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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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    锚固方式对岩石节理宏细观剪切特性的影响及其机制研究

    蒋宇静张孙豪栾恒杰左海峰...
    1301-1315页
    查看更多>>摘要：随着岩体工程规模的不断扩大和赋存环境的日趋复杂,岩石节理剪切滑移引起锚杆破断的现象日益突出.认清锚固节理的剪切特性及其抗剪机制对于岩体工程稳定性控制设计至关重要.通过开展锚固节理剪切试验与数值模拟,系统研究全锚和端锚2种方式对岩石节理宏细观剪切特性的影响及其机制.结果表明:全锚方式下锚固剂的存在会使锚杆迅速发挥其"销钉作用",而端锚方式下在剪切位移超过钻孔与锚杆间的间隙后锚杆才开始发挥作用;在锚杆破断前,全锚方式相对于端锚方式的峰值剪切应力和破断剪切应力更大;相同剪切位移下相对于端锚,全锚条件下锚固节理的裂纹数量更多;全锚方式下裂纹集中在锚杆附近,尤其是锚杆与节理相交处,端锚方式下裂纹分布较为分散,在端头锚固处、锚杆与节理相交处以及垫片处均有分布;相同剪切位移条件下,全锚锚杆的剪切应力远大于端锚锚杆,但其轴向应力因受到锚固剂限制主要集中在节理面附近;端锚方式下锚杆轴向应力被充分调动,传递至垫片处后可有效增大节理的法向应力;端锚锚杆和全锚锚杆的变形范围均不断增大,但端锚锚杆的变形范围显著大于全锚锚杆.

    岩石力学岩石节理锚固方式宏细观剪切特性数值模拟

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    高水压高应力岩石声波传播频域特性试验研究

    金解放黄方博赵康艳王宇...
    1316-1334页
    查看更多>>摘要：深部岩体工程处于高水压高地应力环境中,其损伤演化特性受赋存环境的影响;声波广泛用于表征岩石(体)损伤累积演化程度.为研究高水压高地应力下岩石的声波传播规律和衰减机制,基于自主研发的高水压高应力岩石声波测试系统,设置6个水压力和5个轴向静应力等级,分别模拟不同的地下水压力和地应力环境,对孔隙率差别较大的红砂岩和石灰岩开展声波传播试验.确定声波首波选取方法,将首波进行傅立叶变换,分析频谱曲线的变化特性;定义频域传输系数,分析频域传输系数、质心频率和品质因子的变化规律,探索波阻抗与品质因子的关系,构建岩石频域衰减的经验模型.研究结果表明,随水压力增大,红砂岩的声波频谱面积和频域传输系数先增加后减小,频域传输系数与水压力呈高斯函数关系;而石灰岩的2个参数先整体增大后缓慢变化.随轴向静应力增大,2种岩石的频域传输系数均先增加后减小.随水压力增大,红砂岩的质心频率呈线性下降,出现"频率漂移"现象,而石灰岩的先上升后缓慢发展;随轴向静应力增大,不同岩石声波质心频率先上升后下降.2种岩石品质因子随水压力先快速增加后减小,但减小程度具有差别,红砂岩品质因子减小显著,石灰岩减小较小.2种岩石处于压密阶段时品质因子增大,达到损伤阶段时品质因子减小.研究成果为探索深部高水压环境下岩石损伤演化声学研究方法奠定了理论基础.

    岩石力学深部高水压岩石声波传播频域传输系数质心频率品质因子

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    BFRP抗浮锚杆抗拔性能现场试验与荷载传递特性

    白晓宇吴泽坤王凤姣孙淦...
    1335-1346页
    查看更多>>摘要：玄武岩纤维增强聚合物(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)锚杆具有自重轻、抗拉强度高、耐腐蚀性能好等优点,率先将BFRP锚杆应用于滨海某医院的地下室抗浮中.基于5根不同锚固长度、不同直径的全螺纹BFRP抗浮锚杆的极限抗拔试验,分析抗浮锚杆的破坏形态,明确锚杆杆体和锚固体的荷载-位移变化规律,探究BFRP抗浮锚杆杆体轴力和剪应力随锚固深度的分布规律,并讨论BFRP锚杆的破坏机制.研究表明:(1)2组BFRP抗浮锚杆的抗拔承载力均超过400 kN,完全满足工程的抗浮要求;(2)随着锚固长度与杆体直径的增加,抗浮锚杆的极限抗拔承载力略有增加,但杆体位移相应增大;(3)BFRP抗浮锚杆轴向应力在孔口处最大,随深度增加而加速降低,轴向应力的传递深度约为锚固长度的2/3,通过增加锚固长度来提升抗浮锚杆的抗拔承载力有限;(4)BFRP抗浮锚杆的剪应力先沿锚固深度迅速增加,在锚固深度0.75 m附近达到峰值后逐渐减小,剪应力峰值随荷载水平的增加而增大.试验结果为BFRP抗浮锚杆的应用奠定了基础.

    岩石力学玄武岩纤维增强聚合物BFRP抗浮锚杆极限载荷试验荷载传递轴力剪应力

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    三轴压缩下实时高温和热处理后碳酸盐岩力学特性的试验研究

    杨文东王柄淇姚军井文君...
    1347-1358页
    查看更多>>摘要：高温高应力条件对深层超深层油气的高效开采提出了极大的挑战.为探究实时高温和热处理2种温度作用下储层岩石力学性质变化的区别,通过自主研制的多场耦合试验系统对新疆塔里木油田的碳酸盐岩展开实时高温和热处理后的三轴压缩试验,分析2种试验情况下岩石强度、变形、破坏模式和力学参数的演化规律.结果表明:(1)随温度升高,实时高温下碳酸盐岩脆-延转化的临界围压减小,热处理后岩石的临界围压增大.(2)在2种试验条件下,碳酸盐岩的弹性模量都随温度的增加而减小;泊松比呈现出不同的变化规律;另外实时高温下碳酸盐岩的弹性模量和泊松比与围压的关系可用指数函数来表示.(3)碳酸盐岩的破裂角随围压的增大而减小;实时温度下岩石的破裂角和常温下相比变化不大,热处理后岩石的破裂角有增大的趋势.(4)与常温和加热处理后的岩石相比,实时高温对碳酸盐岩的体积应变和扩容应力影响更为明显,实时高温下的岩石更易进入屈服阶段.此研究结果有助于深入了解深层碳酸盐岩储层受高温影响下力学性质的变化规律,并为深层油气的安全高效开采提供理论依据.

    岩石力学碳酸盐岩力学行为实时高温高温处理

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    考虑流体热物理性质动态演化的高温岩石粗糙裂隙渗流传热效应研究

    申林方苏威张家明王志良...
    1359-1370页
    查看更多>>摘要：为了研究高温岩体粗糙裂隙渗流-传热耦合作用机制,提高地热能的开采效率,基于格子Boltzmann方法采用双分布函数分别模拟渗流速度场及传热温度场的演化过程,考虑流体温度对其运动黏度及热扩散系数的影响,建立模拟粗糙岩石裂隙渗流-传热过程的数值计算模型,并结合经典算例验证计算模型的准确性.最后,基于该模型研究裂隙壁面粗糙程度、流体热物理参数动态演化等因素对其渗流-传热耦合作用机制的影响,并讨论裂隙壁面粗糙程度与地热提取性能指标之间的联系.研究表明:粗糙裂隙壁面的阻碍作用会增大惯性压降,降低渗流流速,使得流体与岩石基质间的传热更充分,出口处的流体温度更高.忽略流体温度对其运动黏度的影响,将会严重高估裂隙内的渗流流速,并低估其热突破时间.随着裂隙壁面粗糙程度的加剧,其热突破时间逐渐增加,而采热速率则呈减小的趋势.当裂隙壁面分形维数为1.079 8时,其热突破时间比光滑裂隙增加了 191.49％;而采热速率则仅为44.36％.此外,在裂隙两端压降相同的情况下,其壁面越光滑,在相同时间内获得的热回收率越高,但由于其热突破时间较短,使得在热突破时刻的热回收率显著降低.

    岩石力学粗糙裂隙地热渗流-传热耦合格子Boltzmann方法

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    考虑压痕尺寸效应的岩石矿物摩擦特性研究

    黄曼刘海俊洪陈杰刘丹...
    1371-1382页
    查看更多>>摘要：岩石矿物组分间的力学特性差异是影响宏观摩擦行为的关键因素.基于靶向试验法测试砂岩矿物在8种法向荷载下的压痕力学特性,并研究其在基本稳定法向荷载下的划痕摩擦特性.结果表明:随着法向荷载的增加,硬相矿物的变形参数(硬度和弹性模量)呈现负压痕尺寸效应,软相矿物的变形参数呈现无明显压痕尺寸效应,综合确定4种矿物的基本稳定法向荷载为8 mN;在稳定法向荷载下,随着划痕长度的增加,硬相矿物中石英和钠长石的摩擦力先快速增加后保持稳定,而方解石与软相矿物中绿泥石的摩擦力均先快速后缓慢增加,统计计算得到4种矿物对应的平均弹性恢复率分别为13.29％,15.81％,35.91％和42.28％.进一步结合微观机制分析发现,矿物的位错蠕变和位错演化分别是影响压痕尺寸效应和划痕黏滑行为的关键因素.上述研究结果为岩石宏微观力学行为的关联性研究提供参考意义.

    岩石力学纳米压痕纳米划痕压痕尺寸效应位错黏滑

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    寒区隧道围岩-喷层界面增黏与抗冻试验研究

    刘慧徐海南任建喜申艳军...
    1383-1396页
    查看更多>>摘要：寒区隧道普遍受到冻融作用影响,易发生沿着混凝土衬砌结构与围岩界面损伤与脱黏现象,严重影响隧道工程施工质量与安全运营.为提升隧道围岩-喷层界面黏结强度与抗冻性能,将围岩-喷层界面简化为岩石-混凝土二元体,研制适用于提升围岩-喷层界面黏结性与抗冻性的水泥基界面剂,并开展水泥基界面剂喷涂前后的砂岩-混凝土界面黏结强度及抗冻性能对比试验.试验结果表明:(1)冻融作用产生的岩石-混凝土界面中与硅氧四面体平行的主链破裂,是导致岩石-混凝土界面黏结性能降低的核心原因;(2)通过试验适配研制,提出适用于提升寒区隧道喷层界面黏结性与抗冻性的水泥基界面剂最优配合比为:水泥∶水∶硅微粉∶硅烷偶联剂∶高分子胶凝材料(水性丙烯酸酯腹膜胶+竹材液化酚醛树脂)=10∶4.4∶0.8∶0.2∶1∶0.5;(3)因水泥基界面剂的高分子水化作用,喷层界面产生的"树根桩"效应扩大了岩石与混凝土接触面的栓堵程度,同时,硅烷偶联剂的化学键合作用提升了界面间的机械咬合力,二者耦合增强作用提高岩石-混凝土界面的黏结剪切强度和劈裂强度.通过对比试验发现,在冻融30次后,采用水泥基界面剂处理后,岩石-混凝土界面剪切强度较未处理试样可提升109％,黏结劈裂强度则提升了 78％;(4)水泥基界面剂中硅氧烷水解缩合作用产生的硅氧键吸附在岩石-混凝土界面形成的疏水层,抑制了界面富水区扩展;而联合反应生成的硅凝胶发生相变释放热量,减少了岩石-混凝土界面冻融损伤,可抑制岩石-混凝土界面裂纹萌生与扩展.(5)研制的水泥基界面剂本身具有良好的抗冻性,特别是在-10 ℃～10 ℃的冻融环境中可高效发挥提升围岩-喷层界面黏结性及抗冻性的功能.研究为寒区隧道围岩-喷层界面增黏与抗冻处理提供了一种新的解决方案.

    隧道工程岩石-混凝土水泥基界面剂冻融循环黏结强度抗冻性

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    典型滑坡涌浪降能减浪试验研究

    黄波林董星辰殷跃平李仁江...
    1397-1405页
    查看更多>>摘要：我国西部大量水库滑坡主要以涌浪形式致灾;采用当前滑坡规范防治涌浪,经济成本巨大,以白鹤滩库区水瓶子1#滑坡为原型;构建了比例尺1∶150的三维原型物理试验场,进行滑坡涌浪降能减浪试验以找寻更为经济的滑坡涌浪降险方案.试验结果表明,当蓄水825 m叠加Ⅷ度地震的极端工况时,滑坡将以7.37 m/s的最大速度冲击白鹤滩水库,产生涌浪的最大波幅为7.59m,环象鼻岭区域最大爬高超出居民区地面约为3.5 m,将严重威胁超过4.5 km的河道和象鼻岭社区安全.随着削方体积从10.0×104m3增到47.9×104m3,滑坡降能减浪效应明显.滑坡造浪能量下降约94.8％,最大波幅和环象鼻岭最大爬高分别下降至4.35和1.73 m,大于1 m的涌浪区域仅分布在滑坡入江区和金沙江对岸区域,滑坡涌浪灾害风险急剧下降.基于此,本文提出并探讨了以滑坡涌浪危险程度为衡量指标的反馈式滑坡涌浪降险工程设计思路和滑坡涌浪降险工程设计安全裕度实现方法,推荐了可大幅降低水瓶子1#滑坡治理经济成本的降险设计方案.滑坡涌浪降险防治思路是对滑坡防治规范的有益补充,尚有待进一步发展和推广应用.

    边坡工程白鹤滩库区滑坡涌浪风险防范原型物理试验造浪能量

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    基于振动信号的岩石单轴抗压强度钻进预测实验研究

    郝建刘河清刘建康吕家庆...
    1406-1424页
    查看更多>>摘要：为了研究钻进振动信号与岩体地质力学参数之间的响应关系,准确、快速地感知、预测岩石单轴抗压强度,开展基于钻进振动信号的岩石单轴抗压强度预测研究.以室内钻取花岗岩、石灰岩、砂岩和煤四类原岩(煤)试件实验为基础,结合傅里叶变换和振动信号降噪方法构建GA-BP神经网络模型,并对比分析降噪前后以及不同降噪方法模型的预测性能.结果表明:钻进振动信号与岩石单轴抗压强度之间有响应关系,应用钻进振动信号可预测岩石单轴抗压强度;采用Adobe Audition软件对振动信号进行降噪处理的GA-BP神经网络预测模型决定系数R2为0.838,均方根误差为7.063 MPa,平均绝对误差为5.347 MPa,其结果优于原始预测模型和一般降噪方法预测模型;与原始预测模型相比,最优降噪模型在预测精度上提升了 6.3％,均方根误差减小1.954MPa,平均绝对误差减小1.621 MPa;同一预测模型中不同岩性的预测效果存在一定差异.降噪信号GA-BP神经网络预测模型对单轴抗压强度有较优秀的预测能力,所用方法可为在岩体地质力学参数随钻测量方面提供基础.

    岩石力学钻进振动信号单轴抗压强度傅里叶变换信号降噪人工神经网络

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    岩石非线性细观损伤-塑性耦合本构模型及其数值实现

    张志镇滕业奇周睿张辉...
    1425-1442页
    查看更多>>摘要：为了体现岩石在压缩过程中的压剪破坏模式,解决传统多尺度岩石损伤力学本构模型不能描述剪切弱化的问题,在多尺度岩石损伤力学框架内,通过考虑局部应力Lode角对屈服函数的影响,引入局部莫尔-库仑塑性屈服函数,建立一个新的岩石非线性细观损伤-塑性耦合本构模型.推导出本构模型在常规三轴压缩情况下应力-应变的解析解,进而给出本构模型所有参数的标定方法.采用优化后的半隐式解耦算法将本构模型写入LS-DYNA材料库,通过单元测试验证算法的有效性和收敛性,并对石灰岩三轴压缩力学特性进行模拟,数值模拟结果和试验数据具有较好的一致性.最后,进行本构模型参数敏感性分析,得出模型参数对岩石峰值应力、峰值应变、脆延转变等力学行为的影响规律.所建立的本构模型不需要引入额外的硬化/软化函数,显著减少了模型参数的数量,且参数具有严格的标定方法,采用关联流动法则即可完成对轴向、横向及剪切非线性力学行为的准确描述;优化后的半隐式解耦算法收敛性较好,所编译的LS-DYNA求解器计算过程稳定,且计算速度显著快于岩石传统现象学模型,这对于本构模型的实际应用具有重要意义.

    岩石力学细观力学损伤-摩擦耦合模型局部应力Lode角半隐式解耦算法

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