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Stability analysis of shallow tunnels subjected to eccentric loads by a boundary element method 被引量:7
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作者 Mehdi Panji Hamid Koohsari +2 位作者 Mohammad Adampira Hamid Alielahi Jafar Asgari Marnani 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2016年第4期480-488,共9页
This paper presents the results of the shear strength(frictional strength) of cemented paste backfillcemented paste backfill(CPB-CPB) and cemented paste backfillerock wall(CPB-rock) interfaces. The frictional be... This paper presents the results of the shear strength(frictional strength) of cemented paste backfillcemented paste backfill(CPB-CPB) and cemented paste backfillerock wall(CPB-rock) interfaces. The frictional behaviors of these interfaces were assessed for the short-term curing times(3 d and 7 d) using a direct shear apparatus RDS-200 from GCTS(Geotechnical Consulting & Testing Systems). The shear(friction) tests were performed at three different constant normal stress levels on flat and smooth interfaces. These tests aimed at understanding the mobilized shear strength at the CPB-rock and CPB-CPB interfaces during and/or after open stope filling(no exposed face). The applied normal stress levels were varied in a range corresponding to the usually measured in-situ horizontal pressures(longitudinal or transverse) developed within paste-filled stopes(uniaxial compressive strength, s c 150 k Pa). Results show that the mobilized shear strength is higher at the CPB-CPB interface than that at the CPB-rock interface. Also, the perfect elastoplastic behaviors observed for the CPB-rock interfaces were not observed for the CPB-CPB interfaces with low cement content which exhibits a strain-hardening behavior. These results are useful to estimate or validate numerical model for pressures determination in cemented backfill stope at short term. The tests were performed on real backfill and granite. The results may help understanding the mechanical behavior of the cemented paste backfill in general and, in particular, analyzing the shear strength at backfillebackfill and backfill-rock interfaces. 展开更多
关键词 Cemented paste backfill(CPB) Shear tests backfill-rock wall interface Shear strength Adhesion Apparent cohesion Interface friction angle
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Mechanical behaviors of backfill-rock composites: Physical shear test and back-analysis 被引量:1
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作者 Jie Xin Quan Jiang +5 位作者 Fengqiang Gong Lang Liu Chang Liu Qiang Liu Yao Yang Pengfei Chen 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第3期807-827,共21页
The shear behavior of backfill-rock composites is crucial for mine safety and the management of surface subsidence.For exposing the shear failure mechanism of backfill-rock composites,we conducted shear tests on backf... The shear behavior of backfill-rock composites is crucial for mine safety and the management of surface subsidence.For exposing the shear failure mechanism of backfill-rock composites,we conducted shear tests on backfill-rock composites under three constant normal loads,compared with the unfilled rock.To investigate the macro-and meso-failure characteristics of the samples in the shear tests,the cracking behavior of samples was recorded by a high-speed camera and acoustic emission monitoring.In parallel with the experimental test,the numerical models of backfill-rock composites and unfilled rock were established using the discrete element method to analyze the continuous-discontinuous shearing process.Based on the damage mechanics and statistics,a novel shear constitutive model was proposed to describe mechanical behavior.The results show that backfill-rock composites had a special bimodal phenomenon of shearing load-deformation curve,i.e.the first shearing peak corresponded to rock break and the second shearing peak induced by the broken of aeolian sand-cement/fly ash paste backfill.Moreover,the shearing characteristic curves of the backfill-rock composites could be roughly divided into four stages,i.e.the shear failure of the specimens experienced:stage I:stress concentration;stage II:crack propagation;stage III:crack coalescence;stage IV:shearing friction.The numerical simulation shows that the existence of aeolian sand-cement/fly ash paste backfill inevitably altered the coalescence type and failure mode of the specimens and had a strengthening effect on the shear strength of backfillrock composites.Based on damage mechanics and statistics,a shear constitutive model was proposed to describe the shear fracture characteristics of specimens,especially the bimodal phenomenon.Finally,the micro-and meso-mechanisms of shear failure were discussed by combining the micro-test and numerical results.The research can advance the better understanding of the shear behavior of backfill-rock composites and contribute to the 展开更多
关键词 Physical simulation backfill-rock composites Shear failure CRACKING Shear constitutive model
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尾砂胶结充填体损伤模型及与岩体的匹配分析 被引量:100
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作者 刘志祥 李夕兵 +1 位作者 戴塔根 曹平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期1442-1446,共5页
分别对灰砂配比为1:4,1:8,1:10和1:12的4种尾砂胶结充填体进行了力学试验,得出了其应力-应变曲线。分析了不同配比充填体变形与破坏特征,用损伤力学建立了4种不同配比充填体损伤本构方程。经验算对比,所建立的损伤本构方程与试验结果吻... 分别对灰砂配比为1:4,1:8,1:10和1:12的4种尾砂胶结充填体进行了力学试验,得出了其应力-应变曲线。分析了不同配比充填体变形与破坏特征,用损伤力学建立了4种不同配比充填体损伤本构方程。经验算对比,所建立的损伤本构方程与试验结果吻合。尾砂胶结充填体损伤研究表明,不同配比的充填体表现出不同的损伤特性,充填体配比越低,达到峰值应力时的损伤值越小;峰值应力后,损伤增长越快,破坏过程越突然。根据岩体开挖释放能量与充填体蓄积应变能相近的原则,探讨了充填体与岩体的合理匹配。充填体与岩体的匹配系数与原岩应力、岩体弹性模量、充填体弹性模量及充填体损伤参数相关。为了便于工程实际应用,对充填体力学试验结果进行了回归分析,得出了充填体强度设计公式,并研究了深部矿床不同开采深度所要求的充填体强度。 展开更多
关键词 尾砂胶结充填体 损伤力学 充填体与岩体匹配
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充填体与岩体三维能量耗损规律及合理匹配 被引量:28
4
作者 刘志祥 李夕兵 +2 位作者 赵国彦 李启月 王卫华 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期344-348,共5页
根据灰砂配比为1∶4,1∶8,1∶10和1∶12的4种胶结充填体力学试验结果,揭示不同配比充填体三维损伤耗能规律。针对矿床开采岩体应力转移并释放能量特征,探索矿床开采过程中岩体三维能量释放规律。研究结果表明,矿体埋藏越深,开挖岩体释... 根据灰砂配比为1∶4,1∶8,1∶10和1∶12的4种胶结充填体力学试验结果,揭示不同配比充填体三维损伤耗能规律。针对矿床开采岩体应力转移并释放能量特征,探索矿床开采过程中岩体三维能量释放规律。研究结果表明,矿体埋藏越深,开挖岩体释放能量越高;岩体弹性模量越高或泊松比越低,岩体释放能量越小。根据充填体与岩体耦合作用的三维能量耗损特征,探讨充填体与岩体的合理匹配,并用该匹配模型验证安庆铜矿采用最低充填配比1∶12开采矿石是可行的。研究发现,充填体与岩体的匹配系数K和三维原岩应力、岩体及充填体力学参数相关,不同开采技术条件必须设计合适的充填体抗压强度才能实现与岩体匹配。 展开更多
关键词 岩石力学 胶结充填体 损伤力学 能量耗损 充填体与岩体匹配
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充填体与岩体能量和强度匹配的分析及应用 被引量:16
5
作者 杜坤 李地元 金解放 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第12期82-87,共6页
矿山嗣后充填法中,采用经验类比法判定胶结充填体的强度存在诸多问题。利用新的方法来分析充填体与岩体的匹配是必要的。对某铜矿灰砂比为1∶6、1∶8、1∶10和1∶12的4种尾砂胶结充填体进行力学试验和匹配分析。首先利用损伤力学方法建... 矿山嗣后充填法中,采用经验类比法判定胶结充填体的强度存在诸多问题。利用新的方法来分析充填体与岩体的匹配是必要的。对某铜矿灰砂比为1∶6、1∶8、1∶10和1∶12的4种尾砂胶结充填体进行力学试验和匹配分析。首先利用损伤力学方法建立充填体破坏前本构方程,根据岩体开挖释放能量与充填体蓄积应变能相近的原则,来判定岩体与充填体的匹配;然后运用GTS/MI-DAS有限元软件模拟开采-充填过程,根据应力变化与充填体极限强度的大小关系判定两者的匹配。2种方法所得到的结论一致。分析结果表明,该矿山宜采用充填配比不小于1∶10的尾砂胶结充填体。 展开更多
关键词 充填体与岩体匹配 尾砂胶结充填体 充填采矿法 损伤力学 数值模拟
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Numerical investigation of the mechanical behavior of the backfill–rock composite structure under triaxial compression 被引量:6
6
作者 Hongjian Lu Yiren Wang +2 位作者 Deqing Gan Jie Wu Xiaojun Wu 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期802-812,共11页
To ensure safe and economical backfill mining,the mechanical response of the backfill–rock interaction system needs to be understood.The numerical investigation of the mechanical behavior of backfill–rock composite ... To ensure safe and economical backfill mining,the mechanical response of the backfill–rock interaction system needs to be understood.The numerical investigation of the mechanical behavior of backfill–rock composite structure(BRCS)under triaxial compression,which includes deformation,failure patterns,strength characteristics,and acoustic emission(AE)evolution,was proposed.The models used in the tests have one rough interface,two cement–iron tailings ratios(CTRs),four interface angles(IAs),and three confining pressures(CPs).Results showed that the deformation,strength characteristics,and failure patterns of BRCS under triaxial compression depend on IA,CP,and CTR.The stress–strain curves of BRCS under triaxial compression could be divided into five stages,namely,compaction,elasticity,yield,strain softening,and residual stress.The relevant AE counts have corresponding relationships with different stages.The triaxial compressive strengths of composites increase linearly with the increase of the CP.Furthermore,the CP stress strengthening effect occurs.When the IAs are45°and 60°,the failure areas of composites appear in the interface and backfill.When the IAs are 75°and 90°,the failure areas of composites appear in the backfill,interface,and rock.Moreover,the corresponding failure modes yield the combined shear failure.The research results provide the basis for further understanding of the stability of the BRCS. 展开更多
关键词 backfillrock composite structure triaxial compression mechanical behavior acoustic emission numerical simulation
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充填体——围岩组合体力学特性及破裂演化特征RFPA^(3D)模拟 被引量:6
7
作者 卢宏建 王奕仁 +1 位作者 武婕 武晓军 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第6期1-8,共8页
为深入分析非线性接触面下接触角对充填体—围岩组合体力学特性及破坏演化特征的影响,借助RFPA^(3D)真实破裂过程分析软件,开展了7个角度(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°),2种灰砂比(1∶4、1∶8... 为深入分析非线性接触面下接触角对充填体—围岩组合体力学特性及破坏演化特征的影响,借助RFPA^(3D)真实破裂过程分析软件,开展了7个角度(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°),2种灰砂比(1∶4、1∶8)的单轴压缩组合体数值试验。结果表明:(1)随着接触角增大,组合体模型的峰值应力、峰值应变、弹性模量先减小后增大;随灰砂比增大,各参数均增大;接触角60°时,组合体峰值应力和峰值应变最小;接触角15°时,弹性模量最小;接触角90°时,各参数均最大。(2)张拉应力是造成充填体内部横向裂纹和破碎区的主要原因,剪切应力是造成充填体二次开裂、接触面滑移和围岩破坏的主要原因,组合体破坏为宏观剪切—张拉混合裂纹。(3)接触角0°~30°组合体破坏为张拉破坏,发生在充填体区域;接触角45°~60°组合体破坏为剪切破坏,发生在充填体和接触面区域;接触角75°~90°组合体破坏为剪切—张拉组合破坏,发生在充填体、接触面和围岩区域。 展开更多
关键词 充填体—围岩组合体 非线性接触面 单轴压缩试验 力学特性 破裂演化特征
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块石回填土地铁隧道TBM掘进速度的GA-BPNN预测模型 被引量:5
8
作者 罗文帮 黄锋 +3 位作者 张正雨 李昉罡 曹亚奇 陆松 《现代隧道技术》 CSCD 北大核心 2021年第S01期426-431,共6页
TBM掘进速度的预测能为施工参数的最终确定、施工进度的合理安排、建设成本的预估提供理论依据,但TBM掘进速度常常呈现出高度非线性的特点,且受诸多因素影响,往往难以建立准确的预测模型。基于此,文章依托重庆轨道交通五号线北延伸段块... TBM掘进速度的预测能为施工参数的最终确定、施工进度的合理安排、建设成本的预估提供理论依据,但TBM掘进速度常常呈现出高度非线性的特点,且受诸多因素影响,往往难以建立准确的预测模型。基于此,文章依托重庆轨道交通五号线北延伸段块石回填土地铁隧道工程,收集了该段的TBM掘进数据,基于深度学习遗传算法优化的反向传播神经网络GA-BPNN算法,提出了一种掘进速度预测模型,并与传统BPNN算法预测模型进行对比分析。实际工程应用效果表明,通过对样本数据进行预先训练,可精确完成掘进速度的预测;遗传算法优化后的预测模型可以对掘进速度进行较为精确的预测,且较优化前的BPNN算法预测模型在预测结果的绝对误差方面上有20%以上的性能提升。 展开更多
关键词 TBM 地铁隧道 掘进速度 GA-BPNN 块石回填土
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不同倾角充-岩组合体三轴压缩力学特性及破坏特征 被引量:1
9
作者 徐文彬 陈伟 《矿业科学学报》 CSCD 2023年第5期633-641,共9页
为探究交界面倾角β对充填体与围岩组合体(充-岩组合体)三轴力学特性影响规律,开展β为0°、15°、30°、45°和60°的充-岩组合体三轴压缩试验,对比分析了不同交界面倾角组合体的力学特性、破坏特征与强度演化规... 为探究交界面倾角β对充填体与围岩组合体(充-岩组合体)三轴力学特性影响规律,开展β为0°、15°、30°、45°和60°的充-岩组合体三轴压缩试验,对比分析了不同交界面倾角组合体的力学特性、破坏特征与强度演化规律。试验结果表明:当β≤30°时,组合体的应力-应变曲线可划分为孔隙压密、弹性变形、塑性变形和破坏发展4个阶段,其破坏特征以充填体压剪破坏为主;随着交界面倾角增加,组合体在达到峰值强度后应力陡降,无明显塑性变形和破坏发展阶段,其破坏特征由充填体内部压剪破坏逐渐转变为沿交界面滑移破坏;组合体的峰值强度随着交界面倾角增加先增大后减小,β=30°时峰值强度达到极大值。基于单弱面理论得到组合体滑移破坏的交界面临界倾角为57°~68°,其中β=60°时组合体发生沿交界面滑移破坏,理论计算与试验结果相吻合。 展开更多
关键词 充-岩组合体 交界面倾角 力学特性 破坏特征
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充填体-围岩组合体声发射特征与损伤本构研究 被引量:15
10
作者 程爱平 舒鹏飞 +2 位作者 张玉山 王平 王明旭 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期1238-1245,共8页
金属矿山深部开采时,地压发育显著,充填体-围岩组合体对深部采场稳定性至关重要。本文通过DS2系列全信息声发射系统对充填体-围岩组合体进行单轴压缩下的声发射试验,从声发射事件、振铃计数2个方面分析了充填体-围岩组合体在荷载作用下... 金属矿山深部开采时,地压发育显著,充填体-围岩组合体对深部采场稳定性至关重要。本文通过DS2系列全信息声发射系统对充填体-围岩组合体进行单轴压缩下的声发射试验,从声发射事件、振铃计数2个方面分析了充填体-围岩组合体在荷载作用下的损伤演化特征;并以时间为中间变量,构建了累积声发射振铃计数与充填体-围岩组合体损伤本构方程之间的耦合关系。研究表明:1)应力水平为(60%~100%)Ps时,声发射事件增加速度激增,局部区域密集化,且密集区域主要出现在充填体和围岩接触带处;2)充填体-围岩组合体声发射振铃计数在加载过程中先激增后出现“平静期”,结合声发射参数与应力之间存在的“不对应点”,可为充填体-围岩组合体破坏征兆信息提供依据;3)声发射振铃累计计数随着时间的增加呈“S”形增长,充填体-围岩组合体的破坏模式为延性破坏;4)构建了累积声发射振铃计数与损伤本构方程之间的耦合关系,更能精确地反映充填体-围岩组合体在荷载作用下的损伤演化特征。研究结果为充填体-围岩组合体共同承载稳定性控制提供理论指导。 展开更多
关键词 充填体-围岩 损伤演化 声发射 本构方程
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考虑接触面倾角的充填体——围岩组合体能量特征分析 被引量:4
11
作者 卢宏建 王奕仁 +1 位作者 张友志 薛振林 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第8期9-19,共11页
为研究充填体—围岩组合体能量特征,以空场嗣后充填采场为物理原型,将充填体与围岩系统考虑,概化出接触面非线性特征下不同接触面倾角的充填体—围岩组合体实验室尺度模型,基于单轴压缩试验对包括7个角度(0°、15°、30°、... 为研究充填体—围岩组合体能量特征,以空场嗣后充填采场为物理原型,将充填体与围岩系统考虑,概化出接触面非线性特征下不同接触面倾角的充填体—围岩组合体实验室尺度模型,基于单轴压缩试验对包括7个角度(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°),2种灰砂比(1∶4、1∶8)充填体—围岩组合试块的变形、声发射特征和能量耗散特性进行了系统分析。结果表明:接触面倾角0°、15°和30°时,组合体破坏发生在充填体区域;接触面倾角45°和60°时,组合体破坏发生在充填体和接触面区域,沿接触面有剪切滑移现象;0°~60°组合体破坏过程声发射能率表现为多点小幅度突增现象,累计能量曲线阶梯状现象明显。接触面倾角75°和90°组合体破坏发生在充填体、接触面和围岩区域,破坏过程声发射能率表现为“多点突增—持续增大—激增”的变化趋势,幅值数量级高,累计能量曲线平滑。不同接触面倾角组合体试块的弹性能和耗散能曲线在应力峰值前变化规律一致,呈非线性增加,耗散能曲线斜率随接触面倾角增加逐渐减小。峰后破坏阶段曲线变化规律与组合体破坏形式有关。能量耗散率曲线呈“先增大,后减小”变化规律,随接触面倾角变化,峰值个数和出现位置不同。声发射累计能量和能量耗散率曲线斜率变化特征与组合体试块破坏过程中裂隙发育、发展、贯通和失稳信息相关性好,可为组合体破裂预测提供有效前兆信息。 展开更多
关键词 充填体—围岩组合体 接触面倾角 破坏形式 声发射能量 能量耗散
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胶结充填体——围岩组合体剪切强度与破坏特征 被引量:2
12
作者 卢宏建 武晓军 +1 位作者 蔡晓盛 王奕仁 《金属矿山》 CAS 北大核心 2023年第5期97-103,共7页
为研究对充填采场稳定性具有重要意义的采场充填体与围岩组合体的剪切强度与破坏特征,以空场嗣后充填采场为物理原型,将充填体与围岩系统考虑,概化出胶结充填体—围岩组合体力学模型,提出了基于摩尔应力圆公切线法与摩尔-库伦强度准则... 为研究对充填采场稳定性具有重要意义的采场充填体与围岩组合体的剪切强度与破坏特征,以空场嗣后充填采场为物理原型,将充填体与围岩系统考虑,概化出胶结充填体—围岩组合体力学模型,提出了基于摩尔应力圆公切线法与摩尔-库伦强度准则确定组合体抗剪强度参数的计算方法。通过不同围压下的组合体ANSYS数值模拟试验,对不同胶结面倾角的充填体—围岩组合体剪切强度与破坏特性进行了研究。结果表明:胶结面倾角为0°~15°时,组合体破坏主要发生在充填体区域,破坏模式为张拉—剪切复合破坏;胶结面倾角为30°~60°时,组合体破坏发生在充填体和接触面区域,破坏模式为剪切破坏,随着围压增加,组合面会发生滑移现象,随着胶结倾角增加,剪切破坏面逐渐与胶结面重合;胶结面倾角为75°~90°时,组合体最终的破坏方式主要为充填体的剪切破坏。研究结果拓展了充填体—围岩组合体剪切强度参数获取方法,揭示了不同接触面倾角充填体—围岩组合体的破坏特征,可为地下充填采场稳定性分析提供理论支持。 展开更多
关键词 充填开采 胶结充填体—围岩组合体 剪切强度 数值模拟 破坏特征
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不同厚度充填体—围岩组合体力学性质及损伤本构 被引量:1
13
作者 李胜 熊自明 +1 位作者 刘一鸣 李志浩 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第33期14841-14851,共11页
为探究充填体厚度变化对充填体-围岩组合体力学性能的影响规律,开展了5种不同厚度充填体-围岩组合体试件单轴压缩试验,结合数字散斑技术对试件破坏模式的变化进行分析,建立考虑峰后应变软化阶段的分段式损伤本构模型对全过程应力-应变... 为探究充填体厚度变化对充填体-围岩组合体力学性能的影响规律,开展了5种不同厚度充填体-围岩组合体试件单轴压缩试验,结合数字散斑技术对试件破坏模式的变化进行分析,建立考虑峰后应变软化阶段的分段式损伤本构模型对全过程应力-应变关系进行描述。分析结果表明,充填体厚度变化对组合试件力学性能与破坏模式影响显著。随着充填体厚度由0 mm增加至100 mm,试件峰值强度由94.6 MPa呈指数关系下降至10.1 MPa,峰值应变由0.30下降至0.06,弹性模量呈先下降后上升变化趋势;利用数字散斑技术分析发现,随着充填体厚度增加,破坏模式逐渐由脆性剪切破坏过渡为拉剪复合破坏,最终发展为由充填体内部发生“X”形剪切破坏而引起的拉伸劈裂破坏;通过改变分段式损伤本构模型的分布参数与修正系数,可较好地表征不同充填体厚度试件的全过程应力-应变曲线,验证结果表明模型适用性较好;充填体厚度越大,由充填体存在而引起的试样初始损伤越大,达到峰值应变时,损伤变量D未达到1,试件延性破坏特征越明显,破坏后残余强度越高。 展开更多
关键词 充填体-围岩 损伤演化 数字散斑技术 本构方程
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