRD分析结果构建裂隙砂岩UDEC数值模型，分析模型的细观损伤规律并揭示其机制。结果表明：（1）加卸载作用能够强化裂隙较小岩样的抗变形能力，相反会增加裂隙较大岩样的破坏速度；（2）随预制裂隙长度增大，岩样宏观破坏特征由拉剪复合破坏转化为以剪切破坏为主，且损伤的不可逆性逐渐提高；（3）加卸载作用下岩样的损伤演化过程可划分为“弹性-强化-疲劳-破坏”四个阶段，弹性阶段模型未产生损伤，强化阶段模型形成有效抗力结构，疲劳阶段累积损伤大幅提高，卸载时张拉裂纹扩展；（4）疲劳阶段加载过程裂纹相互扩展连结，相邻剪切微裂纹之间块体的接触点被破坏，块体间的连结失效，卸载过程应力下降模型松弛，块体间失效的连结在此时张开进而导致张拉裂纹在剪切微裂纹间萌生，加快模型的失稳破坏。研究结果揭示了变上限循环加卸载下裂隙砂岩的宏细观损伤特征，为科学评价工程稳定性提供参考。

关键词：裂隙砂岩变上限循环加卸载宏观破坏特征细观损伤规律疲劳阶段

基于围压因素的分级应力扰动下砂岩损伤破裂特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 542-555页

作者：杨圣奇杨景孙博文刘广建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 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312099

受制于采掘活动的频繁应力扰动,地下工程围岩的稳定性问题日渐突出,严重制约了地下矿产资源的安全高效开采。为了探究不同埋深下岩体在应力扰动过程中的损伤破裂机制,以常规三轴试验为基础,开展4组围压下的分级应力扰动室内试验,基于力... 详细信息

受制于采掘活动的频繁应力扰动,地下工程围岩的稳定性问题日渐突出,严重制约了地下矿产资源的安全高效开采。为了探究不同埋深下岩体在应力扰动过程中的损伤破裂机制,以常规三轴试验为基础,开展4组围压下的分级应力扰动室内试验,基于力学分析、声发射分阶段定位及损伤评价指标演化特征,确定分级应力扰动下岩石力学的损伤劣化规律及细观裂纹发育特征,建立岩石损伤状态—微观裂纹发育特征—损伤评价指标变化三者之间的关联。结果表明:(1)分级应力扰动下,岩石峰值强度和峰值轴向应变随围压升高逐渐增大。应力扰动各阶段轴向应变增量均呈现初期小幅波动,中期缓慢增加,后期快速增加的趋势;平均弹性模量呈现初期小幅波动后快速降低的趋势。(2)围压通过限制裂纹扩展降低岩石损伤累积速率,高围压下岩石能承受更多级应力扰动,且恒压阶段蠕变特征更明显。(3)加载前期,岩石内部裂纹发育仅在既有损伤区域的重复压密破坏和临近区域少量微裂纹的发育,扰动后期随着轴力的升高会使得围压限制作用减弱造成裂纹快速扩展。(4)岩石内部在加载不同阶段微裂纹发育的数量、尺度的变化能有效的体现在声发射b值和ΔF值,与岩石损伤程度耦合度较高,可用来定量评估岩石损伤状态。研究结果可为工程岩体的围岩稳定和损伤评估提供一定的指导和借鉴。

关键词：岩石力学应力扰动力学特征裂纹发育声发射损伤指标

考虑锚杆强度的加锚岩体结构面锚固效应试验研究

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岩土工程学报 2024年

作者：刘广建裘伟奇罗战友王志成周浩陈曦宁波大学岩石力学研究所绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室绍兴文理学院土木工程学院

锚杆强度主要受其直径和材料（抗拉强度）的影响，锚杆强度的大小对提高加锚岩体结构面抗剪力至关重要。开展了加锚结构面剪切试验，研究了锚杆强度对加锚结构面剪切变形特征及锚固效应的影响，提出了考虑锚杆强度的加锚结构面抗剪力计... 详细信息

锚杆强度主要受其直径和材料（抗拉强度）的影响，锚杆强度的大小对提高加锚岩体结构面抗剪力至关重要。开展了加锚结构面剪切试验，研究了锚杆强度对加锚结构面剪切变形特征及锚固效应的影响，提出了考虑锚杆强度的加锚结构面抗剪力计算模型，分析了不同锚杆强度下锚杆轴力与剪力对结构面抗剪力贡献情况。研究表明：（1）随着锚杆直径的增加，加锚结构面峰值抗剪力呈线性增长趋势；锚杆直径超过一定临界值后才会发挥锚固作用，锚杆抗拉强度越大临界值越小。（2）随着锚杆直径和抗拉强度的增大，锚杆塑性铰外移，变形段长度增加，锚杆抵抗变形破坏的能力增强，对结构面抗剪力的提升增强。（3）加锚结构面剪切过程可分为弹性、屈服、强化和残余四个阶段。弹性和屈服阶段，锚杆主要发挥销钉作用，锚杆的贡献与锚杆抗拉强度呈正相关，与锚杆直径的关系受到锚固剂厚度影响；强化阶段，锚杆形成塑性铰，锚杆的贡献由锚杆抗剪力和轴力共同提供，与锚杆抗拉强度和直径呈正相关；残余阶段，锚杆断裂不提供抗剪力。（4）基于锚杆大变形理论，提出考虑锚杆强度的加锚结构面抗剪力模型，分析可知随着锚杆直径和抗拉强度的增加，锚杆轴力贡献占比不断增加，锚杆剪力贡献占比不断减小。

关键词：加锚结构面锚固效应抗剪力模型锚杆直径抗拉强度

恒定法向刚度条件下吸能锚杆锚固节理岩体剪切特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 999-1012页

作者：韩观胜陈志靖李博周宇丁书学钟振绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 同济大学地下建筑与工程系上海200092 河南理工大学土木工程学院河南焦作454003

为研究深部岩体工程即恒定法向刚度(CNS)边界条件下吸能锚杆的锚固效果及锚固节理抗剪性能,开展CNS边界条件下吸能锚杆锚固类岩石节理的剪切试验,探究节理面粗糙度(JRC)及锚固深度(h)对类岩石节理剪切应力(τ)、法向位移(δ_(n))、法向... 详细信息

为研究深部岩体工程即恒定法向刚度(CNS)边界条件下吸能锚杆的锚固效果及锚固节理抗剪性能,开展CNS边界条件下吸能锚杆锚固类岩石节理的剪切试验,探究节理面粗糙度(JRC)及锚固深度(h)对类岩石节理剪切应力(τ)、法向位移(δ_(n))、法向应力(σ_(n))、节理面破坏特征、锚杆变形特征的影响规律。结果表明:吸能锚杆可有效提高深部岩体锚固节理的屈服强度及剪切强度,且其提高幅度随着JRC的增大呈现出逐渐增加的趋势,其剪切应力在弹性阶段后产生应力硬化现象。而节理面剪切磨损面积占比随JRC的增加逐渐增大,锚杆的施加使其上涨了20.88%~109.21%。随着锚固深度的增加,节理面的剪切应力、法向位移、法向应力和剪切磨损面积占比均呈现出先增大后减小的趋势,当锚固深度为80 mm时各项指标参数最优,此时锚杆塑性变形段的锚固作用可充分发挥。研究成果为深部节理岩体支护作业的减能增效提供了重要理论支撑。

关键词：岩石力学节理面粗糙度锚固深度吸能锚杆恒定法向刚度剪切特性

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花岗岩热破裂裂隙动态演化特性数值模拟研究

岩土力学 2024年第S1期 694-704页

作者：周长冰闫俊豪李小双绍兴文理学院土木工程学院绍兴文理学院岩石力学与地质灾害浙江省重点实验室

为揭示不同压力条件下花岗岩热破裂裂隙演化规律，采用数值计算方法，结合细观损伤理论，建立了岩石热-弹性本构模型，提出了适用于Comsol Multiphysics数值计算软件的矿物颗粒形态提取技术。开展了静水压力及单轴压力下花岗岩热破裂数... 详细信息

为揭示不同压力条件下花岗岩热破裂裂隙演化规律，采用数值计算方法，结合细观损伤理论，建立了岩石热-弹性本构模型，提出了适用于Comsol Multiphysics数值计算软件的矿物颗粒形态提取技术。开展了静水压力及单轴压力下花岗岩热破裂数值模拟研究，分析了拉伸和剪切裂隙动态发育过程。研究结果表明：花岗岩内矿物热破裂顺序依赖于各自的力学特性、强度，3种矿物的破裂顺序为云母、长石、石英，热破裂裂隙网络由拉伸裂隙和剪切裂隙组成，拉伸裂隙的发育主导了裂缝网络形成。裂隙演化可划分为3个阶段：微裂隙萌生阶段、裂隙爆发阶段、稳定增长阶段。热破裂阈值受最小主应力控制，单轴压力对阈值的影响较小，受静水压力的影响较大。静水压力下裂隙发育没有明显的方向性，单轴压力压扩展方向垂直于最小主应力，压力越大方向性越明显。

关键词：花岗岩热破裂数值计算裂隙扩展

岩石结构面Grasselli二维粗糙度指标优化及其JRC估算

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岩土工程学报 2024年第6期46卷 1146-1154页

作者：洪陈杰翁寒倩王凯黄曼陶志刚杜时贵中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 宁波大学土木与地理环境工程学院浙江宁波315000

采用只考虑迎剪侧表观倾角而忽略内部起伏角的Grasselli二维形貌参数θ_(G)来估算结构面粗糙度系数JRC仍有待改进。从θ_(G)的物理意义出发,发现爬坡区内部凸起高度对粗糙度的贡献可表示为其在总爬坡水平距离上的坡角,所有爬坡区提供的... 详细信息

采用只考虑迎剪侧表观倾角而忽略内部起伏角的Grasselli二维形貌参数θ_(G)来估算结构面粗糙度系数JRC仍有待改进。从θ_(G)的物理意义出发,发现爬坡区内部凸起高度对粗糙度的贡献可表示为其在总爬坡水平距离上的坡角,所有爬坡区提供的坡角之和定义为结构面内部起伏体粗糙贡献,将结构面迎剪侧表观平均倾角θ_(G)和爬坡区内部平均坡角θ_(H)叠加,提出岩石结构面粗糙度新指标θ_(C)。通过获取十条标准JRC剖面线的θ_(C),分析其与JRC之间的关系,建立基于θ_(C)的JRC估算式。计算不同采样间距和不同采样方向下的新指标θ_(C),结果显示θ_(C)具有分形特征且能够反映结构面形貌各向异性。进一步将JRC估算式应用于JRC-JCS模型,通过对比已有研究得到的试验结果以及不同抗剪强度模型的预测效果,验证基于新指标θ_(C)估算的JRC可以准确预测结构面峰值抗剪强度。最后,对二维指标θ_(C)进行三维拓展,提出三维粗糙度新指标(θ_(C))_(3D),并通过结构面形貌各向异性表征验证了其合理性。

关键词：岩石结构面粗糙度表观平均倾角内部平均坡角抗剪强度

油页岩单轴压缩声发射演化规律及其破坏前兆特征

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长江科学院院报 2024年第4期41卷 166-173页

作者：郭鹏飞邱洋邓仕伟朱星宇王媛媛绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000

为研究油页岩受载破坏过程中有效前兆特征,利用TP耦合气体逸出试验系统对油页岩开展单轴压缩声发射试验,采集岩样破坏全过程产生的声发射信号,分析岩样变形破坏声发射随时间变化规律,对岩样加载破坏过程中声发射特征方差与自相关系数进... 详细信息

为研究油页岩受载破坏过程中有效前兆特征,利用TP耦合气体逸出试验系统对油页岩开展单轴压缩声发射试验,采集岩样破坏全过程产生的声发射信号,分析岩样变形破坏声发射随时间变化规律,对岩样加载破坏过程中声发射特征方差与自相关系数进行深入分析。试验结果表明:试验过程中有明显声发射现象产生,声发射特征变化与岩样变形破坏过程有着良好的对应关系;通过分析声发射RA(上升时间/峰值幅度)与AF(平均频率)特征,岩样在试验过程中以张拉破裂为主,后期剪切破裂逐渐增多;声发射特征在临近峰值强度时快速增大,表现出明显的临界慢化现象,方差与自相关系数的突然增大可以作为岩石破坏的前兆特征,且方差的前兆特征信息的捕捉相较于自相关系数更加容易且更为可靠;将声发射b值与声发射特征参数方差结合分析,可以有效剔除试验过程产生的伪信号,方差斜率快速上升阶段出现的b值突降点,可以确定为岩石破坏前兆特征点。研究成果可为岩土工程灾害预警提供可靠依据。

关键词：油页岩单轴压缩变形破坏声发射临界慢化前兆特征

雅砻江干流沿线地质灾害空间分布规律及风险性评价

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工程地质学报 2024年第3期32卷 876-888页

作者：倪吉吉沙鹏王天佐刘梦扬伍法权绍兴文理学院土木工程学院绍兴312000 绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室绍兴312000

雅砻江流域水电开发是西部水能资源开发的重要组成部分。受青藏高原急剧隆升、活动断裂、河流快速下切和降雨作用的影响,雅砻江流域内崩塌、滑坡等不良地质灾害极其发育。开展雅砻江流域沿线的地质灾害风险性评价对水电工程建设具有重... 详细信息

雅砻江流域水电开发是西部水能资源开发的重要组成部分。受青藏高原急剧隆升、活动断裂、河流快速下切和降雨作用的影响,雅砻江流域内崩塌、滑坡等不良地质灾害极其发育。开展雅砻江流域沿线的地质灾害风险性评价对水电工程建设具有重要意义。本文根据雅砻江干流地质环境与沿线276处滑坡与崩塌灾害点数据,选取地形坡度、坡向、起伏度、高程、工程地质岩组、断裂带密度、与雅砻江干流距离、PGA、年平均降雨量等9个评价因子。利用频率比法和层次分析法计算各影响因子指标赋值和权重值,通过ArcGIS平台完成地质灾害易发性评价。在此基础上选取人口密度、与水电站距离、地均GDP、土地类型、与道路距离5个因素开展承灾体易损性分析,最后结合易发性和易损性评价完成地质灾害风险性评价。评价结果表明:雅砻江流域中上游受地质构造、工程地质岩组及人类活动的影响,地质灾害易发性较大,极高风险区和高风险区主要集中在水电站坝址附近。下游区域出现高风险区主要受人口密度和经济影响,但地质灾害易发性较小。本次易发性评价精度达到91.57%,评价模型适用于雅砻江流域,可为雅砻江流域地质灾害风险评价与水电工程规划提供重要参考。

关键词：雅砻江水电工程地质灾害风险评价 ArcGIS