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《岩土力学》2020,(Z2)
JRC-JCS模型在岩土工程领域被广泛应用，但也存在一定缺陷：其一，粗糙度系数JRC的二维性不能综合表征节理表面形貌的各向异性；其二，抗压强度系数JCS不能全面反映材料属性对节理剪切力学行为的影响。借助三维激光扫描和3D打印技术，浇筑具有自然节理形貌的人工节理试样，对其进行常法向应力下的剪切试验。将试验结果和理论推导相结合，建立了含有三维形貌参数和抗拉强度参数的抗剪强度模型。通过室内试验以及模型对比，分析了法向应力和三维形貌特征对岩石节理的抗剪强度以及剪胀角的影响。结果表明：节理剪切是以张拉为主导的破坏模式，而不是单纯的压缩破坏。不同的三维形貌特征会得到不同的初始剪胀角。随着法向应力的增大，峰值剪胀角减小，通过研究剪胀效应中峰值剪胀角的变化规律，可用于计算岩石节理的抗剪强度。 相似文献
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《岩土力学》2017,(8):2297-2305
无法直观认识和还原岩石内部结构一直是阻碍岩石力学试验研究的关键问题之一。以天然砂岩为研究对象,运用CT扫描和2种不同的3D打印工艺重构了与天然砂岩试样结构相接近的3D打印试样,并在此基础上通过单轴压缩和巴西劈裂试验对天然砂岩及3D打印试样进行了力学性能测试,对比了两者的强度和变形规律。试验结果表明:通过不同3D打印工艺制作的试样均能够高度还原天然砂岩试样的内部复杂结构。其中,采用3DP打印工艺制作的试样具有与天然砂岩试样更接近的物理力学性能,试验结果的离散性也相对较小。其研究结果可为今后岩石力学研究中材料的替换、室内试验的开展和数值模拟结果的印证提供新的研究途径。 相似文献
3.
《岩土力学》2020,(10)
JRC-JCS模型在岩土工程领域被广泛应用,但也存在一定缺陷:其一,粗糙度系数(JRC)的二维性不能综合表征节理表面形貌的各向异性;其二,抗压强度系数(JCS)不能全面反映材料属性对节理剪切力学行为的影响。借助三维激光扫描和3D打印技术,浇筑具有自然节理形貌的人工节理试样,对其进行常法向应力下的剪切试验。将试验结果和理论推导相结合,建立了含有三维形貌参数和抗拉强度参数的抗剪强度模型。通过室内试验以及模型对比,分析了法向应力和三维形貌特征对岩石节理的抗剪强度以及剪胀角的影响。结果表明,节理剪切是以张拉为主导的破坏模式,而不是单纯的压缩破坏。不同的三维形貌特征会得到不同的初始剪胀角。随着法向应力的增大,峰值剪胀角减小,通过研究剪胀效应中峰值剪胀角的变化规律,可用于计算岩石节理的抗剪强度。 相似文献
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3D打印技术作为一种快速成型技术在岩石室内试验中有着极大的应用潜力,但3D打印试样的低强度、低刚度一直是亟待解决的关键问题之一。为了能够找到提高3D打印类岩石试样强度、刚度的方法,选用GS19砂和呋喃树脂为打印材料,以砂型3D打印类岩石试样为研究对象,在此基础上采用3种后处理方法（真空渗入、低温处理以及渗入低温相结合）分别对试样进行后处理,对经后处理的砂型3D打印类岩石试样开展单轴压缩试验以研究其力学性能,并结合扫描电镜从微观层面分析了力学性能变化的原因。研究表明：不同后处理方法会改变试样的力学性能,其中渗入、低温相结合的方法对试样的强度和刚度提高最为显著,这与试样内部胶结状态发生变化相关。研究结果可为今后3D打印技术在岩石试验中的应用提供新的研究思路。 相似文献
5.
裂隙岩体力学参数的尺寸效应和各向异性是岩石力学与工程领域亟待解决的难点问题。充分利用3D砂型打印技术快速成型、可批量制备复杂内部结构岩体模型的优势,以石英砂和呋喃树脂为打印基材,制备不同尺寸和旋转角的裂隙网络类岩石试件。通过单轴压缩试验研究裂隙网络岩体力学特性的尺寸效应,揭示裂隙密度与强度之间的相关性,分析表征单元体尺度岩体力学特性的各向异性。结果表明：3D砂型打印试件的力学性能与真实岩体相似,应力-应变曲线可划分为初始压密、弹性变形、裂纹萌生与扩展和峰后破坏4个阶段。试件抗压强度与试件边长之间呈指数衰减关系,存在显著尺寸效应性质。裂隙密度与抗压强度之间呈显著的负指数关系,基于裂隙密度与抗压强度确定的岩体表征单元体尺度具有良好的一致性。裂隙岩体的破坏模式和抗压强度具有显著的各向异性特征。研究方法从3D打印角度为复杂裂隙岩体尺寸效应及各向异性的室内试验研究提供了可靠途径。 相似文献
6.
《岩土力学》2020,(1):46-56
岩体中节理的几何形态及力学特性是影响其剪切力学特性及破坏模式的重要因素之一。基于3D打印技术,建立了不同节理粗糙系数(JRC)的节理模型、几何形态节理模型和复杂裂隙网络物理模型,通过开展室内直接剪切试验分析了各组试件的剪切强度及破坏模式。结果表明节理模型的抗剪强度随JRC波动性较大,波动幅值越高,峰值剪切位移越低;平面形节理模型的峰值抗剪强度最低,矩形节理模型的峰值抗剪强度最高,正弦形和三角形节理试件的抗剪能力相近;离散裂隙网络模型和粗糙裂隙网络模型的峰值抗剪强度显著低于实心试件,考虑了节理粗糙性的裂隙网络模型抗剪强度高于直线型节理模型;实心试件破坏模式为典型脆性剪切破坏,裂隙网络模型的破坏模式相对复杂,沿着剪切方向主剪切裂面波动萌生,破断面由多个节理面的交叉点破坏与沿节理面的滑移构成。研究成果可以为3D打印技术的推广和复杂节理岩体剪切力学特性的室内试验研究提供参考。 相似文献
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实际岩土工程中经常遇到高温环境，研究3D打印岩体试样在高温作用后的力学性能对促进3D打印技术在工程领域的应用具有重要意义。以GS19砂和呋喃树脂作为打印基材，运用3D打印技术制备内部结构高度一致的岩体试样，研究不同温度作用后3D打印岩体试样的力学性能，结合电镜扫描试验从微观层面上分析不同温度作用后3D打印岩体试样力学性能产生变化的原因。提出了3D打印岩体试样的最优力学温度，并研究了含预制裂隙的3D打印岩体试样在最优力学温度作用后的破坏特征。研究表明：3D打印岩体试样的单轴抗压强度与劈裂抗拉强度随温度的不断升高均呈现先增大后降低的规律，最优力学温度为150 ℃；在最优力学温度作用后，含不同倾角预制裂隙的3D打印岩体试样的破坏过程包含压密、微裂纹萌生、裂纹稳定扩展、贯通破坏4个阶段，裂纹的初始萌生位置均出现在预制裂隙处但随着预制裂隙倾角的变化而有所不同，扩展路径总是趋向于荷载加载的方向并大致呈中心对称形式。 相似文献
8.
结构面形貌特征是影响结构面剪切行为的重要因素，而且结构面形貌特征的各向异性与其剪切力学行为的各向异性之间存在一定的联系。利用三维激光扫描和3D打印技术模拟了天然结构面，并以水泥砂浆为材料浇筑了尺寸为100 mm×100 mm×150 mm的含结构面试样，开展了不同法向应力下沿不同方向的剪切试验。结果表明，结构面的剪切行为具有明显的各向异性，这种特性可以体现在峰值剪切强度及相应的剪切位移和抗剪强度参数上；在低法向应力条件下，峰值剪切强度各向异性的强弱程度与法向应力之间并非呈现简单的单调变化关系；抗剪强度参数c（黏聚力）、f（内摩擦角）值沿不同剪切方向的变化趋势总体上较相似；通过分析不同剪切方向上c、f值相对于0°方向的差异程度，可以发现剪切方向对c值的影响更为强烈。移动阅读 相似文献
9.
节理裂隙控制着岩石工程的剪切滑移稳定性。现有的节理峰值抗剪强度模型多为经验模型,且较少考虑粗糙节理峰值抗剪强度的采样点距效应及各向异性。采用3D打印技术制备了5组吻合的粗糙光敏树脂节理模具,利用水泥砂浆复制了25组相同壁面强度的人工粗糙节理,开展了5种法向应力水平下节理直剪试验。基于改进的接触面积比-视倾角门槛值关系,建立了仅含一个方向性粗糙度参数的三维粗糙节理峰值抗剪强度理论模型。该理论模型除粗糙度参数外无需拟合其他参数。对比分析发现,新模型比文献中的经验模型预测精度更高。新模型预测效果受采样点距影响较小,且能有效地反映节理峰值抗剪强度的各向异性。 相似文献
10.
粗糙度是影响节理岩体强度与变形特性的重要因素之一。首先使用3D 打印机制作模具,并浇筑形成不同粗糙度（节理粗糙度系数JRC=2、7、12、17、22）的节理岩石试样。采用GCTS高温高压动静岩石三轴试验系统,对含有不同粗糙度节理岩石试样进行了三轴压缩试验,获得了不同粗糙度节理岩石试样的三轴应力–应变曲线,分析了JRC对岩石三轴强度和变形特性的影响规律,在三轴加载过程中采用声发射测试系统,分析了不同粗糙度节理岩石试样的声发射特性。运用数字三维视频显微系统观察节理面形态,讨论了不同围压下节理岩石试样峰值强度与JRC之间的关系。研究结果表明,节理面的存在直接导致节理岩石试样强度的大幅度降低,JRC对岩石破坏裂纹的形态、数量和空间分布特征亦有很大的影响,随着JRC值的增大,岩石节理面的抗剪强度增大,岩石试样的三轴抗压强度也会增大,岩石试样由脆性破坏转变为延性破坏。 相似文献
11.
层理弱面对层状岩石的力学特性影响较显著，为了研究层理面特性对岩石断裂力学特性的影响，开展了具有不同层理方向的砂岩试样三点弯试验，探讨了砂岩断裂韧度及断裂模式的各向异性。之后基于有限元中的黏聚单元建立了数值模型，采用数值模拟方法研究了层理面强度对各层理角度试样断裂力学行为的影响规律。结果表明：层理方向影响下砂岩的断裂韧度及模式存在各向异性；同一层理方向试样的断裂韧度随层理面强度的增大而增大，且试样的层理面与加载方向夹角越小，断裂韧度受层理面强度变化影响越明显；试样的断裂模式不仅与层理面强度有关，还受层理倾角的控制，层理面与加载方向夹角θ = 0o试样断裂模式基本不受层理面强度影响，θ = 30o试样主要沿层理面张拉或剪切破坏，且沿层理面的破裂长度随层理面强度的降低逐渐增大；层理面强度较大时，θ = 45o试样主要沿层理面张拉破坏，θ = 60o～90o试样主要以贯穿层理的张拉破坏为主；层理面强度较小时，θ = 45o～90o试样均以沿层理面的剪切破坏为主，其中θ = 45o试样沿层理剪切长度最大。另外，通过数值模拟结果分析了层理面强度及方向对试样的起裂角及裂纹扩展路径产生的影响。该研究成果可作为层状岩石断裂力学理论的有益补充。 相似文献
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Wai Loong Chong Asadul Haque Ranjith Pathegama Gamage Akm Shahinuzzaman 《Arabian Journal of Geosciences》2013,6(5):1639-1646
Rock mass is a highly complex entity where the strength and deformation behaviour can be significantly affected by its secondary structures such as joints, fissures and bedding planes. Whilst many research works have been conducted to study the behaviour of a specific rock mass, a thorough understanding of its strength and deformation behaviour incorporating different joint sets has not been established. In this study, a comprehensive numerical modelling using a three-dimensional distinct element code, 3DEC, was undertaken to study the strength and deformation behaviour of a mudstone, locally found in Melbourne, in unconfined and confined states. The initial unconfined model established for intact mudstone was calibrated against the well-established laboratory-based empirical strength relationships and subsequently compared with some strength test data available for field samples. The intact unconfined model was then extended to study the strength behaviour in the confined state. The results obtained from this confined intact model were compared with existing strength criteria and were found in good agreement. The confined model was extended further to investigate the effects of joint sets and dip angles on the rock mass strength and deformation behaviour by incorporating two different joint configurations (one-joint and two-joint) with varying dip angles (0°–90°). This study found that the rock mass strength in a confined state varied significantly between the two joint configurations. 相似文献
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为了准确表征不同角度预制节理岩石在单轴压缩下的变形破坏模式，基于3D打印技术制作了节理模型用于模拟岩体中的结构面，通过水泥砂浆的浇筑得到含不同角度预制节理的岩石试件并进行单轴压缩试验，同时采用数字图像相关技术（DIC）观测、分析试验过程中试件裂纹产生、扩展以及贯通过程。结果表明：随着预制节理从0°增加到90°，试件强度与峰值应变均呈现先降低后升高的变化趋势，0°和45°试件弹性模量相对于完整试件有所降低。基于DIC检测结果，0°、30°、45°及60°试件裂纹皆从预制节理尖端部位起裂，各角度试件的起裂应力与试件强度变化规律一致。各角度试样起裂时在剪应力控制下以剪切翼型裂纹形式起裂，0°与45°试件裂纹在扩展过程由剪切发展为张拉型裂纹，30°和60°试件以剪切裂纹形式贯穿始终，90°试件从底部起裂并最终表现为张拉破坏。研究还发现，下翼起裂角θ2和上翼起裂角θ1之间存在明显的线性正相关关系，关系式为θ2 =0.828 6θ1 +12.185，且起裂应力大小变化与峰值应力变化一致，皆随节理角度的增加先减小后增大。 相似文献
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冻融损伤与围压对层状岩石强度各向异性的影响北大核心CSCD 总被引：1，自引：1，他引：0
层状岩石具有显著的层理面结构,层理面结构的方向决定了岩石的各向异性,相邻层面的岩石物理力学性质差异和连接强度决定了各向异性的强弱,此外,层状岩石的层理结构使其易受冻融循环(FT)等风化作用的影响。为了研究冻融损伤与围压对层状岩石强度各向异性的影响,分别在0、10、20、30和40次的冻融循环和0、5、15、25和40MPa的围压条件下,使用岩石三轴试验系统(GCTS)对五种不同层理倾角的层状砂岩试件进行试验。试验结果显示,冻融循环会使岩石层理面产生裂隙,更易发生沿层理面的剪切滑移破坏,冻融40次后,β=0°的试件单轴抗压强度降低14.5%,而β=67.5°的试件单轴抗压强度降低57.9%,使层状岩石的固有各向异性增强。围压对岩石的各向异性影响与其固有各向异性有关,表现为随着冻融次数的累积,围压对岩石的应力诱导各向异性由起初的增强逐渐转变为抑制。本研究可为寒区层状岩石工程的设计、施工和安全运行提供理论支持。 相似文献
15.
为探究模型试验中层状软岩模拟方法,依托九绵高速层状软岩隧道现场取样的室内试验结果,多次试验确定重晶石粉、石英砂、石膏粉、滑石粉和水的最优配比以模拟软岩基体,采用带孔薄膜模拟层理弱面的黏结作用,并通过直剪试验确定孔隙率,最后对不同层理角度与层理厚度的试样开展直剪与单、三轴试验以反映各向异性情况。结果表明：软岩基体模拟最优配比为0.55:0.15:0.07:0.06:0.17,重晶石粉对强度及破坏变形起决定作用,含量过低易压溃,含量过高产生上下贯通裂缝;采用30%孔洞率的薄膜模拟层理效果最佳;土样强度随层角呈U形变化,层厚减小（不小于2 cm）,强度减小。直剪试验中,45º层理剪切面朝层理方向倾斜,90º层理导致剪切面上下产生裂缝与碎裂,单三轴结果中,0º层理会产生小角度倾斜裂缝,45º层理产生垂直层理面的斜裂缝及二次破裂,90º层理产生顺层理的竖向劈裂;与现场结果对照后确定最优层厚为 3 cm,对层角与层厚的直剪与单三轴试验结果整体一致,揭示土样孔隙压密闭合−弹性−塑性胀裂破坏−徐变的过程。 相似文献
16.
为分析巴西圆盘劈裂法在层状岩体抗拉强度试验中的适用性,在以往层状岩体巴西圆盘劈裂试验成果分析基础上,选取层理砂岩为试验对象,设计并进行了考虑不同层理角度的砂岩巴西圆盘劈裂试验。分析结果表明,（1）层状岩体抗拉强度的各向异性特点非常明显,层理角度对各种层状岩体的劈裂抗拉强度的影响规律是基本类似的,只是影响程度不一样;（2）不同层理角度圆盘试样的破裂面形状差别较大,其破坏模式可以归纳为直线型、折线型和弧形型;（3）当层理角度0°＜β＜90°时,破裂面的发展规律不能严格满足巴西圆盘劈裂试验力学理论模型的假定,采用式（1）计算得到的劈裂抗拉强度只能是一个近似的值;（4）当圆盘试样加载线两侧的岩石材料、层理结构对称分布时,加载时圆盘内的应力分布可以较好地满足其理论计算模型,其试验结果比较准确。研究成果可为层状岩体抗拉强度的准确测定提供较好的参考。 相似文献
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为研究交叉节理的存在对岩体破裂机制的影响，采用3D打印技术制备了可模拟岩体交叉结构面的节理模型，通过相似材料浇筑形成含预制交叉节理的试件，并基于数字图像相关技术（DIC）分析了单轴压缩下试件裂纹起裂、扩展及破坏模式。研究结果表明：采用3D打印技术制作的闭合节理模型，可以有效替代传统的切割、插缝等方法形成的张开型节理裂隙。基于此展开的试验结果表明，交叉节理存在会显著降低试件强度，且随着交叉角度的增大，试件强度先升高后降低，在45o和60o之间达到最大值，峰值应变与强度呈现相反的变化规律；裂纹扩展过程可分为微裂隙闭合阶段、微破裂发展阶段、主节理起裂扩展阶段和次节理迅速延伸阶段，这与应力?应变曲线各阶段一一对应。研究还发现，在交叉节理岩体中，次节理对破裂的影响主要体现在峰后阶段，结合最大畸变能理论表明，其对主节理尖端应力分布影响较小，主节理对岩体的破坏起绝对控制作用，这对岩体工程有一定的指导意义。 相似文献
18.
结合Voronoi图随机模拟和3D打印技术制备不规则柱状节理网络模型，采用白水泥浆类岩石相似模型材料浇筑模型并拆模，然后分别采用白乳胶和502胶水作为黏结剂黏结柱体得到两组不规则柱状节理岩体试件，通过对其进行室内单轴压缩试验研究不规则柱状节理岩体强度特性和破坏模式。试验结果表明：不规则柱状节理岩体试件单轴抗压强度随柱体倾角的变化曲线呈现近似“J”型，表现出显著各向异性特征；不规则柱状节理岩体试件典型破坏模式包括沿柱状节理面的劈裂破坏、沿柱状节理面的剪切破坏和沿柱体的压裂破坏等3种，其部分破坏形态有异于规则柱状节理岩体试件。同时，通过与采用净水泥浆作为黏结剂的柱状节理岩体试验结果进行比较，结果表明：采用白乳胶和502胶水作为黏结剂时柱体间黏结强度更低，能够较好反映柱状节理面的弱化效应，试件力学响应与真实柱状节理岩体更为一致。 相似文献