针对具似层状结构的石英云母片岩,采用原位真三轴试验新技术,模拟隧洞开挖边墙的复杂应力状态,取得卸侧压路径原位真三轴强度和流变试验成果,并按反映岩体三剪应力状态的D-P准则研究复杂应力状态岩体强度参数。对于特定应力状态,垂直于片理面卸载,D-P准则参数低于M-C准则强度参数。通过比较卸侧压路径、加轴压路径的三轴强度参数以及岩体直剪强...
以黄金坪水电站进水口边坡为例,结合工程地质条件和监测资料分析强烈松弛岩质边坡的变形特征,以及自然边坡和工程边坡的裂缝成因,并在此基础上结合数值方法分析支护结构的支护效果和边坡的稳定性。结果表明:自然边坡和工程边坡的裂缝均是强烈松弛岩体因开挖扰动进一步松弛的结果,但是自然边坡裂缝反映的是边坡岩体结构整体调整的结果,属于边坡整...
页岩储层渗透率极低,富含黏土矿物,压缩性较致密砂岩储层更大,为进一步研究页岩储层的应力敏感机制,对宁夏六盘山盆地和内蒙古雅布赖盆地三块页岩岩芯进行应力敏感评价实验。结合岩石动力学实验、X射线衍射分析、场发射扫描电镜图像分析和高压压汞实验对页岩岩芯的矿物组分、力学性质及微观孔隙结构进行研究,并分析影响应力敏感的主要因素。研究...
动荷载对岩体工程的影响本质上是应力波在岩体中传播和相互作用的过程。首先,依据弹性波几何射线理论,考虑边坡中坡顶、坡面2个自由面的影响,分析平面简谐P波自底部均匀入射时,岩质边坡中应力波场的组成,并通过叠加计算,得到坡体内质点振动速度放大系数的表达式,从理论角度揭示均质岩石边坡质点速度放大效应的机制。随后,探讨影响边坡质点速度峰...
岩石破坏问题是非连续问题。采用传统的有限元方法模拟岩石破坏时,计算结果依赖于网格,计算效率低。光滑粒子流体动力学(SPH)法主是一种模拟流体的无网格方法。对SPH法进行改进,将SPH法中流体的本构关系修正为弹脆性固体的本构关系,采用Weibull统计方法描述岩石材料的非均匀性,使SPH法能有效地模拟各向异性弹脆性岩石的破坏。改进的SPH法克服了...
为深入研究双面剪切荷载作用下岩石断裂过程声发射特性,利用自主研发的煤岩双面剪切试验装置及PCI–2型声发射系统,分析砂岩声发射特性随含水率增高声发射特性曲线变化趋势。试验结果表明:砂岩试件在不同含水率条件下,其剪应力随时间变化趋势一致,剪应力达到峰值所需时间随含水率增加呈减少趋势;双面剪切荷载作用下,砂岩的Hit率–时间曲线、累计...
在提出组合概念的基础上,以神华集团鄂尔多斯煤制油10万t/a的CCS示范工程为背景,以鄂尔多斯盆地刘家沟组为目标储盖组合,通过数值模拟研究组合盖层对密封效果的影响。结果表明,组合盖层对CO2的密封效果非常显著,当CO2突破第一层盖层后会沿着薄砂岩层向远处迁移,薄砂岩层的存在降低了盖层的压力积聚,同时提升CO2注入速率和总注入量。因此采用组合...
以大理岩作为试验材料,进行了45°双预制裂纹试件的单、双轴加载和侧向卸载试验研究。利用高速摄影设备记录试件中裂纹的起裂、扩展、贯通和完全破坏过程,结合理论分析得到:(1)3种载荷形式下试件的破坏过程可概括为4个相似的阶段;双轴加载试件的裂纹扩展形态和岩桥贯通方式与单轴加载和卸载有较大不同;卸载试件的裂纹种类和数目远比单轴加载时更...
针对震后边坡岩体在降雨或库水浸泡作用下易出现变形破坏的现状,选取典型砂岩为研究对象,对岩样先进行循环加卸载损伤作用,再进行浸泡–风干循环水岩作用试验,对损伤砂岩在水岩作用下的劣化效应和机制进行详细研究。结果表明:(1)循环加载作用导致的岩石矿物颗粒界面滑移、局部接触变形和破坏不仅使得岩样产生塑性变形,而且使得岩样内部形成初始...
为研究地震作用下含软弱夹层隧道洞口仰坡的动力响应特性,针对含软弱夹层隧道洞口仰坡开展大型振动台试验研究,通过分析水平和竖向激振作用下洞口段仰坡和衬砌模型动力响应和破坏特征,得到以下结论:水平向激振作用下,仰坡沿坡面向上存在明显加速度放大效应,软弱夹层对竖向加速度激振时仰坡动力响应有显著影响;越接近临坡面,衬砌结构加速度响应和...
设计设备研究土工格栅HDPE50在侧限(100 k Pa)约束和无侧限约束下的时温叠加蠕变试验。利用时温叠加原理将不同温度下的蠕变试验曲线移动形成一条光滑的主曲线准确地确定土工格栅HDPE50的蠕变折减系数。通过试验数据反算的C1,C2值验证试验的合理性。研究结果表明:侧限约束对土工格栅蠕变特性影响显著,侧限约束条件下106 h长期蠕变强度比无侧限荷...
为明确页岩储层射孔水平井水力裂缝起裂机制,利用Abaqus有限元计算软件,建立三维单级三簇射孔和单射孔段(包含天然裂缝)的压裂裂缝起裂计算模型,研究地应力、井筒方位、射孔参数以及天然裂缝等对裂缝起裂压力和位置的影响。结果表明:裸眼射孔的起裂压力远低于套管射孔;起裂压力随最小水平地应力的增加而增大,但影响程度受垂向地应力与最小水平地...
以舟山沈家门港海底沉管隧道为原型,取纵向30 m建立1∶10缩尺寸模型,试验模拟了海水环境下注砂基础层的形成过程,采用水荷载来模拟均匀分布的施工荷载,研究碎石层、砂垫层、砂石混合基础层、存在回淤的砂石混合基础层的压缩过程和压缩模量Es,对比分析差异和原因。研究结果表明:施工期间基础层沉降随时间基本呈线性变化,单独碎石基础层、注砂法形...
立足于消除煤层渗透及扩散特性对于煤与瓦斯气固耦合模型的干扰,在分析首采煤层所处应力状态特点的基础上,建立更符合煤体的孔隙裂隙二重介质特性的修正的P-M渗透率模型,提出考虑解吸–扩散效应及Klinkenberg效应的煤与瓦斯气固耦合模型,详细阐述多物理场之间的耦合作用关系。应用该模型模拟分析深部首采层顺层钻孔预抽消突过程中煤层瓦斯压力及...
计入裂隙连通率,进一步完善了确定双重孔隙–裂隙介质岩体的黏聚力及内摩擦角的方法,将其引入独立开发的热–水–应力耦合二维弹塑性有限元程序中。假定一个位于饱和岩体中的实验室尺度的核废物地质处置库模型,以此为计算背景,拟定裂隙组正交和斜交的二种情况,进行热–水–应力耦合有限元分析。结果表明:与裂隙组正交时的各场量呈轴对称分布相比...
爆破是岩土工程中广泛采用的掘进方法,岩石在爆炸载荷下的断裂特性是岩石动力学的核心问题之一。利用雷管和带裂纹的水泥砂浆试样进行爆破试验研究,采用试验–数值方法确定试样的动态断裂韧度。通过试验得到的应变信号来确定试样承受的荷载及裂纹起裂的时间,将得到的时程曲线输入有限元程序ANSYS,利用1/4节点单元计算裂尖的近场位移,进而使用位...
对Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则关系进行分析,提出基于Hoek-Brown准则的连续非线性黏聚力和内摩擦角计算公式,并对Hoek-Brown参数对强度参数的影响及计算公式的合理性进行讨论。研究表明:参数s较其他参数对内摩擦角φi和黏聚力ic的影响程度小,黏聚力ic随小主应力的增高而增大,内摩擦角φi则随小主应力的增高而减小;采用提出的强度参数计算公...
上限有限元法是一种常用的边坡稳定性分析方法,目前被广泛采用的仅考虑剪切破坏的Mohr-Coulomb屈服准则过高地估计了边坡的抗拉强度,因此在用其进行边坡稳定性分析时,无法得到实际工程中常遇到的位于坡体后缘的拉裂缝。针对这一问题,从空间方位离散的角度出发,对上限法中的Mohr-Coulomb屈服面逼近方式进行改造,建立基于方位离散的线性化剪切屈服...
通过对经历400℃~1 000℃高温后的粗砂岩进行常规三轴压缩试验,分析试样变形、强度和破坏特征与温度、围压的关系。结果表明:经历400℃高温后的试样围压高于20 MPa时,试样峰值强度附近出现明显屈服平台,经历超过600℃以上高温的试样均具有明显峰值点,随温度升高试样的塑性减弱脆性增强;400℃以内高温对试样的变形参数影响不大,经历超过400℃以上...
岩体工程如地下洞室、边坡工程等的施工,大多采用分层开挖的方式。其在开挖卸荷的过程中,特别是高应力条件下常表现出显著的时效变形特征。为探究分级卸荷量对岩石卸荷蠕变特性的影响,以雅砻江锦屏I级水电站大理岩为研究对象,开展相同初始高应力状态条件下恒轴压分级卸围压三轴卸荷蠕变试验。试验结果表明:分级卸荷量越大,大理岩破坏时偏应力越...
为了分析不同时期排弃的煤矸石力学特性的差异性,以现场固结煤矸石样本筛分级配为试验级配进行不同试样含水率条件下固结煤矸石与新排弃煤矸石的室内对比直剪试验。试验结果表明,与新排弃煤矸石试验曲线均呈应力硬化现象不同,固结煤矸石在试样含水率较小时试验剪应力–剪位移曲线存在相对突出的峰值,呈明显应变软化现象。而随着试样含水率增大,...
柱状节理岩体是溢出型火成岩常见的结构性岩体,对其在三轴应力下变形和强度特性的正确认识,是水利水电及地下洞室等大型岩体工程论证和设计需要解决的关键问题之一。为此,采用石膏混合材料制作柱体与最大主应力σ1具有不同夹角β的模拟柱状节理岩体试件,通过对试件进行不同围压下的三轴压缩试验研究柱状节理岩体变形和强度特性,得到其在三轴压缩下...
为研究结构面岩体在压剪荷载作用下的声发射特征和规律,利用水泥砂浆作为模型材料制作具有不同起伏高度的不规则锯齿形结构面,研究不同起伏高度、不同剪切速率和不同法向压力下声发射参数的变化规律和发生机制。试验结果表明:结构面剪切时理想的累积撞击曲线可以划分为平静期、缓慢上升期和急剧上升期3个阶段;随结构面起伏高度的增大,发生宏观剪...
介绍新研制的茂木式岩石真三轴试验机,并利用互扣式端部垫块对大理岩进行真三轴试验。利用试验和模拟相结合方法对真三轴试验机的加载边界效应进行研究。研究表明:随中间主应力的增大,岩石峰值强度增大,达到一定值后随着中间主应力的增大而减小;同时,岩样脆性随中间主应力的增大而增强,扩容现象延后。传统式垫块加载真三轴试验过程中,由于空白角...
为了准确掌握岛状多年冻土地区桥梁钻孔灌注桩的回冻时间及桩基回冻后的承载力,在岛状多年冻土地区选择2个试验地点,每个试验地点浇筑了2根15 m长的试验桩,并在其中一根试验桩处布设温度监测系统,采集桩基回冻过程中的温度数据,根据温度监测结果判断桩基回冻状态,在桩基完成回冻后进行静载与动测试验,测出桩基极限承载力。监测及试验结果表明:试...
岩体结构面网络模型的可靠度直接影响后续渗流计算结果的可信度。针对我国高放废物处置库甘肃北山预选区出露良好的花岗岩体,利用GPS,GIS等数字化测量分析技术展开岩体结构面精细调查,获取10 000余条结构面特征参数,经数字化统计、处理,建立三维随机网络模型,并对该模型开展图形与数值有效性检验。结果表明:相比传统方法,数字化测量处理手段改善...
采用极点对称模态分解方法对大理岩卸围压破坏的声发射数据进行去噪处理,分析大理岩卸围压变形破坏全过程的声发射变化特征。加载初期声发射振铃较小且增长缓慢,扩容点后声发射振铃计数率迅速增加。声发射时频变化呈现波动特征,峰值强度前频率出现突增,临近峰值强度时频率明显降低。利用关联维数方法计算大理岩卸围压破坏过程的声发射分形维数,...
阐述一维高应力及重复冲击共同作用下岩石的本构模型研究的意义。采用组合模型研究方法,将岩石单元看成一个弹性元件和一个黏性元件串联后与损伤体Da1并联,最后与损伤体Da2串联,构成岩石单元组合体力学模型,推出一维高应力及重复冲击共同作用下岩石的本构方程。针对建立的本构模型,设计矽卡岩、蛇纹岩在一维高应力及重复冲击共同作用下的岩石力...
随着核废料处置和地下煤气化等工程的发展,高温岩石力学问题成为目前岩石力学界关注的焦点之一。为研究温度和尺寸对岩石抗拉强度的影响规律,对20℃(室内常温)~800℃范围5种温度水平下,岩样厚径比为0.5~1.0范围的5种尺寸的红砂岩圆盘试样进行室内巴西劈裂抗拉强度试验。试验结果表明:圆盘的荷载位移曲线表现出显著的脆性特征,温度对曲线的发展趋...
采用广义Kelvin模型、Burgers模型和六元件黏弹性流变模型,分别对硬性结构面的剪切蠕变曲线进行拟合分析,并对FLAC3D中的interface单元进行修正,提出硬性结构面的剪切流变模型及剪切蠕变试验的数值分析方法。研究结果表明:六元件剪切流变模型适合用于硬性结构面的剪切蠕变特性分析;当结构面的爬坡角小于45°时,剪切蠕变变形会随着爬坡角的增加而...
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