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A method to predict the peak shear strength of rock joints based on machine learning
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作者 BAN Li-ren ZHU Chun +3 位作者 HOU Yu-hang DU Wei-sheng QI Cheng-zhi LU Chun-sheng 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2023年第12期3718-3731,共14页
In geotechnical and tunneling engineering,accurately determining the mechanical properties of jointed rock holds great significance for project safety assessments.Peak shear strength(PSS),being the paramount mechanica... In geotechnical and tunneling engineering,accurately determining the mechanical properties of jointed rock holds great significance for project safety assessments.Peak shear strength(PSS),being the paramount mechanical property of joints,has been a focal point in the research field.There are limitations in the current peak shear strength(PSS)prediction models for jointed rock:(i)the models do not comprehensively consider various influencing factors,and a PSS prediction model covering seven factors has not been established,including the sampling interval of the joints,the surface roughness of the joints,the normal stress,the basic friction angle,the uniaxial tensile strength,the uniaxial compressive strength,and the joint size for coupled joints;(ii)the datasets used to train the models are relatively limited;and(iii)there is a controversy regarding whether compressive or tensile strength should be used as the strength term among the influencing factors.To overcome these limitations,we developed four machine learning models covering these seven influencing factors,three relying on Support Vector Regression(SVR)with different kernel functions(linear,polynomial,and Radial Basis Function(RBF))and one using deep learning(DL).Based on these seven influencing factors,we compiled a dataset comprising the outcomes of 493 published direct shear tests for the training and validation of these four models.We compared the prediction performance of these four machine learning models with Tang’s and Tatone’s models.The prediction errors of Tang’s and Tatone’s models are 21.8%and 17.7%,respectively,while SVR_linear is at 16.6%,SVR_poly is at 14.0%,and SVR_RBF is at 12.1%.DL outperforms the two existing models with only an 8.5%error.Additionally,we performed shear tests on granite joints to validate the predictive capability of the DL-based model.With the DL approach,the results suggest that uniaxial tensile strength is recommended as the material strength term in the PSS model for more reliable outcomes. 展开更多
关键词 peak shear strength Rock joints Prediction model Machine learning Deep learning
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A roughness parameter considering joint material properties and peak shear strength model for rock joints 被引量:3
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作者 Liren Ban Weisheng Du +2 位作者 Tianwei Jin Chengzhi Qi Xiaozhao Li 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第3期413-420,共8页
This study aims at proposing a reasonable roughness parameter that can reflect the peak shear strength(PSS)of rock joints.Firstly,the contribution of the asperities with different apparent dip angles to shear strength... This study aims at proposing a reasonable roughness parameter that can reflect the peak shear strength(PSS)of rock joints.Firstly,the contribution of the asperities with different apparent dip angles to shear strength is studied.Then the shear strength of the entire joint asperities is derived.The results showed that the PSS of the entire joint asperities is proportional to a key parameter hs,which is related to the geometric character of the joint surface and the joint material properties.The parameter hsis taken as the new roughness parameter,and it is reasonable to associate the PSS with the geometric characteristics of the joint surface.Based on the new roughness parameter and shear test results of 20 sets of joint specimens,a new PSS model for rock joints is proposed.The new model is validated with the artificial joints in this paper and real rock joints in published studies.Results showed that it is suitable for different types of rock joints except for gneiss joints.The new model has the form of the Mohr-Coulomb model,which can directly reflect the relationship between the 3 D roughness parameters and the peak dilation angle. 展开更多
关键词 ROUGHNESS Joint material properties Rock joints peak shear strength ASPERITIES
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Shear resistance of assembled bentonite interface after confined water saturation and interfacial self-healing capacity
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作者 Xinxin Dong Yonggui Chen +2 位作者 Xiaohua Bao Weimin Ye Qiong Wang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第11期4742-4753,共12页
The requisite functions of a bentonite buffer in a deep geological repository depend on the sealing/healing of bentonite interfaces,with particular emphasis on the self-healing(automatic healing upon wetting)of assemb... The requisite functions of a bentonite buffer in a deep geological repository depend on the sealing/healing of bentonite interfaces,with particular emphasis on the self-healing(automatic healing upon wetting)of assembled bentonite-bentonite interfaces.This study determined the shear resistance(including the peak shear strength and secant modulus)of densely compacted Gaomiaozi(GMZ)bentonite and its assembled interface after confined water saturation.The effect of bentonite dry density and saturation time on the shear resistance of saturated healed interfaces was elucidated,and the interfacial self-healing capacity was assessed.The results indicate that the shear resistance of the saturated healed interfaces increased with the bentonite dry density but had a non-monotonic correlation with the saturation time.For a given dry density of the bentonite,the saturated healed interface exhibits a lower peak shear strength than the saturated intact bentonite but a higher peak shear strength than the saturated separated interface.The saturated healed and separated interfaces have comparable shear moduli(secant moduli),which are lower than that of the saturated intact bentonite.The saturated healed interfaces display smooth shear failure planes,while the saturated assembled interfaces and intact bentonite exhibit comparable frictional angles.This indicates that interfacial self-healing plays a pivotal role in enhancing interfacial peak shear strength by facilitating microstructural bonding at the assembled interface.Finally,it can be stated that densely compacted GMZ bentonite has a robust interfacial self-healing capacity in terms of shear resistance.These findings contribute to the design of the bentonite buffer and facilitate the evaluation of its safe operation at specified disposal ages. 展开更多
关键词 Compacted bentonite INTERFACE SELF-HEALING peak shear strength shear modulus
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Shear behavior of intact granite under thermo-mechanical coupling and three-dimensional morphology of shear-formed fractures 被引量:1
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作者 Bing Chen Baotang Shen Haiyang Jiang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第3期523-537,共15页
The shear failure of intact rock under thermo-mechanical(TM)coupling conditions is common,such as in enhanced geothermal mining and deep mine construction.Under the effect of a continuous engineering disturbance,shear... The shear failure of intact rock under thermo-mechanical(TM)coupling conditions is common,such as in enhanced geothermal mining and deep mine construction.Under the effect of a continuous engineering disturbance,shear-formed fractures are prone to secondary instability,posing a severe threat to deep engineering.Although numerous studies regarding three-dimensional(3D)morphologies of fracture surfaces have been conducted,the understanding of shear-formed fractures under TM coupling conditions is limited.In this study,direct shear tests of intact granite under various TM coupling conditions were conducted,followed by 3D laser scanning tests of shear-formed fractures.Test results demonstrated that the peak shear strength of intact granite is positively correlated with the normal stress,whereas it is negatively correlated with the temperature.The internal friction angle and cohesion of intact granite significantly decrease with an increase in the temperature.The anisotropy,roughness value,and height of the asperities on the fracture surfaces are reduced as the normal stress increases,whereas their variation trends are the opposite as the temperature increases.The macroscopic failure mode of intact granite under TM coupling conditions is dominated by mixed tensileeshear and shear failures.As the normal stress increases,intragranular fractures are developed ranging from a local to a global distribution,and the macroscopic failure mode of intact granite changes from mixed tensileeshear to shear failure.Finally,3D morphological characteristics of the asperities on the shear-formed fracture surfaces were analyzed,and a quadrangular pyramid conceptual model representing these asperities was proposed and sufficiently verified. 展开更多
关键词 Thermo-mechanical(TM)coupling peak shear strength Three-dimensional(3D)morphological characterization Failure mode Quadrangular pyramid model
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异性结构面剪切特性及抗剪强度计算方法
5
作者 袁维 赖锡鹏 +5 位作者 孙瑞峰 焦海明 王伟 牛庆合 常江芳 尹超 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期124-133,共10页
天然结构面常存在两侧岩体岩性不一致的情况,对该类异性结构面抗剪特性进行研究有利于更全面地分析复杂地层中岩石的稳定性。首先,通过光学扫描技术获取天然结构面形貌点云数据并构建结构面网格模型;其次,将模型进行3维实体重构以浇筑... 天然结构面常存在两侧岩体岩性不一致的情况,对该类异性结构面抗剪特性进行研究有利于更全面地分析复杂地层中岩石的稳定性。首先,通过光学扫描技术获取天然结构面形貌点云数据并构建结构面网格模型;其次,将模型进行3维实体重构以浇筑多组含不同异性结构面的人工试样;然后,开展不同法向应力及剪切方向条件下的直剪试验;最后,通过有限差分仿真模拟软件FLAC3D进行数值模拟。基于JRC–JCS(joint roughness coefficient–joint wall compressive strength)结构面剪切模型,采用2维剖面法量化处理结构面粗糙度系数JRC,引入结构面组合壁面强度CJCS(combined joint wall compressive strength)及壁面强度系数比λ的概念以体现不同强度组合情况下的结构面抗剪特性差异。结果表明:数值模拟与直剪试验结果的规律性表征情况较为一致;在结构面单轴抗压强度较高或者较低一侧被确定时,强度较低侧对结构面峰值抗剪强度起主要的控制作用,强度较高侧则起到一定的增强作用,且壁面强度系数比λ对峰值抗剪强度的影响与法向应力的数值成正比。基于上述现象,利用相关函数对试验结果进行非线性曲面拟合,推导出一种表征不同岩石强度组合情况下的结构面峰值抗剪强度计算公式,并得出有效影响岩石结构面强度的强度比区间。该公式是对JRC–JCS模型的扩展且可在工程实践中广泛应用。 展开更多
关键词 异性结构面 直剪试验 数值模拟 峰值抗剪强度 强度比区间
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循环荷载作用下粉质黏土-混凝土界面强度预测研究
6
作者 杨俊超 夏元友 +4 位作者 崔飞龙 李丽华 吴炯晖 陈晨 田亮 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期194-199,共6页
基于3D扫描和打印技术,制作了与混凝土灌注桩相同的界面混凝土试件,并进行了一系列粉质黏土-混凝土界面循环剪切试验。通过粉质黏土-混凝土界面循环剪切试验,揭示不同循环周期、循环幅值条件下界面强度的衰减规律。通过对循环幅值和法... 基于3D扫描和打印技术,制作了与混凝土灌注桩相同的界面混凝土试件,并进行了一系列粉质黏土-混凝土界面循环剪切试验。通过粉质黏土-混凝土界面循环剪切试验,揭示不同循环周期、循环幅值条件下界面强度的衰减规律。通过对循环幅值和法向压力幂函数拟合,对循环稳定后-土界面强度衰减系数进行表征,并结合黏土-混凝土界面峰值强度模型,提出粉质黏土-混凝土界面强度衰减模型。结果表明:在15次循环后,部分循环的剪切位移-剪切应力曲线近似重合;当循环幅值逐渐增大,剪切阶段与卸载阶段应力-应变曲线均呈现线性趋势,每个循环圈内加载与卸载的斜率基本保持一致,类似“平行四边形”;不同工况的循环稳定后界面剪切峰值强度折减系数D_(τ)存在相同的变化趋势,可通过循环幅值A和法向应力σ的无量纲非线性回归分析,提出循环稳定后黏土-混凝土界面剪切峰值强度折减系数D_(τ)表征方法,其拟合度较高。 展开更多
关键词 界面剪切 界面强度 粗糙度 残余强度 峰值强度预测
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粉煤灰对水泥土三轴剪切峰值强度的影响性分析
7
作者 戴玉明 贺佐跃 《广东土木与建筑》 2024年第3期18-22,共5页
针对考虑粉煤灰影响的珠三角水泥土三轴峰值剪切强度尚未得到深入研究这一问题,采用室内试验方法,对胶凝材料总掺入比、龄期、围压和粉煤灰掺入比等因素及其对三轴剪切强度之间的影响性进行分析,并揭示各因素与强度之间的影响规律。研... 针对考虑粉煤灰影响的珠三角水泥土三轴峰值剪切强度尚未得到深入研究这一问题,采用室内试验方法,对胶凝材料总掺入比、龄期、围压和粉煤灰掺入比等因素及其对三轴剪切强度之间的影响性进行分析,并揭示各因素与强度之间的影响规律。研究结果表明:试样的峰值强度均随围压逐渐增加,且呈现出相关性很好的线性相关关系。总体上试样的峰值强度随胶凝材料总掺入比逐渐增加。试样的峰值强度均随龄期逐渐增加,但并未表现出很好的线性关系。试样的峰值强度均先随粉煤灰掺入比逐渐增加,当粉煤灰掺入比超过一定程度后,峰值强度随粉煤灰掺入比有所下降。试验围压对峰值强度的影响没有明显的规律,峰值增量大部分处于0~1.5 MPa范围内。龄期也表现出类似的影响规律。试样的峰值强度增量均先随粉煤灰掺入比逐渐增加,当粉煤灰掺入比超过一定程度后,峰值强度增量随粉煤灰掺入比有所下降。研究结果可为珠三角软土区水泥土处理的设计与施工提供试验依据。 展开更多
关键词 三轴试验 峰值剪切强度 围压 龄期 粉煤灰掺入比
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玻璃纤维改良对浙西山区红黏土力学性能的影响
8
作者 葛宏盛 刘丽萍 《西安工业大学学报》 CAS 2024年第1期41-47,共7页
为了解决高液限红黏土在浙西地区工程施工中引起的路基不均匀沉降、滑坡等工程地质灾害。文中采用玻璃纤维加筋技术改良红黏土,通过直剪试验、无侧限抗压试验对不同长度、掺量的玻璃纤维红黏土力学性能进行研究,分析其力学性能指标演变... 为了解决高液限红黏土在浙西地区工程施工中引起的路基不均匀沉降、滑坡等工程地质灾害。文中采用玻璃纤维加筋技术改良红黏土,通过直剪试验、无侧限抗压试验对不同长度、掺量的玻璃纤维红黏土力学性能进行研究,分析其力学性能指标演变规律。试验结果表明,在红黏土中掺入定量的玻璃纤维对土体的抗剪强度有明显的提升作用,可使土体的黏聚力相比于素土提高1.68~2.22倍,黏聚力随着掺量和长度的增加先增大后减小。玻璃纤维红黏土的无侧限抗压强度相比于素土提高了1.47~1.95倍,纤维土的无侧限抗压强度随掺量、长度的增加而增强。通过分析应力—应变关系曲线发现素土应力峰值出现在2.5%~3.0%之间,而纤维土应力峰值出现在3.5%~4.5%之间,说明玻璃纤维的掺入提高了土体的残余强度。改良后的纤维土体可满足路用性要求,为纤维加筋土体治理提供参考。 展开更多
关键词 玻璃纤维红黏土 抗剪强度 无侧限抗压试验 应力-应变关系 应力峰值
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冻融循环下秸秆纤维改良土抗剪强度研究
9
作者 郑铭杰 王锐 +3 位作者 敖彬 刘宏庆 李明博 任俊洋 《低温建筑技术》 2024年第5期1-4,共4页
为研究冻融作用下水稻秸秆纤维改良土的抗剪强度特性,向素土中加入不同纤维长度、掺量的水稻秸秆纤维进行抗剪强度和抗冻融作用分析,结果表明当纤维配比为长度9 mm,掺量0.6%时,改良效果最显著;经历冻融作用后,黏聚力随冻融次数增加呈指... 为研究冻融作用下水稻秸秆纤维改良土的抗剪强度特性,向素土中加入不同纤维长度、掺量的水稻秸秆纤维进行抗剪强度和抗冻融作用分析,结果表明当纤维配比为长度9 mm,掺量0.6%时,改良效果最显著;经历冻融作用后,黏聚力随冻融次数增加呈指数降低趋势,在前3次冻融作用下降低明显;冻融作用使加筋土内摩擦角降低,但内摩擦角随冻融循环次数增加变化不大。结论可为纤维改良土应用到实际工程中提供理论指导。 展开更多
关键词 水稻秸秆纤维 抗剪强度 冻融循环 最佳参配比 黏聚力峰值
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钢纤维混凝土压-剪复合性能及损伤本构关系 被引量:3
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作者 杨海峰 杨超 +1 位作者 蒋毅 刘成丽 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期144-151,共8页
为研究钢纤维混凝土的压-剪复合受力性能及损伤模型,以钢纤维体积率、压应力比为参数,完成了60个钢纤维混凝土试件的直剪和压-剪试验,分析了各参数对剪切强度和峰值剪切位移的影响,推导了钢纤维混凝土在压-剪复合受力下的损伤全曲线模型... 为研究钢纤维混凝土的压-剪复合受力性能及损伤模型,以钢纤维体积率、压应力比为参数,完成了60个钢纤维混凝土试件的直剪和压-剪试验,分析了各参数对剪切强度和峰值剪切位移的影响,推导了钢纤维混凝土在压-剪复合受力下的损伤全曲线模型,分析了损伤演化规律,提出了压-剪强度计算式。结果表明:剪切强度和峰值剪切位移均随压应力比的增大而增大。随着钢纤维体积率的增加,剪切强度呈现先增后减的趋势,峰值剪切位移规律不明显。压应力比的增大显著减缓了损伤发展;提出的损伤本构模型和压-剪强度公式计算结果与试验值吻合较好。 展开更多
关键词 钢纤维混凝土 压剪复合受力 剪切强度 峰值剪切位移 损伤模型
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Investigation on the physical mechanism of cavity percentage dependent shear strength for rock joints considering the real contact joint surface
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作者 Liren Ban Zefan Wang +3 位作者 Weisheng Du Yuhang Hou Chengzhi Qi Jin Yu 《Rock Mechanics Bulletin》 2023年第4期1-11,共11页
To explain the effect of joint roughness on joint peak shear strength(JPSS)and investigate the effect of different contact states of joint surface on JPSS,we try to clarify the physical mechanism of the effect of join... To explain the effect of joint roughness on joint peak shear strength(JPSS)and investigate the effect of different contact states of joint surface on JPSS,we try to clarify the physical mechanism of the effect of joint cavity percentage(JCP)on JPSS from the perspective of the three-dimensional(3D)distribution characteristics of the actual contact joint surface,and propose a JPSS model considering the JCP.Shear tests for red sandstone joints with three different surface morphologies and three different JCPs were performed under constant normal load condition.Based on test fitting results,the reduction effect of the JCP on JPSS is investigated,and a JPSS model for cavity-containing joints is obtained.However,the above model only considers the influence of JCP by fitting test data,and does not reveal the physical mechanism of JCP affecting the JPSS.Based on the peak dilation angle model for consideration of the actual contact joint morphology,and the influence of JCP on the roughness of the actual contact joint surface,a theoretical model of the JPSS considering the JCP is proposed.The derivation process does not depend on the test fitting,but is entirely based on the joint mechanical law,and its physical significance is clear.It is proposed that the essence of the influence of the JCP on JPSS is that the JCP first affects the normal stress of the actual contact joints,further affects the roughness of actual contact joints,and then affects the shear strength. 展开更多
关键词 ROUGHNESS Joint peak shear strength Joint shear test Surface morphology Cavity percentage
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基于方向性粗糙度参数的节理峰值抗剪强度理论模型 被引量:1
12
作者 陈曦 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1075-1088,共14页
节理裂隙控制着岩石工程的剪切滑移稳定性。现有的节理峰值抗剪强度模型多为经验模型,且较少考虑粗糙节理峰值抗剪强度的采样点距效应及各向异性。采用3D打印技术制备了5组吻合的粗糙光敏树脂节理模具,利用水泥砂浆复制了25组相同壁面... 节理裂隙控制着岩石工程的剪切滑移稳定性。现有的节理峰值抗剪强度模型多为经验模型,且较少考虑粗糙节理峰值抗剪强度的采样点距效应及各向异性。采用3D打印技术制备了5组吻合的粗糙光敏树脂节理模具,利用水泥砂浆复制了25组相同壁面强度的人工粗糙节理,开展了5种法向应力水平下节理直剪试验。基于改进的接触面积比-视倾角门槛值关系,建立了仅含一个方向性粗糙度参数的三维粗糙节理峰值抗剪强度理论模型。该理论模型除粗糙度参数外无需拟合其他参数。对比分析发现,新模型比文献中的经验模型预测精度更高。新模型预测效果受采样点距影响较小,且能有效地反映节理峰值抗剪强度的各向异性。 展开更多
关键词 粗糙节理 方向性粗糙度 理论峰值抗剪强度准则 采样点距 各向异性
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复合土工膜-不同含水率垫层结构界面直剪摩擦特性试验研究
13
作者 黄浩 王支华 +1 位作者 姜海波 王海娟 《石河子大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第6期698-703,共6页
复合土工膜-垫层防渗体作为一种刚柔混合防渗结构体系,其界面摩擦特性对工程的安全运行至关重要。为给复合土工膜防渗体在特大流量引水渠道工程中的应用提供科学合理的依据,探析复合土工膜-垫层界面摩擦特性和界面强度特性,重点考虑膜... 复合土工膜-垫层防渗体作为一种刚柔混合防渗结构体系,其界面摩擦特性对工程的安全运行至关重要。为给复合土工膜防渗体在特大流量引水渠道工程中的应用提供科学合理的依据,探析复合土工膜-垫层界面摩擦特性和界面强度特性,重点考虑膜后垫层材料含水率的变化,采用室内直剪试验对复合土工膜与不同含水率0%、3%、6%、8.5%垫层材料的摩擦剪切特性进行研究,分析不同含水率工况下的界面强度特性。结果表明:复合土工膜与不同含水率垫层材料的界面剪切特性经历了弹性、弹塑性和残余强度阶段,具有明显的峰值强度和残余强度特征,剪切位移为9~11 mm时达到峰值强度。随着剪切位移的增大,界面剪应力先减小后逐渐趋于稳定,表现出稳定的残余强度,残余强度约为峰值强度的80%~90%。随着垫层材料含水率增大,界面峰值抗剪强度和残余抗剪强度呈非线性减小趋势,表明膜后垫层材料水分对界面强度具有“润滑效应”。 展开更多
关键词 复合土工膜 垫层材料 含水率 直剪摩擦试验 峰值强度 残余强度
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断续节理直剪试验与PFC^2D数值模拟分析 被引量:79
14
作者 刘顺桂 刘海宁 +2 位作者 王思敬 胡波 张晓平 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1828-1836,共9页
在以往有关断续节理模型试验和数值模拟的研究基础上,设计不同连通情况和法向应力的断续节理模型材料直剪试验,并采用颗粒流离散元软件PFC2D对模型试验进行全真数值模拟。以贯通节理试样、完整试样的剪应力–应变数值模拟曲线和模型试... 在以往有关断续节理模型试验和数值模拟的研究基础上,设计不同连通情况和法向应力的断续节理模型材料直剪试验,并采用颗粒流离散元软件PFC2D对模型试验进行全真数值模拟。以贯通节理试样、完整试样的剪应力–应变数值模拟曲线和模型试验曲线吻合作为PFC细观力学参数选取准则,并利用获得的细观力学参数对共面断续节理试样直剪试验进行数值重现。对比分析数值模拟曲线和模型试验曲线,对断续节理受剪贯通的力学机制进行研究。根据模型试验和数值试验的成果,分析断续节理预剪面上应力随剪应变的演化过程,发现剪切过程中的剪胀效应使得岩桥承担更多的压应力,从而提高了岩桥的抗剪强度。对断续节理岩体在直剪加载条件下的破坏机制进行讨论,将整个剪切过程分为线弹性阶段、初裂阶段、峰值阶段、峰后阶段及残余阶段5个阶段。 展开更多
关键词 岩石力学 断续节理 连通率 PFC^2D 直剪 抗剪强度峰值 数值模拟 岩桥
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一种考虑剪切速率的粗糙结构面剪切强度准则 被引量:22
15
作者 王刚 张学朋 +1 位作者 蒋宇静 张永政 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1399-1404,共6页
动荷载(不同剪切速率)下的节理岩体结构稳定性是目前工程建设亟待解决的问题之一。以黄岛国家石油储备库地下水封石油洞库工程为工程背景,采用JAW-600岩石剪切流变–渗流耦合试验机对4种粗糙度下的类岩石粗糙结构面进行不同剪切速率下... 动荷载(不同剪切速率)下的节理岩体结构稳定性是目前工程建设亟待解决的问题之一。以黄岛国家石油储备库地下水封石油洞库工程为工程背景,采用JAW-600岩石剪切流变–渗流耦合试验机对4种粗糙度下的类岩石粗糙结构面进行不同剪切速率下的常规剪切试验,对结构面的强度特性进行了基础性研究。研究结果表明:剪切速率和粗糙度对结构面剪切强度都有较为明显的影响;同一结构面的剪切强度随着剪切速率的增大而减小,并不受粗糙度系数的影响;同时结构面剪切强度随粗糙度系数增加呈现出线性增加的趋势,但不受剪切速率的影响。最后,基于试验结果与Barton模型,提出考虑剪切速率的粗糙结构面剪切强度模型。Barton标准粗糙剖面线结构面及粗糙结构面的试验结果与新模型预测值误差保持在20%之内,平均误差为10.539%,能够较好的预测粗糙结构面动荷载条件下剪切强度。 展开更多
关键词 岩石结构面 剪切速率 粗糙度 剪切强度准则 直接剪切试验
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不同剪切速率下岩石节理的强度特性研究 被引量:95
16
作者 李海波 冯海鹏 刘博 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第12期2435-2440,共6页
不同剪切速率作用下岩石节理强度特性是研究地震荷载作用下岩体结构响应和安全的基本参数,通过RMT–150C电伺服试验机,利用人工浇铸的表面为锯齿状的混凝土岩石节理试样,研究不同剪切速率下各种岩石节理起伏角度岩石节理的强度特征。试... 不同剪切速率作用下岩石节理强度特性是研究地震荷载作用下岩体结构响应和安全的基本参数,通过RMT–150C电伺服试验机,利用人工浇铸的表面为锯齿状的混凝土岩石节理试样,研究不同剪切速率下各种岩石节理起伏角度岩石节理的强度特征。试验结果发现:(1)岩石节理面的峰值剪切强度随着剪切速率的增大而减小,减小幅度随着剪切速率的增大变小;(2)岩石节理面的峰值剪切强度随着起伏角度的增大而增大;(3)岩石节理面的峰值剪切强度随着法向应力的增大而增大,基本成线性关系。最后,基于试验的结果提出考虑不同剪切速率的岩石节理峰值强度模型。 展开更多
关键词 岩石力学 岩石节理 剪切速率 起伏角度 峰值剪切强度
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Grasselli节理峰值抗剪强度公式再探 被引量:32
17
作者 唐志成 夏才初 +1 位作者 宋英龙 刘婷 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期356-364,共9页
确定节理峰值抗剪强度公式面临的首要问题是获取节理表面形貌并合理的评价其粗糙度。常用的方法是节理粗糙度系数(JRC)评价方法,但JRC的评价结果是基于二维剖面线获得的,该方法低估了节理面的粗糙度且具有较大的主观性。节理面形貌测试... 确定节理峰值抗剪强度公式面临的首要问题是获取节理表面形貌并合理的评价其粗糙度。常用的方法是节理粗糙度系数(JRC)评价方法,但JRC的评价结果是基于二维剖面线获得的,该方法低估了节理面的粗糙度且具有较大的主观性。节理面形貌测试表明,节理面微元有效剪切倾角*与≥*的微元面积的总和与节理总面积的比值呈高次抛物线关系。基于42组不同形貌节理的直剪试验结果,将节理的峰值剪胀角与形貌参数相联系,提出新的能够考虑剪胀效应的节理峰值抗剪强度公式。新峰值抗剪强度公式符合莫尔–库仑摩擦定律的形式,具有明确的物理含义。所需要的参数均由节理面形貌测试确定,因此能够预测节理的峰值抗剪强度。最后,对已有的节理峰值抗剪强度公式进行比优统计分析并建议公式的使用范围。 展开更多
关键词 岩石力学 节理 三维形貌参数 峰值抗剪强度
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反复直剪试验节理强度与粗糙度变化的研究 被引量:25
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作者 夏才初 宋英龙 +1 位作者 唐志成 宋英杰 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期3589-3594,共6页
通过对人工模拟节理在不同法向应力作用下的4次反复直剪试验,分析节理峰值抗剪强度与反复剪切次数之间的关系以及节理粗糙度系数CJR退化与剪切次数之间的关系,并提出考虑反复剪切次数n的节理峰值强度公式和节理粗糙度系数CJR衰减的经验... 通过对人工模拟节理在不同法向应力作用下的4次反复直剪试验,分析节理峰值抗剪强度与反复剪切次数之间的关系以及节理粗糙度系数CJR退化与剪切次数之间的关系,并提出考虑反复剪切次数n的节理峰值强度公式和节理粗糙度系数CJR衰减的经验公式。研究结果表明:峰值强度随剪切次数的增加逐步减少,但第1次直剪试验得到的峰值抗剪强度与第2次直剪试验得到的峰值抗剪强度差异最明显,后3次直剪试验得到的峰值强度较接近;在相同的法向应力作用下,CJR随剪切次数的增加而减少,但减少速率逐步变小。 展开更多
关键词 岩石力学 节理 直剪试验 剪切次数 峰值抗剪强度
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不同接触状态下粗糙节理剪切强度性质的颗粒流数值模拟和试验验证 被引量:24
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作者 宋英龙 夏才初 +1 位作者 唐志成 宋英杰 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2028-2035,共8页
节理表面形貌和接触状态对节理剪切力学性质有重要的影响。用砂浆材料的单轴压缩试验和光滑节理直剪试验得到材料和光滑节理的宏观力学性质参数,对颗粒流数值模拟的节理细观力学性质参数进行标定。用颗粒流离散元数值软件(PFC2D)构建人... 节理表面形貌和接触状态对节理剪切力学性质有重要的影响。用砂浆材料的单轴压缩试验和光滑节理直剪试验得到材料和光滑节理的宏观力学性质参数,对颗粒流数值模拟的节理细观力学性质参数进行标定。用颗粒流离散元数值软件(PFC2D)构建人工粗糙节理表面形貌,对不同表面形貌的节理在不同接触状态下的剪切强度性质进行颗粒流直剪数值模拟试验,获得其峰值剪切强度。同时进行人工材料节理直剪试验,与颗粒流直剪数值模拟试验结果进行对比分析,数值试验与直剪试验结果吻合较好,验证了颗粒流直剪数值模拟试验与直剪试验具有同等的精度,可以作为各种表面形貌的节理在不同法向应力水平下抗剪强度研究的一种补充方法,以解决节理直剪试验中表面形貌损失对其剪切强度的影响,也可以在少量节理直剪试验的基础上,预估相同形貌的节理在不同接触状态下的剪切强度性质,同时还可以在现场测定不同粗糙度的节理表面形貌,预估其在不同接触状态、不同法向应力下的剪切力学性质。从而解决节理直剪试验中在相同形貌节理试件取样和制备困难的问题,且具有经济、方便、快捷、可重复性强等特点。 展开更多
关键词 岩石力学 节理 表面形貌 直剪试验 颗粒流 接触状态 峰值抗剪强度
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含坡度均方根的节理峰值剪切强度经验公式 被引量:21
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作者 唐志成 黄润秋 +1 位作者 张建明 王晓川 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3433-3438,共6页
节理的剪切强度涉及到岩体工程的安全。通过CSS–342岩体剪切试验机对3组具有不同形貌特征的节理进行直剪试验,研究形貌对剪切强度的影响。试验结果表明:峰值剪切强度随法向应力和粗糙程度的增加而增加;但就相同的形貌而言,剪切应力与... 节理的剪切强度涉及到岩体工程的安全。通过CSS–342岩体剪切试验机对3组具有不同形貌特征的节理进行直剪试验,研究形貌对剪切强度的影响。试验结果表明:峰值剪切强度随法向应力和粗糙程度的增加而增加;但就相同的形貌而言,剪切应力与法向应力的比值减小,即由形貌产生的剪胀角随法向应力的增加而减小。通过分析剪胀角存在的边界条件,提出双曲线形式的剪胀角演化模型,并采用抗拉强度体现岩石的性质对节理剪切强度的影响。采用坡度均方根表征节理的三维形貌特征并提出相应的峰值剪切强度公式,与经典的Barton公式进行了比较,总体上新公式的计算值更为接近试验值。 展开更多
关键词 岩石力学 节理 峰值剪切强度 均方根
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