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Optimized air-ground data fusion method for mine slope modeling

Journal of Mountain Science 2024年第6期21卷 2130-2139页

作者： LIU Dan HUANG Man TAO Zhigang hong chenjie WU Yuewei FAN En YANG Fei State Key Laboratory for Tunnel Engineering China University of Mining and Technology(Beijing)Beijing 100083China Department of Civil Engineering Shaoxing UniversityShaoxing 312000China Department of Computer Science and Engineering Shaoxing UniversityShaoxing 312000China

Refined 3D modeling of mine slopes is pivotal for precise prediction of geological *** at the inadequacy of existing single modeling methods in comprehensively representing the overall and localized characteristics of mining slopes,this study introduces a new method that fuses model data from Unmanned aerial vehicles(UAV)tilt photogrammetry and 3D laser scanning through a data alignment algorithm based on control ***,the mini batch K-Medoids algorithm is utilized to cluster the point cloud data from ground 3D laser ***,the elbow rule is applied to determine the optimal cluster number(K0),and the feature points are ***,the nearest neighbor point algorithm is employed to match the feature points obtained from UAV tilt photogrammetry,and the internal point coordinates are adjusted through the distanceweighted average to construct a 3D ***,by integrating an engineering case study,the K0 value is determined to be 8,with a matching accuracy between the two model datasets ranging from 0.0669 to 1.0373 ***,compared with the modeling method utilizing K-medoids clustering algorithm,the new modeling method significantly enhances the computational efficiency,the accuracy of selecting the optimal number of feature points in 3D laser scanning,and the precision of the 3D model derived from UAV tilt *** method provides a research foundation for constructing mine slope model.

关键词： Air-ground data fusion method Mini batch K-Medoids algorithm Ebow rule Optimal cluster number 3D laser scanning UAV tilt photogrammetry

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考虑压痕尺寸效应的岩石矿物摩擦特性研究

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岩石力学与工程学报 2024年第6期43卷 1371-1382页

作者：黄曼刘海俊洪陈杰刘丹杜时贵罗战友绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 宁波大学岩石力学研究所浙江宁波315211

岩石矿物组分间的力学特性差异是影响宏观摩擦行为的关键因素。基于靶向试验法测试砂岩矿物在8种法向荷载下的压痕力学特性,并研究其在基本稳定法向荷载下的划痕摩擦特性。结果表明:随着法向荷载的增加,硬相矿物的变形参数(硬度和弹性模... 详细信息

岩石矿物组分间的力学特性差异是影响宏观摩擦行为的关键因素。基于靶向试验法测试砂岩矿物在8种法向荷载下的压痕力学特性,并研究其在基本稳定法向荷载下的划痕摩擦特性。结果表明:随着法向荷载的增加,硬相矿物的变形参数(硬度和弹性模量)呈现负压痕尺寸效应,软相矿物的变形参数呈现无明显压痕尺寸效应,综合确定4种矿物的基本稳定法向荷载为8 mN;在稳定法向荷载下,随着划痕长度的增加,硬相矿物中石英和钠长石的摩擦力先快速增加后保持稳定,而方解石与软相矿物中绿泥石的摩擦力均先快速后缓慢增加,统计计算得到4种矿物对应的平均弹性恢复率分别为13.29%,15.81%,35.91%和42.28%。进一步结合微观机制分析发现,矿物的位错蠕变和位错演化分别是影响压痕尺寸效应和划痕黏滑行为的关键因素。上述研究结果为岩石宏微观力学行为的关联性研究提供参考意义。

关键词：岩石力学纳米压痕纳米划痕压痕尺寸效应位错黏滑

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岩石结构面Grasselli二维粗糙度指标优化及其JRC估算

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岩土工程学报 2024年第6期46卷 1146-1154页

作者：洪陈杰翁寒倩王凯黄曼陶志刚杜时贵中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 宁波大学土木与地理环境工程学院浙江宁波315000

采用只考虑迎剪侧表观倾角而忽略内部起伏角的Grasselli二维形貌参数θ_(G)来估算结构面粗糙度系数JRC仍有待改进。从θ_(G)的物理意义出发,发现爬坡区内部凸起高度对粗糙度的贡献可表示为其在总爬坡水平距离上的坡角,所有爬坡区提供的... 详细信息

采用只考虑迎剪侧表观倾角而忽略内部起伏角的Grasselli二维形貌参数θ_(G)来估算结构面粗糙度系数JRC仍有待改进。从θ_(G)的物理意义出发,发现爬坡区内部凸起高度对粗糙度的贡献可表示为其在总爬坡水平距离上的坡角,所有爬坡区提供的坡角之和定义为结构面内部起伏体粗糙贡献,将结构面迎剪侧表观平均倾角θ_(G)和爬坡区内部平均坡角θ_(H)叠加,提出岩石结构面粗糙度新指标θ_(C)。通过获取十条标准JRC剖面线的θ_(C),分析其与JRC之间的关系,建立基于θ_(C)的JRC估算式。计算不同采样间距和不同采样方向下的新指标θ_(C),结果显示θ_(C)具有分形特征且能够反映结构面形貌各向异性。进一步将JRC估算式应用于JRC-JCS模型,通过对比已有研究得到的试验结果以及不同抗剪强度模型的预测效果,验证基于新指标θ_(C)估算的JRC可以准确预测结构面峰值抗剪强度。最后,对二维指标θ_(C)进行三维拓展,提出三维粗糙度新指标(θ_(C))_(3D),并通过结构面形貌各向异性表征验证了其合理性。

关键词：岩石结构面粗糙度表观平均倾角内部平均坡角抗剪强度

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不同充填度结构面抗剪强度尺寸效应试验研究

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岩土工程学报 2024年第9期46卷 1820-1830页

作者：黄曼吴月伟刘丹洪陈杰杜时贵罗战友绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 宁波大学岩石力学研究所浙江宁波315211

针对现有岩体结构面抗剪强度尺寸效应研究较少考虑充填程度差异影响的不足,首先基于渐进扩大法选取平均起伏差和平均起伏角相近的4种连续尺寸天然结构面形貌,并通过3D打印技术制作结构面面板,然后结合类岩石材料配制方法和毫米级充填装... 详细信息

针对现有岩体结构面抗剪强度尺寸效应研究较少考虑充填程度差异影响的不足,首先基于渐进扩大法选取平均起伏差和平均起伏角相近的4种连续尺寸天然结构面形貌,并通过3D打印技术制作结构面面板,然后结合类岩石材料配制方法和毫米级充填装置制备5种充填度的充填结构面,最后通过课题组自主研发的大型结构面直剪试验系统开展3种法向应力条件下的室内直剪试验,获得充填结构面的剪切力学与破坏特征,并分析临界充填度和抗剪强度尺寸效应特性。结果表明:随着充填度的增加,结构面剪切破坏模式主要由“岩-岩”剪断破坏逐渐转变为“岩-土界面”滑动破坏,且结构面归一化峰值抗剪强度逐渐减小,直至达到临界充填度时趋于稳定;随着结构面尺寸的增加,临界充填度逐渐增加,变化范围为1.6~2.0;无充填结构面抗剪强度存在较明显的正尺寸效应,而充填结构面抗剪强度尺寸效应较不明显。通过尺寸效应机理分析发现,在不考虑结构面平均起伏角的影响下,平均起伏高度是影响临界充填度和抗剪强度尺寸效应的主要因素。上述研究可为充填结构面抗剪强度尺寸效应模型建立奠定试验基础。

关键词：充填结构面 “岩-土界面”破坏抗剪强度临界充填度尺寸效应

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Method for visualizing the shear process of rock joints using 3D laser scanning and 3D printing techniques

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2023年第1期15卷 204-215页

作者： Man Huang chenjie hong Peng Sha Shigui Du Zhanyou Luo Zhigang Tao School of Civil Engineering Shaoxing UniversityShaoxing312000China School of Mechanics and Civil Engineering China University of Mining and TechnologyBeijing100083China School of Civil and Environmental Engineering Ningbo UniversityNingbo315000China

This study presents a visualized approach for tracking joint surface ***-dimensional laser scanning(3DLS)and 3D printing(3DP)techniques are adopted to record progressive failure during rock joint *** 3DP resin is used to create transparent specimens to reproduce the surface morphology of a natural joint *** freezing method is employed to enhance the mechanical properties of the 3DP specimens to reproduce the properties of hard rock more accurately.A video camera containing a charge-coupled device(CCD)camera is utilized to record the evolution of damaged area of joint surface during the direct shear *** optimal shooting distance and shooting angle are recommended to be 800 mm and 40?,*** images captured by the CCD camera are corrected to quantitatively describe the damaged area on the joint *** indicates that this method can accurately describe the total sheared areas at different shear *** findings may contribute to elucidating the shear behavior of rock joints.

关键词： Rock joint Shear test Three-dimensional printing(3DP) Three-dimensional laser scanning(3DLS) Visualization approach

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Modeling and analysis of gradient metamaterials for broad fusion bandgaps

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2024年第7期45卷 1155-1170页

作者： Changqi CAI chenjie ZHU Fengyi ZHANG Jiaojiao SUN Kai WANG Bo YAN Jiaxi ZHOU School of Mechanical Engineering Zhejiang Sci-Tech UniversityHangzhou310018China School of Material and Environmental Engineering Hangzhou Dianzi UniversityHangzhou310018China College of Mechanical and Vehicle Engineering Hunan UniversityChangsha410082China

A gradient metamaterial with varying-stiffness local resonators is proposed to open the multiple bandgaps and further form a broad fusion ***,three local resonators with linearly increasing stiffness are periodically attached to the spring-mass chain to construct the gradient *** dispersion relation is then derived based on Bloch's theorem to reveal the fusion bandgap *** dynamic characteristic of the finite spring-mass chain is investigated to validate the fusion of multiple ***,the effects of the design parameters on multiple bandgaps are *** results show that the metamaterial with a non-uniform stiffness gradient pattern is capable of opening a broad fusion bandgap and effectively attenuating the longitudinal waves within a broad frequency region.

关键词： local resonance mechanism elastic metamaterial stiffness gradient bandgap fusion broadband wave attenuation

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基于代表性取样的节理岩体抗压强度尺寸效应试验研究

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岩石力学与工程学报 2021年第4期40卷 766-776页

作者：刘丹黄曼洪陈杰陈炫男杜时贵绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000

不同尺寸岩体代表性取样对节理岩体强度的尺寸效应规律影响较大。基于提出的代表性取样方法,构建系列尺寸节理岩体模型,开展抗压强度尺寸效应数值模拟试验。研究结果表明:不同尺寸的岩体样本破坏模式和应力–应变曲线差别较大,通过代表... 详细信息

不同尺寸岩体代表性取样对节理岩体强度的尺寸效应规律影响较大。基于提出的代表性取样方法,构建系列尺寸节理岩体模型,开展抗压强度尺寸效应数值模拟试验。研究结果表明:不同尺寸的岩体样本破坏模式和应力–应变曲线差别较大,通过代表性样本获得的试验结果能够较全面地反映各尺寸的破坏形态和力学特性,验证代表性取样方法的适用性;分析不同迹长和倾角的节理岩体抗压强度尺寸效应规律,发现随着尺寸的增加,峰值抗压强度逐渐减小并逐渐趋于稳定值,不同迹长和倾角减小的程度和稳定值存在差异。进一步通过尺寸效应特性分析表明,小尺寸样本抗压强度的离散性较大,大尺寸样本抗压强度的离散性较小,代表性取样方法对小尺寸样本的取样效果更明显,并能较全面地统计分析不同尺寸的节理岩体力学特性,为尺寸效应的研究提供试验方法。

关键词：岩石力学节理岩体代表性取样尺寸效应抗压强度

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岩石结构面形貌分级方法及两级粗糙特性研究

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岩石力学与工程学报 2020年第6期39卷 1153-1164页

作者：黄曼洪陈杰杜时贵罗战友张国柱绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 浙江科技学院岩土工程研究所浙江杭州310023 东南大学岩土工程研究所江苏南京210096

岩石结构面三维形貌是影响剪切力学特性的主要因素,针对不同采样间距下结构面形貌的变化特征,提出基于界限采样间距的形貌分级方法,获取表面宏观起伏分量和微凸体的两级粗糙参数,进一步研究4种天然岩石结构面两级粗糙参数的尺寸效应和... 详细信息

岩石结构面三维形貌是影响剪切力学特性的主要因素,针对不同采样间距下结构面形貌的变化特征,提出基于界限采样间距的形貌分级方法,获取表面宏观起伏分量和微凸体的两级粗糙参数,进一步研究4种天然岩石结构面两级粗糙参数的尺寸效应和间距效应特性。结果表明:小采样间距下结构面总粗糙参数与二级粗糙参数相近,大采样间距下结构面总粗糙参数与一级粗糙参数相近,验证了利用采样间距进行结构面形貌分级的可行性;一级粗糙参数存在较明显的负尺寸效应,二级粗糙参数尺寸效应不明显,体现了结构面粗糙度尺寸效应主要由一级粗糙参数反映。通过两级粗糙参数的几何机制分析表明,宏观起伏分量较微凸体具有的大起伏波长是造成两级粗糙参数存在尺寸效应与间距效应的关键因素;通过模型剪切试验的力学分析发现,两级形貌在剪切过程中的不同阶段粗糙值贡献不同,结构面抗剪强度研究应综合考虑不同尺度下的两级粗糙特征。

关键词：岩石力学岩石结构面两级粗糙参数界限采样间距尺寸效应间距效应

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岩石模型结构面剪切全过程可视化试验技术研究

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岩石力学与工程学报 2022年第S02期41卷 3369-3379页

作者：芦覃黄曼洪陈杰杜时贵刘燕强绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 宁波大学土木与环境工程学院浙江宁波315000

开展剪切全过程可视化试验对于研究岩石结构面渐进破坏特性具有重要的意义。结合三维激光扫描与3D打印技术,利用透明光敏树脂材料制作了表面形貌相似度高的岩石结构面透明模型,低温下的模型试样力学性能测试表明:该材料在-30℃~-45℃温... 详细信息

开展剪切全过程可视化试验对于研究岩石结构面渐进破坏特性具有重要的意义。结合三维激光扫描与3D打印技术,利用透明光敏树脂材料制作了表面形貌相似度高的岩石结构面透明模型,低温下的模型试样力学性能测试表明:该材料在-30℃~-45℃温度下单轴抗压强度特性与岩石材料相近;在直剪试验设备上加装半导体制冷装置,不同工况下的制冷性能试验表明:半导体制冷设备在工作50 min后,其制冷性能受强制对流的影响逐渐降低,腔体内部温度维持在-17℃左右;结合暗通道先验去雾算法与可视化图像追踪方法,可较清晰地获取结构面剪切全过程表面形貌,有效解决了低温试验条件试样起雾的问题;通过剪切试验表明:低温条件下试验全过程中试样的温度始终低于-30℃,符合光敏树脂材料作为类岩石特性的温度要求,也进一步验证了试验装备和试验技术的可行性,为岩石模型结构面剪切全过程可视化试验研究创造了条件。

关键词：岩石力学岩石结构面半导体制冷数字图像处理去雾算法

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不同内生真菌对缺磷条件下千年桐幼苗生长及C、N、P和K含量的影响

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植物资源与环境学报 2017年第4期26卷 32-44页

作者：欧阳玉莹洪滔洪陈洁陈欣凡李彬陈建忠吴承祯林晗福建农林大学林学院福建福州350002 福建农林大学福建省高校森林生态系统过程与经营重点实验室福建福州350002 福建建阳市林业局福建南平354200 武夷学院福建武夷山354300

将分离自千年桐[Aleurites montana(Lour.)Wils.]体内的4种内生真菌优势菌株[SJ4、SJ3和ZG3菌株(青霉属Penicillium)以及SY1菌株(嗜热真菌属Thermomyces)]接种在其盆栽苗根部,研究了内生真菌对不同程度缺磷条件下栽培60 d后千年桐幼苗... 详细信息

将分离自千年桐[Aleurites montana(Lour.)Wils.]体内的4种内生真菌优势菌株[SJ4、SJ3和ZG3菌株(青霉属Penicillium)以及SY1菌株(嗜热真菌属Thermomyces)]接种在其盆栽苗根部,研究了内生真菌对不同程度缺磷条件下栽培60 d后千年桐幼苗生长及叶片和根中营养元素积累的影响。结果表明:在正常供磷以及轻度、中度和重度缺磷[供磷量分别为48、24、12和0 mg·kg-1]条件下,接菌与未接菌(对照)幼苗的各项生长指标均存在不同程度差异;而随缺磷程度增大,接菌与未接菌幼苗的各项生长指标也呈现不同的变化趋势。其中,在正常供磷和轻度缺磷条件下,接菌幼苗的干质量、地径增长率和株高增长率与对照均无显著差异(P>0.05);在中度缺磷条件下,接种SJ4菌株的幼苗干质量、地径增长率和株高增长率明显高于对照;在重度缺磷条件下,接种SJ3菌株的幼苗干质量以及接种SJ4菌株的幼苗地径增长率和株高增长率均明显高于对照。在正常供磷条件下,对照的幼苗叶片和根中C、N、P和K含量以及C∶N比总体上高于接菌幼苗或与后者无显著差异;但在不同程度缺磷条件下,对照的幼苗叶片和根中C、N、P和K含量以及C∶N比总体上降低,而部分接菌幼苗叶片和根中C、N、P和K含量以及C∶N比则不同程度提高。其中,在重度缺磷条件下,接种SJ3和ZG3菌株的幼苗叶片中C、P和K含量以及C∶N比,接种SJ4菌株的幼苗叶片和根中N、P和K含量以及接种SY1菌株的幼苗叶片和根中N和P含量均显著(P<0.05)高于对照。综合分析结果表明:在缺磷条件下,接种内生真菌均有利于千年桐幼苗生长和营养元素积累,其中,青霉菌属菌株的促生效果及其对K积累的促进效果总体上优于嗜热真菌属菌株,但嗜热真菌属菌株对P积累的促进效果则优于青霉菌属菌株。

关键词：缺磷条件内生真菌千年桐生长指标养分含量

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