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岩石蠕变应变能密度演化时效特征与损伤本构模型研究
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作者 刘之喜 赵光明 +2 位作者 孟祥瑞 顾清恒 秦志宏 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期153-166,共14页
为了探究岩石单轴蠕变的应变能密度演化规律及其损伤本构模型,利用单轴蠕变-卸载试验,系统性地研究了煤、泥岩、白砂岩和红砂岩4种岩石的蠕变应变能密度演化规律。着重探讨了岩石在蠕变过程中应变能密度的转化与耗散机制,建立了不同脆... 为了探究岩石单轴蠕变的应变能密度演化规律及其损伤本构模型,利用单轴蠕变-卸载试验,系统性地研究了煤、泥岩、白砂岩和红砂岩4种岩石的蠕变应变能密度演化规律。着重探讨了岩石在蠕变过程中应变能密度的转化与耗散机制,建立了不同脆性程度岩石的损伤蠕变本构模型。研究结果表明:(1) 4种岩石的弹性应变能密度随蠕变时间的延长而呈线性减少的趋势,即存在线性衰减特征;(2)结合单轴蠕变-卸载试验结果,提出了一种基于弹性应变能密度线性衰减特征的岩石蠕变应变能计算方法;(3) 4种不同脆性程度的岩石蠕变产生的耗散应变能密度与输入应变能密度随着时间增加而增长,其增长可分为衰减增长阶段、匀速增长阶段以及加速增长阶段;(4)在蠕变过程中,随着蠕变时间的增加,岩石耗散应变能密度占输入应变能密度逐渐增大,在加速蠕变与峰后的临界点达到最大,脆性程度越高加速蠕变与峰后临界点耗散应变能密度占输入应变能密度比例越大;(5)构建了基于应变能耗散的黏弹塑性-损伤耦合本构模型,该模型能够有效描述不同脆性岩石在蠕变过程中的变形曲线。 展开更多
关键词 蠕变 卸载 应变能密度演化 损伤变量 本构模型
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深部直墙半圆拱巷道围岩时效损伤劣化特征与动态补强技术 被引量:6
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作者 赵光明 刘之喜 +1 位作者 孟祥瑞 秦志宏 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第1期61-75,共15页
随着煤矿开采向深部逐渐延伸,巷道的大变形和长时间持续流变特性已成为支护中极具挑战的课题之一。为了探究深部巷道围岩损伤劣化的时效特征及动态补强技术,基于实验室试验,并结合理论分析、数值模拟及现场工业试验进行了研究。研究结... 随着煤矿开采向深部逐渐延伸,巷道的大变形和长时间持续流变特性已成为支护中极具挑战的课题之一。为了探究深部巷道围岩损伤劣化的时效特征及动态补强技术,基于实验室试验,并结合理论分析、数值模拟及现场工业试验进行了研究。研究结果表明:(1)基于Laplace逆变换推导出圆形轴对称巷道的变形规律解析解,结合理论分析、非圆形巷道等效变换和现场试验确定塑性区半径为1.5~2.1m,进一步得到直墙半圆拱巷道时效变形解析解;(2)基于弹性与弹塑性巷道模型,采用能量耗散表征了围岩损伤劣化的时效特征与塑性区演化趋势,并提出了一次支护的时机;(3)阐明了围岩在一次支护后的时效性损伤劣化的演化趋势,基于垂直应力峰值比率,提出了二次支护方案与时机,进一步分析围岩剪应力与垂直应力,确定了二次支护锚杆的长度为3.0 m,支护时机为40~70 d。研究结果可为深部煤矿巷道的设计与维护提供理论依据和实践指导。 展开更多
关键词 深部巷道 损伤劣化 时效特征 动态补强
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砂岩真三轴循环加卸载的能量演化与损伤分析
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作者 张启航 孟祥瑞 +5 位作者 赵光明 许文松 刘崇岩 刘之喜 吴旭坤 戚敏杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期182-196,共15页
为了探究不同速率对砂岩真三轴循环加卸载破坏过程中的能量和损伤演化的影响,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统,借助立方体砂岩试件,分别进行了真三轴压缩试验、真三轴一次加卸载试验以及真三轴循环加卸载试验。结果表明:真三... 为了探究不同速率对砂岩真三轴循环加卸载破坏过程中的能量和损伤演化的影响,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统,借助立方体砂岩试件,分别进行了真三轴压缩试验、真三轴一次加卸载试验以及真三轴循环加卸载试验。结果表明:真三轴条件下砂岩的峰值强度随循环加卸载速率的增大而增大;σ^(1)方向弹性能密度演化基本不随循环加卸载速率的改变而不同,而耗散能密度随循环加卸载速率的增大而减小,2者都随循环数呈现非线性增长;随着循环加卸载速率的增大,σ^(1)方向上耗散能密度占总输入能密度比例减小,弹性能密度占总输入能密度比例增加;随着循环数的增加,σ^(2)、σ^(3)方向上弹性能密度的增长率逐渐增大,而耗散能密度增长率在前5次循环时变化较小,在循环末尾阶段大幅提升;随着循环加卸载速率的增大,σ^(2)、σ^(3)方向上弹性能密度也随之提高,耗散能密度则与之相反;σ^(2)方向上弹性能密度占输入能密度的比例随循环数递增,在第6次循环出现拐点,随后突降;σ^(3)方向上弹性能密度占输入能密度的比例随着循环数的增加先减小后增大,呈现“V”型变化趋势;研究发现,弹性能密度和耗散能密度均与输入能密度存在线性函数关系,并且弹性能密度-输入能密度和耗散能密度-输入能密度均存在线性函数关系。真三轴循环加卸载作用下砂岩损伤分为初始损伤、损伤缓慢发育、损伤快速发展阶段3个阶段,损伤变量随着循环数的增加呈现非线性增长。 展开更多
关键词 真三轴 循环加卸载 能量演化 损伤变量
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Load-bearing characteristics and energy evolution of fractured rock masses after granite and sandstone grouting
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作者 WU Xu-kun ZHAO Guang-ming +4 位作者 MENG Xiang-rui LIU Chong-yan LIU Zhi-xi HUANG Shun-jie ZHANG Qi-hang 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期2810-2825,共16页
Experiments on grouting-reinforced rock mass specimens with different particle sizes and features were carried out in this study to examine the effects of grouting reinforcement on the load-bearing characteristics of ... Experiments on grouting-reinforced rock mass specimens with different particle sizes and features were carried out in this study to examine the effects of grouting reinforcement on the load-bearing characteristics of fractured rock mass.The strength and deformation features of grouting-reinforced rock mass were analyzed under different loading manners;the energy evolution mechanism of grouting-reinforced rock mass specimens with different particle sizes and features was investigated;the energy dissipation ratio and post-peak stress decreasing rate were employed to evaluate the bearing stability of grouting-reinforced rock mass.The results show that the strength and ductility of granite-reinforced rock mass(GRM)under biaxial loading are higher than that of sandstone-reinforced rock mass(SRM)under uniaxial loading.Besides,the energy evolution characteristics of grouting-reinforced rock mass under uniaxial and biaxial loading mainly could be divided into early,middle,and late stages.In the early stage,total,elastic,and dissipation energies were quite small with flatter curves;in the middle stage,elastic energy increased rapidly,whereas dissipation energy increased slowly;in the late stage,dissipation energy increased sharply.The energy dissipation ratio was used to represent the pre-peak plastic deformation.Under uniaxial loading,this ratio increased as the particle size increased and the pre-peak plastic deformation of grouting-reinforced rock mass became larger;under biaxial loading,it dropped as the particle size increased,and the pre-peak plastic deformation of grouting-reinforced rock mass became smaller.The post-peak stress decline rate A_(v) was used to assess the post-peak bearing performance of grouting-reinforced rock mass.Under uniaxial loading,parameter A_(v) exhibited reduction as the particle size kept increasing,and the ability of post-peak of grouting-reinforced rock mass to allow deformation development was greater,and the bearing capacity was greater;under biaxial loading,A_(v) increased with the particle size,and the ability of post-peak of grouting-reinforced rock mass to allow deformation development was low and the bearing capacity was reduced.The findings are considered instrumental in improving the stability of the roadway-surrounding rock by granite and sandstone grouting. 展开更多
关键词 grouting-reinforced rock mass particle size energy dissipation ratio post-peak stress decreasing rate load-bearing characteristics
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高径比对砂岩能量积聚与耗散试验及分析方法 被引量:16
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作者 赵光明 刘之喜 +3 位作者 孟祥瑞 张若飞 考四明 戚敏杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1110-1121,共12页
为了探究高径比对岩石能量积聚与耗散的影响,利用RMT-150B岩石力学测试系统对同直径不同长度的砂岩试件进行了单轴压缩试验、单轴循环加卸载试验以及单轴分级加卸载试验。对比砂岩单轴压缩与单轴循环加卸载曲线发现,单轴压缩曲线近似为... 为了探究高径比对岩石能量积聚与耗散的影响,利用RMT-150B岩石力学测试系统对同直径不同长度的砂岩试件进行了单轴压缩试验、单轴循环加卸载试验以及单轴分级加卸载试验。对比砂岩单轴压缩与单轴循环加卸载曲线发现,单轴压缩曲线近似为单轴分级加卸载曲线的外包络线,并且由于“硬化”作用单轴分级加卸载强度略高于单轴压缩。通过砂岩单轴循环加卸载下力学特性分析发现随着循环次数增多,残余变形逐渐减小,直至某次循环无残余变形产生砂岩出现非线性伪弹性体特征,继续承受加卸载作用非线性伪弹性体特性消失,残余变形再次出现,因此可以将残余变形演化规律归纳为:存在较大残余变形—残余变形逐渐减小—无残余变形—再次出现残余变形。基于砂岩弹性能的演化分析发现循环次数对弹性能的影响较小,即疲劳损伤对砂岩的弹性能影响较小,则可以假定单轴分级加卸载各卸载点的荷载与单轴压缩试验的荷载相等时,两者的弹性能也相等。利用单轴分级加卸载试验各卸载点的弹性能与单轴循环加卸载首次加卸载弹性能进行比较,验证了假设的正确性。进一步对不同高径比(L/D)下砂岩的单轴压缩试验进行能量分析,发现砂岩的弹性能演化服从线性储能规律。基于砂岩的单轴分级加卸载试验结合线性储能规律对同尺寸的单轴压缩试验进行能量演化分析,为砂岩单轴压缩的能量分析提供了新思路。研究表明:当荷载相等时砂岩储存弹性能与高径比成正比,与储能极限成反比。将提出的试验法与传统能量分析方法(利用公式计算得到弹性能)进行比较,发现提出的方法精确度高。基于耗散能演化规律进一步对不同高径比下砂岩的损伤进行了分析,发现砂岩损伤曲线呈非线性演化,并且荷载相等时高径比越大砂岩损伤程度越高。破裂时砂岩内部积聚的弹性能转化成破裂面表面能和碎块动能,储能极限与高径比大小成反比,因此当L/D≥2.0时主要呈单方向的剪切破坏,L/D<2.0时岩石主要为相对复杂的双剪切或圆锥形破坏,并且进一步从能量角度对钻孔卸压进行了讨论。 展开更多
关键词 高径比 线性储能规律 弹性能 耗散能 能量演化 非线性伪弹性体 循环加卸载
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真三轴循环主应力作用下砂岩能量演化规律 被引量:10
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作者 赵光明 刘之喜 +3 位作者 孟祥瑞 张若飞 顾清恒 戚敏杰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1875-1890,共16页
为了探究真三轴主应力循环加卸载对砂岩能量积聚与耗散的影响,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统进行了3个主应力循环加卸载试验。基于真三轴循环加卸载应力-应变演化规律与加卸载特征,划分了主应力循环加卸载试验中加载、卸载... 为了探究真三轴主应力循环加卸载对砂岩能量积聚与耗散的影响,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统进行了3个主应力循环加卸载试验。基于真三轴循环加卸载应力-应变演化规律与加卸载特征,划分了主应力循环加卸载试验中加载、卸载的种类;通过对三向主应力循环加卸载过后岩体表面裂纹对比分析,发现最小主应循环对岩体产生损伤最大,中间主应力次之,最大主应产生损伤最小;利用图形面积积分法与叠加法分别计算了真三轴循环加卸载的弹性能密度、耗散能密度与输入能密度,分析了三者随主应力次数增加的演化规律与加卸载过程中的能量分配;利用真三轴同时加卸载试验,验证了上述提出的能量分析方法的合理性与准确性,对其3个主应力方向卸载释放弹性能密度分析,发现循环加卸载产生的损伤对岩体储存弹性能密度影响较小。对比了3个主应力卸载对砂岩损伤与能量耗散的影响,对巷道掘进方向进行了进一步讨论。 展开更多
关键词 岩石力学 真三轴循环加卸载 能量积聚 能量耗散 加卸载分类 能量演化
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基于线性储能规律的红砂岩蠕变能量演化分析方法 被引量:8
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作者 刘之喜 赵光明 +4 位作者 孟祥瑞 张若飞 程详 董春亮 黄顺杰 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2748-2760,共13页
为了研究红砂岩蠕变过程中的能量演化规律,进行红砂岩单轴循环加卸载试验、单轴分级蠕变试验以及蠕变后的单轴循环加卸载试验,提出一种岩石蠕变能量演化分析的新方法。研究结果表明:单轴循环加卸载试验将红砂岩内部孔隙、微裂纹等缺陷... 为了研究红砂岩蠕变过程中的能量演化规律,进行红砂岩单轴循环加卸载试验、单轴分级蠕变试验以及蠕变后的单轴循环加卸载试验,提出一种岩石蠕变能量演化分析的新方法。研究结果表明:单轴循环加卸载试验将红砂岩内部孔隙、微裂纹等缺陷逐渐被压密后,红砂岩变为非线性伪弹性体,加载曲线与卸载曲线形成一个密闭的滞回环;红砂岩变为非线性伪弹性体后继续承受加卸载会再次产生残余变形,因此,红砂岩在单轴循环加卸载作用下的残余变形规律为较大残余变形—无残余变形—再次产生残余变形;红砂岩单轴循环加卸载产生的耗散能密度达到初次稳定时的循环次数与出现非线性伪弹性体的循环次数基本保持一致,在应力上限恒定的单轴循环荷载作用下,红砂岩的弹性能密度基本保持不变;假设蠕变过程中长期荷载对红砂岩弹性能密度无影响,根据假设进行蠕变后的单轴循环加卸载试验,验证了假设的正确性;首次加卸载存在线性储能规律,基于红砂岩线性储能规律和蠕变后红砂岩弹性能密度基本不变特性可以得到蠕变的弹性能密度与耗散能密度。 展开更多
关键词 蠕变试验 能量演化 弹性能密度 线性储能规律
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真三轴加卸载岩体各向异性及能量演化机制 被引量:4
8
作者 许文松 赵光明 +3 位作者 孟祥瑞 刘之喜 刘崇岩 戚敏杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1502-1515,共14页
地下工程开挖过程中围岩处于极其复杂的应力环境中,尤其是在其各向异性的影响下,动力灾害的发生存在隐蔽性。采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统对砂岩进行不同主应力方向加卸载试验,研究真三轴不同主应力加卸载条件下高应力岩体力学特性... 地下工程开挖过程中围岩处于极其复杂的应力环境中,尤其是在其各向异性的影响下,动力灾害的发生存在隐蔽性。采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统对砂岩进行不同主应力方向加卸载试验,研究真三轴不同主应力加卸载条件下高应力岩体力学特性与破坏特征,分析不同主应力加卸载岩体次生各向异性及能量演化机制。结果表明:(1)在岩体次生各向异性影响下,σ_(1)(第一主应力)进行循环加卸载过程中,ε_(2)(第二主应变)和ε_(3)(第三主应变)呈现相反变化,ε_(V)(体积应变)先压缩再膨胀,最终表现出膨胀的宏观现象;(2)高围压岩体σ_(3)(第三主应力)卸载时,ε_(1)产生压缩,ε_(2)和ε_(3)产生膨胀变形,ε_(2)变化量小于ε_(3),卸荷方向变形由线弹性状态转变为弹-塑非线性;(3)σ_(1)和σ_(3)卸载岩体积聚的能量差异较大,σ_(1)卸载是一个能量释放的过程,σ_(3)卸载是一个能量积聚的过程,卸荷方向的能量变化特征决定了其余2个诱发方向的能量积聚、释放规律,σ_(3)卸载岩体的极限储存能量降低,且σ_(2)(第二主应力)卸荷时随着σ_(1)的增大加快了岩石的破坏,表明岩体卸载比加载更容易破坏;(4)σ_(3)卸荷速度越快,破坏时所释放的能量增加、耗散能降低,卸荷方向岩体能量密度和总积聚能量密度减小。动力事故发生的主要原因是岩体内部能量的积聚释放,岩体次生各向异性对岩体自身极限储存能存在很大影响,研究真三维加卸载次生应力对岩石极限储存能的影响特征为冲击地压防止提供了参考。 展开更多
关键词 真三轴加卸载 各向异性 能量积聚 释放应变能
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岩石单轴压缩试验中能量演化分析方法 被引量:27
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作者 刘之喜 王伟 +1 位作者 罗吉安 缪广红 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3131-3139,共9页
为了探究岩石单轴压缩试验过程中的能量演化规律,利用RMT-150b岩石力学测试系统采用相同的加载速率对白砂岩分别进行了单轴压缩试验、单轴分级加卸载试验。基于裂纹产生及扩展模型研究,假设疲劳损伤和裂纹间的界面摩擦对弹性能无影响,... 为了探究岩石单轴压缩试验过程中的能量演化规律,利用RMT-150b岩石力学测试系统采用相同的加载速率对白砂岩分别进行了单轴压缩试验、单轴分级加卸载试验。基于裂纹产生及扩展模型研究,假设疲劳损伤和裂纹间的界面摩擦对弹性能无影响,则可以认为单轴压缩中与单轴分级加卸载各卸载点荷载相等处,弹性能均相等。基于上述假设对单轴压缩过程中弹性能、耗散能、弹性能占总能量比例、耗散能占总能量比例、弹性能与耗散能比值等进行分析。通过利用红砂岩单轴循环加卸载中弹性能的演化规律验证了这一假设的正确性。研究结果表明:①通过对单轴压缩试验过程中能量演化规律分析发现塑性耗散能、弹性能、滞回效应耗散能存在于岩石单轴压缩的各个阶段。②部分滞回效应能可以储存在岩石内部并且随着荷载增大呈线性增长。③弹性能与塑性能的增长速率都随着荷载增大而增大,通过对弹性能与耗散能比值分析,得出了不同荷载范围内岩石的弹性能与耗散能增长速率的比较,并且在岩石强度的80%左右处弹性能与耗散能比值达到最大,与弹性能量指数相等,说明该分析方法对岩石能量演化趋势的分析具有一定的合理性。④通过红砂岩单轴循环加卸载试验分析发现,疲劳损伤和裂纹间的界面摩擦会产生塑性变形导致岩石加卸载曲线逐渐右移,且对弹性能无影响。⑤根据单轴分级加卸载各卸载点弹性能分析单轴压缩试验过程中能量演化规律,并使用单轴循环加卸载试验的弹性能演化规律进行验证,说明了分析方法的正确性。 展开更多
关键词 能量演化 单轴压缩试验 单轴分级加卸载 单轴循环加卸载 弹性能量指数
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高围压下砂岩循环加-卸载损伤本构及损伤阈值 被引量:7
10
作者 刘之喜 《高压物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期106-114,共9页
在深部巷道掘进过程中,岩体受周期荷载和高地应力共同作用,一般的强度准则无法对岩石的应力-应变曲线进行描述和表征,而高地应力下岩石的循环加-卸载本构是预测深部巷道在周期荷载作用下长期稳定性的关键,因此关于高围压下岩石的本构研... 在深部巷道掘进过程中,岩体受周期荷载和高地应力共同作用,一般的强度准则无法对岩石的应力-应变曲线进行描述和表征,而高地应力下岩石的循环加-卸载本构是预测深部巷道在周期荷载作用下长期稳定性的关键,因此关于高围压下岩石的本构研究具有一定的工程意义。岩石受外部荷载直至破坏的过程是旧裂纹扩展和新裂纹增长、扩展的过程,已有的研究表明,单位体积岩石裂纹数服从Weibull分布,Griffith准则认为岩石的破坏是由岩石的裂纹扩展所导致的,为此通过对Weibull建立的统计损伤本构扩展,基于裂纹数服从Weibull分布以及裂纹扩展服从Griffith准则,建立了高围压下岩石循环加-卸载统计损伤本构。通过本构的等式变换,对本构损伤阈值进行了研究,并进一步以砂岩的偶数次循环加-卸载试验数据对本构参数进行拟合,得到参数的演化规律,将本构理论值与砂岩奇数次循环加-卸载试验数据对比,验证了本构模型的正确性,为高围压下岩石的循环加-卸载本构研究提供了新的思路。 展开更多
关键词 高围压 循环加-卸载 本构模型 损伤阈值
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基于畸变能理论的岩石损伤本构模型研究 被引量:1
11
作者 刘之喜 罗吉安 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2020年第1期137-141,155,共6页
加-卸载岩石损伤本构模型是预测压气储能硐室长期稳定性的关键,气压对围岩的作用力是反复变化的,目前能适用的本构模型较少,因此,提出一种能够描述分等级加-卸载的岩石损伤本构模型。根据岩石微元强度服从畸变能理论和Weibull随机分布,... 加-卸载岩石损伤本构模型是预测压气储能硐室长期稳定性的关键,气压对围岩的作用力是反复变化的,目前能适用的本构模型较少,因此,提出一种能够描述分等级加-卸载的岩石损伤本构模型。根据岩石微元强度服从畸变能理论和Weibull随机分布,建立了一种能够描述分等级加-卸载的岩石损伤本构模型。通过试验对本构模型进行验证,并结合岩石单轴分等级加-卸载试验数据,对分等级加-卸载的岩石损伤本构参数进行敏感性分析,确定参数的具体物理意义及参数演化与分等级加-卸载的关系。分等级加-卸载的岩石损伤本构模型参数物理意义明确,便于拟合,能够较好地符合工程实际情况。 展开更多
关键词 岩石损伤 畸变能理论 Weibull随机分布 分等级加卸载 本构模型
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单轴压缩下岩石全应力应变过程中能量演化特征 被引量:7
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作者 李东文 赵光明 +1 位作者 刘之喜 孟祥瑞 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2023年第2期135-144,共10页
为了探究不同岩性岩石单轴压缩下能量演化规律,对花岗岩、砂岩和煤进行了单轴压缩和单轴分级加卸载试验,得到了不同条件下的应力-应变曲线;利用积分和公式获得了岩石试样不同条件下全过程的总能量密度、弹性能密度和耗散能密度值;分析... 为了探究不同岩性岩石单轴压缩下能量演化规律,对花岗岩、砂岩和煤进行了单轴压缩和单轴分级加卸载试验,得到了不同条件下的应力-应变曲线;利用积分和公式获得了岩石试样不同条件下全过程的总能量密度、弹性能密度和耗散能密度值;分析岩石试样峰前和峰后能量演化特征,探究单轴压缩弹性能密度与总能量密度之间的关系。结果表明:单轴分级加卸载应力-应变曲线的外包络线和其单轴压缩曲线具有相同趋势,整体存在一定的偏离程度,且密实度越大的岩石,其偏离程度越小;岩石试样的弹性能密度和总能量密度在单轴压缩与单轴分级加卸载下均满足线性储能规律,利用线性储能规律,得到了岩石单轴分级加卸载与单轴压缩储能极限,两者几乎相等,并且岩石强度越大其储能极限越大。 展开更多
关键词 单轴压缩 单轴分级加卸载 能量演化 弹性能密度 线性储能规律
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循环加卸载下砂岩变形破坏特征与能量演化研究 被引量:38
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作者 李欣慰 姚直书 +3 位作者 黄献文 刘之喜 赵翔 穆克汉 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1693-1704,共12页
对砂岩进行单轴加载和单轴循环加载试验,得到了循环加卸载作用下砂岩残余变形、变形模量和侧膨胀系数的变化规律,以及岩石的输入能、弹性能、耗散能、阻尼能和损伤能等能量指标的演变规律。利用归一化的损伤能表征砂岩的损伤演化,分析... 对砂岩进行单轴加载和单轴循环加载试验,得到了循环加卸载作用下砂岩残余变形、变形模量和侧膨胀系数的变化规律,以及岩石的输入能、弹性能、耗散能、阻尼能和损伤能等能量指标的演变规律。利用归一化的损伤能表征砂岩的损伤演化,分析了宏观、微观角度下的岩石的破坏模式。研究表明:在循环荷载作用下,残余变形呈现出减速累积-稳定累积-加速累积的趋势;砂岩的变形模量先增加再减小,侧膨胀系数基本与循环次数正相关;输入能、损伤能均呈U型分布,损伤能占耗散能的比例呈U型分布,阻尼能呈先减小再增加的趋势,阻尼能占耗散能的比例呈倒U型分布,弹性能总体上呈缓慢增加趋势,弹性能占输入能比例呈倒U型分布;随着应力比的提高,阻尼能提高,但阻尼能占比呈减少趋势;砂岩的损伤呈减速累积-稳定累积-加速累积三阶段发展,砂岩破坏总体上呈现出共轭斜面剪切-拉伸型复合破坏模式,破坏由失稳破坏向失效破坏转化。 展开更多
关键词 残余应变 变形模量 侧膨胀系数 能量指标 损伤演化 破坏模式
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岩石循环加卸载作用下能量的演化规律 被引量:10
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作者 詹可亮 薛俊华 刘之喜 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2019年第3期49-52,共4页
基于循环加卸载试验,使用数据处理软件计算得出滞回环的面积,对滞回环与循环次数的相关性进行分析,得到了关于循环次数与滞回环的拟合公式。利用拟合公式计算得到了第1次加卸载的耗散能,进而对耗散能、弹性能、塑性能之间的关系进行了... 基于循环加卸载试验,使用数据处理软件计算得出滞回环的面积,对滞回环与循环次数的相关性进行分析,得到了关于循环次数与滞回环的拟合公式。利用拟合公式计算得到了第1次加卸载的耗散能,进而对耗散能、弹性能、塑性能之间的关系进行了分析和研究。结果表明:随着循环次数的增加,滞回环位置逐渐右移,考虑为第1次加卸载产生耗散能后,岩石的弹性能、耗散能随着循环次数的增多逐渐递增;岩石的强度呈随机分布,故塑性能随循环次数增多并无固定变化趋势;随着循环次数的增多,卸载后可恢复的裂隙之间的摩擦力逐渐减小,其弹性应变需要的能量也随之减小。 展开更多
关键词 分等级加卸载 滞回环 弹性能 耗散能 塑性能 岩石加载
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天然中等风化泥岩非线性黏弹塑性蠕变模型 被引量:2
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作者 罗吉安 刘之喜 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第35期124-127,共4页
天然中等风化泥岩作为灌注桩的桩基承台,其承受混凝土灌注桩传递的长期荷载会发生蠕变,而中等风化泥岩的蠕变过大会对灌注桩承载力有影响,因此需要展开中等风化泥岩蠕变模型的探讨和研究。由于目前大多数蠕变模型对于蠕变的全阶段曲线... 天然中等风化泥岩作为灌注桩的桩基承台,其承受混凝土灌注桩传递的长期荷载会发生蠕变,而中等风化泥岩的蠕变过大会对灌注桩承载力有影响,因此需要展开中等风化泥岩蠕变模型的探讨和研究。由于目前大多数蠕变模型对于蠕变的全阶段曲线的描述都不太理想,所以基于西原体,把非线性黏塑性体与西原体串联得到了一种新的模型;继而通过拉式变换得到了一种新的蠕变方程。以新的蠕变方程对中等风化泥岩单轴蠕变的试验数据进行拟合,并对此蠕变方程进行了与时间有关的参数敏感性分析。 展开更多
关键词 本构关系 加速蠕变 敏感性分析
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基于八面体理论的岩石循环加-卸载本构模型及修正 被引量:1
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作者 罗吉安 刘丰茂 +3 位作者 刘之喜 马雷鸣 陈烨开 李欣慰 《高压物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期80-88,共9页
探究岩石的受力特点及破坏特性是研究岩石地下工程安全性的关键,诸多学者都期望能在岩石本构模型的研究上取得突破性进展。在此背景下,提出了一种能够描述循环加-卸载条件下岩石的本构模型。首先,假设岩石的微元强度服从八面体剪应力理... 探究岩石的受力特点及破坏特性是研究岩石地下工程安全性的关键,诸多学者都期望能在岩石本构模型的研究上取得突破性进展。在此背景下,提出了一种能够描述循环加-卸载条件下岩石的本构模型。首先,假设岩石的微元强度服从八面体剪应力理论并且微元破坏服从Weibull概率公式,将岩石本构中的损伤变量以及岩石微元强度表达式里包含的损伤因子进行本构变换,得到关于应力、应变等其他表现加-卸载下岩石损伤本构模型的参数,表示出岩石微元强度和损伤变量,再将得到的岩石微元强度和损伤变量代入所提出的岩石本构模型中,并进行等式变换得到一个函数表达式。通过将其与实验数据进行拟合对比分析,得出修正后的拟合参数,将其代入函数式中,得到损伤本构模型的修正式。最后将拟合参数进行必要的敏感性分析,得出各拟合参数的实际物理意义。 展开更多
关键词 循环加-卸载 本构模型 八面体剪应力理论 岩石
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单双向约束下加载系统刚度对砂岩峰后破坏行为的影响规律研究
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作者 吴旭坤 赵光明 +5 位作者 孟祥瑞 许文松 刘崇岩 刘之喜 张启航 高宇 《岩石力学与工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第11期2796-2810,共15页
为研究深部复杂刚度环境差异性对岩体力学行为的影响,利用自主研发的二维可变刚度动力破坏模拟试验系统,结合声发射(AE)监测设备,开展砂岩在不同刚度环境下单双轴压缩试验研究,旨在讨论不同约束条件下加载系统刚度对砂岩的力学响应特性... 为研究深部复杂刚度环境差异性对岩体力学行为的影响,利用自主研发的二维可变刚度动力破坏模拟试验系统,结合声发射(AE)监测设备,开展砂岩在不同刚度环境下单双轴压缩试验研究,旨在讨论不同约束条件下加载系统刚度对砂岩的力学响应特性、峰后回弹变形特征及能量演化的影响。结果表明:(1)砂岩试件应力-应变曲线在峰后阶段受刚度环境的影响显著,在单轴条件下,随着加载系统刚度的减小,呈现出更快的应力下降和更多的宏观裂纹产生,在侧向约束下,加载系统刚度对岩样多次回弹冲击,影响峰后曲线起伏和声发射(AE)事件的波动,呈现出能量的阶梯式增长。(2)单双向加载下加载系统刚度与试验机框架储存应变能、峰后回弹极值速度和累计最大耗散能均呈负相关性,较低的加载刚度导致更大的能量释放速度,增加岩样宏观裂纹和损伤程度。(3)在加载系统刚度的控制下,试验机框架储存应变能、峰后瞬时回弹速度和累计耗散能均与侧向约束力呈正相关,侧向约束条件增强了刚度效应,对岩样变形特征产生显著影响。(4)低刚度环境会对岩体产生动力冲击和能量补给,产生动力破坏,施加约束力,可提高岩体的储能极限,弱化刚度环境中岩体的破坏程度。 展开更多
关键词 岩石力学 单双向加载 峰后回弹变形 加载系统刚度 耗散能 应变能
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真三轴压缩下砂岩的能量和损伤分析 被引量:15
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作者 刘之喜 孟祥瑞 +4 位作者 赵光明 张若飞 刘崇岩 考四明 戚敏杰 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期327-341,共15页
为了探究真三轴压缩下砂岩的能量和损伤演化规律,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统进行真三轴一次加卸载试验和真三轴压缩试验,对真三轴压缩应力-应变演化规律进行研究,探讨三向主应力加、卸载的对岩体的影响,利用图形面积积... 为了探究真三轴压缩下砂岩的能量和损伤演化规律,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统进行真三轴一次加卸载试验和真三轴压缩试验,对真三轴压缩应力-应变演化规律进行研究,探讨三向主应力加、卸载的对岩体的影响,利用图形面积积分法分别计算了真三轴压缩的弹性能密度、耗散能密度与输入能密度,分析三者随最大主应力卸载水平增加的规律及其相互之间的关系,进一步研究真三轴压缩过程中损伤演化规律,并对冲击地压倾向性判定条件弹性能量指数进行讨论。研究结果表明:真三轴压缩下最大主应力增大,使砂岩内部应力调整,从而引起中、小主应力方向应变变化,从能量角度定义该现象为能量“诱增”;划分了三个方向主应力加、卸载的种类,将加载分为损伤加载(最大主应力加载)与保护加载(中、小主应力加载);将卸载分为常规卸载(最大主应力卸载)与损伤卸载(中、小主应力卸载);真三轴压缩下中间主应力方向约束应力较大,使得该方向“诱增”弹性能密度比例高于最小主应力方向“诱增”弹性能比例;真三轴压缩下最大主应力方向应力提升,砂岩的弹性能密度、耗散能密度均与输入能密度之间存在线性函数关系,提出了真三轴压缩的能量分析方法,进一步得到了砂岩的储能极限,与单轴压缩相比,其储能性有较大提升;真三轴压缩下砂岩损伤变量在塑性阶段之前岩石损伤呈近似线性变化,随着最大主应力增加,损伤变量呈非线性演化趋势。 展开更多
关键词 岩石力学 砂岩 真三轴压缩试验 单轴压缩 能量演化 损伤变量 “诱增”能量 弹性能量指数
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侧向约束下加载系统刚度对砂岩非稳定破坏模式与能量演化的影响
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作者 赵光明 吴旭坤 +4 位作者 许文松 刘之喜 刘崇岩 张启航 周俊 《煤炭学报》 2025年第2期877-889,共13页
为探究加载系统刚度对岩石破坏模式及能量演化规律的影响,利用自主研发的刚性与变刚度试验系统开展双轴压缩试验,分析侧向约束作用下加载系统刚度对岩石峰后非稳态破坏及能量释放规律的作用机制。结果表明:从能量耗散与释放角度来分析... 为探究加载系统刚度对岩石破坏模式及能量演化规律的影响,利用自主研发的刚性与变刚度试验系统开展双轴压缩试验,分析侧向约束作用下加载系统刚度对岩石峰后非稳态破坏及能量释放规律的作用机制。结果表明:从能量耗散与释放角度来分析岩样与试验机系统之间的相互作用,揭示了加载系统刚度下岩石破坏过程中能量耗散与释放的关系,并将其划分为稳定破坏(W_(d)>W_(u)+W_(e))、临界状态(W_(d)=W_(u)+W_(e))及不稳定破裂(W_(d)<W_(u)+W_(e))3种模式;在低刚度条件下,岩样的应力应变曲线表现出显著的应力跌落与起伏,呈现局部非稳态破坏,而在高刚度条件下,岩样的峰后应力缓慢下降,曲线呈台阶状并存在残余阶段;随着加载系统刚度的增大,岩样的最大应变能释放量和最大耗散能均呈非线性减少,而侧向约束力的增加则导致最大应变能释放量和最大耗散能的非线性增加;侧向约束的施加增强了刚度回弹效应,改变了岩石破裂时的能量释放模式,在峰后前期(ΔW_(pe)>ΔW_(pd)),能量释放较为迅速,峰后中期(ΔW_(pe)<ΔW_(pd)),能量主要以耗散为主,峰后后期(ΔW_(pe)≈ΔW_(pd)),能量释放和耗散进入稳定阶段。研究结果为理解加载系统刚度对岩石峰后破坏机制及动力灾害防治提供了理论基础,并提出通过侧向约束力、分阶段能量控制和降低岩体储能能力等措施,以改善能量释放模式,增强能量耗散,提升巷道围岩稳定性。 展开更多
关键词 加载系统刚度 侧向约束力 能量释放与耗散 峰后应力 非稳态破坏模式
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