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。     

不同结构面倾角节理岩体三轴试验力学特性

为了掌握贯穿型节理岩体的变形和破坏规律,对人工制备的不同倾角模拟节理岩体圆柱试样进行了系列静力三轴试验,得到了相关的应力应变曲线结果和破坏特征,进而分析了结构面倾角对节理岩体试样力学特性的重要影响.结果表明:1)随着结构面倾角的变化,节理岩体试样的应力应变曲线将不全为典型的四阶段曲线,在结构面倾角较大时结构面的变形特征十分显著,峰前曲线发生了明显转折,结构面变形占据了主导作用.2)峰值强度、残余强度和峰前线性阶段变形模量随结构面倾角增大而单调降低,而试样的脆性和剪胀性强弱、压密阶段的变形模量以及体胀、体缩量最大值等与结构面倾角的变化关系则均为非单调的.3)结构面的倾角大小影响了其与基质的相互作用规律,使得结构面或基质或者两者一起控制了节理岩体试样的变形、强度和破坏,从而形成了节理岩体试样显著不同的变形、强度和破坏特征,其变形和强度各向异性与破坏模式随结构面倾角变化而不同.     

灌浆节理压剪变形、强度特点及破坏机制试验

通过对人工劈裂的节理试件进行水泥灌浆加固处理,并进行一系列室内压剪试验,总结了灌浆节理面压剪全过程剪应力-剪切位移的典型曲线形式,分析了充填度和法向应力对灌浆节理的变形、强度特点的影响规律,总结了由充填度决定的灌浆节理两种压剪破坏形式,揭示了其破坏机制.研究结果表明,低法向应力下灌浆节理面表现出脆性破坏特点,峰值剪切强度大于无灌浆节理面的,而在高法向应力条件下,灌浆节理面有一定的延性,峰值剪切强度小于紧密闭合且吻合系数较高的无灌浆节理面的;当充填度大于1.0时,各个充填度的灌浆节理面剪切强度差异较小.研究成果加深了对灌浆节理压剪破坏特性的认识,并具有一定的工程指导意义.     

灌浆节理的剪切特性和剪切蠕变特性试验

通过剪切试验和剪切蠕变试验,研究了灌注水泥浆的硬性节理面的剪切特性和剪切蠕变特性.首先,利用大理岩制作了张拉型节理面,灌注水泥浆液,形成灌浆节理面;然后,利用三轴室进行直剪破坏试验,得到了灌浆节理面的变形特性和剪切破坏特性;第三,进行了灌浆节理的剪切蠕变破坏试验,得到了灌浆节理面剪切蠕变破坏特性和蠕变变形特性;最后,对直剪试验和剪切蠕变破坏试验结果进行了分析.所得结果加深了对灌浆节理面剪切破坏及变形特性的认识,为进一步研究灌浆节理面的抗剪强度与蠕变模型,提供了前提基础.     

节理倾角对单节理岩样变形破坏影响的数值模拟

采用FLAC模拟了节理倾角对各向异性岩样峰值强度、力学行为及剪切带图案的影响。节理由实体单元模拟。对于节理之外的岩石,采用莫尔库仑与拉破坏复合的破坏准则,峰后本构关系选择线性应变软化模型;对于节理,采用理想弹塑性的莫尔库仑准则。结果表明,无节理密实岩石的峰值强度最高。节理岩样的剪切应变或集中在节理上,或集中在新剪切带上,峰值强度随节理倾角而改变。新剪切带启动于节理的端部,然后沿其固有方向传播。当节理倾角适中时,节理岩样的峰值强度较低,岩样的行为受控于节理。当节理倾角较高或较低时,可观测到应变软化行为。若节理倾角较低,新剪切带的长度随节理倾角的降低而增加,这导致了陡峭的峰后应力-应变曲线。若节理倾角较高,由于节理倾角对新剪切带的厚度和倾角几乎没有影响,因此,峰后斜率不依赖于节理倾角。     

含层状节理岩体力学性质数值模拟研究

采用GDEM软件分析不同角度下平行层状节理岩体力学性质,探讨节理角度与加载方向夹角的变化对试件破坏模式的影响,采用工程常见的不同层间岩体材料建立平行层状节理模型,通过静载单轴压缩、双轴压缩和纯剪切3种加载方式,分析此类岩体模型在不同倾斜角度情况下破坏形式、加载过程应力应变关系和峰值载荷变化趋势。分析结果表明平行层次节理岩体的力学性质和峰值强度与节理倾角有直接关系,并通过模拟发现在3种加载情况下平行层次节理岩体表现出明显的弹脆性力学的特点。     

真三轴应力作用下立方体节理煤岩力学响应试验研究

为了研究在真三轴应力作用下,中间主应力及层理面对煤岩破坏的影响,在中间主应力平行和垂直于层理面的两种条件下对煤岩开展不同围压组合的真三轴压缩试验.根据节理煤岩在上述条件下的室内试验结果,研究了节理煤岩在复杂应力条件下受层理面影响的强度和变形行为,利用三维极限摩尔圆讨论了节理煤岩的复杂破坏模式.结果表明:保持最小主应力不变,煤岩的极限强度随中间主应力的增加而逐渐增大;中间主应力与层理面方向对煤岩的变形和破坏影响较大,当中间主应力垂直于层理面时,煤岩较难破坏,对应极限强度较高,且沿最小主应力方向变形较难;Mogi强度准则更符合节理煤岩在真三轴应力作用下的强度特征,特别是中间主应力平行于层理面的情况.     

剪切速率对岩石节理强度特性的影响

不同剪切速率下岩体结构面的力学特性研究是进行岩质边坡动力反应分析的重要前提。基于Barton峰值抗剪强度理论和均方根一阶导数值法的节理粗糙度系数计算方法,对前人研究中关于定法向应力条件下不同剪切速率的岩石节理峰值抗剪强度的室内直剪试验结果进行整理与计算,探究剪切速率对岩石节理总摩擦角的影响规律,提出与速率相关的岩石节理峰值抗剪强度经验公式。结果表明:当剪切速率在0~0.8 mm·s^-1范围内时,岩石节理试样的总摩擦角随剪切速率的变化呈现负对数变化规律;对于均质性和各向同性较强的岩石节理随剪切速率的增大,总摩擦角呈现减小趋势,对于非均质性和各向异性较强的岩石节理随剪切速率的增大,总摩擦角呈现增大趋势,且后者总摩擦角增大幅度小于前者的减小幅度;岩石节理的物性和微观几何形态对总摩擦角随剪切速率的增加而变化的影响较大,节理面的物性主要影响总摩擦角随剪切速率增加呈现增大或减小的变化趋势,节理面的微观几何形态主要影响总摩擦角随剪切速率的变化幅值。     

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.     

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.     

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.     

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。     

二长岩节理抗剪强度三轴试验研究

摘要：为确定岩石节理的剪切强度,在MTS815型程控伺服岩石刚性试验机上对含不规则、无充填岩石节理试件进行三轴试验。试验过程利用伺服控制系统连续获得同一试件在不同围压条件下对应的最大轴压,并根据弹性力学理论求得不同围压下节理面的正应力和剪应力。除对每一试件的试验结果按线性Mohr-Coulomb准则拟合获得摩擦角和内聚力外,利用Matlab软件的曲线拟合工具对所有试件的正应力和剪应力分别进行了线性Mohr-Coulomb准则拟合、幂函数拟合和非线性Barton公式拟合,对比它们的拟合效果可知：(1)线性Mohr-Coulomb准则拟合明显比幂函数拟合和Barton公式拟合要差,尤其是在低正应力条件下线性Mohr-Coulomb准则拟合将高估岩石节理的剪切强度。(2)幂函数拟合和Barton公式拟合的曲线几乎重合,且总体反映了岩石节理剪切强度的非线性特征。(3)在较高正应力下,线性Mohr-Coulomb准则、幂函数和非线性Barton公式对应的剪切强度均偏高。同时,为了估计拟合公式基本参数的合理性,根据试验成果对Barton公式基本参数进行了比较可靠的区间估计。估计结果表明：用Matlab软件的曲线拟合工具直接根据试件三轴试验结果进行Barton公式拟合的基本参数在某一置信水平(如99.73%)的上、下边界获得的区间估计明显脱离实际物理意义,是错误的;而通过幂函数进行对数转换后确定出参数的上、下边界,获得幂函数相应的上、下限曲线后,再用Barton公式拟合幂函数的上、下限曲线所得的基本参数的区间估计则是合理的。     

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。     

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。     

直剪作用下不共面断续节理岩桥 破断试验与数值研究

在伺服控制剪切加载系统下对不共面类岩石断续节理试件进行正向、反向直剪试验,研究直剪下不共面断续节理的岩桥破断机理和剪切规律,试验研究发现,直剪作用下不共面断续节理岩桥破坏过程具有明显的阶段性,经历线弹性阶段、裂纹起裂扩展阶段、岩桥断裂贯通阶段、剪切面爬坡咬合阶段和残余摩擦阶段5个阶段,正向剪切下岩桥呈齿形破断面,反向剪切作用下岩桥产生沿直剪方向贯通的带形破断面,与正向剪切相比,反向剪切下节理的初裂抗剪强度和峰值抗剪强度较大,裂纹倾角、法向应力和相邻节理搭接比例是影响试件初裂抗剪强度和峰值抗剪强度的主要因素。采用FLAC3D对正向、反向直剪作用下不共面断续节理的岩桥破断、剪切破断面的形成过程进行数值试验,数值试验结果和类岩石直剪试件的试验结果基本吻合,数值试验揭示了直剪作用下不共面断续节理岩桥的拉裂破坏和破断面的剪切屈服机理。     

岩石节理多层结构模型研究

为了研究节理细观形态对其宏观力学性状的影响,据岩石节理分形特点,将节理面分解为不同层次细观结构面,节理破坏拟为粗糙度分层渐进破坏的过程,基于Plesha本构建立了岩石节理多层结构模型.模型将粗糙度定义为等效起伏角,力学响应发生在最底层（基本面）,结构面受力性状由下层结构面平均化得到,基本面破坏后,其上层结构面转化为基本面.模型考虑了弹性变形、滑动变形、磨损、剪断、压碎、分离等作用机理,能模拟剪胀、应变软化等现象,能考虑单调及循环剪切效应.采用ABAQUS的用户子程序UEL进行了模型验证与参数分析.计算表明：峰值剪切应力随着结构层次的增加而增大;在结构层次不变时,等效峰值摩擦系数随法向应力的增大而减小;剪切应力终值由基本摩擦角控制;剪应力 位移曲线形态取决于粗糙度结构特性;模型中刚度系数对剪切性状影响很小.     

不同接触位置的红砂岩规则锯齿节理面剪切特性研究

不同接触位置对规则锯齿节理面的剪切特性存在一定影响,为探究其影响规律,制作了具有相同粗糙度但接触位置不同(平直部分集中分布于节理面中部或对称分布于节理面两侧)的规则锯齿节理面,在不同起伏角、不同竖向应力条件下开展直剪试验.试验结果表明,节理面的剪切应力-剪切位移曲线可划分为4个阶段:峰前线弹性阶段、峰前非线性阶段、峰后软化阶段、峰后残余阶段.线弹性阶段节理面的剪切刚度、破坏时峰值剪切强度与锯齿的起伏角、节理面所受竖向应力以及节理面接触位置均有关;但残余剪切强度只与节理面所承受的竖向应力有关,符合摩擦作用的规律.     

不同围压下灰岩力学特性及破坏力学模型研究

为了研究围压对灰岩力学特性及破坏力学模型的影响,采用MTS815对完整灰岩岩样进行三轴压缩试验。基于岩样宏观破坏形式,建立张拉剪切破坏模型,构建峰值强度与围压关系表达式;讨论张拉剪切模型与纯剪切模型对岩石剪切强度参数值（粘聚力与内摩擦角）的影响。研究结果表明：岩样弹性模量、抗压强度及残余强度均随围压升高而增大,且残余强度与围压呈非线性相关;当岩样最终破坏时,环向应变与轴向应变比值随围压升高呈负指数降低;一定围压范围内,岩石抗压强度受剪切强度参数和抗拉强度影响;张拉剪切模型确定岩石剪切强度参数值随破裂角增大而增大,与纯剪切模型相比,数值均较小。因此,低围压时,考虑岩石破坏模型具有一定的实际意义。     

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。