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Journal of Theoretical and Applied Mechanics
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Fracture failure analysis of freeze–thawed granite containing natural fracture under uniaxial multi-level cyclic loads
Theoretical and Applied Fracture Mechanics ( IF 5.3 ) Pub Date : 2020-12-01 , DOI: 10.1016/j.tafmec.2020.102782 Y. Wang , C.H. Li , H. Liu , J.Q. Han
Theoretical and Applied Fracture Mechanics ( IF 5.3 ) Pub Date : 2020-12-01 , DOI: 10.1016/j.tafmec.2020.102782 Y. Wang , C.H. Li , H. Liu , J.Q. Han
Abstract Rock mass containing natural fractures is susceptible to freeze-thaw (F-T) weathering in cold regions and could result in the instability of rock engineering and even serious geological hazards. Yet the F-T action on the change of fracture physical characteristics and the associated fracturing evolution of naturally fractured rock is poorly understood. In this work, multi-level compressive cyclic loading experiments were performed to investigate the fracture evolution of naturally fractured granite using real time acoustic emission monitoring and post-test CT scanning. The results show that the aperture change of natural fracture is related to the fracture openness and filling characteristics, the open-type fracture is sensitive to F-T treatment and its aperture increases faster than the close-type and fill-type fractures. In addition, the stress strain curve pattern is impacted by the initial natural fracture volume. The AE activities at fatigue loading stage are weaker than the stress-increasing stage. The proportion of low frequency AE signals increases with increasing natural fracture volume, and the shear-sliding along natural fracture results in the occurrence of low-frequency signals. Moreover, interactions between the natural fracture and stimulated new fracture are visualized using CT scanning and it is found that the initial natural fracture volume impacts the failure mode and fracture network pattern. The testing results are expected to improve the understanding of the influence of natural fractures on rock damage and deformation in cold regions.
中文翻译:
含天然裂缝的冻融花岗岩在单轴多级循环荷载作用下的断裂破坏分析
摘要 含有天然裂缝的岩体在寒冷地区易发生冻融风化,导致岩石工程失稳,甚至造成严重的地质灾害。然而,FT 对裂缝物理特性变化的作用以及天然裂缝性岩石的相关裂缝演化知之甚少。在这项工作中,进行了多级压缩循环加载实验,使用实时声发射监测和测试后 CT 扫描来研究天然裂缝花岗岩的裂缝演化。结果表明,天然裂缝的孔径变化与裂缝的张开度和充填特性有关,开放式裂缝对FT处理敏感,其孔径增长速度快于封闭式和填充式裂缝。此外,应力应变曲线模式受初始天然裂缝体积的影响。疲劳加载阶段的AE活动弱于应力增加阶段。低频声发射信号的比例随着天然裂缝体积的增加而增加,沿着天然裂缝的剪切滑动导致低频信号的出现。此外,使用 CT 扫描可视化天然裂缝和刺激新裂缝之间的相互作用,发现初始天然裂缝体积影响破坏模式和裂缝网络模式。测试结果有望提高对天然裂缝对寒冷地区岩石损伤和变形影响的认识。疲劳加载阶段的AE活动弱于应力增加阶段。低频声发射信号的比例随着天然裂缝体积的增加而增加,沿着天然裂缝的剪切滑动导致低频信号的出现。此外,使用 CT 扫描可视化天然裂缝和刺激新裂缝之间的相互作用,发现初始天然裂缝体积影响破坏模式和裂缝网络模式。测试结果有望提高对天然裂缝对寒冷地区岩石损伤和变形影响的认识。疲劳加载阶段的AE活动弱于应力增加阶段。低频声发射信号的比例随着天然裂缝体积的增加而增加,沿着天然裂缝的剪切滑动导致低频信号的出现。此外,使用 CT 扫描可视化天然裂缝和刺激新裂缝之间的相互作用,发现初始天然裂缝体积影响破坏模式和裂缝网络模式。测试结果有望提高对天然裂缝对寒冷地区岩石损伤和变形影响的认识。沿天然裂缝的剪切滑动导致低频信号的出现。此外,使用 CT 扫描可视化天然裂缝和刺激新裂缝之间的相互作用,发现初始天然裂缝体积影响破坏模式和裂缝网络模式。测试结果有望提高对天然裂缝对寒冷地区岩石损伤和变形影响的认识。沿天然裂缝的剪切滑动导致低频信号的出现。此外,使用 CT 扫描可视化天然裂缝和刺激新裂缝之间的相互作用,发现初始天然裂缝体积影响破坏模式和裂缝网络模式。测试结果有望提高对天然裂缝对寒冷地区岩石损伤和变形影响的认识。
更新日期:2020-12-01
中文翻译:
含天然裂缝的冻融花岗岩在单轴多级循环荷载作用下的断裂破坏分析
摘要 含有天然裂缝的岩体在寒冷地区易发生冻融风化,导致岩石工程失稳,甚至造成严重的地质灾害。然而,FT 对裂缝物理特性变化的作用以及天然裂缝性岩石的相关裂缝演化知之甚少。在这项工作中,进行了多级压缩循环加载实验,使用实时声发射监测和测试后 CT 扫描来研究天然裂缝花岗岩的裂缝演化。结果表明,天然裂缝的孔径变化与裂缝的张开度和充填特性有关,开放式裂缝对FT处理敏感,其孔径增长速度快于封闭式和填充式裂缝。此外,应力应变曲线模式受初始天然裂缝体积的影响。疲劳加载阶段的AE活动弱于应力增加阶段。低频声发射信号的比例随着天然裂缝体积的增加而增加,沿着天然裂缝的剪切滑动导致低频信号的出现。此外,使用 CT 扫描可视化天然裂缝和刺激新裂缝之间的相互作用,发现初始天然裂缝体积影响破坏模式和裂缝网络模式。测试结果有望提高对天然裂缝对寒冷地区岩石损伤和变形影响的认识。疲劳加载阶段的AE活动弱于应力增加阶段。低频声发射信号的比例随着天然裂缝体积的增加而增加,沿着天然裂缝的剪切滑动导致低频信号的出现。此外,使用 CT 扫描可视化天然裂缝和刺激新裂缝之间的相互作用,发现初始天然裂缝体积影响破坏模式和裂缝网络模式。测试结果有望提高对天然裂缝对寒冷地区岩石损伤和变形影响的认识。疲劳加载阶段的AE活动弱于应力增加阶段。低频声发射信号的比例随着天然裂缝体积的增加而增加,沿着天然裂缝的剪切滑动导致低频信号的出现。此外,使用 CT 扫描可视化天然裂缝和刺激新裂缝之间的相互作用,发现初始天然裂缝体积影响破坏模式和裂缝网络模式。测试结果有望提高对天然裂缝对寒冷地区岩石损伤和变形影响的认识。沿天然裂缝的剪切滑动导致低频信号的出现。此外,使用 CT 扫描可视化天然裂缝和刺激新裂缝之间的相互作用,发现初始天然裂缝体积影响破坏模式和裂缝网络模式。测试结果有望提高对天然裂缝对寒冷地区岩石损伤和变形影响的认识。沿天然裂缝的剪切滑动导致低频信号的出现。此外,使用 CT 扫描可视化天然裂缝和刺激新裂缝之间的相互作用,发现初始天然裂缝体积影响破坏模式和裂缝网络模式。测试结果有望提高对天然裂缝对寒冷地区岩石损伤和变形影响的认识。