正交型交叉裂隙岩石强度特征与破裂机理试验研究 被引量：24

1

作者 武旭 王帆 +3 位作者 席迅 郭奇峰 孙景来 王新灵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2681-2690,共10页

工程岩体是具有各向异性的非均匀地质体,隧道开挖或服役过程中由于岩体节理、裂隙诱发的片帮、冒顶等事故时有发生,造成严重的人员伤亡和经济损失。天然岩体中裂隙主要以交叉形态分布,为了探究裂隙对岩石力学特性及破裂特征的影响规律,... 工程岩体是具有各向异性的非均匀地质体,隧道开挖或服役过程中由于岩体节理、裂隙诱发的片帮、冒顶等事故时有发生,造成严重的人员伤亡和经济损失。天然岩体中裂隙主要以交叉形态分布,为了探究裂隙对岩石力学特性及破裂特征的影响规律,利用线切割设备对岩石试样预制不同分布状态的正交型交叉裂隙,借助声发射和表面应变测量系统对单轴压缩条件下裂纹起裂应力、裂纹扩展路径与应力性质进行计算与分析。研究结果表明,裂隙长度对岩石强度的影响作用较小,裂隙与加载方向的夹角是影响岩石强度的最主要因素。岩石峰值强度与弹性模量均随主裂隙倾角的增大呈先增加后减小的变化规律,当主裂隙倾角α=90°时,岩石试样的力学指标达到最小值;正交型裂隙试样中主裂隙或次裂隙端部更容易产生起裂破坏,起裂位置与预制裂隙倾角息息相关;裂隙岩石的破裂具有显著方向性,正交型裂隙岩石的起裂裂纹主要呈翼型或反翼型,当α<45°时,主裂隙对起裂起到主控作用,次裂隙的存在对裂纹扩展具有导向作用;当α>45°时,起裂裂纹主要位于次裂隙端部,起裂由次裂隙控制。与完整试样相比,裂隙岩石试样整体失稳破坏前产生多次声发射突增现象,即加载过程中产生多次破裂,正交型裂隙试样起裂应力集中于0.22σc^0.34σc,起裂发生在较低应力水平;当岩石中存在与加载方向垂直的裂隙时,岩石的破裂与破坏受此类裂隙的影响最为显著。 展开更多

关键词 正交型裂隙 强度特征 单轴压缩 裂纹起裂 裂隙倾角 扩展路径

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初始裂隙倾角对岩石损伤断裂特征的影响研究 被引量：13

2

作者 王国艳 于广明 +1 位作者 高丽燕 李刚 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第6期100-104,共5页

为了探求初始裂隙倾角对岩石损伤裂断特征的影响,采用岩石破裂过程的RFPA数值分析系统,对单轴压缩作用下的不同裂隙倾角的单裂隙试件破坏过程进行数值模拟。根据获得的不同加载步的岩石内部应力图像,分析初始裂隙倾角对岩石裂隙扩展方... 为了探求初始裂隙倾角对岩石损伤裂断特征的影响,采用岩石破裂过程的RFPA数值分析系统,对单轴压缩作用下的不同裂隙倾角的单裂隙试件破坏过程进行数值模拟。根据获得的不同加载步的岩石内部应力图像,分析初始裂隙倾角对岩石裂隙扩展方向及试件断裂方向的影响,获得了岩石内部应力再分布规律,结合声发射累积事故数随加载步的变化,将岩石内部应力分为损伤产生并稳定扩展阶段、损伤快速扩展并连通阶段和岩石破坏阶段。研究结果表明:在损伤产生并稳定扩展阶段,岩石内部的应力最大值随加载步的增加基本按线性增加,且初始裂隙倾角为45°时最大主应力和最大剪应力的最大值增长最快,初始裂隙倾角为15°时最小主应力的最大值增长最快。 展开更多

关键词 裂隙倾角 裂隙扩展 应力分布 单轴压缩 断裂特征

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单轴压缩荷载下不同倾角三维通透裂隙扩展机理研究 被引量：9

3

作者 杜贻腾 李廷春 +1 位作者 张仕林 吕连勋 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 2016年第3期53-60,共8页

采用红砂岩制作分别含有不同倾角三维通透裂隙的圆柱体标准试件,进行单轴压缩试验,并结合实时监控和数值模拟的方法对其断裂破坏机制进行系统分析。试验发现:单轴压缩荷载下,不同倾角预制裂隙主要以翼裂纹和反翼裂纹两种模式扩展,扩展... 采用红砂岩制作分别含有不同倾角三维通透裂隙的圆柱体标准试件,进行单轴压缩试验,并结合实时监控和数值模拟的方法对其断裂破坏机制进行系统分析。试验发现:单轴压缩荷载下,不同倾角预制裂隙主要以翼裂纹和反翼裂纹两种模式扩展,扩展路径均在一定程度上偏离最大主应力方向,当预制裂隙倾角小于等于45°时,裂隙扩展以反翼裂纹为主,且扩展路径偏离程度随预制裂隙倾角的增大而增加,当预制裂隙倾角大于45°时,裂隙扩展以翼裂纹为主,且扩展路径偏离程度随预制裂隙倾角的增大而降低;含裂隙试件的起裂角度随预制裂隙倾角的增大而减小,起裂强度,峰值强度以及弹性模量均随预制裂隙倾角的增大而增大。数值模拟结果发现,翼裂纹的萌生与扩展主要由拉剪应力主导,反翼裂纹的萌生与扩展主要由压剪应力主导,拉应力集中区域随着预制裂隙倾角的增大而逐渐缩小。 展开更多

关键词 单轴压缩 通透裂隙 裂隙倾角 扩展模式

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马蹄形隧道拱脚裂纹对围岩稳定性的影响 被引量：6

4

作者 周磊 朱哲明 +2 位作者 刘邦 邱豪 董玉清 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期91-99,共9页

详细研究了隧道拱脚处裂纹对围岩稳定性及破坏模式的影响,裂纹分两组进行设置:一是裂纹以拱脚交界点为圆心逆时针方向分布在A(0°<α≤90°),B(90°<α≤180°)及C(180°<α≤270°)区域,且与隧道底... 详细研究了隧道拱脚处裂纹对围岩稳定性及破坏模式的影响,裂纹分两组进行设置:一是裂纹以拱脚交界点为圆心逆时针方向分布在A(0°<α≤90°),B(90°<α≤180°)及C(180°<α≤270°)区域,且与隧道底板面成夹角α;二是裂纹倾角α为127°,与隧道跨度成不同裂纹长度比β。采用物理模型试验和数值模拟对比分析拱脚裂纹的不利因素,随后选择砂岩材料制作隧道模型试件进行室内试验,得到裂纹因素对围岩强度的影响。数值模拟采用有限元程序分别计算裂纹尖端的应力强度因子与围岩损伤演化云图。通过两者对比论证可以得到如下结论:①裂纹在隧道拱脚位置处成不同倾角α时,裂纹分布区域的危害程度可依次排列为B>C>A;②裂纹倾角α在120°~135°时,裂纹对隧道整体的稳定性影响最大;③在双轴压缩载荷作用下,围岩的破坏行为主要是裂纹尖端与边墙的拉剪破坏及局部的拉伸破坏;④裂纹长度比β对围岩整体稳定性影响表征为线性反比例函数关系。 展开更多

关键词 隧道 裂纹倾角 数值模拟 拱脚裂纹 围岩

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含偏心裂隙类岩石劈裂强度及破坏特征试验

5

作者 黄耀光 李杨杨 杨晚霞 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期824-835,共12页

为探究偏心裂隙对岩石拉伸力学性能的影响机制,利用自主设计的加工装置制备了具有不同偏心距和倾角的预制裂隙类岩石试样,对其开展平台巴西劈裂试验和非接触全场应变监测试验,并基于载荷⁃位移曲线和表面应变场演化,分析了偏心距和倾角... 为探究偏心裂隙对岩石拉伸力学性能的影响机制,利用自主设计的加工装置制备了具有不同偏心距和倾角的预制裂隙类岩石试样,对其开展平台巴西劈裂试验和非接触全场应变监测试验,并基于载荷⁃位移曲线和表面应变场演化,分析了偏心距和倾角对变形、拉伸强度和劈裂破坏的影响,揭示了拉伸强度劣化规律及劈裂破坏原因。结果表明:试样表面应变在压密和近似线弹性变形阶段基本不变,在裂纹稳定扩展和非稳定扩展阶段发生从缓慢增加到急剧增加的变化;相同裂隙倾角下,偏心裂隙试样的拉伸强度随偏心距增大而增大,且偏心距对拉伸强度的劣化影响远大于裂隙倾角的影响;预制裂隙的偏心距是影响试样劈裂破坏的主控因素,随着偏心距的增大,劈裂主破坏外的横向和竖向次生破坏越少,破坏模式越简单,可分为“Z”字型、“一”字型和中心劈裂破坏3类;拉伸应力诱使试样产生劈裂主破坏和竖向次生破坏,而横向次生破坏则由压缩应力诱发,且偏心距越小,预制裂隙尖端的应力集中对劈裂破坏的影响越显著。 展开更多

关键词 偏心裂隙 应变演化 抗拉强度 劈裂破坏 破坏模式 裂隙倾角

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单裂隙砂岩破坏特征和破裂演化规律试验 被引量：6

6

作者 郭寿松 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2019年第7期56-60,共5页

针对含不同倾角裂隙的板状砂岩试样开展单轴加载试验,从宏细观角度深入探索裂隙倾角对脆性岩石变形破坏特征、声发射及破裂演化规律的影响效应,揭示其破坏机制。结果表明:裂隙倾角α较小时(0°≤α≤30°),应力-应变曲线呈锯齿... 针对含不同倾角裂隙的板状砂岩试样开展单轴加载试验,从宏细观角度深入探索裂隙倾角对脆性岩石变形破坏特征、声发射及破裂演化规律的影响效应,揭示其破坏机制。结果表明:裂隙倾角α较小时(0°≤α≤30°),应力-应变曲线呈锯齿状;翼裂纹首先在初始裂隙中部萌生,次生拉伸裂纹扩展贯通导致试样破坏,声发射较为分散,以劈裂破坏为主;随裂隙倾角增加(30°<α<90°),应力跌落次数减少,峰值强度和弹性模量不断升高;翼裂纹起裂位置向初始裂隙尖端转移,起裂强度和起裂强度比逐渐增加,次生裂纹转为剪切裂纹,声发射趋于集中,破坏模式向剪切破坏过渡;裂隙倾角为90°时,应力-应变曲线光滑,初始裂隙起裂前试样瞬间破坏,声发射异常集中,以劈裂破坏为主,与完整试样基本一致。 展开更多

关键词 岩石力学 裂隙倾角 变形破坏特征 声发射 裂纹扩展

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初始裂隙倾角对岩石破坏模式及峰值强度的影响 被引量：6

7

作者 王国艳 于广明 +1 位作者 李刚 高丽燕 《中国矿业》 北大核心 2017年第10期173-176,共4页

初始裂隙倾角是影响裂隙岩体再生裂隙扩展方向和损伤断裂模式的重要因素之一,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统对不同倾角的单裂隙岩石在单轴压缩条件下破坏过程进行数值模拟。结果表明:当裂隙倾角不大于45°时,试件呈现出拉伸和... 初始裂隙倾角是影响裂隙岩体再生裂隙扩展方向和损伤断裂模式的重要因素之一,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统对不同倾角的单裂隙岩石在单轴压缩条件下破坏过程进行数值模拟。结果表明:当裂隙倾角不大于45°时,试件呈现出拉伸和剪切的混合破坏;裂隙倾角为60°时试件以拉伸破坏为主;裂隙倾角为75°时试件以剪切破坏为主。受岩石强度、内摩擦角和压拉比的影响,初始裂隙倾角对单裂隙岩石峰值强度的影响趋势具有多变性,其影响趋势可分为三类,一是随着裂隙倾角的增加岩石峰值强度增加;二是随着裂隙倾角的增加岩石峰值强度先降低再增加;三是随着裂隙倾角的增加岩石峰值强度先增加后降低再增加。 展开更多

关键词 单轴压缩 峰值强度 裂隙倾角 破坏模式

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含平行双裂隙白砂岩力学行为数值分析

8

作者 王云飞 董贺 +2 位作者 马勇超 张意文 袁乐乐 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第3期161-170,共10页

目的为探究平行双裂隙对白砂岩力学特性、裂纹扩展和能量演化的影响,方法利用颗粒流软件PFC2D获取白砂岩细观力学参数,通过改变双裂隙倾角和双裂隙间距2个关键影响因素,进行多次单轴压缩试验并对模拟结果进行分析。结果结果表明:随着裂... 目的为探究平行双裂隙对白砂岩力学特性、裂纹扩展和能量演化的影响,方法利用颗粒流软件PFC2D获取白砂岩细观力学参数,通过改变双裂隙倾角和双裂隙间距2个关键影响因素,进行多次单轴压缩试验并对模拟结果进行分析。结果结果表明:随着裂隙倾角增大,岩石的峰值强度、弹性模量变大;随着平行双裂隙间距增大,裂隙倾角为30°时,岩石的峰值强度和弹性模量大幅降低,裂隙倾角为60°时,裂隙间距对岩石的峰值强度和弹性模量无显著影响,即裂隙间距转变为影响力学特性的次要因素;裂隙倾角对岩石的微裂纹发育过程有着重要影响,在裂纹扩展初期以拉伸裂纹为主,最终破坏形式多为剪切破坏;裂隙倾角为45°时,裂纹发育至贯通最为彻底;随着裂隙倾角增大,耗散能开始出现应变节点逐渐后移现象,岩石的弹性储能极限随之增强,裂隙倾角为0°~15°时,储能极限会发生一次小幅度反弹。结论双裂隙倾角和间距对白砂岩力学特性、裂纹扩展和能量演化的影响至关重要。 展开更多

关键词 平行双裂隙 离散元 声发射 裂纹扩展 裂隙倾角

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优势裂隙倾角对反倾岩质边坡变形影响分析 被引量：3

9

作者 谷虎 张御阳 +1 位作者 刘浩 吴丹妮 《人民珠江》 2019年第3期117-122,共6页

通过底摩擦实验试验在前人的基础上进一步研究优势裂隙组的倾角变化对反倾岩质边坡变形破坏影响。将反倾岩质边坡变形破坏区域分为剪切滑移区、倾倒破坏区以及倾倒变形影响区。实验试验结果及理论分析表明:①裂隙的存在使得岩体呈现非... 通过底摩擦实验试验在前人的基础上进一步研究优势裂隙组的倾角变化对反倾岩质边坡变形破坏影响。将反倾岩质边坡变形破坏区域分为剪切滑移区、倾倒破坏区以及倾倒变形影响区。实验试验结果及理论分析表明:①裂隙的存在使得岩体呈现非均质各向异性的特性且裂隙的倾角不同对岩体强度的折减也是不同的,当裂隙倾角θ满足关系式:θ∈[π-(α+50°),π-(α+40°)](α为岩层倾角)时,对反倾岩质边坡的整体强度折减达到最大;②当裂隙倾角θ对反倾岩质边坡的岩体强度折减达到最大时,剪切滑移区在反倾岩质边坡的破坏区域中的占比达到最大,与之呈正相关;③反倾岩质边坡发生最终破坏需要的时间主要与前缘以剪切破坏为主导的剪切滑移区的占比有关,剪切越多区的占比越大,边坡发生破坏所需时间越多,反之边坡破坏所需时间越少。 展开更多

关键词 反倾岩质边坡 底摩擦 裂隙倾角 变形破坏影响

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含不同倾角裂隙类岩石蠕变特性及数值模拟分析 被引量：2

10

作者 王永岩 刘亚琦 +2 位作者 冯学志 王浩 张作良 《计算机与数字工程》 2021年第9期1737-1742,1865,共7页

为研究含不同倾角裂隙岩石的蠕变特性,利用相似理论配制含不同倾角单裂隙类岩石,对含不同倾角单裂隙类岩石试件进行三轴蠕变试验,得到不同角度单裂隙类岩石的稳态蠕变率与稳态蠕变量,利用ANSYS软件对含不同倾角裂隙类岩石进行数值模拟... 为研究含不同倾角裂隙岩石的蠕变特性,利用相似理论配制含不同倾角单裂隙类岩石,对含不同倾角单裂隙类岩石试件进行三轴蠕变试验,得到不同角度单裂隙类岩石的稳态蠕变率与稳态蠕变量,利用ANSYS软件对含不同倾角裂隙类岩石进行数值模拟并分析,得到试件的应力与应变云图和裂隙特征点的稳态蠕变量、稳态蠕变率曲线。研究发现:三轴稳态蠕变率随裂隙倾角的增大表现出先增大后减小再增大的趋势,在倾角为30°时稳态蠕变率最大,最大为2.59×10^(-4)h^(-1),在倾角为75°时最小,最小为1.47×10^(-4)h^(-1);试件在蠕变过程中,裂隙尖端产生应力集中现象,远离裂隙尖端的部分应力变化较均匀;运用ANSYS软件对不同裂隙倾角试件进行蠕变模拟分析发现,在30°倾角时蠕变应变量最大,在75°倾角时蠕变应变量最小,90°倾角试件与无损伤试件蠕变应变量变化较均匀。 展开更多

关键词 裂隙类岩石 裂隙倾角 蠕变作用 稳态蠕变率 数值模拟

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卸荷裂隙岩体在桥基荷载作用下的力学行为研究 被引量：1

11

作者 冷涛 年夫喜 《水利与建筑工程学报》 2016年第4期173-176,共4页

为研究卸荷裂隙附近岩体在桥基荷载作用下的力学行为,在分析桥基和岩体相互作用以及裂隙模拟方法的基础上,建立了二维有限元模型,分析卸荷裂隙不同的深度和倾角下,裂隙表面的位移和应力影响系数变化情况。结果表明:桥基荷载下,裂隙表面... 为研究卸荷裂隙附近岩体在桥基荷载作用下的力学行为,在分析桥基和岩体相互作用以及裂隙模拟方法的基础上,建立了二维有限元模型,分析卸荷裂隙不同的深度和倾角下,裂隙表面的位移和应力影响系数变化情况。结果表明:桥基荷载下,裂隙表面的位移以竖向位移为主;应力影响系数随着裂隙深度先增加后减小,最后趋于固定值;卸荷裂隙倾角达到90°时,应力影响系数急剧增大,这说明竖向裂隙对边坡的应力影响最大。 展开更多

关键词 卸荷裂隙 倾角 深度 应力影响系数

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含裂隙饱水风干岩石声发射特征试验研究

12

作者 刘静 《江西建材》 2020年第11期9-9,12,共2页

为研究饱水风干作用后含孔洞-裂隙缺陷试样的声发射特征,对含不同裂隙倾角花岗岩板状试样进行单轴压缩试验,加载过程中对裂隙岩石试样进行声发射特征试验,结果表明:试样轴向应力-应变曲线与声发射活动表现出明显的对应特征,随着次生裂... 为研究饱水风干作用后含孔洞-裂隙缺陷试样的声发射特征,对含不同裂隙倾角花岗岩板状试样进行单轴压缩试验,加载过程中对裂隙岩石试样进行声发射特征试验,结果表明:试样轴向应力-应变曲线与声发射活动表现出明显的对应特征,随着次生裂纹的萌生和扩展,声发射活动趋于活跃。 展开更多

关键词 饱水风干 孔洞-裂隙缺陷 裂隙倾角 声发射

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基于含组合缺陷砂岩的单轴压缩离散元分析

13

作者 张力 靖洪文 《煤炭技术》 北大核心 2017年第5期73-75,共3页

运用离散元软件PFC2D对含有圆孔裂隙组合缺陷的砂岩进行单轴压缩数值模拟,分析不同裂隙倾角时砂岩的强度特征、破坏特征以及裂纹扩展过程。结果表明:岩石试样破坏经历了裂隙的压密、微裂纹的萌生和扩展及最终的破坏几个阶段;当应力增大... 运用离散元软件PFC2D对含有圆孔裂隙组合缺陷的砂岩进行单轴压缩数值模拟,分析不同裂隙倾角时砂岩的强度特征、破坏特征以及裂纹扩展过程。结果表明:岩石试样破坏经历了裂隙的压密、微裂纹的萌生和扩展及最终的破坏几个阶段;当应力增大到一定程度之后,颗粒之间黏结断裂,微裂纹不断产生、汇集和贯通,最终形成宏观裂纹,使得试样发生失稳破坏。与完整砂岩试样相比,含圆孔裂隙砂岩试样的力学参数均显著降低,且降低幅度与裂隙倾角相关;随着裂隙倾角的不断增大,试样的峰值强度表现为不断增加的特征。 展开更多

关键词 组合缺陷 单轴压缩 裂隙倾角

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三维内置裂隙倾角对类岩石材料拉伸力学性能和断裂特征的影响 被引量：25

14

作者 李术才 杨磊 +1 位作者 李明田 张宁 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期281-289,共9页

采用试验手段研究单轴拉伸条件下内置三维裂隙倾角对类岩石砂浆材料力学特性及断裂特征的影响。试验中配制物理力学性能与砂岩接近的砂浆材料,研制三维裂隙空间定位装置,同时改进传统岩石材料直接拉伸试验方法,研制黏结轴拉试验装置。... 采用试验手段研究单轴拉伸条件下内置三维裂隙倾角对类岩石砂浆材料力学特性及断裂特征的影响。试验中配制物理力学性能与砂岩接近的砂浆材料,研制三维裂隙空间定位装置,同时改进传统岩石材料直接拉伸试验方法,研制黏结轴拉试验装置。试验结果发现,含裂隙砂浆试件的单轴拉伸受力变形过程分为4个阶段:缺陷张开阶段、弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和破坏阶段,其中弹性阶段所占比例最高,突发性破坏阶段是拉伸破坏和压缩破坏最明显的区别。裂隙倾角α的改变对砂浆材料力学性能影响很大,随着α增大(0°<α<90)°,试件峰值强度σP逐渐降低,α=45°左右时,σP变化幅度最大。在拉伸荷载作用下,内置裂隙长轴前缘附近先后产生包裹状翼裂纹和次生裂纹,在短轴附近产生扭结区,裂隙的张拉扩展导致试件最终断裂。裂隙倾角α的改变影响裂隙扩展的轨迹和试件破坏后的形态。 展开更多

关键词 岩石力学 三维裂隙倾角 力学性能 断裂特征 单轴拉伸 类岩石材料

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