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CNMR、FT-IR、Raman和建模技术对烟煤和无烟煤分子结构的应用研究

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太原理工大学学报 2024年

作者：李元吉代诚欣孟上九张保勇张强黑龙江科技大学安全工程学院

煤化作用过程中煤的分子结构演化研究已较为普遍，但煤结构的非均质性及复杂性，制约了高精度煤的结构演化及其机理的定量表征研究。通过显微组分鉴定、镜质体反射率、工业品质、元素分析和光谱分析，确定了烟煤(FS1)和无烟煤(ZY1)碳骨... 详细信息

煤化作用过程中煤的分子结构演化研究已较为普遍，但煤结构的非均质性及复杂性，制约了高精度煤的结构演化及其机理的定量表征研究。通过显微组分鉴定、镜质体反射率、工业品质、元素分析和光谱分析，确定了烟煤(FS1)和无烟煤(ZY1)碳骨架结构、官能团的赋存状态等信息。并通过计算机辅助分子设计建立2个分子结构模型。结果表明，随着煤化作用的进行，烟煤到无烟煤过程中，亚甲基的损失速率比甲基的损失速率快，芳香性增强，芳香环的脂肪族链变短且支化度较高，含氧官能团逐渐减少，煤结晶程度增强，煤的化学结构趋于成熟稳定。且煤中的脂肪碳减少，芳香碳增加，甲基碳和亚甲基碳含量减少。经过多次尝试确定了芳香炭、脂肪族侧链和氧官能团之间的键合模式，获得最终的分子结构模型：C175H162O13N2(FS1)、C190H159O5N3(ZY1)。该模型较好地反映煤的真实的结构，模拟的13C NMR 光谱与实验光谱具有良好的一致性。上述研究为不同变质程度煤的分子结构演化提供了理论参考，为建立高可信度的分子结构表征提供了方法。

关键词：煤 CNMR FT-IR Raman 分子结构模型

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矿震机理及其次生灾害监测技术研究进展

世界地震工程 2024年第3期40卷 103-118页

作者：孟上九秦艺峰王淼孙志远穆海龙黑龙江科技大学安全工程学院黑龙江哈尔滨150020 黑龙江省水利科学研究院黑龙江哈尔滨150080 中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080

矿震是一种深部矿井开采必然出现的动力现象,随着煤矿开采深度增加,发生频率和影响范围呈现上升趋势,复合煤岩动力灾害频发,严重威胁煤矿安全开采,对“双碳”目标的实现造成恶劣的影响。安全、精准和可靠的监测手段是矿震灾害防治的基... 详细信息

矿震是一种深部矿井开采必然出现的动力现象,随着煤矿开采深度增加,发生频率和影响范围呈现上升趋势,复合煤岩动力灾害频发,严重威胁煤矿安全开采,对“双碳”目标的实现造成恶劣的影响。安全、精准和可靠的监测手段是矿震灾害防治的基础与前提,微震监测系统依靠矿震波信号能够准确反映煤岩状态并且提前进行风险评价,已被广泛应用于井下矿震监测。本文围绕矿震识别、微震监测以及次生灾害预警三个方面进行综述。回顾了矿震机理与识别分类的发展过程,分析了微震监测技术的特征信号、影响因素以及制约瓶颈,按照监测目的、信号采集方式和频带区间等分类标准对微震监测技术进行了简要介绍和评述。在此基础上,通过现场案例以及实验研究分析,详细阐述了矿震作为煤岩动力灾害前兆预警信息的理论依据与初步探索。总结了当前微震监测系统覆盖区域小和矿震监测尺度需求大之间的矛盾。结合地震监测台网宏观尺度验证与微震监测的微观定位分析优势,提出了远距离非接触式矿震监测台网的想法。为未来矿震机理与前兆信息预警的发展和研究提供了新的思路。

关键词：矿震微震监测次生灾害预警

钻孔瞬变电磁法扫描探测磁芯线圈激励电磁场响应特征

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煤炭学报 2023年第3期48卷 1302-1310页

作者：程久龙姜国庆李垚田楚霄孟上梁沛元中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

瞬变电磁测井一般采用超小线圈作为发射装置,由于激励产生的瞬变电磁场强度较低,仅能进行钻孔孔壁岩层探测,无法实现钻孔外围径向远距离探测及地质异常体精确定位。基于全空间瞬变电磁场相关理论,提出钻孔瞬变电磁法(BTEM)扫描探测方法... 详细信息

瞬变电磁测井一般采用超小线圈作为发射装置,由于激励产生的瞬变电磁场强度较低,仅能进行钻孔孔壁岩层探测,无法实现钻孔外围径向远距离探测及地质异常体精确定位。基于全空间瞬变电磁场相关理论,提出钻孔瞬变电磁法(BTEM)扫描探测方法,利用磁芯线圈激励电磁场,增强发射磁矩,提高钻孔瞬变电磁法的径向探测距离。同时,通过灵活调整线圈方向,对钻孔孔壁进行360°扫描,实现钻孔径向方向全方位探测,提高钻孔瞬变电磁法对含水地质体的空间分辨率和定位精度。建立钻孔全空间三维地质-地球物理模型,提出优化的网格剖分策略,采用特殊网格结构对钻孔中磁芯线圈进行网格加密及规范化,提高数值模拟精度。采用有限单元法分别计算均匀介质条件下钻孔瞬变电磁法磁芯激励电磁场响应以及含有低阻地质异常体时钻孔瞬变电磁法不同装置探测的瞬变电磁场响应,分析了共面偶极装置及共轴偶极装置以及不同几何参数对应的瞬变电磁场响应特征,采用全空间全区视电阻率计算及时深转换算法进行全空间电阻率成像。研究表明,在钻孔瞬变电磁法超小线圈中加入磁芯可以显著增强电磁场强度,并且增强的幅度与磁芯的直径和长度成正比,相比较而言,增大磁芯长度对电磁场响应的增强作用更为显著;钻孔全空间磁芯线圈激励时探测结果可以较好地反映钻孔径向外围岩层中低阻地质体引起的瞬变电磁场异常,共面偶极装置和共轴偶极装置均可以获得较为理想的探测效果,全空间电阻率成像结果分辨率较高,相比较而言,共面偶极装置得到的异常幅度更大,并且对异常体中心的定位更为准确,而共轴偶极装置对异常体整体形态和边界的刻画更为准确。

关键词：钻孔瞬变电磁法扫描探测磁芯线圈激励响应特征

基于图像动态识别技术的地震动参数快速判别方法

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振动与冲击 2022年第5期41卷 189-196,207页

作者：刘济舟孟上九袁晓铭王淼孙义强中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨理工大学建筑工程学院哈尔滨150080 黑龙江科技大学哈尔滨150022

随着5G时代的到来,地震过程能通过密集分布的摄像头实时记录并快速传输处理,以动态图像的形式更直观地呈现出来。如能从中快速准确的提取地震动参数等数据,将会是地震资料的宝库,弥补地震台站布置密度的不足。通过振动台模拟地震过程,... 详细信息

随着5G时代的到来,地震过程能通过密集分布的摄像头实时记录并快速传输处理,以动态图像的形式更直观地呈现出来。如能从中快速准确的提取地震动参数等数据,将会是地震资料的宝库,弥补地震台站布置密度的不足。通过振动台模拟地震过程,结合图像识别和结构动力学分析方法,提出一种基于图像动态识别技术的地震动参数快速判别方法。通过不同摄像头高度、波形和振动频率下的计算和实测加速度曲线对比分析,多数加速度峰值误差在40%以内,证明该方法具有应用推广价值,能为将来地震动分析工作提供另一层面的解决途径。

关键词：振动台试验地震动参数摄影测量图像识别

基于机器学习的黏土三轴应力-应变曲线预测研究

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工业建筑 2023年第S2期53卷 456-461页

作者：周世杰孟上九孙义强王淼白慧玲哈尔滨理工大学建筑工程学院哈尔滨150080 中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 黑龙江科技大学建筑与土木工程学院哈尔滨150022 黑龙江省水利科学研究院哈尔滨100050

随着高重土工构筑物、高层建筑和其他特种工程结构的兴建,土体变形越来越成为制约工程实施的主要因素。传统本构模型采用数学解析解描述土在不同因素下的力学行为,物理意义虽明确,但难以全面考虑各种影响因素;且该类方法模型复杂、参数... 详细信息

随着高重土工构筑物、高层建筑和其他特种工程结构的兴建,土体变形越来越成为制约工程实施的主要因素。传统本构模型采用数学解析解描述土在不同因素下的力学行为,物理意义虽明确,但难以全面考虑各种影响因素;且该类方法模型复杂、参数众多的特点也限制了其应用。基于决策树、随机森林、支持向量机和人工神经网络四种机器学习算法建立智能模型预测黏土三轴应力-应变曲线。对比模型预测结果发现:基于ANN算法的模型预测效果优于其他算法。ANN算法对黏土不同工况下的三轴硬化型和软化型应力-应变曲线均具有较好的适应性;对已知工况下黏土试样应力-应变曲线的拟合,模型预测值与试验值吻合较好,误差较小;对未知含水量和压实度水平下曲线的插值预测,预测曲线满足试验结果且符合理论认识。

关键词：机器学习黏土应力-应变预测

随机地震荷载下黏性土残余应变的半经验计算公式

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水利学报 2004年第11期35卷 62-67页

作者：袁晓铭孟上九孙锐中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080 河海大学岩土工程研究所江苏南京210098

提出一个新的简化半经验计算公式,用于随机地震荷载作用下黏性土残余应变的计算。新公式放弃了目前将不规则地震荷载转换成一定次数等幅正弦波的方式,而采用直接对不规则动应力波进行逐波累计的计算方法,这样可以得到任意随机地震荷载... 详细信息

提出一个新的简化半经验计算公式,用于随机地震荷载作用下黏性土残余应变的计算。新公式放弃了目前将不规则地震荷载转换成一定次数等幅正弦波的方式,而采用直接对不规则动应力波进行逐波累计的计算方法,这样可以得到任意随机地震荷载作用下土残余应变的实际发展过程。新公式首先略去地震波频率特性的影响,将一随机地震应力时程保留其有效幅值,筛选成一系列不同幅值的往返荷载;然后,以增量方法逐波累计计算残余应变。对每一动应力循环,以已有等幅荷载经验计算公式对循环次数的偏导构造残余应变的增量模型,并考虑了动压应力对残余应变增长的控制作用。经计算,对于等幅动荷载作用,新公式与现有公式之间误差很小。对于地震荷载输入,采用动三轴试验与新公式进行对比。对比结果表明,提出的公式可以有效地描述不规则地震荷载下黏性土残余变形的增长过程和最终结果,可反映不同类型地震波作用下、CM和EM试验下以及不同波序下土残余变形的发展和差异。

关键词：不规则地震荷载残余应变半经验公式动三轴试验

FLAC3D冻胀模拟理论中冻胀系数的选取方法

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工业建筑 2022年第S1期 332-336页

作者：王淼郭妍秀孟上九荣广秋苏安双黑龙江省水利科学研究院哈尔滨理工大学哈尔滨工业大学黑龙江科技大学南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室

通过试验获取模拟参数，再利用数值模拟的方法是分析冻胀问题的有效手段，参数选取的准确与否决定着方法的有效性。利用有限差分软件FLAC3D分析冻胀问题时，由于土的自身材料特性，直接根据冻胀试验获取冻胀系数会导致冻胀量分析结果存... 详细信息

通过试验获取模拟参数，再利用数值模拟的方法是分析冻胀问题的有效手段，参数选取的准确与否决定着方法的有效性。利用有限差分软件FLAC3D分析冻胀问题时，由于土的自身材料特性，直接根据冻胀试验获取冻胀系数会导致冻胀量分析结果存在较大误差。本文针对冻胀分析中关键参数-冻胀系数的获取方法展开讨论，通过对不同土质进行封闭冻胀试验，在初步获取冻胀系数的基础上，建立室内冻胀分析模型，对冻胀系数进行验算及修正。研究表明：利用初步获取的冻胀系数模拟得到的冻胀量与试验冻胀量存在规律性误差，可通过系数对其进行修正。该计算方法可获取较为准确的冻胀系数，为冻胀模拟的参数选取提供参考。

关键词：冻胀冻结温度有限差分法冻胀模拟冻胀系数

土体地震大变形分析中Seed有效循环次数方法的局限性

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岩土工程学报 2004年第2期26卷 207-211页

作者：袁晓铭孙锐孟上九中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080

采用地震波输入动三轴实验并结合实际震害现象,研究常用的Seed有效循环次数方法在分析地震下土体大变形和地基差降中的合理性和局限性。结果表明有效循环次数方法的主要局限有:不适于大脉冲强地震动下土体残余变形的分析,不能反映地震... 详细信息

采用地震波输入动三轴实验并结合实际震害现象,研究常用的Seed有效循环次数方法在分析地震下土体大变形和地基差降中的合理性和局限性。结果表明有效循环次数方法的主要局限有:不适于大脉冲强地震动下土体残余变形的分析,不能反映地震动本身不规则性和不对称性、土的各向异性特性以及土层横向分布不均匀带来的土体永久变形和地基震陷的差异,不适应土体变形时程分析的要求,用于软弱地基上建筑物不均匀震陷的计算容易导致不合理的结果。

关键词：软弱地基建筑物不均匀震陷有效循环次数地震波

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考虑含水条件的渠基土冻胀特性试验研究

自然灾害学报 2023年第3期32卷 74-84页

作者：王淼郭妍秀苏安双孟上九张爱民海明威黑龙江省水利科学研究院黑龙江哈尔滨150080 哈尔滨理工大学建筑工程学院黑龙江哈尔滨150086 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150006 黑龙江科技大学建筑工程学院黑龙江哈尔滨150020 中建一局集团第二建筑有限公司北京102600 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098

水是促使土体发生冻胀破坏的关键因素,而渠道作为农业灌溉主要的输水载体,受季冻区环境威胁极易发生冻胀破坏。为了系统地研究水分对渠基土冻胀特性的影响,选取松干渠道典型土为研究对象,考虑不同的补水方式,探讨了不同含水率对渠基土... 详细信息

水是促使土体发生冻胀破坏的关键因素,而渠道作为农业灌溉主要的输水载体,受季冻区环境威胁极易发生冻胀破坏。为了系统地研究水分对渠基土冻胀特性的影响,选取松干渠道典型土为研究对象,考虑不同的补水方式,探讨了不同含水率对渠基土冻胀特性的影响,给出了温度场、水分场和冻胀量的变化规律,对比分析两种补水方式的冻胀差异性,构建了关于含水率与补水方式的冻胀预测方程。结果表明:无论何种补水方式,冻胀量与初始含水率均成正比;同等条件下,开放系统的冻胀变形较封闭系统更明显,二者之间的比值为2~22,比值随着含水率的增大逐渐减小。研究成果可为渠基土冻胀防治提供参考。

关键词：季节性冻土区渠基土冻胀含水率补水方式冻胀特性