围压对节理岩体变形破坏行为的影响（英文）

节理岩体的力学特性对于工程岩体的安全至关重要。为了更好的掌握节理岩体的变形破坏规律,采用离散元程序对不同围压作用下的断续节理岩体进行了模拟实验研究。首先,以室内试验数据为基础,标定了能够反映节理试件宏观力学行为和变形破坏特征的数值模型细观参数。然后,研究了节理倾角和围压对节理试样应力应变曲线、破裂模式和接触力分布的影响规律。结果表明：试件的抗压强度和弹性模量随围压的增加而增加,随节理组倾角的增加呈现出先减小后增大的变化趋势;不同节理组倾角下试件的强度和弹性模量对围压的敏感性不同,其中节理组倾角为90°时影响最小;在低围压下,试样的破坏模式由节理组倾角控制;随着围压的增大,拉裂缝的萌生和扩展逐渐受到抑制,破坏模式由拉破坏向剪切-压缩破坏转变。最后,进一步探讨了预应力锚固支护对工程裂隙岩体的加固作用。     

尺寸效应和各向异性影响下岩体力学特性

目的 研究试样的尺寸效应和由于节理存在引起的各向异性对岩体的力学特性的影响.方法 基于应变软化模型和遍布节理模型,通过多组岩体试样的单轴压缩试验和三轴试验数值模拟,对试样峰值强度和应力应变关系进行对比分析.结果 岩体轴向峰值强度随岩体尺寸增大而减小,峰后残余强度却相应增大;节理倾角与45°+ Φ/2(Φ为节理内摩擦角)越接近,岩体水平加载与竖直加载峰值强度相差越小.一组节理时,岩体节理面与加载面夹角在45°～75°,峰值强度最小,围压增加,岩体峰值强度增加,但增长速率逐渐变缓.结论 岩体单轴压缩峰值强度、峰后残余强度和塑性区形态受岩体尺寸效应影响较大;在节理岩体中,岩体抗压性能受节理倾角及围压影响较大.     

裂隙岩体断裂破坏扩展数值模拟研究

为进一步了解复杂裂隙断裂破坏过程,基于断裂力学理论,采用PFC2D软件对不同裂隙数量岩体进行数值试验,分析裂隙倾角、围压等因素对岩体强度及裂纹扩展的影响规律。研究表明：随着裂隙倾角增大,单裂隙峰值应力和起裂应力先减小后增大,当围压由2 MPa增加到8 MPa时,峰值应力约从120 MPa增大到160 MPa,且起裂应力随着围压增大而增大,与理论分析结果一致;双裂隙倾角为30°和45°裂隙扩展以翼型裂纹和次生斜裂纹为主,裂隙倾角为60°和90°时主要为共面次生裂纹;不同围压下,随着预制裂隙数量增多,裂隙岩体试样峰值应力逐渐减小。研究成果为进一步探索裂隙岩体失稳破坏规律提供参考。     

循环加载下单节理砂岩三轴强度与变形试验研究

为了研究节理砂岩试样在循环加载下的变形演化规律和强度特性,开展了贯通单节理砂岩在不同围压下的单调加载和循环加载试验.结果表明:随着围压的增加,节理砂岩试样单调及循环加载下峰值强度增大;在三轴循环加载作用下,节理砂岩的弹性模量的演化经历了明显增大、急剧减小、峰后趋于稳定3个阶段;三轴单调及循环加载下节理砂岩试样主要发生剪切破坏;在较低的围压(5,15 MPa)下,循环加载导致的破坏程度比单调荷载导致的更严重,在较高的围压(25,35 MPa)下,单调和循环加载下的破坏模式相似.     

河口村水库坝肩灰岩力学特性试验研究

从河口村水库坝肩取样制备完整的和含裂隙的灰岩试样,利用TAW-2000岩石三轴仪对制备的岩样进行不同围压下的岩石三轴压缩试验,得到了完整和裂隙灰岩在不同围压下的应力-应变曲线及其变形、强度和破裂特性规律。试验中,裂隙面与最大主应力夹角为0°~80°,围压为5~15 MPa。试验结果表明:完整灰岩的峰值强度和变形模量随围压的增大而增大,并且呈线性关系;裂隙灰岩在三轴压缩下有两种破坏形态,分别为穿裂隙面破坏和沿裂隙面滑移破坏;裂隙灰岩的强度和变形特性及破坏特征受裂隙面倾角θ的影响很大,当θ60°时,沿裂隙面滑移破坏,当θ≤60°时,穿裂隙面破坏;其中穿裂隙面破坏的灰岩与完整灰岩均为岩体材料的破坏,并且与完整灰岩的破坏形态和强度变形特征相似。     

类岩石裂隙扩展多因素影响研究

岩体强度是影响岩体工程安全的重要因素,其会因多种因素的改变而变化,研究不同因素对裂隙扩展的影响,可以获得不同因素对岩体强度影响规律,为保证岩体工程的安全和稳定提供参考依据。文章主要考虑节理位置、围压和温度对岩体破裂过程的影响,通过室内试验分析节理位置对岩体裂隙扩展规律的影响,研究围压的改变对岩体峰值强度和破裂形态的作用,通过加卸载试验定性分析了洞室开挖掌子面的卸荷效应,并对4种较低温度和3种超高温度下岩体的裂隙扩展形态和规律进行了研究。结果表明:节理位于试件端部时,以翼裂纹扩展为主、次生裂隙扩展为辅,主要产生张拉裂纹,而节理位于试件中间时,主要产生剪切裂纹;围压的增加会提高岩体的强度,抑制裂纹的扩展,岩体卸载容易产生劈裂破坏;温度能够降低岩体的强度,超高温条件下,岩体易产生炸裂。     

复合岩层变形及强度特性卸围压试验研究

探索了复合岩层类岩石试样的制作方法,对不同倾角复合岩层试样进行了常规三轴加载和卸围压试验.基于卸围压试验结果,研究了卸载速率对复合岩层试样的极限承载强度和实时围压的影响规律,分析了层理面倾角与复合岩层试样强度变形参数之间的关系,揭示了复合岩层试样在加轴压卸围压过程中的变形破坏机理,讨论了不同卸载速率下复合岩层试样的破坏模式.得出初始围压为15MPa且在同一卸载速率下,θ=0°～90°试样的极限承载强度随层理面倾角的增加出现先降低后升高,最小值均发生在θ=60°试样.θ=0°试样在卸载速率逐渐增加时,破坏模式从与弱面交叉的剪切破坏逐渐转变成与弱面交叉的拉伸破坏;θ=15°～30°试样均为与弱面交叉的拉伸破坏;θ=45°～75°试样均为沿节理面滑移破坏;θ=90°试样均为与弱面交叉的剪切破坏.     

不同大变形等级下层理角度对层状软岩隧道的影响

为探究不同大变形等级下层理角度对层状软岩隧道的影响,依托九绵高速全线软岩大变形隧道,通过岩石力学试验确定遍布节理模型参数,基于数值模拟,探究不同软岩大变形等级（轻微、中等、强烈）下层理角度对层状软岩大变形隧道围岩及支护体系受力变形的影响,并通过现场统计的层理角度与大变形情况对数值模拟结果进行验证。结果表明：1）层理小角度（0°、15°）与大角度（90°）围岩变形、支护结构受力变形较大,随着大变形等级的增大,层理角度引起的围岩支护变化效果越明显。2）随着层理角度的增大,围岩变形从拱底逐渐转移到右拱腰。围岩变形主要发生在隧道轮廓与层理面相切位置,其中拱底及左拱脚对层理角度变化较敏感。3）初支应力偏向及节理塑性区大致与层理弱面法向一致,随着层理角度的增大,节理的剪切塑性区由拱顶、拱底转移到左拱脚、右拱肩,最终偏移到左右拱腰上下位置;相比初支压应力,初支拉应力对层理角度更敏感,垂直节理增大了张拉剪切破坏塑性区贯通的风险,但剪切破坏塑性区半径反而有可能减小。4）现场的统计规律表现为小角度与大角度大变形等级较高,层理角度为60°以下时,岩层破坏发生在拱腰及拱肩处,随着层理角度的增大,有向拱肩发展的...     

交叉节理类岩石裂隙扩展规律研究

交叉节理是岩体工程中普遍存在的一种不连续体,其裂隙扩展对岩体工程的安全具有重要的影响,研究交叉节理类岩石裂隙扩展规律,可为岩体工程安全施工和稳定性分析提供参考依据。文章基于相似理论,以砂岩为原型,通过多组配比试验选配抗压强度为1∶1的类岩石试件,并分别对单、双X型节理试件进行单轴压缩试验,研究单向加载条件下交叉节理的裂隙扩展规律,采用非连续变形分析方法(DDARF)对裂隙扩展过程进行数值模拟,并与室内试验进行对比。结果表明:单X型节理岩体裂隙扩展会以某一条节理为起裂节理,并沿起裂节理迅速扩展,释放能量达到新的平衡;对于双X型节理岩体,某组X型节理会起主控作用,直到试件破坏。DDARF可以较好地模拟裂隙的扩展路径,与室内试验相辅相成,共同揭示交叉节理的裂隙扩展规律。     

含一组贯通节理岩体强度的各向异性分析

节理岩体是一种连续和非连续介质共存的地质体,其强度具有显著的各向异性,为了研究岩体强度的各向异性特征,基于能统一处理连续和非连续问题的数值流形方法(NMM),编制弹塑性NMM计算程序,并对不同应力状态下,节理倾角和节理间距不同的岩体压缩试验进行数值模拟.计算结果表明:当节理倾角较小岩体不沿节理滑移破坏时,岩体强度仍会受到节理的削弱而降低;岩体强度-节理倾角曲线呈现出非对称的"勺形";岩体强度随节理间距变化曲线符合负指数函数变化规律;节理间距对岩体强度的影响具有各向异性;岩体强度的各向异性随着围压增大而减弱.通过对数值计算结果进行回归分析,基于新的节理分布参数,提出适用于含一组贯通节理岩体的强度预测模型.该模型综合考虑了节理倾角、节理间距和围压对岩体强度的影响,可更好地为地下工程提供技术支持.     

倾角对裂隙岩体力学特性影响试验模拟研究

为了解决工程中遇到的裂隙岩体的开挖与防护问题,用水泥砂浆制作试样,模拟具有不同倾角的贯通裂隙岩体,利用电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆分别对试样施加静、动荷载,分析倾角对裂隙岩体静、动态力学性能的影响.结果表明,裂隙岩体的破坏具有脆性破坏的特征;其强度具有应变率敏感性,随着应变率的提高,强度也得到提高;倾角对裂隙岩体的静、动态力学性能有影响,静态荷载下的抗压强度在裂隙倾角为45°时最小,O°和90°时最大,而动力荷载下的抗压强度则是在裂隙倾角为30°时最小,90°时最大.     

节理岩体隧道围岩塑性区范围研究

为了研究浅埋偏压条件下节理倾角对隧道围岩变形的影响,选择地形偏压的浅埋隧道为研究对象,采用遍布节理模型来模拟岩层的各向异性特征,分7组不同节理倾角工况对地形偏压隧道进行数值模拟,分析不同工况下隧道围岩的变形量和塑性区,结果表明:随着节理倾角的增大,隧道垂直方向的变形表现出先减小后增大的趋势,水平方向的变形表现出先增大后减小的趋势;当节理倾角为15°时,隧道垂直方向的变形量和水平方向的变形量最小;当节理倾角为60°时,隧道水平方向的变形量最大.随着节理倾角改变,围岩塑性区范围随之发生变化,当节理倾角为15°时,隧道围岩塑性区范围最小,隧道最为稳定.     

砂浆模拟裂隙岩体在动静组合荷载下的SHPB试验研究

通过预制裂隙砂浆试件模拟工程实际裂隙岩体,以研究在不同裂隙情况下及有围压作用时裂隙岩体的动力学响应问题。在模具中安装预设裂隙塑料片模拟实际岩层的裂隙倾角及裂隙贯通率,在试验中围压简化为正常金属环固定。基于正交试验方法,利用分离式霍普金森压杆试验装置(split Hopkinson pressure bar, SHPB)研究了不同倾角(0°、30°、45°、60°、90°)、不同贯通率(100%、 75%、 50%、 25%、 0%)的砂浆试件在不同围压下的动力学响应。试验结果表明:当倾角小于45°时,试件稳定性随裂隙倾角增大而降低,当倾角大于45°时,稳定性随裂隙倾角增大而提高,倾角45°为稳定性临界点,稳定性与倾角并非线性关系;试件贯通率的增大明显降低动力学强度;施加围压后砂浆试件产生了伪塑性变形,能有效提高动力稳定性,对于高贯通率试件表现尤为明显。该结果为进行地下工程裂隙岩体的强度分析提供参考。     

基于RFPA2D的含裂隙灌浆帷幕体渗透损伤演化规律

以某石灰石矿涌水治理工程为背景,基于RFPA~(2D)-Flow软件,建立不同加载方案下的含45°狭长椭圆裂隙的灌浆帷幕体二维平面应变数值模型,分析了轴压、围压及渗透水头差等因素对含裂隙灌浆帷幕体作用的损伤演化规律。结果表明:在轴向加载作用下,裂隙灌浆帷幕体的裂纹发生在裂隙尖端附近,且裂隙倾角与初始裂隙呈垂直扩展、延伸直至贯通破坏,破坏形式呈径向拉裂破坏;在围压加载作用下,裂隙灌浆帷幕体的裂纹萌生同样发生在裂隙尖端附近,但围压加载的破坏裂隙是沿轴向扩展、延伸贯通的;渗透水头差对裂隙灌浆帷幕体的水压致裂形式与轴向加载的形式较为相近,都是径向贯通破坏,不同之处在于渗透水头差造成的破坏呈现为初始裂隙范围内径向粉碎性贯通破坏。     

基于长期强度的节理岩体洞室蠕变特性研究

为了进一步探究节理岩体蠕变特性,摆脱传统意义上从宏观弹塑或粘弹塑本构的角度分析岩体流变特性的方法,将细观单元视为弹脆性的本构关系,采用考虑岩石长期强度的岩石破裂过程分析系统,通过对不同工况下的节理岩体洞室数值模拟,得到了节理间距和节理夹角对围岩蠕变特性及其破坏特征的影响规律。结果表明：节理岩体洞室围岩的蠕变量随着节理面间距的增大而减小;当节理面的水平夹角小于45°时,节理岩体洞室围岩蠕变量随着节理面夹角的增大而增大,但当节理面倾角大于45°时,蠕变量反而随着节理面倾角的增大而减小,当节理面倾角等于45°时,围岩出现大量破坏,并表现出加速蠕变的特征。     

节理岩体断裂破坏强度计算及工程应用

由于地质构造的影响 ,节理岩体通常处于压剪应力状态 .本文根据压剪应力场中节理裂隙扩展断裂破坏机制 ,通过附加张应力研究了节理扩展相互作用对岩体断裂强度的影响 ,推导出了节理岩体的断裂破坏强度计算公式 ,并将该强度模型用于指导一大型山体隧道工程的设计和施工 ,取得了显著效果 .     

三维动静组合加载下岩石的破坏形态及力学性能研究

为研究岩爆等地质灾害发生的力学机制,利用改进的霍普金森杆试验装置,对红砂岩进行预加载三维静应力下受冲击载荷试验,分析红砂岩的破坏形态、能量耗散规律及变形强度特征.研究表明,红砂岩的破坏形态在有无围压情况下,都随着轴压的增大破坏程度增大,在无围压及有围压情况下分别呈现出"X"型和"圆锥台"型的压剪破坏形态.当轴压固定时,红砂岩的破坏程度随围压的增大而降低.在三维动静组合加载下,红砂岩入射能及单位体积吸收能与平均应变率呈线性递增关系,且递增的程度随轴压的增大表现出先增大后降低的趋势,而随围压的增大而增大.红砂岩应力应变曲线在不同平均应变率下表现出应变回弹、应力跌落及峰后塑性三种类型.红砂岩抗压强度增长因子与平均应变率1/3次幂呈线性递增关系.     

节理岩体断裂破坏强度计算及工程应用

由于地质构造的影响，节理岩体通常处于压剪应力状态．本文根据压剪应力场中节理裂隙扩展断裂破坏机制，通过附加张应力研究了节理扩展相互作用对岩体断裂强度的影响，推导出了节理岩体的断裂破坏强度计算公式，并将该强度模型用于指导一大型山体隧道工程的设计和施工，取得了显著效果。     

岩体断续节理受压剪荷载的弹塑性分析

运用弹塑性断裂力学的裂纹线场分析方法，将描述岩体材料破坏特性的摩尔－库仑准则，列入求解岩体内节理断裂问题的基本方程中，对节理裂隙在压剪荷载下进行求解，利出了节理线附近的弹塑性区应务场。通过弹塑性场在其边界上的匹配条件，得出了节理线上塑性区长度与压剪荷载的关系，以及节理扩展破坏准则。     

贯通型锯齿状节理岩体的剪切力学行为

为探究一阶起伏角和法向应力对贯通型锯齿状节理岩体剪切强度及变形的影响规律,在不同法向应力作用下对含不同一阶起伏角的锯齿节理试样进行室内直剪试验,建立一个贯通型锯齿状节理岩体剪切强度估算公式并进行验证。结果表明：相同法向应力作用下,根据其形态特征的不同,剪切应力-位移曲线分为滑动型曲线、滑动-峰值型曲线和峰值型曲线3类,滑动型曲线和滑动-峰值型曲线可分为非线性缓慢上升阶段、线性陡升阶段“、上凸形”缓慢上升阶段、近似平直阶段和平直阶段,峰值型曲线可分为非线性缓慢上升阶段、线性陡升阶段、“微凸型”上升阶段、脆性跌落阶段和波动缓降阶段;根据起伏角的不同,锯齿节理岩体的破坏模式可概化为滑移破坏、爬坡破坏和爬坡啃断破坏,每种破坏模式下节理损伤演化过程均可分为3个阶段,即滑移破坏模式可分为压密阶段、克服摩擦阶段和滑移阶段,爬坡破坏模式可分为压密阶段、爬坡滑移阶段和塑性流动阶段,爬坡啃断破坏模式可分为压密爬坡阶段、爬坡啃断阶段和啃断滑移阶段;含不同一阶起伏角的锯齿节理岩体剪切强度均随法向应力和起伏角的增加而增大,其计算表达式仍然遵循M-C准则。