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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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    巷道支护管索组合结构剪切力学响应精细有限元分析

    单仁亮宋威张书鹏刘帅...
    1561-1579页
    查看更多>>摘要：为防止支护工程中锚索在剪切荷载下过早发生破断,一种将C型钢管与锚索进行组合的管索组合结构被提出,该结构抗剪增强机制尚未完全揭示.利用ABAQUS软件建立管索组合结构的非线性有限元精细化模型,锚索钢绞线采用七股实际结构模型,并考虑各个组成部分的接触、失效等相互作用,对管索组合结构抗剪机制进行研究.结果表明:剪切初期,管索组合结构在剪切面位置剪力和对称分布弯矩作用下形成"S"形态弯曲及对称塑性铰,其后变形以塑性铰向远离剪切面方向扩展与中间段锚索的拉伸为主,最终管索组合结构失效原因为锚索以拉伸破断为主的拉剪复合破坏;随剪切荷载的增加,C型管在锚索弯曲变形范围内逐渐闭合,与锚索共同受力,增强整体结构抗弯刚度,C型管两端部发生开缝张开与整体扭转,与C型管中间段闭合变形相协调,C型管能够使结构与试块接触压力分布更为均匀,改善受力条件;试块界面局部混凝土处于三轴受压状态,随剪切荷载增加,试块内部形成逐渐扩大的承压区域,局部混凝土破碎失效,混凝土逐步破碎失效过程与管索组合结构塑性铰的扩展同步发生.

    岩石力学双剪试验预应力锚索数值模拟塑性铰破断机制

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    下期内容预告

    1579页
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    持续高温作用下花岗岩特征应力及声发射特征试验研究

    赵奎李从明曾鹏熊良锋...
    1580-1592页
    查看更多>>摘要：在核废料地质处置、地热资源开发等地下工程中,持续高温作用导致岩石强度和变形性能显著降低,易诱导工程灾害发生.因此探究持续高温作用下花岗岩特征应力及声发射特征具有重要意义.基于此,以350 ℃及950 ℃为目标温度,对不同高温持续时间后花岗岩进行单轴压缩声发射试验,重点分析高温持续时间对特征应力点及其声发射特征影响规律.结果表明:(1)随着高温持续时间增加,花岗岩质量损失率、体积膨胀率、纵波衰减率呈指数型增大.(2)350 ℃持续高温下,单轴抗压强度、弹性模量、峰值应变及特征应力随持续时间增加呈指数型增大;950℃持续高温下,单轴抗压强度、弹性模量及特征应力随持续时间增加呈指数型减小,峰值应变呈指数型增大.(3)特征应力受高温持续时间变化敏感度程度为:闭合应力＞起裂应力＞损伤应力＞峰值应力.(4)随着高温持续时间增加,350 ℃下花岗岩特征应力处声发射主频减小、幅值增大,多重分形参数增加,小尺度破裂逐渐占主导;950 ℃下花岗岩特征应力处声发射主频增大、幅值减小,多重分形参数减小,大尺度破裂逐渐占主导.(5)高温引起的热致裂纹和孔隙变化主要在持续时间8 h前,超过8h之后,高温持续时间对其影响程度显著降低.

    岩石力学高温持续时间特征应力声发射多重分形SEM

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    三维加载密封装置研制及煤厚变异区突出模拟试验分析

    高魁刘泽功马衍坤乔国栋...
    1593-1606页
    查看更多>>摘要：复杂性岩土工程问题目前尚难以用理论研究方法或数值模拟方法得到准确解答,采用物理模型试验研究方法可较好的弥补上述难题,国内外学者对物理模型试验和三维液压加载装置进行大量的研究.针对小尺寸的装置很难考虑和涉及地质构造因素的影响,大尺寸三维液压加载装置的箱体密封困难等问题,自主研制大型真三维液压加载密封试验装置,装置反力框架整体尺寸为4 300 mm×3 580 mm×3 150 mm(长×宽×高),试验加载箱体外形尺寸为2 050 mm×1 400 mm× 1 300 mm,箱体为三向真三轴面加载密封箱体,可进行10 MPa地应力及3 MPa高压气体条件下煤岩样真三轴加载试验.同时,利用该装置进行煤矿井下巷道掘进过程中,遇到煤厚变异区的煤与瓦斯突出相似模拟试验,研究揭煤过程中瓦斯压力、煤岩应力和温度的变化规律.充气过程中,煤体吸附瓦斯放热使煤层内的温度升高;突出发生前,位于煤厚变异区的应力值较大;突出发生的瞬间,高速气流携带破碎煤岩疾速喷出,突出点附近的瓦斯压力迅速下降;突出发生后,瓦斯解吸和对外膨胀做功使煤层内的温度下降,煤厚变异区构造带附近的温度变化最为显著,下降最大可达7.3 ℃.顶底板煤岩交界面的应力同时急剧下降,煤厚变异区产生了较高的应力集中,应力值存在短暂升高的过程,最大值达到了 1.4MPa,突出煤粉质量比为34.75％.最后,根据试验结果对煤厚变异区突出过程进行能量分析,实验结果符合煤与瓦斯突出的能量失稳判据,揭煤外力扰动会直接或者间接诱导煤与瓦斯突出发生.

    采矿工程煤厚变异煤与瓦斯突出模拟试验地质构造

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    不同岩层倾角顺倾层状岩质边坡破坏机制研究

    孙书伟李圆杨晓锐胡家冰...
    1607-1620页
    查看更多>>摘要：顺层岩质边坡在自然界中广泛存在,研究顺层岩质边坡的变形破坏机制是边坡工程中的重要课题.运用底摩擦试验以及数值模拟手段,对不同岩层倾角条件下顺层岩质边坡的破坏机制进行对比分析.研究结果表明:(1)边坡的破坏机制随岩层倾角的不同发生显著改变,层面倾角为10°时边坡破坏模式为滑移-拉裂,层面倾角为30°时破坏模式为平面滑动-剪出,层面倾角为45°时破坏模式为滑移-挤压,层面倾角为75°时破坏模式为弯曲-倾倒;(2)基于测点图像追踪技术获取顺层岩质边坡的破坏过程,特征点位移结果表明顺层边坡的变形破坏具有明显的阶段性;(3)边坡安全系数与岩层倾角直接呈非线性相关,当岩层倾角为0°～25°时,安全系数随岩层倾角的增大逐渐降低,当岩层倾角为25°～70°时,安全系数随岩层倾角的增大而逐渐增大,岩层倾角大于65°,边坡安全系数变化不大;对于边坡稳定性,底摩擦试验与数值分析的结果较为一致;不同岩层倾角条件下顺层岩质边坡的稳定性显著差异的原因在于边坡破坏机制的显著变化.研究成果可为顺倾层状结构岩质边坡的安全评价和灾害识别提供参考.

    边坡工程顺倾岩质边坡底摩擦试验破坏机制边坡稳定性

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    含水泥岩卸荷蠕变数值模拟及劣化机制研究

    王宇夏厚磊邓华锋李建林...
    1621-1635页
    查看更多>>摘要：为揭示含水泥岩卸荷蠕变破坏机制,开展不同含水率泥岩升轴压卸围压蠕变试验、细观结构测试及数值模拟分析.试验结果表明,含水率对泥岩蠕变变形影响显著,且同一蠕变应力水平下,轴向应变受含水率影响显著大于侧向.SEM图像分析表明,含水率增大导致泥岩内部孔隙度增大,矿物颗粒被溶解弱化,由致密程度好、强度高向强度低、疏松多孔不规则的堆积结构转化;并基于真实的泥岩细观结构特征,生成了统计学上等价的细观结构网络,建立了相应的GBM-PSC数值模型,并进行了验证.数值模拟计算结果发现,各类微裂纹数量均随含水率增大而增加,晶内张拉裂纹数量呈先增大后稳定再增大趋势,而晶间剪切裂纹数量则随含水率增大而持续增加;接触切向力角度偏转值及平均孔隙度均随卸荷蠕变时间增大呈先减小后稳定再增大趋势,且含水率越大,变化趋势越显著.最后,建立干燥及含水泥岩三阶段卸荷蠕变劣化演化模型.研究结果可为水作用下软岩工程开挖卸荷蠕变变形破坏机制研究提供一定的理论参考.

    岩石力学含水泥岩卸荷蠕变细观结构网络PFC2D数值模型劣化机制

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    基于循环加卸载的煤岩体破坏力学行为和能量演化规律研究

    赵国贞程伟刘超梁卫国...
    1636-1645页
    查看更多>>摘要：近距离煤层群开采过程中,多重采动会产生显著的循环加卸载效应,为研究循环应力下煤柱及围岩稳定性,结合声发射信号监测,开展煤岩单体和煤岩组合体的单轴循环加卸载试验和PFC3D数值模拟计算.研究结果表明:循环加卸载下,试件应力-应变曲线会呈现出"疏-密-疏"的特征,结合声发射计数和裂纹衍生数目,其变形过程可分为孔隙裂隙压密阶段、弹性变形和裂纹稳定发展阶段、裂纹非稳定发展阶段;循环载荷对组合体中低强度的煤具有强化作用,但会弱化岩石本身强度,试验中不同组合体的平均弹性模量相较单体煤提升了 7.03％～18.95％,较单体岩石减弱了 0.48％～6.76％,强化/弱化作用与形成组合体的单体试件强度差异呈正相关;循环加卸载过程中,试件裂纹萌生速率和裂纹数目与其强度和变形特性有关,脆性岩体试件的裂纹发育主要集中在裂纹非稳定发展阶段,且试件强度越高,裂纹非稳定发展阶段越集中,而塑性岩体试件的裂纹发育在整个循环加卸载过程均处于一个较为活跃状态;煤、岩单体试件在循环加卸载试验下的破坏模式以压-剪破坏为主,呈单斜面剪切破坏裂纹,而煤岩组合体失稳破坏时,煤体端部先形成柱状劈裂或斜面剪切破坏,破坏面延伸至煤-岩交界面发生偏转,延伸向组合体边界,且偏转角度随组合体中岩石强度增加而增大;循环加卸载试验中,试件的弹性能和耗散能均呈现出增加趋势,单次循环过程中产生的弹性能和耗散能与其自身强度特性呈现负相关,但循环累计产生的弹性能和耗散能与试件自身强度呈正相关.研究结果表明,改变顶底板围岩强度、煤柱与围岩的胶结性可提高循环采动应力扰动下煤柱的承载能力.

    岩石力学循环加卸载煤-岩组合体声发射裂纹扩展能量演化

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    超声振动作用下青砂岩细观损伤演化规律及断裂能利用效率研究

    赵环帅潘永泰余超曹行健...
    1646-1661页
    查看更多>>摘要：超声振动破岩技术具有显著优势和发展潜力,为研究超声振动作用下岩石细观损伤演化规律及断裂能利用效率,结合物理试验与细观参数标定,建立青砂岩宏-细观力学响应关系,分析超声振动作用下接触力场、破坏特征及裂纹特点的演化规律,研究断裂能利用效率.研究结果表明:(1)在激励初期,最大接触力集中于青砂岩上端,而内部接触力较小,呈现出明显的"V"型.随着激励增加,接触力不断增大,原来杂乱分布的接触力逐渐呈规则分布,以波浪状向下端传递.(2)青砂岩破坏过程分为裂纹萌生、扩展、贯通3个阶段,最终破坏呈现出单侧剪切破坏特征.在相同振动频率下,随着振幅增加,青砂岩破坏块体与裂纹数量总体上呈斜向上增长的趋势;在相同的振幅下,随着振动频率增加,青砂岩的破坏块体与裂纹数量呈波动趋势.(3)剪切裂纹声发射次数最大值出现的时间最早,拉伸裂纹声发射次数最大值出现的时间次之,拉伸与剪切裂纹累积裂纹数量相等出现的时间最晚.超声振动激励初期,青砂岩以剪切裂纹为主,最终以拉伸裂纹为主,拉伸作用在破坏过程中起主要作用.在此过程中,裂纹主要是以超声振动载荷平行的方向扩展为主,而水平方向裂纹扩展较少.(4)在相同振动频率下,随着振幅增加,青砂岩断裂能利用效率呈现出下降并波动的趋势;在相同的振幅下,随着振动频率增加,青砂岩断裂能利用效率呈波动的趋势,断裂能利用效率范围为9.448％～12.456％.研究结果可为岩石破碎工艺参数的合理选择提供参考.

    岩石力学青砂岩超声振动颗粒流模拟损伤演化裂纹断裂能

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    冲击动载作用下含界面裂纹岩体破坏特征试验研究

    闻磊冯文杰李明烨石召龙...
    1662-1679页
    查看更多>>摘要：以含预制界面裂纹的板状试样为研究对象,借助分离式霍普金森压杆系统施加不同强度的冲击动载,使用高速摄像系统记录裂纹扩展过程,分析不同冲击强度下3种界面倾角试样的宏观动态力学性质、裂纹扩展规律及破坏机制.研究结果表明,不同种类试样动态应力-应变曲线形态差别较大,在应力峰值处呈现单峰或双峰的形态,入射波峰值越小时,试样动态压缩强度受节理面角度的影响越大.根据裂纹形态、起裂位置和断裂机制共获得6种裂纹类型,随着入射能量增大,试样裂纹数量增多,试样由单一的劈裂拉伸破坏模式变为复杂的拉伸-剪切复合破坏模式.在试样界面处形成一个材料强度的"过渡区",界面倾角以及两侧岩石弹性模量、泊松比等因素决定了"过渡区"的应力状态及强度特征.试样在预制裂纹端部首先开裂,预制裂隙端部的新生裂纹一般会跨越弱侧强化区、弱侧基体扩展,且随入射波峰值应力的增大,从Ⅰ型拉伸裂纹转变为Ⅱ型或Ⅲ型剪切裂纹,远场型裂纹相对更多的在弱侧基体出现,强侧基体一般只出现拉伸裂纹.界面和预制裂纹造成了试样复杂的应力环境和不同区域的强度条件,使得裂纹出现界面、裂尖共同主导裂纹路径的典型特征.含界面裂纹岩体破坏特征的试验研究是工程尺度层状岩体裂纹传播计算的试验基础,对于解决层状岩体工程稳定性问题具有重要意义.

    岩石力学动态压缩试验层状岩体界面裂纹力学性质裂纹路径

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    高温-水冷后不同损伤度花岗岩双轴力学性能及声学特性试验研究

    罗丹旎胡支凯石毅卿龙邦...
    1680-1695页
    查看更多>>摘要：地下工程岩石遭遇高温-水冷后会产生不同程度的损伤,其力学特性关系着工程的安全稳定,其声学特性关系着岩石内部破坏的分析与预测预警,有关研究具有重要科学价值与工程意义.对高温-水冷后不同损伤度花岗岩,利用真三轴试验系统开展双轴压缩试验,采用声发射(AE)和微震(MS)系统监测岩石的破坏过程,分析不同损伤度花岗岩的双轴力学强度和变形、声信号演化特征和前兆信息等,讨论岩石初始损伤对其破裂类型的影响,对比微震和声发射信号的时频域特征.结果表明:(1)花岗岩的初始损伤度D越高,岩石的双轴强度和弹性模量越低,当D＞0.4后二者降幅比D＜0.4时显著增大.同时,岩样破坏由脆性向延性转变,内部破裂从张拉型为主向剪切型为主转变.(2)随着岩石损伤度D的增加,岩样的AE累积绝对能量大幅降低.声信号参数演化特征在岩石D＞0.4和D＜0.4时表现出明显差异.相较低损伤度岩样,高损伤度岩样的AE撞击、MS幅值演化曲线突增时间会提前,高幅值信号会增多,信号活跃期的持续时间也会变长.(3)基于AE和MS信号可分析获得岩石破坏的一些前兆信息以及岩石初始损伤度的有关判据.例如,MS分形维数在峰值荷载后出现明显的剧烈突增-突降现象可作为不同损伤度岩石失稳破坏的前兆信息,MS或AEb值突降至1以下可作为低损伤度岩石失稳破坏的前兆信息.声发射b值在塑性阶段数值降至1以下的现象多次出现,以及MS分形维数峰值荷载前出现明显的大幅突增-突降波动,可作为岩石初始损伤度较高的判定依据.有关研究成果可为地下工程中围岩稳定性的分析和岩石性状的评估提供参考.

    岩石力学损伤双轴压缩声发射微震

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