Published December 27, 2020
| Version v1
Publication
Open
Numerical Investigation and Analysis of Intermediate Principal Stress Effects on Rock Failure Behaviors
- 1. Nanjing University of Science and Technology
- 2. Tongji University
- 3. Hanoi University
Description
A series of numerical experiments have been conducted to investigate the intermediate principal stress effects on rock failure behaviors. The numerical results show that the strength and deformation of the rock samples are significantly affected by the intermediate principal stress. The effects are inconsistent in different intervals. As intermediate principal stress ratio b increases, the rock strength increases initially and finally decreases. When b is approximately equal to 0.5, the strength of the rock sample reaches the maximum. In the microlevel, the intermediate principal stress affects the number and distribution of microcracks. The increase of the intermediate principal stress makes the projection of the microcracks on the loading plane change from uniform to uneven. On the one hand, the intermediate principal stress restricts the propagation of microcracks in the normal direction along the intermediate principal stress (or with a component in this direction), which will lead to an increase in the strength of the rock samples. On the other hand, the propagation of microcracks along the normal direction with small principal stress (or with a component in this direction) is promoted, which leads to a decrease in the strength of the rock sample. End friction can make the intermediate principal stress effect more significant because the friction of the loading end to the rock sample can result in stress deviation between the actual value and experimental value. Inhomogeneity of stress field induced by the change of stress states or end friction forces is the external factor of the intermediate principal stress effect. Also, the inhomogeneity of rock material itself is the internal factor. Intermediate principal stress will promote or restrict the failure of certain directions, thus affecting the overall strength of the rock samples. The numerical results can be very meaningful for stability analysis of rock masses in practical engineering.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تم إجراء سلسلة من التجارب العددية للتحقيق في تأثيرات الإجهاد الرئيسية الوسيطة على سلوكيات فشل الصخور. تظهر النتائج العددية أن قوة وتشوه عينات الصخور تتأثر بشكل كبير بالإجهاد الرئيسي الوسيط. التأثيرات غير متناسقة في فترات مختلفة. مع زيادة نسبة الإجهاد الرئيسية المتوسطة ب، تزداد قوة الصخور في البداية وتقل أخيرًا. عندما تكون b تساوي 0.5 تقريبًا، تصل قوة عينة الصخور إلى الحد الأقصى. في المستوى الدقيق، يؤثر الإجهاد الرئيسي الوسيط على عدد الشقوق الدقيقة وتوزيعها. تؤدي زيادة الإجهاد الرئيسي الوسيط إلى تغيير إسقاط الشقوق الدقيقة على مستوى التحميل من موحد إلى غير متساوٍ. من ناحية، يقيد الإجهاد الرئيسي الوسيط انتشار التشققات الدقيقة في الاتجاه الطبيعي على طول الإجهاد الرئيسي الوسيط (أو مع مكون في هذا الاتجاه)، مما سيؤدي إلى زيادة قوة عينات الصخور. من ناحية أخرى، يتم تعزيز انتشار التشققات الدقيقة على طول الاتجاه الطبيعي مع إجهاد رئيسي صغير (أو مع مكون في هذا الاتجاه)، مما يؤدي إلى انخفاض في قوة العينة الصخرية. يمكن أن يجعل الاحتكاك النهائي تأثير الإجهاد الرئيسي الوسيط أكثر أهمية لأن احتكاك طرف التحميل لعينة الصخور يمكن أن يؤدي إلى انحراف الإجهاد بين القيمة الفعلية والقيمة التجريبية. عدم تجانس مجال الإجهاد الناجم عن تغيير حالات الإجهاد أو قوى الاحتكاك النهائية هو العامل الخارجي لتأثير الإجهاد الرئيسي الوسيط. كما أن عدم تجانس المواد الصخرية نفسها هو العامل الداخلي. سيعزز الإجهاد الرئيسي المتوسط أو يقيد فشل اتجاهات معينة، مما يؤثر على القوة الإجمالية لعينات الصخور. يمكن أن تكون النتائج العددية ذات مغزى كبير لتحليل ثبات الكتل الصخرية في الهندسة العملية.Translated Description (French)
Une série d'expériences numériques ont été menées pour étudier les effets de contrainte principale intermédiaire sur les comportements de rupture de roche. Les résultats numériques montrent que la résistance et la déformation des échantillons de roche sont significativement affectées par la contrainte principale intermédiaire. Les effets sont incohérents à différents intervalles. Au fur et à mesure que le rapport de contrainte principale intermédiaire b augmente, la résistance de la roche augmente initialement et diminue finalement. Lorsque b est approximativement égal à 0,5, la résistance de l'échantillon de roche atteint le maximum. Au niveau micro, la contrainte principale intermédiaire affecte le nombre et la répartition des microfissures. L'augmentation de la contrainte principale intermédiaire fait passer la projection des microfissures sur le plan de chargement d'uniforme à inégale. D'une part, la contrainte principale intermédiaire limite la propagation des microfissures dans la direction normale le long de la contrainte principale intermédiaire (ou avec une composante dans cette direction), ce qui entraînera une augmentation de la résistance des échantillons de roche. D'autre part, la propagation de microfissures le long de la direction normale avec une faible contrainte principale (ou avec une composante dans cette direction) est favorisée, ce qui conduit à une diminution de la résistance de l'échantillon de roche. Le frottement d'extrémité peut rendre l'effet de contrainte principale intermédiaire plus important car le frottement de l'extrémité de chargement sur l'échantillon de roche peut entraîner un écart de contrainte entre la valeur réelle et la valeur expérimentale. L'inhomogénéité du champ de contrainte induite par le changement des états de contrainte ou des forces de frottement de fin est le facteur externe de l'effet de contrainte principal intermédiaire. En outre, l'inhomogénéité du matériau rocheux lui-même est le facteur interne. Une contrainte principale intermédiaire favorisera ou restreindra la défaillance de certaines directions, affectant ainsi la résistance globale des échantillons de roche. Les résultats numériques peuvent être très significatifs pour l'analyse de stabilité des masses rocheuses en ingénierie pratique.Translated Description (Spanish)
Se han realizado una serie de experimentos numéricos para investigar los principales efectos intermedios del estrés en los comportamientos de falla de las rocas. Los resultados numéricos muestran que la resistencia y la deformación de las muestras de roca se ven significativamente afectadas por el esfuerzo principal intermedio. Los efectos son inconsistentes en diferentes intervalos. A medida que aumenta la relación de tensión principal intermedia b, la resistencia de la roca aumenta inicialmente y finalmente disminuye. Cuando b es aproximadamente igual a 0.5, la resistencia de la muestra de roca alcanza el máximo. En el micronivel, la tensión principal intermedia afecta al número y distribución de las microfisuras. El aumento de la tensión principal intermedia hace que la proyección de las microgrietas en el plano de carga cambie de uniforme a desigual. Por un lado, la tensión principal intermedia restringe la propagación de microgrietas en la dirección normal a lo largo de la tensión principal intermedia (o con un componente en esta dirección), lo que conducirá a un aumento de la resistencia de las muestras de roca. Por otro lado, se promueve la propagación de microfisuras a lo largo de la dirección normal con pequeña tensión principal (o con un componente en esta dirección), lo que conduce a una disminución de la resistencia de la muestra de roca. La fricción final puede hacer que el efecto de tensión principal intermedio sea más significativo porque la fricción del extremo de carga con la muestra de roca puede resultar en una desviación de tensión entre el valor real y el valor experimental. La falta de homogeneidad del campo de tensión inducido por el cambio de los estados de tensión o las fuerzas de fricción finales es el factor externo del efecto de tensión principal intermedio. Además, la falta de homogeneidad del material rocoso en sí es el factor interno. El estrés principal intermedio promoverá o restringirá la falla de ciertas direcciones, afectando así la resistencia general de las muestras de roca. Los resultados numéricos pueden ser muy significativos para el análisis de estabilidad de masas rocosas en ingeniería práctica.Files
8861732.pdf.pdf
Files
(15.8 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:55b0da67d0926d68c412333403a68cdb
|
15.8 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحقيق والتحليل العددي لتأثيرات الإجهاد الرئيسية المتوسطة على سلوكيات فشل الصخور
- Translated title (French)
- Enquête numérique et analyse des effets intermédiaires du stress principal sur les comportements de rupture rocheuse
- Translated title (Spanish)
- Investigación numérica y análisis de los efectos del estrés principal intermedio en los comportamientos de falla de la roca
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3117248776
- DOI
- 10.1155/2020/8861732
References
- https://openalex.org/W1593291553
- https://openalex.org/W1985085998
- https://openalex.org/W2005732702
- https://openalex.org/W2011832518
- https://openalex.org/W2020834078
- https://openalex.org/W2024022347
- https://openalex.org/W2045497628
- https://openalex.org/W2045576355
- https://openalex.org/W2050615197
- https://openalex.org/W2056984500
- https://openalex.org/W2059946842
- https://openalex.org/W2069311457
- https://openalex.org/W2073775990
- https://openalex.org/W2097447401
- https://openalex.org/W2156524938
- https://openalex.org/W2259445200
- https://openalex.org/W2330409978
- https://openalex.org/W2371265213
- https://openalex.org/W2494214890
- https://openalex.org/W2810097851
- https://openalex.org/W2894310853
- https://openalex.org/W2953208312
- https://openalex.org/W3095770241
- https://openalex.org/W4210810065
- https://openalex.org/W4231047040
- https://openalex.org/W4256229139
- https://openalex.org/W4300212852