2025年 45卷 第6期
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2025, 45(6): 061001.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0424
摘要:
为了深入研究围压与爆破耦合作用下节理岩体的动力响应及损伤机制，采用显式动力学数值模拟方法，并结合任意拉格朗日-欧拉算法和流固耦合技术，对节理岩体的破裂过程进行模拟。基于时域递归理论，分别计算了爆炸应力波穿过节理面时的透射与反射系数。通过爆炸光弹性试验，分析了爆炸应力波在节理岩体中的传播过程与特征。此外，利用Riedel-Hiermaier-Thoma (RHT) 损伤模型，讨论了不同节理角度及不同围压对爆破裂纹扩展行为的影响，并结合FracPaQ程序定量描述了爆破裂纹的分布规律。最后，通过分析节...
为了深入研究围压与爆破耦合作用下节理岩体的动力响应及损伤机制，采用显式动力学数值模拟方法，并结合任意拉格朗日-欧拉算法和流固耦合技术，对节理岩体的破裂过程进行模拟。基于时域递归理论，分别计算了爆炸应力波穿过节理面时的透射与反射系数。通过爆炸光弹性试验，分析了爆炸应力波在节理岩体中的传播过程与特征。此外，利用Riedel-Hiermaier-Thoma (RHT) 损伤模型，讨论了不同节理角度及不同围压对爆破裂纹扩展行为的影响，并结合FracPaQ程序定量描述了爆破裂纹的分布规律。最后，通过分析节...
2025, 45(6): 061101.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0399
摘要:
随着全球资源需求的持续上升，深部地下工程的开发规模不断扩大，面临日益复杂的地质条件和高地应力环境。这种转变使得深部含结构面岩体的动力特性研究成为近年来的热点与难点问题。为此，首先对结构面的动剪切和动拉压特性进行了系统总结，并深入分析了多种因素对结构面动力行为的影响。然后，探讨了结构面效应对岩体动力特性的影响，特别是对岩体动强度和动变形的作用。此外，针对常见的深部动力灾害，如岩爆、大变形和冲击地压，梳理了其触发机制和防治技术，强调了建立有效理论和技术体系的重要性。最后，对未来深部岩体结构面动力特性...
随着全球资源需求的持续上升，深部地下工程的开发规模不断扩大，面临日益复杂的地质条件和高地应力环境。这种转变使得深部含结构面岩体的动力特性研究成为近年来的热点与难点问题。为此，首先对结构面的动剪切和动拉压特性进行了系统总结，并深入分析了多种因素对结构面动力行为的影响。然后，探讨了结构面效应对岩体动力特性的影响，特别是对岩体动强度和动变形的作用。此外，针对常见的深部动力灾害，如岩爆、大变形和冲击地压，梳理了其触发机制和防治技术，强调了建立有效理论和技术体系的重要性。最后，对未来深部岩体结构面动力特性...
2025, 45(6): 061411.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0335
摘要:
为了在裂隙岩体动态损伤模型中考虑裂隙粗糙度的影响：首先，基于前人提出的能够同时考虑裂隙几何参数、强度参数及变形参数的岩体宏观损伤变量计算模型，通过引入Barton建立的粗糙裂隙JRC-JCS抗剪强度模型，提出了能够考虑裂隙粗糙度的岩体宏观损伤变量计算模型；其次，将该计算模型引入到前人提出的考虑宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体单轴压缩动态损伤模型中，建立了能够考虑裂隙粗糙度的非贯通裂隙岩体单轴压缩动态损伤模型；最后，通过参数敏感性分析研究了裂隙粗糙度（JRC）、裂隙面基本摩擦角φb、裂隙长度2a对岩...
为了在裂隙岩体动态损伤模型中考虑裂隙粗糙度的影响：首先，基于前人提出的能够同时考虑裂隙几何参数、强度参数及变形参数的岩体宏观损伤变量计算模型，通过引入Barton建立的粗糙裂隙JRC-JCS抗剪强度模型，提出了能够考虑裂隙粗糙度的岩体宏观损伤变量计算模型；其次，将该计算模型引入到前人提出的考虑宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体单轴压缩动态损伤模型中，建立了能够考虑裂隙粗糙度的非贯通裂隙岩体单轴压缩动态损伤模型；最后，通过参数敏感性分析研究了裂隙粗糙度（JRC）、裂隙面基本摩擦角φb、裂隙长度2a对岩...
2025, 45(6): 061412.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0336
摘要:
基于连续介质损伤力学，建立了一个弹塑性损伤耦合的岩石动态本构模型。该模型以统一强度理论作为屈服准则，并引入动态拉压比充分反映应变率效应；采用有效塑性应变和体积塑性应变表示压损伤变量和用有效塑性应变表示拉损伤变量从而反映拉压条件下岩石不同的损伤演化规律；采用分段函数来刻画岩石拉压条件下的不同塑性硬化行为；基于Fortran语言和LS-DYNA用户材料自定义接口（Umat）对所建立的本构模型进行数值实现；通过岩石单轴和三轴压缩试验、岩石单轴拉伸试验和岩石弹道试验等三个经典算例对所建立的本构模型展开验...
基于连续介质损伤力学，建立了一个弹塑性损伤耦合的岩石动态本构模型。该模型以统一强度理论作为屈服准则，并引入动态拉压比充分反映应变率效应；采用有效塑性应变和体积塑性应变表示压损伤变量和用有效塑性应变表示拉损伤变量从而反映拉压条件下岩石不同的损伤演化规律；采用分段函数来刻画岩石拉压条件下的不同塑性硬化行为；基于Fortran语言和LS-DYNA用户材料自定义接口（Umat）对所建立的本构模型进行数值实现；通过岩石单轴和三轴压缩试验、岩石单轴拉伸试验和岩石弹道试验等三个经典算例对所建立的本构模型展开验...
2025, 45(6): 061413.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0405
摘要:
为探究高温对大理岩能量特性的影响，利用ANSYS/LS-DYNA对大理岩开展了6级温度梯度、 5种冲击速度的动态压缩试验，分析了高温动载作用下大理岩力学特性、能量演化的温度效应，最终从能量耗散角度探讨高温大理岩强度失效的能量判据。研究结果表明：(1) HJC本构模型能够合理有效模拟不同温度下大理岩动态变化破坏过程；(2) 随着温度的增加，大理岩动态峰值强度和动弹性模量与温度呈二次函数负相关，动态峰值应变与温度呈二次函数正相关，破坏形态由“X型”共轭剪切破坏向粉碎性破坏转变，破碎细粒尺寸减小；(3...
为探究高温对大理岩能量特性的影响，利用ANSYS/LS-DYNA对大理岩开展了6级温度梯度、 5种冲击速度的动态压缩试验，分析了高温动载作用下大理岩力学特性、能量演化的温度效应，最终从能量耗散角度探讨高温大理岩强度失效的能量判据。研究结果表明：(1) HJC本构模型能够合理有效模拟不同温度下大理岩动态变化破坏过程；(2) 随着温度的增加，大理岩动态峰值强度和动弹性模量与温度呈二次函数负相关，动态峰值应变与温度呈二次函数正相关，破坏形态由“X型”共轭剪切破坏向粉碎性破坏转变，破碎细粒尺寸减小；(3...
2025, 45(6): 061421.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0346
摘要:
为了研究循环冲击作用下砂岩型铀矿的裂缝及渗透率特征，通过霍普金森杆实验系统对砂岩试样进行了循环冲击，分别在试样冲击3次、6次和9次后，测得砂岩试样的动态力学特性。随后，对冲击后的砂岩试样进行CT扫描，并对扫描得到的裂隙进行了三维重构，从而测得孔隙裂隙参数的变化，并对冲击后试样内部结构及损伤影响进行分析。进一步，利用微观渗流模拟对试样进行渗透性分析，获得试样的模拟渗透率变化特征。最后，进行了冲击后试样的渗透率室内试验，测得实际渗透率的变化情况。结果显示：循环冲击使得试样产生累积损伤，降低了其动态力...
为了研究循环冲击作用下砂岩型铀矿的裂缝及渗透率特征，通过霍普金森杆实验系统对砂岩试样进行了循环冲击，分别在试样冲击3次、6次和9次后，测得砂岩试样的动态力学特性。随后，对冲击后的砂岩试样进行CT扫描，并对扫描得到的裂隙进行了三维重构，从而测得孔隙裂隙参数的变化，并对冲击后试样内部结构及损伤影响进行分析。进一步，利用微观渗流模拟对试样进行渗透性分析，获得试样的模拟渗透率变化特征。最后，进行了冲击后试样的渗透率室内试验，测得实际渗透率的变化情况。结果显示：循环冲击使得试样产生累积损伤，降低了其动态力...
2025, 45(6): 061422.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0417
摘要:
为了探究岩石粗糙结构面的动态剪切力学响应以及损伤结构面的渗流特性：首先，采用动态恒速剪切系统对砂岩粗糙结构面开展不同剪切速率条件下的剪切力学试验，分析了剪切速率以及结构面粗糙度系数对峰值抗剪强度以及滑移特征的影响；随后，利用三维扫描技术获得动态剪切前后粗糙结构面的损伤特征，并开展不同围压条件下的损伤结构面渗流试验，探究动态剪切作用后损伤结构面的嗣后渗流特性。动态剪切试验结果表明，砂岩结构面的动态峰值抗剪强度随着剪切速率的增加而降低，而剪切速率对剪切刚度的影响规律不明显。随着剪切速率由50 mm/...
为了探究岩石粗糙结构面的动态剪切力学响应以及损伤结构面的渗流特性：首先，采用动态恒速剪切系统对砂岩粗糙结构面开展不同剪切速率条件下的剪切力学试验，分析了剪切速率以及结构面粗糙度系数对峰值抗剪强度以及滑移特征的影响；随后，利用三维扫描技术获得动态剪切前后粗糙结构面的损伤特征，并开展不同围压条件下的损伤结构面渗流试验，探究动态剪切作用后损伤结构面的嗣后渗流特性。动态剪切试验结果表明，砂岩结构面的动态峰值抗剪强度随着剪切速率的增加而降低，而剪切速率对剪切刚度的影响规律不明显。随着剪切速率由50 mm/...
2025, 45(6): 061423.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0353
摘要:
为探究节理岩体在循环动力扰动作用下的动态力学行为，采用分离式霍普金森压杆试验系统，对含单节理辉长岩试件进行了单轴循环冲击试验，从试件的抗冲击能力、应力应变性质、能量和损伤的演化对其动态力学行为进行了全面分析。结果表明，试件在循环冲击作用下的破坏模式为劈裂，节理倾角显著影响试件的抗冲击能力；试件在循环冲击过程中均出现了应变回弹现象，其力学性质并不随着冲击次数的增加而单调弱化；用耗散能表示的累积损伤系数随着冲击次数的增加近似线性增大，增幅随节理倾角的增大而减小。在低应力冲击作用下，单节理试件内的压剪...
为探究节理岩体在循环动力扰动作用下的动态力学行为，采用分离式霍普金森压杆试验系统，对含单节理辉长岩试件进行了单轴循环冲击试验，从试件的抗冲击能力、应力应变性质、能量和损伤的演化对其动态力学行为进行了全面分析。结果表明，试件在循环冲击作用下的破坏模式为劈裂，节理倾角显著影响试件的抗冲击能力；试件在循环冲击过程中均出现了应变回弹现象，其力学性质并不随着冲击次数的增加而单调弱化；用耗散能表示的累积损伤系数随着冲击次数的增加近似线性增大，增幅随节理倾角的增大而减小。在低应力冲击作用下，单节理试件内的压剪...
2025, 45(6): 061431.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0409
摘要:
采用动光弹的实验方法，研究了反射爆炸应力波作用下动静裂纹的作用关系及贯通后瞬态卸荷现象的产生机制。结果表明：P波的反射波前沿为拉伸波，后沿为压缩波，其前沿拉伸波向裂纹尖端施加拉伸应力增大动态强度因子，促进裂纹的扩展，而后沿压缩波向裂纹尖端施加压缩应力，降低应力强度因子，抑制裂纹的扩展；P波反射后转换出的S波会导致裂纹扩展方向的偏转和速度的变化，呈现波浪状不稳定扩展；爆炸裂纹与静止裂纹贯通后，裂纹面附近储存的弹性能以卸载波的形式向外快速释放，卸载波在静止裂纹尖端出现应力集中，诱发静止裂纹尖端次生裂...
采用动光弹的实验方法，研究了反射爆炸应力波作用下动静裂纹的作用关系及贯通后瞬态卸荷现象的产生机制。结果表明：P波的反射波前沿为拉伸波，后沿为压缩波，其前沿拉伸波向裂纹尖端施加拉伸应力增大动态强度因子，促进裂纹的扩展，而后沿压缩波向裂纹尖端施加压缩应力，降低应力强度因子，抑制裂纹的扩展；P波反射后转换出的S波会导致裂纹扩展方向的偏转和速度的变化，呈现波浪状不稳定扩展；爆炸裂纹与静止裂纹贯通后，裂纹面附近储存的弹性能以卸载波的形式向外快速释放，卸载波在静止裂纹尖端出现应力集中，诱发静止裂纹尖端次生裂...
2025, 45(6): 061432.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0414
摘要:
为了理解节理与爆炸应力波之间的相互作用，并优化节理岩体的爆破参数，通过试验与数值模拟相结合的方式研究不同节理倾角对爆破块度的影响：采用一组含有不同角度节理的混凝土模型试样开展爆破试验，在试样竖直孔中装填雷管并爆破，使用高速摄像机记录试样爆破破碎过程，观测起爆后不同时刻节理面的动态响应；利用图像处理方法进行爆破块度提取，分析节理倾角对爆破块度的影响；采用LS-DYNA有限元数值模拟获得应力波的传播过程以及应变场的演变过程。试验与数值计算结果表明：节理对爆破块度分布及应力波传播有显著影响，该影响主要...
为了理解节理与爆炸应力波之间的相互作用，并优化节理岩体的爆破参数，通过试验与数值模拟相结合的方式研究不同节理倾角对爆破块度的影响：采用一组含有不同角度节理的混凝土模型试样开展爆破试验，在试样竖直孔中装填雷管并爆破，使用高速摄像机记录试样爆破破碎过程，观测起爆后不同时刻节理面的动态响应；利用图像处理方法进行爆破块度提取，分析节理倾角对爆破块度的影响；采用LS-DYNA有限元数值模拟获得应力波的传播过程以及应变场的演变过程。试验与数值计算结果表明：节理对爆破块度分布及应力波传播有显著影响，该影响主要...
2025, 45(6): 061441.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0403
摘要:
通过试验和数值模拟分析，研究了锚索和新型管索组合结构（anchor cable with C-shaped tube，ACC）在不同加载速率下的双结构面剪切力学特性和变形破坏机制。在混凝土试块强度为55 MPa、预应力为200 kN的条件下，分别以2、10、20、30、40 mm/min的剪切位移加载速率进行双结构面剪切试验。试验以剪切变形曲线、结构峰值剪切荷载、钢丝破坏形态和结构面抗剪强度贡献为主要参数。结果表明：加载速率对结构的抗剪性能有显著的影响，在一定的加载速率区间内，受损伤累积速度和应...
通过试验和数值模拟分析，研究了锚索和新型管索组合结构（anchor cable with C-shaped tube，ACC）在不同加载速率下的双结构面剪切力学特性和变形破坏机制。在混凝土试块强度为55 MPa、预应力为200 kN的条件下，分别以2、10、20、30、40 mm/min的剪切位移加载速率进行双结构面剪切试验。试验以剪切变形曲线、结构峰值剪切荷载、钢丝破坏形态和结构面抗剪强度贡献为主要参数。结果表明：加载速率对结构的抗剪性能有显著的影响，在一定的加载速率区间内，受损伤累积速度和应...
2025, 45(6): 061442.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0466
摘要:
深部开挖引起的围岩梯度应力和岩层天然赋存的缓倾硬性结构面是影响岩爆特性的重要因素。借助气液复合加载的岩爆模拟装置，对预制含不同硬性缓倾结构面大尺寸（400 mm×600 mm×1 000 mm）类岩体试件进行了三向加载-单面卸载的应力梯度加卸载岩爆试验，通过数字图像相关（digital image correlation，DIC）、声发射、红外辐射和高速摄影等多种监测手段，研究了含缓倾结构面试件的岩爆演化特征及破坏机制。研究结果表明：缓倾结构面的存在对试件的破坏模式具有控制性作用，在极大程度上制...
深部开挖引起的围岩梯度应力和岩层天然赋存的缓倾硬性结构面是影响岩爆特性的重要因素。借助气液复合加载的岩爆模拟装置，对预制含不同硬性缓倾结构面大尺寸（400 mm×600 mm×1 000 mm）类岩体试件进行了三向加载-单面卸载的应力梯度加卸载岩爆试验，通过数字图像相关（digital image correlation，DIC）、声发射、红外辐射和高速摄影等多种监测手段，研究了含缓倾结构面试件的岩爆演化特征及破坏机制。研究结果表明：缓倾结构面的存在对试件的破坏模式具有控制性作用，在极大程度上制...
2025, 45(6): 061443.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0395
摘要:
岩石断层颗粒夹层的黏性特性对断层的动力学行为具有重大影响，针对不同断层滑移速度下断层颗粒夹层黏性系数的确定问题进行了理论研究。首先，对颗粒夹层的慢速剪切滑移，采用Maxwell松弛模型，得到了颗粒夹层力链长度对于剪切应变率、剪切带的有效扩展速度、颗粒介质强度的关系，进一步获得了颗粒夹层剪切带的松弛时间和颗粒介质的黏性系数表达式，建立了颗粒介质固-液力学行为转换的条件。与已有试验数据对比验证了本模型的正确性。最后，对于高速的断层滑移剪切，颗粒介质运动具有湍流特征，应用统计物理学来描述断层中颗粒之间...
岩石断层颗粒夹层的黏性特性对断层的动力学行为具有重大影响，针对不同断层滑移速度下断层颗粒夹层黏性系数的确定问题进行了理论研究。首先，对颗粒夹层的慢速剪切滑移，采用Maxwell松弛模型，得到了颗粒夹层力链长度对于剪切应变率、剪切带的有效扩展速度、颗粒介质强度的关系，进一步获得了颗粒夹层剪切带的松弛时间和颗粒介质的黏性系数表达式，建立了颗粒介质固-液力学行为转换的条件。与已有试验数据对比验证了本模型的正确性。最后，对于高速的断层滑移剪切，颗粒介质运动具有湍流特征，应用统计物理学来描述断层中颗粒之间...
