关于螺栓位置对含有空洞的砂岩中裂传播的抑制作用的实验研究

科学领域:

• 地质技术工程 地质技术工程
• 岩石机械学 岩石机械学
• 材料科学 是一种材料科学.

背景情况:

• 岩石质量中的洞穴可以损害结构完整性和机械行为.
• 螺栓固定是加强岩石结构的关键技术,但其有效性对位置敏感.
• 了解固定位置对裂传播和故障模式的影响对于安全的工程实践至关重要.

研究的目的:

• 系统地研究七个不同的螺栓固定位置对单孔砂岩样本机械响应和故障特征的影响.
• 为了确定最佳的固定位置,以提高刚性,负载能力和抗裂.
• 提供用于工程应用中螺栓布局的定量指导,涉及含有洞的岩石质量.

主要方法:

• 单轴压缩测试是在不同的螺栓定位置的砂岩样本上进行的.
• 使用粒子流代码2D (PFC2D) 模拟来分析裂传播,能量储存和故障机制.
• 关键的机械参数,应力应变反应和故障形态都被仔细分析.

主要成果:

• 定位显著影响了压力-应变行为,强度,性和失败模式.
• 在腔中心附近的定 (1#,2#) 降低了强度和刚性,导致脆性失败.
• 中间固 (3#-4#) 增加了峰值强度和弹性模量 (E),将峰值后的行为转向柔性. 位置3#表现出卓越的性能,增强了42.72%的强度和44.61%的E.
• 失效模式从腔腔附近的V形冠状崩到分区失效和复杂的骨折随着距离的增加而变化.
• 模拟显示,3#位置提供了最高的能量储存和不稳定性阻力,而4#-5#位置为裂抑制创造了有利的范围.

结论:

• 选择螺栓 anchorage 位置对于改善含有空洞的砂岩的机械性能和裂纹阻力至关重要.
• 最佳的固定位置,特别是距离空腔中心约12-18毫米 (位置3#-4#),显著提高承载能力和稳定性.
• 该研究为优化实际地质工程项目中螺栓支设计提供了有价值的定量数据.