文摘

开挖卸荷是一种主要在地下工程岩体的应力条件。基于在开挖卸荷应力条件操作,本文采用离散单元法(DEM)模拟完整的卸载响应和preflawed岩石标本。仿真结果显示,卸载失败的力量,卸荷损伤阈值和开裂特征在很大程度上依赖于倾角preflaws。裂纹倾角的增加,卸载失败的力量preflawed标本展出一个s形曲线增加趋势,相比下降了5.5% -20%,卸载失败的力量一个完整的标本。基于裂纹积累在标本,三个损伤阈值确定卸荷条件下和两个损伤阈值和被发现与倾角的增加缺陷增加。此外,当裂纹倾角小,裂缝周围preflaws发起的,有明显的轴向分裂裂缝preflawed标本的失效模式,而轴向分裂裂缝很少preflawed标本与倾角较大的缺陷,没有完整的标本。这些卸载响应表明,诱导preflaws可以可靠地减少卸载失败的力量,促进硬摇滚的开裂过程在一个开挖卸荷的过程。此外,诱导preflaws小倾角(如垂直卸货方向)将更有利于卸载失败和岩石的开挖卸荷过程中开裂。

1。介绍

矿产和能源资源的需求增加,采矿作业和其他资源挖掘转向地下深处。在地下深处操作或挖掘,建设环境是复杂的,通常涉及高地应力、高地温、和高水压力(1- - - - - -3]。开挖活动可能产生的一个重要影响岩体的变形和破坏等复杂环境。特别是当drill-and-blast方法用于地下发掘、高地应力在水平方向上立即卸载,伴随着垂直方向的应力集中。在这个过程中,瞬时释放应变能完全消散在岩体(4]。因此,地下开采岩体可能导致突然的和严重的失败,对安全与稳定构成重大威胁的地下结构(5- - - - - -7]。在这方面,机械开挖方法和控制能量释放被认为是优于drill-and-blast方法在矿业和隧道等地下挖掘的操作(8]。如今,采矿设备制造商正在开发新机器的概念,目的是使用机械开挖方法在地下采矿和隧道操作9]。然而,机械切割和挖掘工具的应用程序(例如,路头和隧道钻孔机(掘进机))是有限的,由于高强度和高硬摇滚的完整性。特别是在地下深部开采,已经清楚地表明,岩石强度高和完整性将显著影响的挖掘性能路头10和掘进机11,12]。因此,降低岩石强度和完整性,是可能的,小而灵活的连续挖掘机可以在坚硬的岩石地下挖掘表现良好。

最简单、最直接的方法之一,降低岩石强度和完整性的目的是诱发preflaws坚硬的岩石。在过去的几年里,大量的研究已经进行了调查包含preflaws岩石材料的力学行为。例如,杨和精13李,et al。14张,et al。15]探索岩石的开裂行为包含先前存在的缺陷,以及不同缺陷的影响几何图形(缺陷倾角、裂纹长度和裂纹尺寸)在岩石上失败了。Bi et al。16]研究了围压对失败的行为preflawed岩石标本,结果表明,拉伸裂缝和翼裂纹的增长与围压的增加抑制。李和全17]讨论了三种不同的骨折合并preflawed材料(即。,PMMA, molded gypsum, and granite) and summarized the common and different features of the cracking process depending on the materials. Zhuang et al. [18]和公园和Bobet [19)比较研究不同裂缝开启和关闭位置之间聚结机制缺陷,他们发现,峰值应力和初始化和聚结压力封闭的缺陷是高于开放的缺陷。黄等。20.)与两个先前存在的缺陷进行了砂岩实验;结果表明,缺陷对安排和围压变形有显著影响,强度,岩石裂纹合并模式。这些调查显示,岩石中的缺陷扮演重要角色在岩石材料的开裂和失败的行为。然而,preflawed岩石的破裂和失败行为在先前的研究从单轴或双轴压缩条件下,获得的压裂和故障特征preflawed开挖卸荷条件下岩石尚未涉及。

在卸荷条件下,实验和数值已进行调查研究岩石材料的力学响应。例如,赵et al。21]研究了应变破裂的卸货率的影响在卸荷条件下,他们发现,花岗岩是更容易发生应变破裂卸货率较高。黄和李22]对大理石进行卸载测试,结果表明,初始围压和卸率高会导致强烈的“飞行碎片”现象。杜et al。23]研究了花岗岩的卸载行为,红色砂岩,水泥砂浆,表明剥落发生在花岗岩和砂岩标本,而典型的剪切破坏水泥砂浆中观察到的样本。赵和他(24]研究了花岗岩的影响大小在其卸载行为;他们发现,岩石强度展览越来越height-to-thickness比例下降的趋势。Manouchehrian和蔡25)进行了一系列数值研究探索加载系统刚度的影响,试样长宽比,和中间主应力卸载失败花岗岩的行为模式标本。相关的仿真结果表明,刚度低加载系统,高标本,和较低的中间主应力可能引起暴力卸载失败。此外,李et al。26)提出了一个理论方案获得高度强调岩石的应力状态在准静态和密集的卸载条件下,发现岩石的初始应力是一个关键因素和管理失败。到目前为止,大多数以前的研究关于卸载响应进行完整岩石标本,而卸载响应差异完整岩石和preflawed摇滚尚不清楚。

近年来,数值方法在相关研究岩石材料中起着重要的作用[27- - - - - -29日]。例如,离散单元法(DEM)提供了一个高效的访问描述脆性岩石的力学行为。与实验室检测相比,利用DEM调查preflawed岩石的卸载失败行为具有以下优势:(1)除了倾角变化的缺陷,preflawed数值试样完全相同,几何误差的消除干扰诱导preflaws或岩石标本在实验室实验的材料异构性问题;(2)所有的数值数据可在任何任意瞬时时刻在卸货过程中;和(3)岩石的破裂过程包括启动、传播、和聚结可以显式地展出。此外,数值模拟是高效、可重复和低成本。

在目前的研究中,完整的卸载失败响应,preflawed岩石开挖卸荷过程中系统地研究了民主党。首先,民主党简要介绍的基础知识。然后,在开挖卸荷应力条件操作进行了分析,其次是一个详细的岩石标本模拟卸载过程的描述,包括校准的完整的标本,preflaws的感应,和卸荷应力路径的繁殖。最后,卸载响应包括卸载失败强度、损伤阈值和开裂过程进行了考虑preflaws的效果。

2。民主党的简短描述

颗粒流DEM-based软件代码(PFC)是用来调查的卸载行为岩石标本。在DEM模型中,岩石标本模拟密集的组装和保税刚性球形粒子,其中两个相邻颗粒胶结在一起由一个债券(见图1)。模型的力学性能是由粒子的microparameters和债券(30.]: 在哪里和是粒子的杨氏模和债券,分别 和 normal-to-shear刚度的比值的粒子和债券,分别是一个平行的债券的比例乘法器,是粒子摩擦系数,和债券的拉伸和剪切强度,分别。

particle-bond的力学行为的系统是由粒子与粒子之间的接触行为和parallel-bond行为。法向力在计算出的粒子与粒子之间的接触行为 在哪里粒子和重叠吗是正常的刚度的粒子。

的剪切力以增量的方式计算。接触时形成,被初始化为零。每个后续的剪切位移增量将导致剪切力的增加:

法向力 ,剪切力 ,和弯矩在parallel-bond行为也以增量方式计算: 在哪里 , ,和随后的位移和旋转增量和吗和在部分债券的面积和惯性矩,分别。

以下破损判据在这项研究中使用的模型是: 在哪里和表示的最大拉应力和最大剪切应力,分别计算 在哪里是债券半径。这些计算公式得到广泛接受模拟岩石的断裂机理31日,32]。

3所示。卸载描述

3.1。卸载应力条件

单轴、双轴和三轴压缩试验通常用于研究岩石力学性质和行为,而这些压缩测试准静态加载的应力条件,和没有人可以反映岩体在开挖过程中地应力变化(33]。为了更好地理解原位应力的卸载过程中挖掘操作,开挖卸载的应力状态进行了分析。

在开挖过程中,岩体的应力分布在工作面图所示2,在那里垂直应力,水平应力,原位地应力,工作面之间的距离和岩体,从隧道中心高度,代表一个岩体单元的工作面。如图2,工作面前方岩体可分为三个地区:未扰动区,弹性区,和失败。在未扰动岩体区是一个原位应力条件下。岩体在弹性区是一个弹性变形条件下,当故障区域的岩体破坏。随着工作面推进的,应力分布也领先于工作面推进(如图2(一个)- - - - - -2 (c))。因此,对于岩体单元在一个地下工程开挖准备,它将经历三个阶段的应力状态的工作面推进过程中(图3)。刚刚开始开挖时,工作面远离岩体单元 ,原位岩体单元是在静水应力状态;随着工作面推进的,水平地应力在卸载或释放,伴随着增加垂直地应力 ;当工作面推进到附近区域的岩体单元,岩石会发生故障 。工作面推进过程中,水平地应力的变化过程可以由 在哪里递减函数,代表水平地应力的卸载路径和不同开挖方法会导致不同的卸荷路径。

垂直地应力的变化过程是一个应力集中的过程,它将达到岩石破裂前的峰值应力。峰值应力可以写成 在哪里是应力集中系数,的价值取决于水平地应力的卸载过程。

这样的压力变化过程是岩体的实际应力状态将接受在高地应力、开挖期间,被定义为卸货过程。在这项研究中,机械响应preflawed岩石标本在这样的卸载过程的调查,为了了解包含preflaws的卸荷岩体的破坏机理。

3.2。数值试样

为了数值再现岩石的卸荷过程材料,关键是建立合适的数学模型可以复制岩石的力学行为。岩石材料调查叫做“Leiyang白色大理石,这是来自中国Leiyang的城市。大理石具有连通孔隙度约0.56%,平均密度为2810公斤/米³。大理石的力学行为是通过室内单轴压缩试验和三轴压缩试验40 MPa围压。在实验室测试中,所有的大理石标本是从一个完全相同的空心块减少散射效应,和标本准备尺寸直径50毫米和100毫米的高度后ISRM-suggested方法(34)(图4(一))。815年进行了测试使用MTS岩石力学系统在中南大学高级研究中心。标本被加载到故障下的位移控制模块,以及加载速率为0.15毫米/分钟。

建立了数值模型与同样大小的大理石标本(图4 (b))。通过调整microparameters的值(如方程(1)在数值模型中,一系列的单轴压缩试验和三轴压缩试验40 MPa围压数值模拟。在单轴压缩数值试验,试样被墙顶部和底部之间的负载。负载的加载速率墙壁被设置为0.05 m / s。数字三轴压缩试验中,试样被四个负载墙包围。围压应用到两个侧墙被设置为一个恒定值40 MPa,顶部和底部墙的加载速率为0.05 m / s。经过一系列的试验和错误,一套合适的microparameters(表1)获得了建立数值大理石样品可以重现真正的大理石试件的力学行为。

表2显示了大理石的macromechanical行为的比较标本实验和数值试验。在表2UCS是单轴压缩强度和TCS-40指的三轴抗压强度在围40 MPa的压力。看到的是力学性能数值大理石标本更接近真正的大理石标本。因此,建立数值大理石样品很好地重现真正的大理石试件的力学性能。图5显示了实验的比较和数值大理石试件的应力-应变曲线。从图5下,可以看出数值曲线压缩测试与实验曲线吻合较好,包括之前的裂纹萌生和发展阶段峰值强度和峰值强度后的不稳定破坏阶段。然而,数值曲线并不反映最初的非线性变形(裂缝闭合阶段)的单轴压缩试验。这是因为真正的岩石标本通常含有天然裂隙而压缩的数值岩石标本由刚性粒子的组装。此外,数值曲线不会显示postpeak应变软化在40 MPa围压的三轴压缩试验。然而,差异之间的非线性变形和postpeak应变软化数值和实验的曲线不会引起大的不同的失效模式。如图6失效模式的数值大理石试件在单轴压缩试验显示一个典型的分裂失败,和三轴压缩试验的失效模式是剪切的方式。这些失效模式与在实验室获得高度一致。表中给出的比较2和数字5和6合理的校准数值大理石标本有能力模拟大理石的力学行为。

建立合适的完整的数值大理石标本后,preflaws了数值标本调查缺陷倾角的影响在卸载响应。技术正在考虑诱导preflaws实际地下岩石包括热扰动,高压水射流和高功率微波。这些技术使用不同的损伤机制生成缺陷网络在岩石中。对于简化,在这项研究中,连续两个缺陷被添加的中心数值试样。的两个缺陷的几何数值大理石标本图所示7。缺陷长度10毫米,桥梁缺陷之间的长度吗是14毫米。桥的角倾角为30°,缺陷变化从0°- 90°30°区间。缺陷是由删除粒子在一个特定的范围内。由于模型中的粒子不能被分割,诱导的表面缺陷不光滑,可以观察到图7。

3.3。卸载程序

drill-and-blast开挖期间,地应力的释放是一个瞬态过程。而在机械开挖,卸货的原位应力是一个静态的过程35,36]。在目前的研究中,分析了静态机械开挖卸荷过程中,典型的准静态卸荷过程的应力条件如部分3所示。1模拟了不同边界应力对岩石标本。为此,一组自定义函数在PFC程序编码。卸货的过程仿真给出了详细如下:

步骤1 。增加了侧压力原位应力水平,同时加载轴向压力原位应力水平;然后,保持不变。

步骤2 。卸载侧压力 ,而轴向压力在指定的速度增加到峰值应力 。

步骤3 。试样的峰值应力后,侧压力连续卸载到零完成卸货,而轴向压力自发地将减少由于标本的失败。

消除卸载波效应和保持静态卸载过程,采用high-damp参数模型。轴向压力应用位移控制方式的速度0.05米/秒。通过伺服控制程序重新编码,侧向压力卸载后线性形式 在哪里是原位应力水平,最初设置为40 MPa;卸货时间;是卸货的起始时刻,设置为1毫秒;是结束的时刻卸货过程中,设置为3。因此,仿真的卸货时间是2 ms。在民主党在数值模拟过程中,一个关键和合理的时间步是内部分配在每个程序之前的项目周期。目前模拟的时间步仅仅是 ;因此,侧压力的卸率可以被翻译 ,而轴向压力的加载速率可以翻译 。卸载和加载率足够低模拟静态卸载过程类似于隧道开挖机械方法。

4所示。仿真结果和讨论

在地下机械开挖过程中,岩体经历卸货过程中由于压力重新分配之前让机器的切削力。如果在卸货过程中岩石发生故障时,切割使用挖掘机器会更容易,这将有助于提高挖掘效率。这意味着卸货的最小主应力和最大应力的浓度在整个卸货过程中极大地影响到后续的切削过程挖掘机器。因此,重要的是要研究在卸货过程中岩体的破坏行为。在本节中,完整的失败行为和preflawed标本在卸货过程中会详细讨论。

4.1。卸载失败Preflawed标本的力量

压力与时间变化的标本在卸载模拟图所示8。它可以发现标本体验典型的三个压力阶段中指定的部分3所示。1。起初,标本在1 ms的静水压力状态。然后,侧压力卸载和轴向压力吗增加到峰值。最后,标本进行卸荷破坏阶段,横向应力卸载到零,轴向压力由于标本失败了。峰值应力被定义为卸载失败的力量 。注意,卸载失败力量不同于力量的传统的压缩试验,这是实际的失败在开挖过程中岩体的强度。

这是如图8卸载失败的强度变化显著不同的标本取决于样品的几何形状。完整的标本,卸载失败的力量大于preflawed标本。此外,增加的卸载失败的力量可以观察到preflawed标本与倾角的增加缺陷。为了更好地理解preflaws对岩石标本在卸荷条件下的强度特性,定量调查卸载失败的力量。图9提出了卸载失败之间的相关强度和缺陷倾角。此外,强度退化参数(SDP)比较介绍了卸载失败preflawed试样的强度特征和完整的标本。SDP的定义是 在哪里是力量的完整的标本和卸载失败的卸载失败强度preflawed标本相同卸载条件下。

SDP的还原度值可以显示卸载失败的力量preflawed大理石标本相对完整的大理石标本。preflawed标本与各种缺陷的SDP价值倾向的角度表明preflawed标本的卸载失败的长处相比降低5.5% -20%与完整标本。这种现象的存在表明,岩体中的preflaws可以可靠地减少卸载失败的力量。因此,诱导preflaws完整的硬摇滚有助于在卸货过程中造成岩石破裂和提高切削效率。

如图9的卸载失败强度preflawed标本展览一个“S”字上升趋势与倾角的增加缺陷。这意味着preflaws小倾角可以减少卸载失败强度更大程度上。先前的研究还表明,preflawed试样的强度密切依赖于缺陷的倾角37,38]。进一步解释preflaws在卸载失败的影响强度,缺点是理论上的应力状态进行了分析。preflaws在卸荷条件下的应力状态示意图如图10。正常的压力和剪切应力缺陷表面可以表示为 在哪里缺陷的倾角和吗和分别是轴向压力和侧向压力。应该注意,缺陷是开放的和正常的压力在缺陷可以引起拉应力 。

正常的压力和剪切应力在四个不同的倾斜角度的缺陷可以用计算 ,30°、60°、90°到方程(11)。众所周知,岩石材料的裂纹通常呈现两种形式:拉伸开裂或剪切开裂。如果拉伸或剪切应力的极值出现并满足抗拉和抗剪强度,然后拉伸开裂或会发生剪切破裂。脆性岩石试样的抗拉强度远小于抗剪强度,和拉应力起主导作用开裂的岩石标本。比较方程的计算结果(11)缺陷的倾斜角度0°30°、60°、90°,它可以发现的缺陷 ,其剪切应力为零 及其法向应力远远大于缺陷与其他倾斜角度( , )。因此,诱导抗拉应力是最大和最有可能启动和拉伸裂缝传播的缺陷,因此导致最低的卸载失败的力量。的缺陷 和 ,他们遭受几乎相同的剪切应力 ;然而,缺陷 遭受更大的法向应力比缺陷 。因此,在缺陷引起的拉应力 更大 ,这意味着它更可能引起裂缝的缺陷 ,这可能会导致一个低强度preflawed标本的失败 。的缺陷 ,他们的剪切应力为零 和他们的正常压力是最小的 。在这方面,法向应力减少,这不是伟大的足以引起裂缝的缺陷。因此,标本的失败缺陷倾角为90°的缺陷,并没有太大的影响,这就是为什么卸载失败强度接近完整的试样的强度。这些发现表明,如果我们诱导preflaws标本(即小倾角。,vertical to the unloading direction), cracks are more likely to initiate and propagate around the flaws and the failure of the specimen is more easily to happen. Therefore, during the unloading process, preflaws with a smaller inclination angle can result in the failure of the specimen that happens more easily.

图11显示了比较卸载失败强度和压缩强度的标本。可以看出完整标本的卸载失败的力量仅仅是60%的三轴抗压强度的完整的标本,这是,然而,大约1.2倍的UCS完整的标本。同时,卸载失败的强度的平均值preflawed标本是大约50%的三轴抗压强度的完整的标本,UCS的90%左右。卸载失败强度和压缩强度之间的差异表明,抗压强度从实验室获得准静态压缩实验并不能完全代表的峰值故障强度岩体开挖卸荷条件下。因此,可以考虑使用卸载失败的力量从静态卸载测试来评估获得的故障强度性质岩石地下工程。

4.2。卸荷损伤阈值Preflawed标本

事实上,压裂岩石标本是一个复杂的过程,只是测量峰值应力不捕捉这种压裂过程(39]。为了捕捉一些独特的特性在压裂过程中,即,crack initiation, onset of fracture localization, and collapse peak, some damage thresholds are pointed out. The fracturing process of rock specimens can be recorded by many different ways, such as acoustic emission measurements and high-speed photography. In laboratory compression experiments, previous scholars determine the damage initiation and interaction thresholds for brittle rock based on the acoustic emissions [40,41]。在目前的研究中,裂纹积累量被用来反映压裂过程中,和标本在卸荷条件下的损伤阈值确定了裂纹积累量的变化。图12给出了偏应力的关系,裂纹积累,和相关的轴向应变响应在卸荷条件下的标本。可以看出,上有两个临界点裂纹积累曲线,即。,point A and point B. Point A denotes the first intersection of two tangent lines in the crack accumulation curve, which can mark the onset of a slight increase in cracks. Point B denotes the second intersection of two tangent lines in the crack accumulation curve, which can mark the onset of a sharp increase in cracks. Cracks increase in a stable manner between points A and B, while cracks begin to increase in an unstable manner after point B. The corresponding stress at point A is denoted as ,代表阈值压力稳定的裂纹萌生。压力在B点来标示 ,这是一个阈值不稳定裂纹发展压力。此外,另一个关键点是,第一个可观察到的宏观裂纹出现在标本(42]。在这项研究中,第一个可观察到的宏观裂纹出现的压力被定义为另一个阈值,即:,启动压力的损害 。三个损伤阈值( , ,和 )对于不同的标本呈现在图12。它可以发现 和是偏应力峰值。

preflawed标本,损伤阈值比率对缺陷倾角(图绘制13)。图中可以看到13的比率 , ,和偏应力峰值分别是大约0.75,0.85和0.97。根据先前的研究,对完整岩石试样在单轴压缩下,裂纹开裂应力通常范围从0.3 - -0.5 UCS和不稳定裂纹发展压力大约是0.7 - -0.9 UCS [43]。可以发现的损伤阈值比率数值preflawed岩石标本的卸载测试高于真实完整岩石试样在单轴压缩试验。这是因为与单轴压缩试验相比,横向应力在卸载测试约束裂缝的起始。此外,数值岩石标本由刚性粒子,而真正的岩石标本通常包含天然裂隙。如图13的比例稳定裂纹萌生的压力和损伤起始压力增加裂纹倾角的增加,而的比率改变小倾角的增加缺陷。它表明裂纹开裂应力倾角敏感的缺陷,和preflawed标本倾角较小的缺陷是在卸荷条件下更容易产生裂缝。相反,不稳定裂纹发展的压力没有明显变化趋势与倾角变化的缺陷。

4.3。破解Preflawed标本在卸荷条件下的特征

preflawed标本的开裂特性随时在卸荷条件下,包括裂缝分布,裂纹扩展,裂纹数量,可以记录在数值模拟。详细分析裂缝特征,人物14显示了裂纹分布的标本在卸货过程中一些特定的点。这些具体点是用数字对应点的应力-应变曲线在图12。例如,①是指损伤起始应力的应力-应变曲线。②点对应于一个压力偏应力峰值之前,和裂纹计数点②是大约50%的裂缝计算偏应力峰值(③)。④是偏应力峰值应力后,和裂缝计算点④大约是裂纹大约在偏应力峰值的2.5倍。⑤是卸货结束时的压力。

如图14,裂缝分布及裂纹扩展不同标本在卸荷条件下明显不同。使它更清晰,开裂过程分为两个阶段,即:,stage I—prior to the peak deviatoric stress (including the peak deviatoric stress, ①, ②, and ③)—and stage II—after the peak deviatoric stress (④ and ⑤).

在舞台上我,标本进行弹性变形和裂纹萌生和传播到达偏应力峰值。完整的标本,标本的裂缝随机分布,而对于preflawed标本的倾斜角0°,裂缝密集分布在表面缺陷的技巧和缺陷。这一现象验证应力状态分析的结果为preflaws基于图10与方程(11)。在0°的倾斜角,缺陷上的法向应力足够大,使裂缝缺陷容易启动和传播。preflawed标本的夹角为30°,裂纹主要沿缺陷提示启动和扩展。preflawed标本在60°的倾斜角,裂缝主要分布在缺陷的面积内提示和两国preflaws直接合并。preflawed标本的倾斜角度90°,少量的裂纹缺陷附近的累积,而许多裂缝随机分布的标本。这种现象验证这个试样的裂纹萌生影响较小的缺陷。

在第二阶段中,完整的标本,显示离散的剪切裂缝的积累飞机,这是完全不同的失效模式在压缩条件下完整的标本。preflawed标本的倾斜角的0°,裂缝不断扩展的表面缺陷的技巧和缺陷。内部技巧的裂缝形成一个“V”形间接两preflaws之间的合并。preflawed标本的夹角为30°,内部的裂缝尖端的左边向下缺陷扩展而内心向上扩展提示正确的缺陷;因此,这两个preflaws之间没有合并。preflawed标本的倾斜角的60°,沿着缺陷的裂缝扩展技巧使试样剪切破坏飞机失败的原因。preflawed标本的倾斜角度90°,两个preflaws不表现出聚结,裂缝在preflaws积累很少。通过比较的最终失效模式标本⑤点,它可以发现,preflawed标本的倾斜角0°和30°,有很多轴向分裂裂缝(虚线标记的图14),preflawed标本的倾斜角60°、90°,轴向分裂是小裂缝。与此同时,有裂缝不分割性时完整的标本。此外,年底卸货(⑤),最终的裂纹数量的倾斜角度的完整的标本和preflawed标本0°,30°、60°、90°是2747年,2402年,2395年,2356年和2826年,分别。这表明最终的裂纹数量在标本不表现出很强的相关性与缺陷。这可能是因为两个preflaws不足以产生显著差异的裂纹数量preflawed标本。如果更多的缺陷(或缺陷网络)创建在一个较小的倾角(如0°和30°),然后更多的裂缝会启动和传播的缺陷,这可能会大大影响裂纹的preflawed标本在卸荷条件下。

5。结论

基于硬摇滚在地下开挖的卸荷应力条件,进行了数值模拟分析卸载响应包含卸荷条件下preflaws大理石标本。卸荷强度特性、损伤阈值和开裂的特点preflawed标本不同缺陷倾斜角度深入调查。以下的结论可以概括:(1)卸载失败的一个标本,其中包含两个preflaws相比降低5.5% -20%的完整的标本。裂纹倾角的增加,卸载失败的一个标本,其中包含两个preflaws展品“S”型增长趋势(2)三个损伤阈值( , ,和 )确定基于标本在卸荷条件下的裂纹积累。preflawed标本,损伤阈值的比率和增加裂纹倾角的增加,而损伤阈值比没有明确的变化趋势与裂纹倾角的变化(3)偏应力峰值前,preflawed标本的裂缝分布集中的方式在表面缺陷的技巧和缺陷时,缺陷倾角越小,而裂缝的分布完整的标本和preflawed标本 是分散的。偏应力峰值后,两个缺陷之间的合并形式随倾角的变化缺陷。此外,卸货结束时,有明显的轴向分裂裂缝preflawed标本 和30°,而轴向分裂裂缝是小preflawed标本 和90°,完全没有一个完整的标本

这些确凿的言论可以为地下机械开挖提供有用的信息。首先,卸载失败强度定义在这个研究可以被认为是一个参数来评估实际故障机械开挖过程中岩体的强度特性。另一方面,研究结果表明,诱导缺陷可以可靠地减少卸载失败的力量,促进裂纹萌生和坚硬的岩石在卸货过程中传播。因此,诱导preflaws在坚硬的岩石将有利于地下机械开挖。特别是,当诱导preflaws倾角较小的缺陷时,卸载失败和裂纹萌生更有可能发生,这意味着诱导preflaws小倾角(例如,垂直卸荷方向)将更有助于提高挖掘效率。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文中描述的工作得到了国家自然科学基金(41630642和41630642号),作者很感激他。