Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác Động Của Hàm Lượng Nước Và Góc Xếp Chồng Đến Tính Chất Cơ Học Và Cơ Chế Thất Bại Vi-Macro Của Phyllite
Tóm tắt
Nghiên cứu về tính dị hướng và sự phân hủy do nước trong phyllite là điều kiện tiên quyết cho việc khai thác và hỗ trợ các đường hầm phyllite. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu phân tích các đặc tính cơ học của phyllite dưới tác động của nước/lami đơn lẻ, nhưng ít nghiên cứu về các thuộc tính vĩ mô và sự tiến hóa của vi nứt của phyllite dưới tác động của nước-lami phối hợp. Do đó, cấu trúc vi mô, hành vi cơ học và chế độ nứt của phyllite đã được phân tích bằng ánh sáng phân cực và các thí nghiệm uốn một trục, sau đó tiến hành SEM, phát thải âm (AE) và các thí nghiệm số học trên phyllite. Các kết quả cho thấy rằng (1) mô đun đàn hồi của phyllite thể hiện hình dạng U bất đối xứng theo góc xếp chồng, với giá trị tối đa tại 0° và 90° và giá trị tối thiểu tại 60°. Cường độ đỉnh cho thấy hai xu hướng phân biệt: hình chữ U và giảm phi tuyến tính theo góc xếp chồng. (2) Cường độ đỉnh và mô đun đàn hồi của phyllite có mối tương quan âm với hàm lượng nước. (3) Chế độ nứt của phyllite thay đổi từ thất bại cắt nén sang thất bại kéo theo góc xếp chồng. (4) Cấu trúc lớp và kết cấu vảy cá của phyllite có xu hướng trở nên rời rạc do sự xói mòn của nước, điều này thúc đẩy sự mở rộng của các vi nứt và làm yếu các tham số cơ học của đá. (5) Luật thay đổi của năng lượng tích lũy AE với góc xếp chồng và hàm lượng nước nhất quán với sự thay đổi trong các đặc tính cơ học vĩ mô, điều này tiết lộ mối quan hệ nội tại giữa sự tiến hóa tiến bộ của vi nứt trong các loại đá và các nứt vĩ mô. Kết quả nghiên cứu có thể cung cấp một tham khảo quan trọng cho việc thiết kế kế hoạch xây dựng, ổn định lâu dài, hoạt động và bảo trì của các dự án tương tự.
Từ khóa
#phyllite #tính dị hướng #phân hủy nước #cường độ đỉnh #mô đun đàn hồi #vi nứt #cơ chế thất bạiTài liệu tham khảo
Bai, Q.S.; Young, R.P.: Numerical investigation of the mechanical and damage behaviors of veined gneiss during true-triaxial stress path loading by simulation of in situ conditions. Rock Mech. Rock Eng. 53(1), 133–151 (2020). https://doi.org/10.1007/s00603-019-01898-2
Ji, L.; Lin, M.; Cao, G.; Jiang, W.: A core-scale reconstructing method for shale. Sci. Rep. 9, 1–12 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-39442-5
Yin, X.M.; Yan, E.C.; Wan, L.N.; Liu, L.C.; Peng, B.; Wang, P.Z.: Anisotropy of quartz mica schist based on quantitative extraction of fabric information. Bull. Eng. Geol. Environ. 79(5), 2439–2456 (2020). https://doi.org/10.1007/s10064-019-01699-5
Li, K.H.; Yin, Z.Y.; Cheng, Y.M.; Cao, P.; Meng, J.J.: Three-dimensional discrete element simulation of indirect tensile behaviour of a transversely isotropic rock. Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech. 44(13), 1812–1832 (2020). https://doi.org/10.1002/nag.3110
Jia, H.L.; Ding, S.; Zi, F.; Li, G.Y.; Yao, Y.: Development of anisotropy in sandstone subjected to repeated frost action. Rock Mech. Rock Eng. 54(4), 1863–1874 (2021). https://doi.org/10.1007/s00603-020-02343-5
Chen, Z.Q.; He, C.; Xu, G.W.; Ma, G.Y.; Yang, W.B.: Supporting mechanism and mechanical behavior of a double primary support method for tunnels in broken phyllite under high geo-stress: a case study. Bull. Eng. Geol. Environ. 78(7), 5253–5267 (2019). https://doi.org/10.1007/s10064-019-01479-1
Wu, R.J.; Li, H.B.; Wang, D.P.: Full-field deformation measurements from Brazilian disc tests on anisotropic phyllite under impact loads. Int. J. Impact Eng. 149, 1–12 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2020.103790
Chen, Z.Q.; He, C.; Xu, G.W.; Ma, G.Y.; Wu, D.: A case study on the asymmetric deformation characteristics and mechanical behavior of deep-buried tunnel in phyllite. Rock Mech. Rock Eng. 52(11), 4527–4545 (2019). https://doi.org/10.1007/s00603-019-01836-2
Ukritchon, B.; Keawsawasvong, S.: Undrained stability of unlined square tunnels in clays with linearly increasing anisotropic shear strength. Geotech. Geol. Eng. 38(1), 897–915 (2020). https://doi.org/10.1007/s10706-019-01023-8
Xu, G.W.; He, C.; Wang, J.; Zhang, J.B.: Study on the damage evolution of secondary tunnel lining in layered rock stratum. Bull. Eng. Geol. Environ. 79(7), 3533–3557 (2020). https://doi.org/10.1007/s10064-020-01775-1
Cai, J.; Du, G.Y.; Ye, H.W.; Lei, T.; Xia, H.; Pan, H.S.: A slate tunnel stability analysis considering the influence of anisotropic bedding properties. Adv. Mater. Sci. Eng. 2019(23), 1–17 (2019). https://doi.org/10.1155/2019/4653401
Chang, S.H.; Chen, C.S.; Wang, T.T.: Sediment Sluice Tunnel of Zengwen Reservoir and construction of section with huge underground excavation adjacent to neighboring slope. Eng. Geol. 260, 1–19 (2019). https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2019.105227
Moussaei, N.; Sharifzadeh, M.; Safiriar, K.; Khosravi, M.H.: A new classification of failure mechanisms at tunnels in stratified rock masses through physical and numerical modeling. Tunn. Undergr. Space Technol. 91, 1–12 (2019). https://doi.org/10.1016/j.tust.2019.103017
Wang, Y.P.; Xiong, L.X.: Numerical analysis of the influence of bolt set on the shear resistance of jointed rock masses. Civ. Eng. J. Tehran 6(6), 1039–1055 (2020). https://doi.org/10.28991/cej-2020-03091527
Balamuralikrishnan, R.; Saravanan, J.: Effect of addition of alccofine on the compressive strength of cement mortar cubes. Emerg. Sci. J. 5, 155–170 (2021). https://doi.org/10.28991/esj-2021-01265
Akulshin, A.; Bredikhina, N.; Akulshin, A.; Aksenteva, I.; Ermakova, N.: Development of filters with minimal hydraulic resistance for underground water intakes. Civ. Eng. J. Tehran 6, 919–927 (2020). https://doi.org/10.28991/cej-2020-03091517
Guo, X.L.; Tan, Z.S.; Wang, X.; Li, A.; Ma, Z.J.; Wu, Y.S.: Effect of bedding angle and mineral composition on mechanical properties and fracture behavior of phyllite under unloading confining pressures. Geotech. Geol. Eng. 38(4), 3611–3621 (2020). https://doi.org/10.1007/s10706-020-01238-0
Shi, X.S.; Jing, H.W.; Yin, Q.; Zhao, Z.L.; Han, G.S.; Gao, Y.: Investigation on physical and mechanical properties of bedded sandstone after high-temperature exposure. Bull. Eng. Geol. Environ. 79(5), 2591–2606 (2020). https://doi.org/10.1007/s10064-020-01729-7
Wen, S.; Zhang, C.S.; Chang, Y.L.; Hu, P.: Dynamic compression characteristics of layered rock mass of significant strength changes in adjacent layers. J. Rock Mech. Geotech. Eng. 12(2), 353–365 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2019.09.003
Wu, Z.H.; Lou, Y.L.; Yin, S.; Wang, A.L.; Liu, H.; Sun, W.J.; Zuo, Y.J.; Chen, B.: Acoustic and fractal analyses of the mechanical properties and fracture modes of bedding-containing shale under different seepage pressures. Energy Sci. Eng. 8(10), 3638–3656 (2020). https://doi.org/10.1002/ese3.772
Yin, P.F.; Yang, S.Q.: Experimental investigation of the strength and failure behavior of layered sandstone under uniaxial compression and Brazilian testing. Acta Geophys. 66(4), 585–605 (2018). https://doi.org/10.1007/s11600-018-0152-z
Hooker, J.N.; Ruhl, M.; Dickson, A.J.; Hansen, L.N.; Idiz, E.; Hesselbo, S.P.; Cartwright, J.: Shale anisotropy and natural hydraulic fracture propagation: an example from the jurassic (Toarcian) Posidonienschiefer, Germany. J. Geophys. Res. Solid Earth 125(3), 1–14 (2020). https://doi.org/10.1029/2019JB018442
Wang, H.; Ren, F.Q.; Chang, Y.: Effect of bedding angle on tunnel slate failure behavior under indirect tension. Geomat. Nat. Hazards Risk 11(1), 428–445 (2020). https://doi.org/10.1080/19475705.2020.1729870
Zuo, J.P.; Lu, J.F.; Ghandriz, R.; Wang, J.T.; Li, Y.H.; Zhang, X.Y.; Li, J.; Li, H.T.: Mesoscale fracture behavior of Longmaxi outcrop shale with different bedding angles: experimental and numerical investigations. J. Rock Mech. Geotech. Eng. 12(2), 297–309 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2019.11.001
Ding, C.D.; Zhang, Y.; Hu, D.W.; Zhou, H.; Shao, J.F.: Foliation effects on mechanical and failure characteristics of slate in 3D space under brazilian test conditions. Rock Mech. Rock Eng. 53(9), 3919–3936 (2020). https://doi.org/10.1007/s00603-020-02146-8
Liu, S.X.; Wang, Z.X.; Zhang, L.X.: Experimental study on the cracking process of layered shale using X-ray microCT. Energy Explor. Exploit. 36(2), 297–313 (2018). https://doi.org/10.1177/0144598717736855
Gu, H.L.; Tao, M.; Li, X.B.; Momeni, A.; Cao, W.Z.: The effects of water content and external incident energy on coal dynamic behaviour. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 123, 1–16 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2019.104088
Huang, S.B.; He, Y.B.; Liu, G.F.; Lu, Z.X.; Xin, Z.K.: Effect of water content on the mechanical properties and deformation characteristics of the clay-bearing red sandstone. Bull. Eng. Geol. Environ. 80(2), 1767–1790 (2021). https://doi.org/10.1007/s10064-020-01994-6
Li, C.M.; Liu, N.; Liu, W.R.: Experimental investigation of mechanical behavior of sandstone with different moisture contents using the acoustic emission technique. Adv. Civ. Eng. 2020(3), 1–10 (2020). https://doi.org/10.1155/2020/8877921
Rabat, A.; Tomas, R.; Cano, M.: Evaluation of mechanical weakening of calcarenite building stones due to environmental relative humidity using the vapour equilibrium technique. Eng. Geol. 278, 1–19 (2020). https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105849
Song, Y.Q.; Ma, H.F.; Li, X.S.; Zheng, J.J.; Yang, M.J.; Fu, H.: Experimental investigation on the influence of water content on mechanical properties and failure characteristics of tuff. Geotech. Geol. Eng. 39(4), 2871–2882 (2021). https://doi.org/10.1007/s10706-020-01661-3
Tang, S.B.: The effects of water on the strength of black sandstone in a brittle regime. Eng. Geol. 239, 167–178 (2018). https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2018.03.025
Yao, Q.L.; Wang, W.N.; Zhu, L.; Xia, Z.; Tang, C.J.; Wang, X.H.: Effects of moisture conditions on mechanical properties and AE and IR characteristics in coal-rock combinations. Arab. J. Geosci. 13(14), 1–15 (2020). https://doi.org/10.1007/s12517-020-05610-5
Yu, C.Y.; Tang, S.B.; Tang, C.A.; Duan, D.; Zhang, Y.J.; Liang, Z.Z.; Ma, K.; Ma, T.H.: The effect of water on the creep behavior of red sandstone. Eng. Geol. 253, 64–74 (2019). https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2019.03.016
Yu, L.Q.; Yao, Q.L.; Li, X.H.; Wang, W.N.; Han, H.; Zhang, M.T.: Experimental study of failure characteristics and fissure propagation in hydrous siltstone. Arab. J. Geosci. 13(13), 1–19 (2020). https://doi.org/10.1007/s12517-020-05522-4
Zhao, Y.C.; Yang, T.H.; Xu, T.; Zhang, P.H.; Shi, W.H.: Mechanical and energy release characteristics of different water-bearing sandstones under uniaxial compression. Int. J. Damage Mech. 27(5), 640–656 (2018). https://doi.org/10.1177/1056789517697472
Franklin, J.A.: Suggested methods for determining water-content, porosity, density, absorption and related properties and swelling and slake-durability index properties. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 16, 143–151 (1979)
Jiang, D.Y.; Xie, K.N.; Chen, J.; Zhang, S.L.; Tiedeu, W.N.; Xiao, Y.; Jiang, X.: Experimental analysis of sandstone under uniaxial cyclic loading through acoustic emission statistics. Pure Appl. Geophys. 176, 265–277 (2019). https://doi.org/10.1007/s00024-018-1960-4
Zhao, Y.F.; Ren, S.; Wang, L.; Zhang, P.; Liu, R.; Chen, F.; Jiang, X.: Acoustic emission and physicomechanical properties of concrete under sulfate attack. J. Mater. Civ. Eng. 33(4), 04021016 (2021). https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003572
Song, H.H.; Jiang, Y.D.; Elsworth, D.; Zhao, Y.X.; Wang, J.H.; Liu, B.: Scale effects and strength anisotropy in coal. Int. J. Coal Geol. 195, 37–46 (2018). https://doi.org/10.1016/j.coal.2018.05.006
Song, H.H.; Zhao, Y.X.; Elsworth, D.; Jiang, Y.D.; Wang, J.H.: Anisotropy of acoustic emission in coal under the uniaxial loading condition. Chaos Solitons Fractals 130, 1–7 (2020). https://doi.org/10.1016/j.chaos.2019.109465
Ma, L.H.; Jiang, X.; Chen, J.; Zhao, Y.F.; Liu, R.; Ren, S.: Analysis of damages in layered surrounding rocks induced by blasting during tunnel construction. Int. J. Struct. Stab. Dyn. 21(7), 2150089 (2021). https://doi.org/10.1142/S0219455421500899
Ma, L.H.; Lin, F.; Liu, R.; Liu, P.; Xia, G.; Chen, L.C.: Disturbance and control of national strategic gas storage induced by adjacent tunnel blasting. Front. Earth Sci. (2022). https://doi.org/10.3389/feart.2021.807073
ITASCA. Particle flow code, version 5.00.35. Minneapolis, MN, USA: Itasca: 2018.
Shen, H.M.; Zhang, Q.; Li, Q.; Li, X.C.; Shi, L.; Shen, N.: Experimental and numerical investigations of the dynamic permeability evolution of a fracture in granite during shearing under different normal stress conditions. Rock Mech. Rock Eng. 53(10), 4429–4447 (2020). https://doi.org/10.1007/s00603-020-02074-7
Shen, J.Y.; Zhan, S.X.; Karakus, M.; Zuo, J.P.: Effects of flaw width on cracking behavior of single-flawed rock specimens. Bull. Eng. Geol. Environ. 80(2), 1701–1711 (2021). https://doi.org/10.1007/s10064-020-02029-w
Zhang, Y.P.; Shi, C.; Zhang, Y.L.; Yang, J.X.; Chen, X.: Numerical analysis of the brittle-ductile transition of deeply buried marble using a discrete approach. Comput. Part. Mech. 8, 893–904 (2021). https://doi.org/10.1007/s40571-020-00375-w
Ersoy, H.; Karahan, M.; Kolayli, H.; Sunnetci, M.O.: Influence of mineralogical and micro-structural changes on the physical and strength properties of post-thermal-treatment clayey rocks. Rock Mech. Rock Eng. 54(2), 679–694 (2021). https://doi.org/10.1007/s00603-020-02282-1
Liu, J.T.; Yang, Y.; Gu, C.P.; Li, H.D.: Influence of dry heating regime on the mechanical and shrinkage properties of reactive powder concrete. J. Zhejiang Univ. Sci A 19(12), 926–938 (2018). https://doi.org/10.1631/jzus.A1800394
Mu, Q.Y.; Ng, C.W.W.; Zhou, C.; Zhou, G.G.D.: Effects of clay content on the volumetric behavior of loess under heating-cooling cycles. J. Zhejiang Univ. Sci A 20(12), 979–990 (2019). https://doi.org/10.1631/jzus.A1900274
Tripathi, A.; Gupta, N.; Singh, A.K.; Mohanty, S.P.; Rai, N.; Pain, A.: Effects of elevated temperatures on the microstructural, physico-mechanical and elastic properties of Barakar sandstone: a study from one of the world’s largest underground coalmine fire region, Jharia, India. Rock Mech. Rock Eng. 54(3), 1293–1314 (2021). https://doi.org/10.1007/s00603-020-02315-9
Yan, D.M.; Ruan, S.Q.; Chen, S.K.; Liu, Y.; Tian, Y.; Wang, H.L.; Ye, T.N.: Effects and mechanisms of surfactants on physical properties and microstructures of metakaolin-based geopolymer. J. Zhejiang Univ. Sci A 22(2), 130–146 (2021). https://doi.org/10.1631/jzus.A2000059
Wang, H.; Yang, T.H.; Zuo, Y.J.: Experimental study on acoustic emission of weakly cemented sandstone considering bedding angle. Shock Vib. 2018, 1–12 (2018). https://doi.org/10.1155/2018/6086583
Zhang, S.W.; Shou, K.J.; Xian, X.F.; Zhou, J.P.; Liu, G.J.: Fractal characteristics and acoustic emission of anisotropic shale in Brazilian tests. Tunn. Undergr. Space Technol. 71, 298–308 (2018). https://doi.org/10.1016/j.tust.2017.08.031
Hu, X.J.; Xie, N.; Zhu, Q.Z.; Chen, L.; Li, P.C.: Modeling damage evolution in heterogeneous granite using digital image-based grain-based model. Rock Mech. Rock Eng. 53(11), 4925–4945 (2020). https://doi.org/10.1007/s00603-020-02191-3
Liu, Y.; Ma, T.S.; Wu, H.; Chen, P.: Investigation on mechanical behaviors of shale cap rock for geological energy storage by linking macroscopic to mesoscopic failures. J. Energy Storage 29, 1–15 (2020). https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101326
Jiang, X.; Jiang, D.Y.; Xian, X.F.; Salje, E.K.H.: Collapsing minerals: Crackling noise of sandstone and coal, and the predictability of mining accidents. Am. Miner. 101, 2751–2758 (2016). https://doi.org/10.2138/am-2016-5809CCBY