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期刊信息/Journal information
岩石力学与工程学报
岩石力学与工程学报

冯夏庭

月刊

1000-6915

rock@whrsm.ac.cn

027-87869250

430071

武汉市武昌小洪山岩土力学研究所

岩石力学与工程学报/Journal Chinese Journal of Rock Mechanics and EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是中国岩石力学与工程学会主办的国内物理力学与工程类影响因子最高的国家矿业工程、建筑科学与水利工程类核心期刊；2001年为双月刊，2001年为月刊，国内外公开发行；以反映我国岩石力学与工程的新成就、新理论、新方法、新经验、新动向，促进我国岩石力学学科发展和岩石工程实践水平的迅速提高为宗旨。本刊也发表部分侧重于工程应用的土力学方面的文章。为尽快交流最新的学术信息，本刊还发表近期博士学位论文摘要、会议简讯、新书简介与相关的学术动态。
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    煤与瓦斯突出物理模拟试验研究现状及展望

    唐巨鹏张昕潘一山
    521-541页
    查看更多>>摘要：煤与瓦斯突出是煤矿井下开采活动中较为常见的动力灾害,严重威胁着矿井安全绿色生产.鉴于现场煤与瓦斯突出的不确定性、突发性和危险性,物理模拟试验成为了研究煤与瓦斯突出机制的有效手段.通过查阅大量文献发现:(1)突出模拟试验装置由单轴向双轴、常规三轴、真三轴迭代升级,试件尺寸由小到大,数据采集由单一到多元化,各种大型多功能真三轴可视化、模块化试验系统的成功研制,为煤与瓦斯突出发生机制的定量研究提供了有效平台;(2)开展大量围绕"三要素"的煤与瓦斯突出物理模拟试验研究,探索地应力、瓦斯压力、煤体物理力学性质对突出的影响程度,通过煤层温度和两相流冲击演化反演突出强度,基本掌握突出的发动条件及致灾机制,形成了具有我国特色的煤与瓦斯突出理论体系.然而,随着我国煤矿开采深度不断增加,深部煤与瓦斯突出机制变得更加复杂.针对新形势下煤与瓦斯突出研究存在的不足,对未来的研究方向提出建议和展望,旨在完善煤与瓦斯突出机制体系,突破定性假说研究阶段,对灾害孕育、发生、发展阶段的定量条件进行探索,为现场煤与瓦斯突出预测与防治提供可靠的理论基础.

    采矿工程煤与瓦斯突出试验装置物理模拟研究现状

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    基于围压因素的分级应力扰动下砂岩损伤破裂特性试验研究

    杨圣奇杨景孙博文刘广建...
    542-555页
    查看更多>>摘要：受制于采掘活动的频繁应力扰动,地下工程围岩的稳定性问题日渐突出,严重制约了地下矿产资源的安全高效开采.为了探究不同埋深下岩体在应力扰动过程中的损伤破裂机制,以常规三轴试验为基础,开展4组围压下的分级应力扰动室内试验,基于力学分析、声发射分阶段定位及损伤评价指标演化特征,确定分级应力扰动下岩石力学的损伤劣化规律及细观裂纹发育特征,建立岩石损伤状态—微观裂纹发育特征—损伤评价指标变化三者之间的关联.结果表明:(1)分级应力扰动下,岩石峰值强度和峰值轴向应变随围压升高逐渐增大.应力扰动各阶段轴向应变增量均呈现初期小幅波动,中期缓慢增加,后期快速增加的趋势;平均弹性模量呈现初期小幅波动后快速降低的趋势.(2)围压通过限制裂纹扩展降低岩石损伤累积速率,高围压下岩石能承受更多级应力扰动,且恒压阶段蠕变特征更明显.(3)加载前期,岩石内部裂纹发育仅在既有损伤区域的重复压密破坏和临近区域少量微裂纹的发育,扰动后期随着轴力的升高会使得围压限制作用减弱造成裂纹快速扩展.(4)岩石内部在加载不同阶段微裂纹发育的数量、尺度的变化能有效的体现在声发射b值和ΔF值,与岩石损伤程度耦合度较高,可用来定量评估岩石损伤状态.研究结果可为工程岩体的围岩稳定和损伤评估提供一定的指导和借鉴.

    岩石力学应力扰动力学特征裂纹发育声发射损伤指标

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    基于IPSO-MOC-RF算法的隧道智能支护方法研究

    马春驰李想徐洪伟李天斌...
    556-572页
    查看更多>>摘要：面对隧道支护参数设计与实际地质条件匹配度较低的"通病",智能支护理念呼声日趋增高,但实际研究与实施较少,建立智能支护决策方法对解决此问题具有重要意义.综合考量支护参数多样性与智能算法的适应性,通过改进随机森林算法与粒子群优化算法,提出一种适配多标签多输出数据类型的IPSO-MOC-RF智能决策算法.以勘察设计阶段、施工阶段及岩爆灾害为研究场景,建立支护参数分类指标体系;结合工程成功案例分别收集285,480和543份数据样本用于训练模型,MR值分别为0.886,0.917和0.897,汉明损失值为0.046～0.091;训练效果相比传统算法有明显提升,验证了该模型能有效提取地质指标与支护参数之间的复杂非线性映射特性.此外,通过Cesium平台集成BIM模型和智能决策模型建立隧道智能支护云平台,并应用于峨汉高速大峡谷隧道;采用统计对比分析、理论分析与现场连续监测的方法验证智能决策结果的有效性.结果表明:勘察设计阶段的7个样本中仅有1个结果失效;施工阶段的47个断面中仅有3个结果失效,选用的3个试验段全部成功,拱顶最大位移变形量为36.4mm,边墙为25.8mm;岩爆灾害的3个试验段均成功应用.模型应用效果显著,验证了该方法工程实际应用的可行性,可为隧道智能化建造的研究提供一种新思路.

    隧道工程智能支护方法支护参数多标签多输出随机森林

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    加载速率影响下含雁行裂纹-钻孔煤体变形破坏特征研究

    潘红宇冯高远纪翔李佳航...
    573-586页
    查看更多>>摘要：为研究加载速率影响下瓦斯抽采钻孔孔周煤体变形破坏特征,开展不同加载速率下含雁行裂纹-钻孔复合缺陷煤样单轴压缩试验,结合数字图像相关技术,分析不同加载速率下复合缺陷煤样的力学特性、破坏模式与表面变形场演化规律.通过计算机视觉技术,进一步研究加载速率影响下钻孔破坏和雁行裂纹扩展特征,揭示含复合缺陷煤样变形破坏的加载速率效应.结果表明:(1)雁行裂隙-钻孔复合缺陷试样在不同加载速率作用时表现出低加载速率下高强度、高加载速率下低强度的特性,0.2mm/min为试样的临界加载速率,在临界加载速率处试样的峰值应力、峰值应变、弹性模量的变化趋势发生改变.(2)不同加载速率下试样均呈现渐进性破坏特征,破坏形式以张拉剪切混合破坏为主,随着加载速率增加拉伸作用逐渐占到主导地位.在雁行裂隙诱导下,低加载速率时表现为沿着新生裂隙与雁行裂隙形成贯通面发生剪切错动破坏,高加载速率时表现为沿着新生裂隙水平张开发生拉伸破坏.(3)引入钻孔张缩量C来定量表征钻孔变形程度.在低加载速率下钻孔张开,C＞1,随加载速率增加C逐渐降低,在高加载速率下钻孔先张开然后迅速塌缩,最终C＜1.(4)雁行裂隙在加载作用下发生逆时针方向错动与张开,变形主要集中在不稳定裂隙扩展阶段.随着加载速率的增加,雁行裂隙错动量与张开量均显著增加,且试样受张拉效应增强,张开变形比例逐渐高于错动变形比例.

    岩石力学加载速率抽采钻孔雁行裂纹钻孔变形裂隙扩展

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    考虑孔弹性效应的煤岩微纳米孔隙瓦斯表观渗透率模型及其在瓦斯抽采中的应用

    李伟杨康邓东王海锋...
    587-599页
    查看更多>>摘要：煤岩微纳米孔隙中孔弹性效应对其产气量具有重要影响,而目前微纳米孔隙中渗透率模型很少考虑此因素.为了探究煤岩微纳米孔隙中孔弹性效应对气体流动机制的影响,基于微纳米孔隙中孔弹性效应与多种机制流动模型,构建一种考虑孔径动态变化的瓦斯表观渗透率模型,并分析动态表观渗透率模型的主控流动机制与微纳米孔隙中滑脱效应对瓦斯开采产量的贡献程度.研究结果表明:孔弹性效应通过影响孔径演化,改变滑脱效应、表面扩散效应对表观渗透率的贡献程度.随着孔隙压力增大,动态表观渗透率比值依次受到气体滑脱效应、孔弹性效应主控,滑脱效应对表观渗透率比值(孔弹性效应影响的表观渗透率与初始表观渗透率的比值)的贡献程度在低压时随着孔隙压力增大迅速下降,在高压时缓慢下降.深部低渗透率煤层瓦斯开采过程中,滑脱效应对瓦斯开采产量的贡献程度分别呈现初期时快速增大,中期时缓慢下降及后期时缓慢增加的趋势.微纳米孔隙平均孔径越低时,滑脱效应对瓦斯开采产量贡献程度越大.

    采矿工程瓦斯表观渗透率孔弹性效应滑脱效应微纳米孔隙瓦斯抽采

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    不同温度作用下砂岩微观结构变化与演化规律实验研究

    王刚郑金叶刘义鑫辛林...
    600-610页
    查看更多>>摘要：深部煤层的高地应力以及地下气化过程中产生的高温热应力的共同作用会对岩石造成损伤,破坏煤层围岩的稳定性.采用扫描电子显微镜、X射线衍射、CT扫描等实验手段对砂岩试样不同温度(25 ℃,200 ℃,400 ℃,600 ℃,800 ℃,1 000 ℃)下微观结构及矿物成分变化情况进行研究.结果表明:温度变化对砂岩的微细观结构具有重要影响.砂岩的孔隙率整体上随温度的升高而增大,1 000 ℃的砂岩孔隙率最大,25 ℃的砂岩孔隙率最小.砂岩不同孔径的孔隙数量总体上随温度的升高而减少,但1 000 ℃砂岩的微孔数量最多,25 ℃砂岩其他孔径的孔隙数量最多.加热后砂岩开始产生微裂纹,当温度超过600 ℃时,试件产生的微裂纹的数量明显增加,微裂纹长度、宽度及密度随着温度的升高进一步扩展.试件的矿物成分衍射强度及矿物的含量随温度的变化各不相同,超过600 ℃时各类矿物成分衍射强度变化发生转折,超过400 ℃时,砂岩内部矿物成分发生物理化学反应,晶体之间发生转化,随温度的升高,石英矿物含量逐渐增加,长石矿物逐渐减少;试件表观形态变化的临界温度为400 ℃.

    岩石力学砂岩热损伤微细观结构矿物成分孔隙结构

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    基于相场法的花岗岩弹塑性损伤模型及其细观力学行为研究

    李明耀李绍金彭磊丁宇飞...
    611-622页
    查看更多>>摘要：花岗岩的细观非均质性对其损伤破坏行为有着重要影响.基于热力学原理和力与能量平衡方程,在经典相场模型框架内引入适合岩石类材料的非关联塑性本构关系,构建弹塑性相场模型,通过与解析解和试验数据对比,验证了其正确性和可靠性.在此基础上,采用数字图像处理建立符合真实细观结构的花岗岩非均质数值模型,并对其三轴压缩试验进行数值模拟,在细观尺度预测其宏观力学行为以及分析岩石裂纹扩展机制.研究结果表明:通过与试验数据和传统弹脆性相场模拟结果对比,建立的基于花岗岩真实细观结构的弹塑性相场模型可以很好地捕捉其宏观非线性力学行为;花岗岩的内部裂纹的起裂、扩展以及局部应力场的分布会受到矿物颗粒的力学性质、几何形状及分布的影响.该研究方法为今后研究岩石多尺度损伤破坏问题提供一种简单有效的途径,对评价地下工程中围岩力学性质有着重要的工程实践意义.

    岩石力学弹塑性相场模型数字图像处理非关联塑性本构三轴压缩裂纹扩展细观力学

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    不同注浆材料填充双裂隙类岩石试样力学特性研究

    刘学伟王赛刘滨刘泉声...
    623-638页
    查看更多>>摘要：注浆是裂隙岩体稳定性控制的主要技术之一,不同注浆材料对裂隙岩体的注浆加固效果存在较大差异.选取硫铝酸盐水泥(SAC)、普通硅酸盐水泥(OPC)和环氧树脂(EPR)3种注浆材料,对预制平行双裂隙类岩石试样进行充填,开展单轴压缩试验、声发射以及扫描电镜试验.结果表明:EPR填充对裂隙试样强度最大,OPC水泥次之,SAC水泥最小.试样破坏模式则受填充材料影响突出,EPR填充试样不受预制裂纹控制,而SAC和OPC填充试样则主要由于裂隙扩展贯通发生的拉剪混合破坏.扫描电镜结果表明上述差异主要受控于不同浆液类型的浆-岩胶结特征,SAC和OPC填充浆-岩界面为覆盖型,而EPR填充则为融合型.在上述试验结果基础上,采用颗粒流程序(PFC)建立表征不同胶结模式的数值模型,分析不同注浆填充材料加固机制.数值模拟结果表明,试样加载过程中拉剪微裂纹比例、微裂纹倾角分布以及颗粒位移方向均受填充材料影响.因此,对于不同注浆材料,其自身强度和胶结性能改变了浆-岩胶结模式,影响了裂隙充填试样的受力状态,进而造成加载过程中浆液和周围岩体颗粒运动和微破裂的差异,最终影响了宏观强度特性和破坏模式.

    岩石力学注浆材料浆岩胶结强度特征数值模拟破坏特征

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    近断层砂化白云岩隧洞突水涌砂演化过程及防突岩盘安全厚度研究

    张延杰董家兴周志强周伦顺...
    639-652页
    查看更多>>摘要：滇中引水工程砂化白云岩隧洞突水涌砂灾害频发,严重制约工程进度并威胁着施工安全.通过施工跟踪、砂化白云岩隧洞突水涌砂案例统计、理论分析等手段,总结富水洞段突水涌砂的成灾条件及灾变特征;基于小扑隧洞典型近断层段的突水涌砂灾害原型,采用FLAC3D模拟突水涌砂过程渗流场、应力场、位移场的演化,确定突水涌砂灾害的防突岩盘安全厚度临界判据,并建立系统、可行的灾害防控体系.研究结果表明:(1)突水涌砂通常发生在断层发育的富水强烈、剧烈砂化洞段;(2)突水涌砂灾变演化过程中,强烈、剧烈砂化白云岩孔隙水压力均存在漏斗效应,剧烈砂化白云岩渗流量变化与强烈砂化白云岩相比存在时滞性,并且剧烈砂化白云岩的渗流量明显比强烈砂化白云岩小;(3)强烈砂化白云岩隧洞开挖至距离断层4m时,隧洞围岩应力出现突变现象,剧烈砂化白云岩隧洞开挖至距离断层8～9m时,呈现出明显的拉应力区域;(4)强烈砂化洞段拱顶最大沉降于开挖至距离断层1m时出现,而剧烈砂化洞段位移场演化无明显规律;(5)确定了富水砂化白云岩隧洞防突岩盘安全厚度临界判据,通过工程实例计算得到的最小安全厚度与实际工程预留接近.结合综合超前地质预报、富水砂化白云岩隧洞突水涌砂演化过程建立的隧洞施工期突水涌砂防控体系,可为富水砂化白云岩地下工程易发频发的突水涌砂灾害防控提供借鉴.

    隧道工程富水砂化白云岩工程原型流固耦合演化过程防突岩盘安全厚度

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    预应力锚杆拉拔力学特性及临界锚固长度研究

    孙克国许炜萍黄谦武佩锋...
    653-669页
    查看更多>>摘要：相较于非预应力锚杆而言,预应力锚杆在受到拉拔作用后呈现出特殊的支护力学特性.为深入探明预应力锚杆的这一特点,采用足尺室内实验和理论分析的方法研究预应力锚杆在受载后的力学响应情况,掌握预应力锚杆的支护力学特点及其机制,进一步丰富和扩展了预应力锚杆的主动支护理论,并从锚固系统支护效果最优化的角度出发,基于二次开发手段提出一种预应力树脂锚杆临界锚固长度的数值计算方法.结果表明:(1)预应力施加后锚杆的荷载-位移曲线形态发生了明显变化,在前期支护刚度增加,同时出现荷载突变点,且随着预应力施加量值的增加,突变点处荷载从17.3 kN增加至54.6 kN;(2)预应力锚杆在受载后呈现出"先刚后强"的支护力学特性,在支护前期能够迅速达到较大的承载力,有效提高锚杆控制围岩变形的能力;(3)建立的数值分析模型很好地再现了锚固系统在受到拉拔荷载时的力学响应情况,基于该模型分析了不同锚固长度条件下锚固系统的承载能力峰值,确定了该实验条件下树脂锚杆的临界锚固长度为44 cm.相关研究成果对认识预应力锚固系统的支护力学特性和参数设计具有指导意义.

    岩石力学预应力锚杆拉拔实验锚固长度支护力学

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