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液氮冻融对不同含水率煤岩力学与渗流特性影响研究

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力学季刊 2024年第3期 808-824页

作者：齐消寒张颖侯双荣刘晓东刘忠桦谢文坤辽宁工程技术大学安全科学与工程学院矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室(辽宁工程技术大学) 徐矿集团天山矿业公司

为探究液氮冻融对不同含水率煤岩力学渗流特性的影响规律，采用非接触式数字图像技术测量流固耦合试验系统，进行不同含水率下冻融煤岩三轴加载及渗流实验研究．研究结果表明：（1）经液氮冻融2次处理的煤岩，在围压相同轴压加载试验中... 详细信息

为探究液氮冻融对不同含水率煤岩力学渗流特性的影响规律，采用非接触式数字图像技术测量流固耦合试验系统，进行不同含水率下冻融煤岩三轴加载及渗流实验研究．研究结果表明：（1）经液氮冻融2次处理的煤岩，在围压相同轴压加载试验中，随含水率增加，煤体细观损伤增强，轴向峰值应变、峰值强度和弹性模量逐渐降低，泊松比逐渐增加．（2）液氮冻融下不同含水率的煤样在压密、弹性、屈服和破坏4阶段的轴向应变场中应变集中现象强烈，在压密、弹性和屈服阶段应变场存在负值，媒体产生膨胀变形．（3）液氮冻融引起的裂隙扩展增加了煤体的渗透性，含水率3%～6%煤样较含水率0%～3%渗透率增长1.31倍，含水率6%～9%煤样渗透率较3%～6%煤样增长1.43倍，含水率9%煤样渗透率可达9.37×10-12cm2．本文研究结果可为深部低渗煤层瓦斯抽采效率提供理论指导．

关键词：非接触式数字图像处理三轴加载含水率液氮冻融渗透率

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不同应力路径及围压下煤岩损伤能量演化

力学季刊 2024年第2期45卷 581-591页

作者：马恒刘晓东侯双荣齐消寒王品刘阳辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125100 辽宁工程技术大学矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室辽宁葫芦岛125100

为研究煤岩体损伤演化过程中能量的转化机制,以王庄煤矿9105工作面原煤为研究对象,利用HC-SPT-100型高压三轴试验机、HC-U7型非金属超声波探测仪、4K科研相机等仪器,采用非接触式数字图像处理技术开展了不同应力路径及围压下三轴加载试... 详细信息

为研究煤岩体损伤演化过程中能量的转化机制,以王庄煤矿9105工作面原煤为研究对象,利用HC-SPT-100型高压三轴试验机、HC-U7型非金属超声波探测仪、4K科研相机等仪器,采用非接触式数字图像处理技术开展了不同应力路径及围压下三轴加载试验.研究结果表明:(1)不同应力路径及围压下三轴加载过程中煤岩损伤能量演化可分为压密、弹性与脆性跌落3个阶段;(2)试件在不同加载路径与不同初始围压下各阶段能量值相差较大,表现为在同一初始围压下,常规三轴加载路径下试件的弹性能、耗散能、总能量均大于三轴循环加载路径下试件的弹性能、耗散能、总能量;(3)三轴加载过程中,不同加载路径下试件轴向应变从压密到破坏阶段表现为整体波动与局部集中→局部集中→局部集中→整体波动与局部集中的发展规律;(4)不同加载路径及围压下破坏阶段试件的应力集中不同,常规三轴加载路径下破坏阶段试件的应力集中在低围压下以新生应力集中为主、高围压下以继承应力集中为主,三轴循环加载路径下破坏阶段试件的应力集中在高、低围压下主要以继承应力集中为主.

关键词：能量演化三轴荷载非接触数字图像处理应力集中

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煤岩三轴破坏行为与能量演化规律的图像测量

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2023年第3期42卷 274-282页

为研究煤岩破坏过程中能量的演化规律,对标准煤试件进行了单轴压缩试验、常规三轴加载试验及三轴卸围压试验,利用基于亚像素点检测系统的数字图像测量方法探究煤岩体应变与破坏时能量演化间的关系,并通过体应变变化等值线图对煤岩变形... 详细信息

为研究煤岩破坏过程中能量的演化规律,对标准煤试件进行了单轴压缩试验、常规三轴加载试验及三轴卸围压试验,利用基于亚像素点检测系统的数字图像测量方法探究煤岩体应变与破坏时能量演化间的关系,并通过体应变变化等值线图对煤岩变形特征进行量化。研究结果表明:三种试验路径下,煤样的轴向能量、总能量在峰值应力前以积聚能量为主,峰值应力后煤样破坏过程伴有大量耗散能。常规三轴加载试验路径下体应变变化大,能量积聚较多且与围压呈正相关,但由于加载至预设围压后围压恒定,煤岩破坏程度较小。三轴卸围压路径下由于伴随围压卸载,煤样径向束缚力变小,煤岩破坏程度较大。

关键词：能量演化单轴压缩三轴加卸载体应变图像测量

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基于图形测量技术的煤岩力学三轴试验研究

力学季刊 2023年第3期44卷 739-749页

作者：齐消寒侯双荣马恒王品刘阳张向明辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125100 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室、辽宁工程技术大学辽宁葫芦岛125100

为研究初始围压对煤岩力学特性的影响,以王庄煤矿9105工作面煤体为研究对象,通过HC-SPT-100型高压三轴试验机、HC-U7型非金属超声波探测仪、4K科研相机等仪器,利用数字图像测量技术开展不同初始围压下原煤试件加载试验,探究不同围压对... 详细信息

为研究初始围压对煤岩力学特性的影响,以王庄煤矿9105工作面煤体为研究对象,通过HC-SPT-100型高压三轴试验机、HC-U7型非金属超声波探测仪、4K科研相机等仪器,利用数字图像测量技术开展不同初始围压下原煤试件加载试验,探究不同围压对煤体弹性模量、峰值应变、残余应力和破坏裂隙的影响规律,研究结果表明:弹性模量、峰值应变和残余应力随围压的增大而增大;随围压的增大各峰值应变增长速率不同,轴向峰值应变增长速率最快,体峰值应变增长速率次之,径向峰值应变增长速率最慢;不同围压加载破坏下煤体裂隙特征明显,主要以斜交裂隙为主;采用Jaeger法求得不同围压下煤岩体破坏临界强度值与试验值比较误差较小,符合Jaeger单结构面理论.

关键词：三轴压缩力学特性数字图像测量裂隙特征

液氮冻融-微波注热急速冷热冲击下饱水煤力学及渗流特征研究

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矿业科学学报 2023年第6期8卷 828-837页

作者：马恒侯双荣齐消寒王品刘阳王晓琪辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125100 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室(辽宁工程技术大学) 辽宁葫芦岛125100

为研究饱水、冻融与温度因素耦合作用下煤岩力学及渗流特征,以王庄煤矿9105工作面原煤为研究对象,采用非接触式数字图像处理技术开展液氮冻融与微波注热条件下煤岩三轴加载实验。研究结果表明:原始煤岩经液氮冻融、液氮饱水冻融、液氮... 详细信息

为研究饱水、冻融与温度因素耦合作用下煤岩力学及渗流特征,以王庄煤矿9105工作面原煤为研究对象,采用非接触式数字图像处理技术开展液氮冻融与微波注热条件下煤岩三轴加载实验。研究结果表明:原始煤岩经液氮冻融、液氮饱水冻融、液氮饱水冻融不同温度处理后,煤岩抗压强度、弹性模量降低,泊松比升高,剪切应变值增大;原始煤岩在压密、弹性、屈服和破坏4阶段应力集中现象无明显变化,但经3种条件处理后,煤岩局部应力集中在破坏阶段出现明显扩增现象;相比于原始煤岩初始渗透率,经冻融处理后煤岩初始渗透率为1.44×10^(-3)μm^(2),增幅较小;经饱水冻融、饱水冻融后50℃、100℃温度处理,煤岩初始渗透率增幅较为明显;经饱水冻融后150℃温度处理后煤岩初始渗透率为7.40×10^(-3)μm^(2),增幅显著提高。研究结果可为深部低渗透煤层瓦斯增透提供指导,对提高井下瓦斯抽采效率具有参考意义。

关键词：非接触式数字图像处理三轴加载液氮冻融应力集中初始渗透率

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三轴应力影响下预热冻融煤岩变形特征研究

中国安全生产科学技术 2023年第7期19卷 69-76页

作者：齐消寒王品刘阳侯双荣朱同光辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125105 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室辽宁葫芦岛125105

为了探究预热冻融煤岩在三轴应力下的变形特性,开展液氮冻融前后煤岩三轴卸载试验研究,采用具有图测功能的煤岩三轴伺服试验系统,对煤岩进行预热干燥和预热干燥后液氮冻融预处理,对煤岩损伤演化及力学特点进行研究。研究结果表明:煤岩... 详细信息

为了探究预热冻融煤岩在三轴应力下的变形特性,开展液氮冻融前后煤岩三轴卸载试验研究,采用具有图测功能的煤岩三轴伺服试验系统,对煤岩进行预热干燥和预热干燥后液氮冻融预处理,对煤岩损伤演化及力学特点进行研究。研究结果表明:煤岩扩容过程的4个阶段分别为压缩阶段、扩容开始阶段、扩容加速阶段、扩容破坏阶段;在不同初始围压卸载条件下,煤岩破坏按体积变化分为扩容性破坏和压缩性破坏,按破坏形式分为块状剪切型和不规则网状型;三轴应力影响下经过冻融的煤岩力学性质进一步发生改变,内部结构破坏明显,峰值抗压强度与内摩擦角均减小,应变程度增大,致裂效果明显,利于瓦斯抽采,并抑制煤岩扩容。研究结果可为液氮冻融技术在提高瓦斯抽采效率和解决煤岩扩容安全问题的上的应用提供理论基础。

关键词：液氮冻融致裂卸载力学特性三轴试验

剪切速率和粒径比对橡胶砂抗剪强度特性的影响研究

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剪切速率和粒径比对橡胶砂抗剪强度特性的影响研究

作者：侯双亮河北大学

学位级别：硕士

随着汽车等现代交通工具的逐渐普及,废旧轮胎的数量日益增长,导致严重的环境污染与资源浪费。因此,如何实现废旧轮胎在岩土工程中的资源化利用成为了国内外学者广泛关注的热点问题。将废旧轮胎经粉碎后与砂土按照一定比例混合形成的橡胶... 详细信息

随着汽车等现代交通工具的逐渐普及,废旧轮胎的数量日益增长,导致严重的环境污染与资源浪费。因此,如何实现废旧轮胎在岩土工程中的资源化利用成为了国内外学者广泛关注的热点问题。将废旧轮胎经粉碎后与砂土按照一定比例混合形成的橡胶砂,具有轻质、超弹、低模量和高阻尼等特点,在路基沉降控制、地下结构减荷、挡土结构回填以及工程结构减隔震等领域得到了广泛的研究与应用。抗剪强度是橡胶砂的基本力学特性,也是其设计及性能评价中必不可少的计算参数。当不同掺量和粒径比的橡胶砂应用于工程结构时,其在服役期间可能遭受交通、地震等不同频率的动荷载。针对该问题,有必要进一步开展系列试验研究,揭示剪切速率和胶砂粒径比对不同橡胶掺量橡胶砂抗剪强度的影响规律,量化评估上述因素的影响程度,可深化对橡胶砂抗剪强度的科学认识,为橡胶砂在工程中的应用提供理论依据。主要研究结论如下:(1)针对橡胶掺量为0%、10%、20%、30%和40%和胶砂粒径比为0.2、0.4、1.0、2.0和4.0的橡胶砂,开展相对密度试验,获得了橡胶砂的最大和最小干密度,揭示了上述因素对其干密度的影响规律。研究发现,橡胶砂的最大和最小干密度均随橡胶掺量的增加而减小;基于纯砂密度对橡胶砂密度进行归一化处理,发现橡胶掺量每增加10%,归一化密度则降低约9%;随着胶砂粒径比的增加,橡胶砂的密度逐渐减小。(2)考虑固结和非固结两种情况,开展了0.1、0.2、0.5、1.0、2.0和4.0mm/min六个剪切速率下纯砂和橡胶掺量为40%的橡胶砂直剪试验研究。结果表明,剪切速率对纯砂和橡胶砂剪应力-水平位移曲线的影响不明显,抗剪强度和抗剪强度指标随剪切速率的变化较小;但试样在剪切过程中的竖向位移随剪切速率的增大而明显减小,与纯砂相比,剪切速率对橡胶砂的影响更加显著;在固结与非固结条件下,不同剪切速率间橡胶砂的峰值竖向位移最大相差分别可达25%和30%。(3)在1.0mm/min剪切速率和50、100和150k Pa法向应力条件下,开展了不同橡胶掺量和胶砂粒径比橡胶砂的固结直剪试验,量化评估橡胶掺量和胶砂粒径比对其抗剪强度特性的影响。结果表明,随橡胶掺量的增加,橡胶砂的剪应力-水平位移曲线逐渐从剪胀转为剪缩;总体来说,当剪应变水平小于10%时,橡胶砂的抗剪强度随橡胶掺量的增大而减小,而当剪应变水平大于10%时,因橡胶砂的应变硬化特性,其抗剪强度大于纯砂;橡胶掺量较低时,粒径比对橡胶砂抗剪强度基本无影响;随橡胶掺量的增大,大粒径橡胶颗粒对橡胶砂抗剪强度的增强作用逐渐显著,在橡胶掺量为40%胶砂粒径比从0.2增加到4.0时,橡胶砂的抗剪强度增大约20%。(4)基于Mohr-Coulomb强度准则,对不同试验工况下的抗剪强度进行分析,阐明了橡胶掺量和胶砂粒径比对橡胶砂抗剪强度参数的影响规律。研究发现,随橡胶掺量的增加或胶砂粒径比的减小,粘聚力一般先减小后增大而内摩擦角则先增大后减小;总体而言,橡胶颗粒的掺入对内摩擦角的影响相对较小,而当橡胶掺量为10%和胶砂粒径比为2时,橡胶砂的粘聚力最大;通过对比试验和模型预测结果,发现扩展的Duncan-Chang模型可有效模拟橡胶砂的剪应力-水平位移曲线。

关键词：橡胶砂抗剪强度剪切速率粒径比直剪试验

学科德育背景下课内外德育资源在高中英语教学中的融合现状调查研究

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学科德育背景下课内外德育资源在高中英语教学中的融合现状调查研...

作者：侯双华太原师范学院

学位级别：硕士

考虑几何非线性的正交各向异性层合板随机振动响应数值解

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机械工程学报 2024年第2期60卷 224-233页

作者：张玄刘源侯耀东张承双尹维龙邓清扬哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 西安航天复合材料研究所西安710025

为提高卫星用复合材料结构随机振动响应的分析精度,充分考虑结构几何非线性特征,提出正交各向异性中厚板的非线性随机振动响应数值求解方法。首先,基于一阶剪切变形理论建立矩形中厚板的运动方程。然后,采用伽辽金法和摄动法求得层合板... 详细信息

为提高卫星用复合材料结构随机振动响应的分析精度,充分考虑结构几何非线性特征,提出正交各向异性中厚板的非线性随机振动响应数值求解方法。首先,基于一阶剪切变形理论建立矩形中厚板的运动方程。然后,采用伽辽金法和摄动法求得层合板结构的非线性固有频率。在此基础上,结合等效线性化法和虚拟激励法推导得到三种边界条件下正交各向异性中厚板的非线性随机振动响应数值解。采用提出的非线性随机振动数值解法,结合具体实例分析卫星用复合材料中厚板的随机响应特性,结果表明,采用线性化方法和非线性化方法求解中厚板随机振动响应的结果存在很大差异,非线性方法可显著提高随机振动响应数值求解的精度;外加激励较小时,相同的弯曲边界条件下,不同平面边界条件对随机振动响应的功率谱密度和均方根影响较小,而外加激励较大时不同平面边界条件对随机振动响应的影响显著。提出非线性随机振动响应求解方法为卫星结构动力学分析提供了新的研究思路和研究方法,具有重要的理论研究和工程应用价值。

关键词：几何非线性正交各向异性层合板随机振动中厚板数值解