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Mechanical response and microscopic damage mechanism of pre-flawed sandstone subjected to monotonic and multilevel cyclic loading:A laboratory-scale investigation

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International Journal of Mining Science and Technology 2023年第12期33卷 1487-1510页

作者： Kesheng Li Shengqi Yang chuanxiao liu Yun Chen Guanglei Zhang Qing Ma State Key Laboratory of Intelligent Construction and Healthy Operation and Maintenance of Deep Underground Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China School of Mechanics and Civil Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China College of Water Conservancy and Civil Engineering Shandong Agricultural UniversityTai’an 271018China School of Civil and Transportation Engineering Hebei University of TechnologyTianjin 300401China State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering Tsinghua UniversityBeijing 100084China

This study aims to investigate the mechanical response and acoustic emission(AE)characteristic of pre-flawed sandstone under both monotonic and multilevel constant-amplitude cyclic ***,we explored how coplanar flaw angle and load type impact the strength and deformation behavior and microscopic damage *** indicated that being fluctuated before rising with increasing fissure angle under monotonic loading,the peak strength of the specimen first increased slowly and then steeply under cyclic *** effect of multilevel cyclic loading on the mechanical parameters was more *** a single fatigue stage,the specimen underwent greater deformation in early cycles,which subsequently *** variation pattern was also reflected by AE count/energy/*** behaviors were dominated by the fissure angle and load type and medium-scale crack accounted for 74.83%–86.44%of total *** with monotonic loading,crack distribution of specimen under cyclic loading was more ***,a simple model was proposed to describe the damage evolution of sandstone under cyclic ***,SEM images revealed that the microstructures at the fracture were mainly composed of intergranular fracture,and percentage of transgranular fracture jumped under cyclic loading due to the rapid release of elastic energy caused by high loading rate.

关键词： Sandstone Pre-existing coplanar flaws Multilevel constant-amplitude cyclic loading Mechanical behavior Microscopic damage mechanism

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Water-salt transport characteristics of saline soil under hydraulic remediation measures in the Yellow River Delta region of China

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2024年第5期17卷 193-199页

作者： Kesheng Li chuanxiao liu Weihang Kong Yuhan Geng Wenshuo Xu College of Water Conservancy and Civil Engineering Shandong Agricultural UniversityTai’an 271018ShandongChina State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116JiangsuChina

To understand the water-salt transport process of saline soils in the Yellow River Delta region under traditional hydraulic remediation measures and to determine its engineering parameters, in this study, laboratory investigations were made to measure the soil salt content using three remediation practices under simulated rainfall conditions. The results indicated that under the rainfall intensity of 100 mm/h, 6-8 h are needed when the soil salt content tends to be constant. The distribution of the salt content presents a typically symmetrical shape regardless of the position of the saline soil relative to the concealed pipe, the open ditch, and the vertical shaft. The two-parameter exponential function indicates the relationship between the soil desalination rate and the horizontal distance from the pipe, the ditch or the shaft. The maximum spacing to build the salt drainage engineering of the concealed pipe, the open ditch or the vertical shaft in the laboratory is 4.79 m, 2.88 m, and 2.19 m, respectively. The effectiveness of salt drainage for coastal saline soils can be ranked from largest to smallest as the concealed pipe, the open ditch and the vertical shaft. The findings provide an experimental basis and reference for the application of hydraulic measures to remediate saline soils in this region.

关键词： water-salt transport hydraulic measures saline soil Yellow River Delta

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探地雷达空洞探测机理研究及应用实例分析

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岩石力学与工程学报 2000年第2期19卷 238-241页

作者：刘传孝山东科技大学科研处泰安271019

简要探讨了探地雷达探测空洞的机理，详细分析了两个空洞探测实例。通过理论与实践的相互结合，证实探地雷达探测空洞是科学可行的，拓展了其在地球物理勘探学科中新的应用领域，表明该技术具有较强的推广潜力。

关键词：探地雷达空洞电磁波

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Impacts of application patterns and incorporation rates of dredged Yellow River sediment on structure and infiltration of saline-alkali soil

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2022年第35期15卷 139-146页

作者： Kesheng Li Weihang Kong Wenshuo Xu chuanxiao liu State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116JiangsuChina College of Water Conservancy and Civil Engineering Shandong Agricultural UniversityTai'an 271018ShandongChina

Soil salinization is an issue of global *** recent evidence indicates that application of sediments into saline-alkali soil in Yellow River Delta as an additive can increase crop yield,its effects on soil structure and infiltration remain *** this study,the comprehensively analyses were conducted on the soil infiltration and microstructure of the soil treated with three sediment application layers(surface layer at 0-15 cm,lower layer at 15-30 cm,and plough layer at 0-30 cm)and four sediment incorporation rates(0,2%,5%and 10%),using soil column simulation *** indicated that the dredged Yellow River sediments can improve the infiltration capacity of saline-alkali soil;and the infiltration capacity increased with the rising sediment incorporation rate under the given application *** with the control,applying dredged Yellow River sediments at 10%rate at lower layer and plough layer significantly facilitated the soil infiltration of the saline-alkali *** macro-porosity for T2,T5 and T10 was 26%,52%and 158%more than that for the control,*** phenomenon was attributed to the increased soil macro-porosity,due to the improved soil microstructure with the incorporation of sediment into the saline-alkali ***,the cumulative infiltration was fitted better with Kostiakov infiltration model than Horton and Philip models.

关键词： saline-alkali soil Yellow River sediment soil infiltration microstructure incorporation rate application pattern

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梯级等幅周期循环荷载作用下双裂隙黄砂岩力学特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2023年第8期42卷 1945-1958页

作者：李克升刘传孝中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018

为研究不同动态加载频率下含预制共面双裂隙黄砂岩的力学性质和破坏特征,通过梯级等幅循环加卸载试验,借助声发射和高倍扫描电镜等设备,详细分析岩石的力学性质和变形特征,探讨整个加载过程中声发射参数的演化规律,并基于试样破坏断口... 详细信息

为研究不同动态加载频率下含预制共面双裂隙黄砂岩的力学性质和破坏特征,通过梯级等幅循环加卸载试验,借助声发射和高倍扫描电镜等设备,详细分析岩石的力学性质和变形特征,探讨整个加载过程中声发射参数的演化规律,并基于试样破坏断口处的微观构造,阐述动态加载频率对其疲劳损伤机制的影响。研究结果表明:(1)随着频率增加,试样的峰值强度、疲劳寿命和轴向应变均呈现增长趋势;(2)试样疲劳应变曲线随时间增加呈现周期性的梯级波动增长,且在岩样破坏前出现突增现象;(3)随着频率增加,声发射累计振铃计数呈二次函数增长,在高频条件下,试样破坏前监测到较高的振铃计数;(4)试样宏观破坏模式受预制裂隙和加载频率共同影响,裂纹萌生于预制裂隙尖端并逐渐向两端扩展,裂纹数目随频率增加而增长,在低频条件下,萌生于预制裂隙内尖端的翼裂纹更易汇合导致岩桥贯通;(5)随着频率增加,试样破坏断口的微观构造特征由沿晶断裂为主演化为沿晶断裂、穿晶断裂和解理断裂共存,最终向穿晶断裂为主的方向发展。

关键词：岩石力学共面双裂隙梯级等幅疲劳加载加载频率声发射微观损伤机制

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综放沿空巷道围岩系统混沌动力学特征研究

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岩石力学与工程学报 2006年第9期25卷 1755-1764页

作者：蒋金泉秦广鹏刘传孝山东科技大学矿山灾害预防控制重点实验室山东泰安271019

厚煤层综采放顶煤开采的沿空巷道顶、帮均为煤体或煤柱,其稳定性问题十分突出。以南屯煤矿综放沿空巷道为原型,进行围岩稳定性的离散元数值模拟,提取表征系统动力学性态的变量及时间序列,通过功率谱分析、分维数提取和最大Lyapunov指数... 详细信息

厚煤层综采放顶煤开采的沿空巷道顶、帮均为煤体或煤柱,其稳定性问题十分突出。以南屯煤矿综放沿空巷道为原型,进行围岩稳定性的离散元数值模拟,提取表征系统动力学性态的变量及时间序列,通过功率谱分析、分维数提取和最大Lyapunov指数计算,研究围岩系统的混沌动力学特征。综放沿空巷道围岩变形力学过程是一个混沌力学过程,具有对煤柱宽度及支护条件等初始条件的敏感依赖性。当煤柱宽度小于3 m时,功率谱具有连续的噪声背景与宽峰特征,关联维数均为分数,最大Lyapunov指数一般大于0,系统处于混沌运动状态;当煤柱宽度为3～4 m时,锚杆支护后功率谱的宽峰特征消失,频谱成分也不丰富,关联维数均为分数,最大Lyapunov指数由正变负,系统由混沌运动向定常运动转变,是系统动力学性态变化的拐点;当煤柱宽度大于5 m时,系统处于定常运动状态。采用功率谱分析法和最大Lyapunov指数法,可以评价综放沿空巷道的混沌动力学特征。

关键词：采矿工程综放沿空巷道离散元法动力学性态混沌运动功率谱 Lyapunov指数

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孤岛煤柱侧向支承压力分布的数值模拟与雷达探测研究

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岩石力学与工程学报 2002年第A2期21卷 2484-2487页

作者：王同旭刘传孝王小平山东科技大学工程力学系泰安271019

采用FLAC^3D软件模拟了孤岛工作面侧向支承压力的分布规律,并利用雷达探测研究了塑性破坏区沿倾斜方向的变化规律。通过综合分析与对比,找出了支承压力高峰位置及应力降低区范围,使设计的工作面上、下巷位置成功地避开了压力高峰区的不... 详细信息

采用FLAC^3D软件模拟了孤岛工作面侧向支承压力的分布规律,并利用雷达探测研究了塑性破坏区沿倾斜方向的变化规律。通过综合分析与对比,找出了支承压力高峰位置及应力降低区范围,使设计的工作面上、下巷位置成功地避开了压力高峰区的不利影响。现场实践表明,巷道维护状况明显改善,经济与技术效益显著。

关键词：数值分析数值模拟雷达探测支承压力分布

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地质雷达应用于探测拱桥、空洞的效果验证

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岩土力学 2001年第1期22卷 106-108页

作者：刘传孝蒋金泉杨永杰山东科技大学泰安271019

运用地质雷达探测了一个拱桥和一个空洞，通过探测结果和被探体的实际揭露情况比较得出，雷达剖面图像的解释结果与被探体的实际剖面形态类似，水平误差取决于探测物理点点间距，深度误差仅±0．05 m。

关键词：地质雷达拱桥空洞电磁波

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考虑长期稳定性的深井采区上山保护煤柱合理留设

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采矿与安全工程学报 2017年第5期34卷 921-927,932页

作者：杨永杰段会强刘传孝郝以瑞山东科技大学矿业与安全工程学院矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018 西山煤电(集团)有限责任公司马兰煤矿山西太原030205

采区上山保护煤柱的长期稳定性对矿井安全生产具有重要影响,针对孔庄煤矿典型深部开采中IV1采区上山保护煤柱的蠕变变形及长期稳定性问题,采用现场实测、蠕变试验及数值模拟相结合的方法开展研究。现场实测表明,7433工作面超前支承压力... 详细信息

采区上山保护煤柱的长期稳定性对矿井安全生产具有重要影响,针对孔庄煤矿典型深部开采中IV1采区上山保护煤柱的蠕变变形及长期稳定性问题,采用现场实测、蠕变试验及数值模拟相结合的方法开展研究。现场实测表明,7433工作面超前支承压力明显影响范围为73 m。基于蠕变试验结果,采用改进的Burgers模型回归求得煤样蠕变参数,在此基础上,对煤柱的蠕变特性及长期稳定性进行了数值模拟计算。结果表明,当煤柱宽度大于85 m时,再增加煤柱宽度,其趋于稳定的时间及蠕变变形量相差不大,当煤柱宽度小于85 m时,随着煤柱宽度减小,煤柱趋于稳定的时间越来越长,变形量也逐渐增大。考虑深井煤柱的长期稳定性,IV1采区上山保护煤柱的合理宽度不应小于85 m。矿压监测结果表明,监测期内上山保护煤柱处于较好的稳定状态。

关键词：深井采区上山煤柱蠕变试验长期稳定性

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基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固应用研究

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采矿与安全工程学报 2021年第4期38卷 774-783页

作者：张进鹏刘立民刘传孝孙东玲邵军山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

针对高应力巷道围岩锚注中注浆锚杆锚固力低和水泥基注浆材料自收缩造成控制效果不佳的问题,提出基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固方法。以平煤十矿变电所巷道为工程背景,基于原支护方式失稳机理分析,探究裂隙岩体自应力浆液... 详细信息

针对高应力巷道围岩锚注中注浆锚杆锚固力低和水泥基注浆材料自收缩造成控制效果不佳的问题,提出基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固方法。以平煤十矿变电所巷道为工程背景,基于原支护方式失稳机理分析,探究裂隙岩体自应力浆液加固原理,研发新型高强预应力注浆锚杆系统,形成基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注支护方案。通过浆岩界面SEM扫描、围岩钻孔窥视、锚杆索受力和围岩变形监测等方法综合评价该新型预应力锚注的工程应用效果。结果表明:通过高强预应力注浆锚杆的轴向约束应力与自应力浆液的膨胀应力使加固围岩处于准三维受力状态,实现了破碎围岩的强化与损伤修复;新型高强预应力注浆锚杆具有预应力大、预应力施加标准、锚固力高、杆体强度高等优点,能够对围岩提供高轴向约束;新型锚注加固后,注浆浆脉充填围岩裂隙,浆液结石体与岩体结合致密;注浆锚杆索受力稳定,巷道表面围岩最大位移为83 mm,说明通过新型预应力锚注加固方案实现了变电所巷道围岩稳定性控制。

关键词：预应力锚自应力浆液高应力破碎围岩失稳机理应用效果

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