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玄武岩柱状节理往往呈现完美的六边形石柱,这种现象引起了人们的广泛关注和好奇,但是对于其形成机理尚无合理的解释。本文通过对冷却过程中的玄武岩进行受力分析,提出当岩石（浆）冷凝收缩的凝聚力达到其抗张强度时,岩石（浆）内部发生潜在破裂和微形变;当潜在破裂面形成后,因岩石的泊松效应,微小潜在破裂面处的应力状态发生重整,形成新的潜在破裂面;当新的潜在破裂面处的剪应力等于岩石抗张强度时,岩石（浆）发生剪切破裂,形成如今所见的柱状节理。根据前人相关岩石实验数据,推算得到玄武岩相应温度下的内摩擦角、黏聚力、抗张强度和泊松比,采用应力莫尔圆方法进行数值计算,获得玄武岩在冷却到800 ℃左右时发生破裂,六棱柱形柱状节理开始形成,内角约119.1°。进一步分析认为,岩石的黏聚力、石英含量等因素可能控制着柱状节理的发育和形状。 相似文献
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玄武岩柱状节理往往呈现完美的六边形石柱,这种现象引起了人们的广泛关注和好奇,但是对于其形成机理尚无合理的解释。本文通过对冷却过程中的玄武岩进行受力分析,提出当岩石（浆）冷凝收缩的凝聚力达到其抗张强度时,岩石（浆）内部发生潜在破裂和微形变;当潜在破裂面形成后,因岩石的泊松效应,微小潜在破裂面处的应力状态发生重整,形成新的潜在破裂面;当新的潜在破裂面处的剪应力等于岩石抗张强度时,岩石（浆）发生剪切破裂,形成如今所见的柱状节理。根据前人相关岩石实验数据,推算得到玄武岩相应温度下的内摩擦角、黏聚力、抗张强度和泊松比,采用应力莫尔圆方法进行数值计算,获得玄武岩在冷却到800 ℃左右时发生破裂,六棱柱形柱状节理开始形成,内角约119.1°。进一步分析认为,岩石的黏聚力、石英含量等因素可能控制着柱状节理的发育和形状。 相似文献
3.
俯冲板块裨上是一剪切作用增厚带，沿该带地壳及壳下岩石圈物质流入地幔。板块是一个自我调整的分散绝热体系，因板块快速俯冲的受限热传导及其在剪切面（剪切面的形成是一个吸热过程）上流动时物质的不断更新，使体系保持低温状态。然而，这并不妨碍俯冲带快速的岩浆形成作用，这是因为，尽管俯冲带是高压的，但板块内岩石的高度分散作用（这种分散作用减小了岩石中单个矿物颗粒）及其受力状态使得岩石的熔点大幅度降低，这就加速了 相似文献
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基于三维扫描与打印的岩体自然结构面试样制作方法与剪切试验验证 总被引：1，自引：0，他引：1
无法大量制作表面形态完全一致的含自然结构面的剪切试样一直是困扰岩石结构面力学试验深入研究的难题之一。借助最新发展的3D打印和表面快速扫描技术,提出了岩石自然结构面试样制作新方法。该方法采用三维扫描仪获得岩石自然结构面表面形态的高精度点云数据,然后通过逆向工程软件重构自然结构面的表面形态和含自然结构面的虚拟剪切模型,进而通过3D打印技术制作含自然结构面的PLA（绿色环保材料聚乳酸）塑材模具,最后借助PLA结构面模具在制样盒内通过相似材料浇筑成型出剪切试样,从而实现批量制作结构面形貌完全一致的相似材料结构面剪切试样,满足多种组合试样方案下岩石自然结构面的深入分析。采用这一方法针对3种岩石自然结构面进行了批量制作和剪切试验测试表明：（1）浇筑制作成试样的结构面表面高程与原始结构面高程之间的误差分析显示,岩石自然结构面可以高精度地复制到剪切试样中;（2）相同剪切试验条件下多个剪切试样的剪切位移-剪切力曲线的重合度非常高,表明制作的结构面剪切样的一致性好且试验结果离散性小;（3）通过剪切结构面试样在剪切前后的表面形态扫描分析发现,相同试验条件下自然结构面的剪切破坏形态具有非均匀性。 相似文献
5.
岩石拉伸剪切破裂是一类特殊应力状态条件下的破裂形式,属于同时受垂直于破裂面的法向拉应力和平行于破裂面的剪应力作用的复合破裂模式。在研制的DSC-800电液伺服测控岩石拉伸剪切试验仪的基础上,进行了大量花岗闪长岩和砂岩的拉伸剪切试验,开展了配套的破裂断口三维激光扫描、扫描电子显微镜（SEM）、岩石物理力学性质试验、颗粒流离散元（PFC）数值模拟等相关试验,利用分形理论研究了岩石拉剪破裂面特征,研究了岩石拉剪-压剪全区破裂准则、剪切速率对岩石拉剪破裂强度的影响,采用颗粒流离散元研究了岩石拉剪破裂过程。研究结论如下:（1）岩石拉剪破裂面的宏观与微观分形维数即粗糙度随着拉应力的增加而增大;（2）岩石的微观断裂形式是拉伸破坏和剪切破坏的结合。当拉应力较小时,岩石的微观断裂形式主要表现为剪切破坏,并且随着拉应力的增加,岩石的拉伸破坏形式表现得更加明显;（3）岩石在拉伸剪切区的破裂拉应力与剪应力成线性负相关关系,在拉伸剪切应力区的岩石破裂线斜率比压缩剪切区大,岩石在拉伸剪切应力条件下比压缩剪切应力条件下容易破裂;（4）在岩石拉伸剪切条件下,剪切速率与剪切强度成非线性反相关关系,随着剪切速率的增加,岩石拉剪破裂面粗糙度增加;（5）建立了岩石拉伸剪切PFC数值试验模型,模拟了岩石拉伸剪切破裂过程中的力链演化以及剪切速率对拉剪破裂面粗糙度的影响,获得了与实验室试验一致的结果。 相似文献
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开展岩石模型结构面抗剪强度特征的多尺度（尤其大尺寸）直剪试验研究对于理解岩石结构面力学特性具有重要的理论价值和实践意义。首先,基于多尺度直剪试验仪(MSJ-DST),对20 cm×20 cm、40 cm×40 cm、60 cm×60 cm、80 cm×80 cm和100 cm×100 cm的岩石模型结构面试样采用法向应力分别为200～1 000 kPa进行直接剪切试验;然后,研究不同尺寸岩石模型结构面抗剪强度的特征。结果表明：不同法向荷载作用下模型的受力变形特点相近,峰值剪切位移总体上随着某一数值附近上下浮动;在同一法向应力作用下,不同尺寸结构面试样的峰值抗剪强度表现出在某一数值附近上下浮动的特征,残余抗剪强度则表现出随尺寸的增加有小幅度增加;5级法向应力作用下,不同尺寸的峰值抗剪强度和残余抗剪强度随着法向应力的变化规律均近似相同,抗剪强度残余值与峰值的比值随着法向应力的增大逐渐增大并趋于稳定。 相似文献
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地下介质受到多期构造运动的作用,裂缝以多组形式存在的现象比较普遍,多组裂隙之间的连通性会影响介质的弹性参数。计算含两组交错裂缝饱和岩石弹性模量时,对于裂隙连通的情况,先计算干燥岩石的弹性参数,再通过各向异性流体替换获得含流体裂隙介质的弹性参数。对于不相交裂隙的情况,先对两组裂隙分别计算其饱和裂纹韧度,再计算饱和裂隙岩石的总体弹性参数。研究结果表明:①油水饱和条件下,当裂隙连通时,剪切波分裂参数随着油饱和度的增加变化较小;当裂隙不连通时,剪切波分裂参数随着油饱和度的增加变化较大;②随着裂隙倾角θ的增大,剪切波分裂参数减小;③在油饱和条件下,当裂隙连通时,剪切波分裂参数随着孔隙度的增加稍稍增加;当裂隙不连通情况时,剪切波分裂参数随着孔隙度的增加而减小,减小程度相对较大。 相似文献
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为了研究岩石不连续面的拉剪力学行为,采用自主研制的拉剪装置开展天然灰岩层面在法向拉应力作用下的直剪试验,分析了剪切应力-位移曲线、层面断裂形态及强度特征。拉剪应力作用下断裂面无摩擦粉碎区和局部崩裂。随法向拉应力的增加,剪切强度呈非线性减小。进一步,采用PFC模拟研究了锯齿状层面起伏特征对其拉剪破裂及强度特性的影响。随法向拉应力的增大,剪切裂纹减少而拉伸裂纹增多。当起伏角较小时,裂纹沿锯齿层面产生;当起伏角较大时,裂纹在锯齿面和锯齿内均有发生。可将锯齿状层面破坏分为沿锯齿面拉伸-剪切破裂、沿锯齿面拉伸-拉剪破裂和锯齿面-锯齿混合破裂3种模式,并具体分析了各模式的损伤演化。随起伏角增大,锯齿状层面的剪切强度先减小后增大,在起伏角为30°时达到最小值;随法向拉应力的增大,剪切强度近似线性减小,可采用Mohr-Coulomb准则进行描述,其摩擦角和黏聚力随起伏角的增加而减小。剪切强度、摩擦角和黏聚力随起伏角的变化规律主要受破裂模式的控制。随着层面黏结强度的增加,从锯齿面破裂逐渐转变为锯齿面-锯齿混合破裂。当层面黏结强度达到一定值以后,拉剪强度不再增加,主要受锯齿的岩石强度控制。 相似文献
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动力扰动是导致岩石结构面滑动失稳进而触发地震、岩爆等强动力型地质灾害的重要诱因。为研究动力扰动作用下岩石结构面力学响应及其活化致灾机制,自主研制了动力扰动作用下多功能岩石结构面剪切试验装置。该装置主要包括用于施加准静态荷载、多种法向边界条件、复杂波形宽频率动力扰动荷载（0.5～50 Hz）及宽频剪切速率（0.000 1～10 mm/s）的法向和切向加载系统,施加冲击动力扰动荷载的摆锤冲击系统,开展循环往复剪切试验的剪切盒,数据采集和控制系统。通过控制软件编程,可开展不同剪切速率下恒定法向荷载、恒定法向刚度、卸法向荷载、变法向刚度和动态法向荷载条件下岩石结构面单调或循环剪切试验,静载叠加动载剪切试验,速率和应力阶跃试验和摆锤冲击剪切试验等。应用该装置开展了初步的试验研究,验证了试验过程中该装置具有良好的稳定性和准确性。该装置的研发对认识动力扰动作用下岩石结构面的响应特征,深入理解地震、岩爆等强动力型地质灾害的岩石结构面活化失稳触发效应及致灾机制具有重要的科学意义和工程价值。 相似文献
10.
天然岩体在长期地质作用下会生成各种节理裂隙等不连续面,而地下工程结构的稳定性一般取决于这些不连续面的强度。在众多因素中,表面形态对岩石节理面剪切强度具有决定性影响。为了系统研究岩石节理面剪切强度的确定方法,把岩石节理面概化为一系列高度不同的微长方体凸起组成的粗糙表面结构,且微长方体凸起有剪胀破坏和非剪胀破坏两种模式。综合微长方体凸起破坏规律,应用概率密度函数描述节理面表面起伏分布的影响,建立了粗糙节理面随机强度模型,推导了节理面剪切强度理论公式,提出了节理面强度的随机评价方法。基于随机强度模型和评价方法编制Matlab计算程序计算自然粗糙节理面的剪切强度,并将计算结果与试验结果进行比较分析。研究表明:粗糙节理面随机强度模型综合了粗糙节理面表面形态和法向应力对节理剪切强度的影响机制,理论计算值与试验数据吻合良好,可以较好的评价粗糙节理的峰值剪切强度和残余剪切强度。该随机模型可作为进一步深入研究的重要基础,分析结构面的连续剪切过程,建立更完善的节理面强度模型。 相似文献
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辽西兴城—台里地区发育系列花岗质岩石,强烈构造变形特征均显示其具有韧性剪切带的特点。对剪切带北段进行详细宏微观构造解析,结合岩石变形强度差异性分析、有限应变测量、石英C轴EBSD测试以及古差异应力值估算等研究,结果表明剪切带内花岗质片麻岩和眼球状花岗质片麻岩具有NEE向左行剪切变形特征,变形岩石为S-L构造岩,应变类型属于平面应变,古差异应力值介于30~40 MPa之间。长石-石英矿物温度计以及石英C轴EBSD组构指示剪切带以中低温变形为主,温度在400℃~500℃,属绿片岩相变质,具中-低温韧性剪切带特征。韧性剪切带内普遍存在变形分解现象,弱变形带内岩石残斑含量较高,眼球状构造和S-C组构较为发育;强变形带岩石残斑含量较低,剪切面理较为发育,糜棱面理发育较弱或者不发育。 相似文献
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微震、工程爆破等低应力循环剪切荷载作用对节理岩体工程失稳破坏具有重要影响。为研究峰前循环剪切加卸载作用下岩石节理剪切力学特性,采用RDS-200型岩石节理剪切试验系统对人工劈裂黄砂岩节理进行了峰前循环剪切下的直剪试验。通过与未进行峰前循环剪切加卸载时岩石节理力学参数预测值对比,得到峰前循环剪切加卸载作用对峰前剪切刚度、峰值剪切强度、峰值剪切位移与残余剪切强度的影响。结果表明：（1）峰前循环剪切加卸载后,当法向应力为2 MPa时,岩石节理峰前剪切刚度增大,当法向应力为4～10 MPa时,岩石节理峰前剪切刚度在循环剪切应力幅值范围内增大,在超出循环剪切应力幅值时减小;（2）峰前循环剪切加卸载后,峰值剪切强度降低了10%～20%,降低百分比随法向应力增大整体呈对数函数增大;峰值剪切位移增加了2%～40%,增加百分比随法向应力增大整体呈对数函数减小;（3）峰前循环剪切加卸载后,岩石节理残余剪切强度无明显变化,峰值剪切强度与残余剪切强度差值减小,峰后剪切应力做功损失百分比降低。 相似文献
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《岩土力学》2017,(2):525-533
描述岩石结构面形貌特征的一个重要作用就是为了能更好地理解结构面的剪切行为。首先,从结构面剪切具有方向性的特点出发,抓住在剪切方向上对剪切行为起关键作用的结构面形貌特征,提出描述结构面形貌特征的参数抗剪系数SC。该参数描述了在剪切方向上二维形貌的起伏特征、起伏的统计分布特征以及高度特征,并且还可以表征结构面形貌的方向性。同时,在对10条节理粗糙度系数JRC标准曲线的数字化基础上,建立了抗剪系数SC与JRC值之间的拟合关系。基于三维白光扫描技术得到的自然岩石结构面的点云数据,进一步将抗剪系数SC进行了三维化扩展,使其能够较好地描述结构面的三维形貌特征。最后,以某自然岩石结构面为算例,用三维抗剪系数SC3D度量其沿不同分析方向上的形貌特征,结果表明,抗剪系数能很好地表征结构面形貌特征的各向异性。 相似文献
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基于现有结构面剪切力学特性研究中对简单几何形态结构面研究多,天然形态结构面研究少,力学性质演化研究多,几何形态演化研究少的研究现状,通过巴西劈裂试验制备近天然形态岩石结构面,并采用模拟材料批量复制劈裂结构面试样的方法,开展循环荷载作用下岩石劈裂结构面的剪切力学特性演化规律与影响因素研究,分析法向应力、循环剪切次数、岩壁强度以及结构面粗糙度对循环剪切作用下岩体结构面力学特性和形貌特征的影响。最终通过在黏着摩擦理论-Barton经验公式中引入与循环剪切次数Nd有关的负指数假定劣化参数,提出了岩体结构面循环剪切强度公式。研究结果表明：法向应力、岩壁强度、结构面粗糙度越大,结构面的最大剪应力越大;法向应力、循环剪切次数、结构面粗糙度越大,岩壁强度越小,则归一化粗糙度参数越小。提出的循环剪切强度公式较好地验证了试验结果,可为工程安全设计提供理论参考。 相似文献
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《岩土力学》2020,(9)
高法向应力和常法向刚度边界是深部岩体结构面基本边界约束特征,开发具有高法向荷载、大剪切面积、多剪切模式、长剪切距离的岩石结构面剪切伺服试验系统是认识深部岩体结构面剪切变形与破坏的前提。为此,阐述了新开发的大型多功能高压岩石结构面剪切伺服试验系统的特征参数和功能特性。该系统由法向与剪切加卸载子系统、伺服控制子系统、数据采集与交互软件子系统、液压油源辅助子系统等组成,其最大法向荷载为1 500 kN、最大剪切荷载为2 000 kN,可适用尺寸为20 cm×10 cm×20 cm、30 cm×20 cm×30 cm和50 cm×30 cm×30 cm(长×宽×高)的结构面剪切/试块剪断试验。试验过程可采用复杂的法向加卸载(NLU)、常法向荷载(CNL)、常法向刚度(CNS)、快/慢剪(FLS)、往返剪(GBS)等试验模式,辅助有剪切观测视窗和声发射定位监测。基于水泥材质结构面和岩石试样开展本系统的功能测试试验结果表明,由于采用了先进的硬件结构设计和高效的伺服软件控制,该高压伺服试验系统可以实现高频伺服反馈控制和数据自动采集,从而可获得稳定和可靠的结构面试样剪切测试结果,支撑深部含结构面岩体稳定性理论研究和工程应用分析。 相似文献
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金川软岩蠕变破坏机理电镜实验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为探讨金川矿岩石蠕变破坏机理,应用微观扫描电镜(SEM)对蠕变受力情况下岩石破坏断口微观形态进行了观察研究,并分析了其产生的微观破坏机制。结果表明:岩石蠕变断裂的微观机制主要是拉伸、剪切作用下岩石发生脆性断裂,从岩石断裂微观形态研究岩石蠕变断裂,可以更好的揭示岩石断口微观形貌特征、裂纹生核、扩展、及断裂方式与岩石蠕变演进过程的联系。 相似文献
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本文提供一个可以与岩石力学变形试验相比较的碳酸盐岩天然流变实例。根据对变形岩石的构造微貌、应变特征、微构造相的系统分析,得出以下主要结论:（1）流动变形期的环境参数分别是:温度为250°～450℃C;压力为200—400MPa;差异应力为60—90MPa;在剪切带内可达110MPa;低应变速率(10-13量级);（2）流变碳酸盐岩的典型组构是小圆环带的单斜对称型式。在剪切带内,可以无优选方位。岩石经受平面应变,略偏向拉伸应变,主压扁面与新生构造面理近于平行;（3）在中低温—中压,低应变速率的变形环境中,扩散作用是碳酸盐岩变形的重要机制之一。在强剪切带内,岩石进入第三蠕变阶段;（4）在褶叠层内部,应力、应变强度及应变速率的差异表明,分层差异剪切流动作为褶叠层的一种成因模型是可信的。 相似文献
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岩体结构面剪切流变试验及模型参数反演分析 总被引：7，自引：1，他引：6
针对锦屏二级水电站地下洞室群围岩富含节理的实际情况,采用弱面直剪流变仪对组成隧洞围岩的主要岩样（板岩、大理岩）进行了含软弱夹层岩石的剪切流变试验,得出岩石夹层的剪应力-剪切位移时程曲线。通过对岩石夹层试验结果的分析,得出了岩石的长期强度参数,与快剪试验获得抗剪强度参数相比较发现长期抗剪强度参数有所降低,且凝聚力对剪切流变特性的影响略高于内摩擦系数。最后通过对6种模型的拟合分析,得出了适合岩石夹层的标准线性体流变模型,在此基础上通过反演分析得到了岩石夹层标准线性体黏弹-塑性剪切流变模型,并反演了该模型的参数。 相似文献
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拉伸剪切破坏是岩石边坡工程与岩石隧道工程中常出现的一种岩石失稳类型。结合岩石工程地质条件,分析了拉伸剪切应力状态产生的条件。总结了当前岩石拉伸剪切研究的实验手段,本构关系与破坏准则。指出了岩石拉伸剪切存在的不足。提出如下研究趋势:(1)研制标准的岩石直接拉伸剪切设备,进行专门试验研究; (2)进行更多类型岩石,更多数量的岩石拉伸剪切实验。研究不同岩石类型拉伸剪切本构关系与破坏准则; (3)加强岩石拉伸剪切实验与此类型岩石工程的数值模拟工作,与试验相互印证。 相似文献
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一种新的岩石节理面三维粗糙度分形描述方法 总被引：1，自引：0，他引：1
研究并提出一种新的岩石节理面三维粗糙度分形描述方法。首先,基于激光扫描数据将节理表面离散成三角网,并建立与剪切方向相关的三维均方根抵抗角的计算方法。其次,运用分形数学理论,提出一种新的基于三维均方根抵抗角的节理面粗糙度分形描述方法。最后,采用新方法对天然玄武岩节理和花岗岩张拉型节理的粗糙特性进行分析。研究结果表明,提出的新方法能够较全面地反映节理面的三维几何形貌信息,并能描述节理粗糙度的各向异性特性。研究成果为进一步建立岩石节理面的三维剪切强度公式和剪切本构理论奠定了基础。 相似文献