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不同加载方式下含预制裂隙岩石力学特性及破坏规律试验研究

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采矿与安全工程学报 2021年第5期38卷 1025-1035页

作者：李地元万千荣朱泉企胡楚维中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 湖南省交通规划勘察设计院有限公司湖南长沙410008

为探究不同加载方式下含裂隙岩石的力学特性和破坏规律,加工制备了5组裂隙角度的圆柱形花岗岩试样,采用万能材料试验机和改进的SHPB装置,分别进行了静态单轴压缩试验、常规冲击试验和动静组合加载试验,并借助三维数字图像相关技术(3D-D... 详细信息

为探究不同加载方式下含裂隙岩石的力学特性和破坏规律,加工制备了5组裂隙角度的圆柱形花岗岩试样,采用万能材料试验机和改进的SHPB装置,分别进行了静态单轴压缩试验、常规冲击试验和动静组合加载试验,并借助三维数字图像相关技术(3D-DIC)记录分析了试样的变形破裂过程。试验结果表明,各加载方式下含裂隙试样的强度、峰值应变和弹性模量均随裂隙角度的增大而增大。试样的单位体积吸收能和能量吸收率均随裂隙角度的增大呈先上升后下降的趋势,但同一裂隙角度试样在常规冲击条件下其值总要大于动静组合加载。裂隙角度和加载方式均会对含裂隙试样的裂纹扩展特征与破坏模式产生影响。

关键词：岩石动力学分离式霍普金森压杆动静组合加载预制裂隙三维数字图像相关

预制裂隙花岗岩动静组合加载力学特性和破坏规律试验研究

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岩石力学与工程学报 2020年第6期39卷 1081-1093页

作者：李地元胡楚维朱泉企中南大学资源与安全工程学院

为了研究动静组合加载下深部含裂隙岩体的力学特性和破坏规律,选用花岗岩加工制备50 mm×50 mm含裂隙的圆柱形试样,采用改进的霍普金森压杆装置,进行6个典型轴压水平和3个冲击气压水平的动静组合加载试验,并借助三维数字图像相关技术(3D... 详细信息

为了研究动静组合加载下深部含裂隙岩体的力学特性和破坏规律,选用花岗岩加工制备50 mm×50 mm含裂隙的圆柱形试样,采用改进的霍普金森压杆装置,进行6个典型轴压水平和3个冲击气压水平的动静组合加载试验,并借助三维数字图像相关技术(3D-DIC)记录并分析试样的变形破裂过程。试验结果表明,裂隙的存在降低了花岗岩试样的抗压强度;随着轴压的增大,试样动态强度和动态弹性模量整体呈先上升后下降的趋势,组合强度基本呈上升趋势,动态应变则呈下降趋势;随着冲击气压的增大,试样动态强度和组合强度均增大,表现出显著的应变率效应。试样的能量吸收率随轴压增大呈先上升后下降的趋势,但在常规静载轴压比0.6～0.7时转而释放能量,并且轴压越大,释放能量所需的冲击气压越小,表现出硬岩岩爆特征;随着冲击气压增大,试样能量吸收率有所下降。对于完整试样,局部高应变先在试样端部集中并形成拉伸起裂裂纹,最终呈劈裂拉伸破坏;对含预制裂隙试样,局部高应变大多先在裂隙尖端或附近集中并形成翼裂纹,最终在轴压0～30 MPa动静组合加载下呈拉剪复合型破坏,但受端部效应影响,在轴压50～70 MPa动静组合加载下,裂隙尖端会形成2条近似平行的反翼裂纹,最终试样呈剪切破坏。

关键词：岩石力学分离式霍普金森压杆动静组合加载预制裂隙三维数字图像相关破坏模式

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孔洞形状对大理岩渐进破坏力学特性影响研究

地下空间与工程学报 2018年第1期14卷 58-66页

作者：李地元朱泉企李夕兵中南大学资源与安全工程学院长沙410083

为研究孔洞形状对岩石破坏特性的影响,对含不同形状孔洞大理岩进行单轴压缩实验,利用高速摄像仪记录孔洞周边裂纹的萌生、扩展和贯通直至试样破坏的过程,分析孔洞形状对大理岩力学特性、破坏模式、裂纹扩展特性的影响规律,以及试样所储... 详细信息

为研究孔洞形状对岩石破坏特性的影响,对含不同形状孔洞大理岩进行单轴压缩实验,利用高速摄像仪记录孔洞周边裂纹的萌生、扩展和贯通直至试样破坏的过程,分析孔洞形状对大理岩力学特性、破坏模式、裂纹扩展特性的影响规律,以及试样所储存的能量与岩石变形破坏的关系。研究发现,孔洞形状对大理岩的力学特性有明显影响,且不同边界类型的孔洞有不同的裂纹扩展特性。另外,试样的宏观破坏是由远场裂纹迅速扩展的结果,而初始裂纹对材料破坏没起到关键作用。从能量的角度提出一个可判别岩石脆性破坏的能量跌落系数,还发现岩块弹射烈度与单位体积吸收能量的大小有关。通过FLAC3D对不同孔洞形状大理岩进行数值模拟,得到不同孔洞形状大理岩的应力分布和应力集中系数特征,其应力分布特征较好地反映了室内试验的破坏特征。

关键词：岩石力学大理岩孔洞裂纹扩展能量数值模拟

复杂开采条件下深部硬岩板裂化破坏试验与模拟研究进展和关键问题

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中国矿业大学学报 2023年第5期52卷 868-888页

作者：陈绍杰冯帆李夕兵王成李地元 ROSTAMI Jamal 朱泉企山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿湖南长沙410083 中南大学资源与安全工程学院矿山东莱州261441 科罗拉多矿业大学地球力学研究所美国戈尔登80401

板裂化破坏是深部硬岩巷道或硐室典型的破坏形式,严重制约了深部矿产资源的安全高效开发与利用.板裂化破坏诱发因素、发生机制以及控制对策研究已成为岩石力学领域的前沿和热点问题.本文以深部硬岩所处的复杂赋存环境与开采条件为出发点... 详细信息

板裂化破坏是深部硬岩巷道或硐室典型的破坏形式,严重制约了深部矿产资源的安全高效开发与利用.板裂化破坏诱发因素、发生机制以及控制对策研究已成为岩石力学领域的前沿和热点问题.本文以深部硬岩所处的复杂赋存环境与开采条件为出发点,从开采因素(工程结构尺寸和开挖速率)、环境因素(地质构造和应力环境)和锚固控制3个方面,系统梳理和总结了板裂化破坏在室内试验以及数值模拟方面的研究现状与发展历程.在此基础上,凝练了目前深部硬岩板裂化破坏试验模拟研究中存在的关键科学问题以及关键技术难题.为了保障深井矿山安全高效开采,亟需对深部复杂开采条件下硬岩板裂化破坏机制以及灾害防控开展更为深入和系统的研究,以期为深地矿产资源可持续开发利用提供理论与技术支撑.

关键词：岩石力学深部开采板裂复杂开采条件破坏行为控制机制科学问题技术难题

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含充填椭圆形孔洞砂岩力学破坏特性试验研究

铁道科学与工程学报 2019年第8期16卷 1931-1939页

作者：周亚楠朱泉企李地元马春德中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中南大学高等研究中心湖南长沙410083

为研究充填物力学性能对含椭圆形孔洞岩石力学破坏特性的影响,通过在预制孔洞内填充不同配比的水泥砂浆,对含充填椭圆形孔洞板状砂岩试样进行单轴压缩试验,并借助声发射系统和数字图像相关技术记录并分析试样的破裂过程和裂纹扩展特征... 详细信息

为研究充填物力学性能对含椭圆形孔洞岩石力学破坏特性的影响,通过在预制孔洞内填充不同配比的水泥砂浆,对含充填椭圆形孔洞板状砂岩试样进行单轴压缩试验,并借助声发射系统和数字图像相关技术记录并分析试样的破裂过程和裂纹扩展特征。研究结果表明:含椭圆形孔洞试样的强度和弹性模量相对于完整试样分别降低了24.45%和23.05%,而充填后试样的起裂应力、峰值应力和弹性模量均有所提高,且提升幅度随充填物本身力学性能的增强而增大。充填作用对岩样的裂纹起裂、扩展及最终破坏形态的影响也很明显,含椭圆形孔洞试样的破坏模式随充填物力学性能的增强由拉伸破坏向剪切破坏转变。通过将声发射技术与数字图像相关技术相结合应用,能够建立起岩石宏观力学响应与细观力学行为之间的关系。

关键词：岩石力学充填孔洞力学特性破坏过程数字图像相关声发射

软层对土质边坡破坏模式及稳定性影响的数值分析

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公路交通科技 2019年第6期36卷 17-24页

作者：孙婧张志强李地元林杭朱泉企中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048

为了研究软层对土质边坡破坏模式及其稳定性的影响,运用FLAC^3D建立多分层(坡体分4层,坡基分2层)土质边坡模型。将软层分为由内摩擦角φ控制的软层(内摩擦角φ较小的软层),以由黏聚力c控制的软层(黏聚力c较小的软层)。考虑工程实际选取... 详细信息

为了研究软层对土质边坡破坏模式及其稳定性的影响,运用FLAC^3D建立多分层(坡体分4层,坡基分2层)土质边坡模型。将软层分为由内摩擦角φ控制的软层(内摩擦角φ较小的软层),以由黏聚力c控制的软层(黏聚力c较小的软层)。考虑工程实际选取4种常见的软层分布方式:①软层在边坡顶部、②软层在边坡底部、③软层在边坡顶部和底部、④软层在边坡中部,采用强度折减法分析了不同软层分布和不同软层性质边坡的滑动面和安全系数。结果表明:(1)内摩擦角φ控制的软层分布不同时,分布②边坡表现为圆弧+直线型破坏,其余分布则表现为圆弧型破坏;(2)黏聚力c控制的软层在不同分布时,分布②呈明显的圆弧型破坏,其余分布表现为一定程度的圆弧+直线型破坏;(3)位于边坡中部的软层显著降低其稳定性,其中以黏聚力c控制的软层不利影响最为显著;(4)随层间参数差异值的增大,不同的软层黏聚力c与内摩擦角φ对于滑动面上边缘距坡顶距离作用效果相反,而对于安全系数的影响表现一致;(5)针对软层位于边坡中部的情况,软层自身性质相较于其周围土层的性质对边坡稳定性影响更为显著。在相关施工中应主要对软层进行加固,并适当对其周围土层进行补强,可实现经济合理的支护方案。

关键词：道路工程软层数值模拟破坏模式稳定性

Mechanical properties and failure behavior of rock with different flaw inclinations under coupled static and dynamic loads

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Journal of Central South University 2020年第10期27卷 2945-2958页

作者： XIAO Peng LI Di-yuan ZHAO Guo-yan ZHU Quan-qi LIU Huan-xin ZHANG Chun-shun School of Resources and Safety Engineering Central South UniversityChangsha 410083China Deep Mining Laboratory of Shandong Gold Group Laizhou 261442China Department of Civil Engineering Monash UniversityClaytonVIC 3800Australia

The deep fissured rock mass is affected by coupled effects of initial ground stress and external dynamic *** order to study the effect of internal flaw on pre-stressed rock mechanical responses and failure behavior under impact loading,intact granite specimens and specimens with different flaw inclinations are tested by a modified split Hopkinson pressure bar(SHPB)and digital image correlation(DIC)*** results show that peak strain and dynamic strength of intact specimens and specimens with different flaw angles(α)decrease with the increase of axial static *** 90°flaw has weak reduction effect on peak strain,dynamic strength and combined strength,while 45°and 0°flaws have remarkable reduction *** with 90°flaw are suffered combined shear and tensile failure under middle and low axial static pre-stresses,and suffered shear failure under high axial static *** with 45°and 0°flaws are suffered oblique shear failure caused by pre-existing flaw under different axial static ***,based on digital image correlation method,it is found that micro-cracks before formation of macro fractures(include shear and tensile fractures)belong to tensile *** and shear strain localizations at pre-existing flaw tip for specimen with 45°and 0°flaws are produced much earlier than that at other positions.

关键词： split Hopkinson pressure bar(SHPB)system digital image correlation(DIC) coupled static and dynamic loads flaw crack propagation

城市系统交通需求模拟预测技术框架构建及应用

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地球信息科学学报 2025年第03期 539-552页

作者：赵鹏军陈霄依王祎勍侯勇企郑昱北京大学城市与环境学院北京大学深圳研究生院城市规划与设计学院

【目的】城市交通需求的规模、分布、方式结构与交通流是人类社会经济及其在不同区位上的空间相互作用的结果，社会经济运行的复杂系统性决定了交通需求预测必须从城市系统出发，才能破解当前交通需求预测“就交通论交通”的技术难题。... 详细信息

【目的】城市交通需求的规模、分布、方式结构与交通流是人类社会经济及其在不同区位上的空间相互作用的结果，社会经济运行的复杂系统性决定了交通需求预测必须从城市系统出发，才能破解当前交通需求预测“就交通论交通”的技术难题。【方法】本文解析了城市交通的系统性特征，提出了土地-人口-住房-交通一体化模拟技术框架，总结了基于城市系统的交通需求模拟预测技术。技术涵盖交通需求分布、交通方式分担与路径分配、土地利用模拟、人口与就业分布、房地产价格、碳排放等子模块以反映完整的城市系统；设置广义出行成本、区位可达性、房地产价格、职住关系系数、用地混合度等一系列子模块关联变量，反映子系统间的相互影响与时滞效应；设计子模块核心算法实现城市系统模拟预测。【结果】本文以北京为例，展示了该技术在交通需求模拟预测上的技术效果与应用：将2020年北京市的真值与模拟值进行比较，发现对交通需求、拥堵情况、土地利用、人口分布等模拟结果的准确度可达85%以上；进一步应用该技术平台，对北京市2030年的交通需求、交通流量、拥堵指数等进行了预测。【结论】本文提出的基于城市系统的交通需求模拟预测技术完善了城市交通理论，为城市交通规划提供了的新方法与新技术支撑。

关键词：交通需求客运流交通预测城市系统城市模型交通规划交通拥堵

MIL-101（Cr）@SBA-15复合材料制备及其吸附金属矿山CO2特性研究

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黄金科学技术 2025年第01期 173-183页

作者：范文涛杨思奥朱泉霖牟宏伟张永亮青岛理工大学环境与市政工程学院山东黄金矿业股份有限公司矿业管理分公司山东科技大学安全与环境工程学院

为实现“双碳”目标，建设低碳环保的绿色矿山体系，通过原位合成法成功地组装了一种由MIL-101和介孔二氧化硅组成的新型杂化材料，并研究其CO2吸附性能和应用效果。试验结果表明：SBA-15与MIL-101复合并未改变彼此的基本结构，如骨架... 详细信息

为实现“双碳”目标，建设低碳环保的绿色矿山体系，通过原位合成法成功地组装了一种由MIL-101和介孔二氧化硅组成的新型杂化材料，并研究其CO2吸附性能和应用效果。试验结果表明：SBA-15与MIL-101复合并未改变彼此的基本结构，如骨架构型和孔道结构等；SBA-15中均匀细长孔道的引入可以增大孔容和孔径，复合材料的孔容由MOF基材料的0.428 cm3/g增加至0.54 cm3/g，平均孔径由3.059 nm增加至7.817 nm；在温度为298 K和压力为100 kPa的条件下，复合材料具有1.53962 mmol/g的吸附容量，对纯CO2气体具有良好的存储能力；由于复合材料表面吸附能的非均匀分布，相比Langmuir方程，Freundlich方程能够更好地描述吸附结果，其R2值为0.9997，说明材料发生的吸附行为符合非均匀表面上的多层非理想吸附行为；材料经5次循环后的吸附量最大差值小于3%，说明其可以经过温和条件处理后循环使用，且在工程应用中具有良好的效果。

关键词：金属有机骨架介孔二氧化硅协同作用 CO2捕获吸附等温线复合材料