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A generalized nonlinear three-dimensional Hoek‒Brown failure criterion

Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第8期16卷 3149-3164页

作者： Jiaxin Wang Shunchuan Wu haiyong cheng Junlong Sun Xiaolong Wang Yaxi Shen Faculty of Land Resource Engineering Kunming University of Science and TechnologyKunming650093China Key Laboratory of Geohazard Forecast and Geoecological Restoration in Plateau Mountainous Area Ministry of Natural ResourcesKunming650093China Yunnan Key Laboratory of Geohazard Forecast and Geoecological Restoration in Plateau Mountainous Area Kunming650093China

To understand the strengths of rocks under complex stress states,a generalized nonlinear threedimensional(3D)Hoek‒Brown failure(NGHB)criterion was proposed in this *** criterion shares the same parameters with the generalized HB(GHB)criterion and inherits the parameter advantages of *** new parameters,b,and n,were introduced into the NGHB criterion that primarily controls the deviatoric plane shape of the NGHB criterion under triaxial tension and compression,*** NGHB criterion can consider the influence of intermediate principal stress(IPS),where the deviatoric plane shape satisfies the smoothness requirements,while the HB criterion *** criterion can degenerate into the two modified 3D HB criteria,the Priest criterion under triaxial compression condition and the HB criterion under triaxial compression and tension *** criterion was verified using true triaxial test data for different parameters,six types of rocks,and two kinds of in situ rock *** comparison,three existing 3D HB criteria were selected for performance comparison *** result showed that the NGHB criterion gave better prediction performance than other *** prediction errors of the strength of six types of rocks and two kinds of in situ rock masses were in the range of 2.0724%-3.5091%and 1.0144%-3.2321%,*** proposed criterion lays a preliminary theoretical foundation for prediction of engineering rock mass strength under complex in situ stress conditions.

关键词： Rock mechanics HoekeBrown criterion Failure criterion Intermediate principal stress True triaxial test Smoothness and convexity

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滇中引水软岩隧洞围岩位移时序预测

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1215-1225页

作者：崔靖奇吴顺川程海勇王涛姜关照浦仕江任子健昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093 云南省滇中引水工程有限公司昆明650000 自然资源部高原山区地质灾害预报与地质生态恢复重点实验室昆明650093

围岩位移监测值具有复杂性和非线性动态变化特征,且以往优化算法结合单一回归模型的静态一次学习无法表现真实场景下的实际应用,而自相关性使围岩位移预测作为时序问题更具现实意义,但单一模型的泛化性能易受历史监测数据的干扰,导致测... 详细信息

围岩位移监测值具有复杂性和非线性动态变化特征,且以往优化算法结合单一回归模型的静态一次学习无法表现真实场景下的实际应用,而自相关性使围岩位移预测作为时序问题更具现实意义,但单一模型的泛化性能易受历史监测数据的干扰,导致测试应用预测不准确。该文提出一种结合监测时序数据预处理的围岩位移时序动态预测方法,首先,将截取后的稳定监测数据利用3次样条插值等距化,并通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)信号处理,将监测数据分解为趋势项与随机项位移分量;其次,Adaboost集成多个长短期记忆神经网络(long short-term memory network,LSTM)构建时序预测集成优化模型,并在一次训练学习后单步动态预测;再次,分别对滇中引水工程段围岩位移分量进行预测,并与传统时序预测模型进行对比;最后,通过FLAC 3D数值模拟工程段得到围岩位移时序完整数据,验证集成优化模型的应用表现。结果表明:集成优化模型在各分量与累计位移均有良好表现,且与传统模型相比,受变形速率波动影响较小。

关键词：软岩隧洞围岩位移非等距时间序列变分模态分解集成优化数值模拟

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脉冲泵压环境膏体水分迁移转化与流变行为数值推演

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工程科学学报 2024年第1期46卷 11-22页

作者：夏志远程海勇吴顺川姜关照刘津孙伟刘泽民昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093

通过微细观结构分析、低场核磁共振量化研究,科学、准确地描述膏体跨尺度颗粒群存在形态与水分赋存状态,并基于有限元和离散元耦合数值分析方法分析了泵压扰动下膏体颗粒流态演化规律.研究发现,膏体料浆中的吸附水、间隙水和弱自由水存... 详细信息

通过微细观结构分析、低场核磁共振量化研究,科学、准确地描述膏体跨尺度颗粒群存在形态与水分赋存状态,并基于有限元和离散元耦合数值分析方法分析了泵压扰动下膏体颗粒流态演化规律.研究发现,膏体料浆中的吸附水、间隙水和弱自由水存在动态连通与转化行为,并主要以吸附水形式存在,低场核磁共振技术(Low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)弛豫强度与吸附水峰面积非线性增强,与料浆的流动表现出显著的正相关性.液网结构与絮网结构反映了导水通道的活跃性与力链结构的强度,共同组成了膏体稳定性与流动性的双支撑骨架结构.通过Fluent-EDEM软件耦合模拟,分析了脉冲泵压环境颗粒运动行为,在速度差的影响下高、低流速颗粒冲击扰动加剧,力链接触作用增强,流态均匀性和整体颗粒运动稳定性可有效提高.

关键词：膏体充填脉冲泵压低频核磁水分迁移双骨架结构流变行为

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基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测

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工程科学学报 2024年第8期46卷 1337-1348页

作者：刘泽民程海勇毛明发李在利吴顺川姜关照孙伟刘伟铧昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093 云南驰宏锌锗股份有限公司会泽矿业公司曲靖654211 中铝集团玉溪矿业有限公司玉溪653100

膏体流变性能是膏体充填技术重要指标,是金属矿膏体充填工艺流程的重要工程参数.本文提出一种基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测方法,通过制定图像采集标准并研发图像采集装置采集图像数据集.经Sobel算子实现膏体边缘检测、全图缩... 详细信息

膏体流变性能是膏体充填技术重要指标,是金属矿膏体充填工艺流程的重要工程参数.本文提出一种基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测方法,通过制定图像采集标准并研发图像采集装置采集图像数据集.经Sobel算子实现膏体边缘检测、全图缩小等预处理,得到膏体图像数据集.采用十折交叉验证方法划分数据集,避免因单次随机划分造成的偶然误差.以膏体图像–屈服应力数据集为基础,利用3D卷积神经网络模型提取膏体纹理特征和时序信息等,又通过引入直方图均衡化算法的图像增强策略减少环境因素干扰,提高模型稳健性.利用预处理后的数据集在3D卷积神经网络模型上做训练和测试,得到模型损失值曲线图和混淆矩阵.将屈服应力模型预测结果进行分析,又引入卷积注意力机制嵌入到卷积神经网络实现模型优化,并对模型参数进行调整,模型预测平均准确率从93.26%提升至98.19%,论证了基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测方法可行性.经图像增强处理的数据集应用到各模型中,模型预测平均准确率均提升3%以上.相比传统膏体流变测量方式,解决了传统膏体屈服应力测量操作复杂、外部因素扰动大、工程现场难以开展等问题.

关键词：膏体充填流变性能 3D卷积神经网络屈服应力预测

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Resistance characteristics of paste pipeline flow in a pulse-pumping environment

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2023年第8期30卷 1596-1607页

作者： haiyong cheng Zemin Liu Shunchuan Wu Hong Li Jiaqi Zhu Wei Sun Guanzhao Jiang Faculty of Land Resources Engineering Kunming University of Science and TechnologyKunming 650093China Key Laboratory of Ministry of Education of China for High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China

Paste flow patterns and microscopic particle structures were studied in a pressurized environment generated by a pulse *** loop-pipe experiments and fluid-solid coupling-based simulations were *** scanning electron microscopy technique was also *** revealed that flow resistance is closely related to pipeline curvature and angle in a complex pipe *** vertical downward-straight pipe-inclined downward combination was adopted to effectively reduce the loss in resistance along with reducing the number of bends or increasing the radius of bend *** maximum velocity ratio and velocity offset values could quantitatively characterize the influences of different pipeline layouts on the *** correlation reached 96%.Particle distribution and interparticle forces affected flow *** particle states and weak interparticle forces were conducive to steady *** pump pressure led to high flow *** could improve pipe flow stability by increasing flow uniformity and particle motion *** results can contribute to safe and efficient paste filling.

关键词： pulse-pumping flow state fluid–solid coupling paste filling transportation

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屈服型非牛顿流体流型演化的几何判别

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中国矿业大学学报 2023年第1期52卷 1-9页

作者：吴爱祥李红程海勇北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093

为了精准有效识别屈服型流体的流变特征,基于其剪切应力-剪切速率响应关系,从几何学角度提出了流型转换的高效判别方法,并应用微分分析对该判别法的合理性进行了论证,得到了屈服型流体流型转换的普适性判别方法.针对常用的Power-law,Her... 详细信息

为了精准有效识别屈服型流体的流变特征,基于其剪切应力-剪切速率响应关系,从几何学角度提出了流型转换的高效判别方法,并应用微分分析对该判别法的合理性进行了论证,得到了屈服型流体流型转换的普适性判别方法.针对常用的Power-law,Herschel-Bulkley及Robertson-Stiff流变模型,应用该判别法对模型中流动指数的物理含义进行分析,结果表明:Herschel-Bulkley与Robertson-Stiff模型中的流动指数不能独立表征流体的剪切变稀与剪切增稠行为,其还取决于流体的临界剪切速率,这与模型函数求导结果一致.高速剪切下膏体的流变曲线分析结果表明,该判别法相比流动指数具有较高的准确性和适用性.

关键词：剪切变稀剪切增稠屈服应力 Herschel-Bulkley模型 Robertson-Stiff模型

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基于促凝和缓凝技术的含硫充填体力学损伤调控

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煤炭学报 2019年第S2期44卷 553-559页

作者：程纬华程海勇乔登攀李红昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

中国目前有硫铁矿山900余处,年产硫铁矿石1320万t,硫资源在开发过程中会产生大量含硫尾砂,含硫尾砂在地表堆存时对区域生态形成严重威胁。含硫尾砂井下充填是解决地表堆存污染问题和安全问题的有效途径,但含硫尾砂制备出的充填体往往会... 详细信息

中国目前有硫铁矿山900余处,年产硫铁矿石1320万t,硫资源在开发过程中会产生大量含硫尾砂,含硫尾砂在地表堆存时对区域生态形成严重威胁。含硫尾砂井下充填是解决地表堆存污染问题和安全问题的有效途径,但含硫尾砂制备出的充填体往往会出现开裂、破碎、强度失效等问题,含硫尾砂对充填体强度发展作用机理不清。针对高硫尾砂充填体力学性能的特殊性,通过凝结时间观测、强度测定和X射线衍射分析,对含硫充填体力学演化过程进行了定量研究。在分析高硫尾砂充填料浆的凝结特征和强度演化规律的基础上,结合硫化物致劣机理分析,提出通过改善促凝和缓凝条件优化高含硫尾砂充填体力学性能。研究结果表明,尾砂硫化物会导致充填料浆的凝结时间显著增长、强度大幅降低,并出现28 d强度劣化损伤。尾砂硫化物发生氧化反应生成酸和硫酸根离子,造成水化产物溶解,引起硫酸盐侵蚀,造成强度下降。XRD图谱显示,一定量的次生石膏和钙矾石晶体能有效填充充填体内的孔隙,有利于强度发展;大量的次生石膏和钙矾石晶体生成,对孔隙壁产生挤压作用,造成膨胀致裂。对于高含硫尾砂充填材料,通过促凝技术使凝结时间缩短15%,充填体早期强度提高2倍,但却无法抑制后期强度劣化;而缓凝技术可抑制C3S的水化,延缓水化产物C—S—H凝胶和氢氧化钙的生成,早期强度降低,充填体28 d强度提高35%。

关键词：充填高硫尾砂凝结时间单轴抗压强度硫酸盐侵蚀

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基于化学注浆预加固的破碎矿体采场结构优化数值模拟

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中南大学学报（自然科学版） 2015年第10期46卷 3758-3766页

作者：韩斌于少峰吴爱祥高永祥程海勇北京科技大学土木与环境工程学院云南金沙矿业股份有限公司汤丹公司

汤丹铜矿4号矿体厚大软弱破碎,围岩松散、炮孔成孔率低;优选MP 364矿用树脂进行化学注浆预加固,并在3采2分段进行现场化学注浆试验,确定化学浆液扩散方式、注浆压力及扩散半径等参数,建成注浆工艺系统。通过FLAC 3D及ANSYS等软件建模,... 详细信息

汤丹铜矿4号矿体厚大软弱破碎,围岩松散、炮孔成孔率低;优选MP 364矿用树脂进行化学注浆预加固,并在3采2分段进行现场化学注浆试验,确定化学浆液扩散方式、注浆压力及扩散半径等参数,建成注浆工艺系统。通过FLAC 3D及ANSYS等软件建模,并对地表岩移、顶板位移、采场支撑体系塑性区以及矿柱最大主应力进行数值模拟分析。研究结果表明:按照推荐注浆材料配比及工艺施工,岩体强度及完整性得到较大提高,炮孔成孔率提高22%;化学注浆后,由于岩体强度及矿体完整性得到提高,拟通过增大矿房暴露面积以提高矿石回收率。注浆后,在保证安全且保持矿柱尺寸不变的情况下,矿房暴露面积提高约50 m2,则矿石回收率可以提高约10%以上,提高了矿山经济效益。

关键词：化学注浆预加固注浆工艺系统数值模拟

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露天-地下联合开采保安矿柱稳定性

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第9期47卷 3183-3192页

作者：程海勇吴爱祥韩斌李红侯春来北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

通过对矿柱力学模型的分析,得到不考虑平面应变问题的矿柱厚度计算公式,对回采前后矿柱的受力形态及破坏模式进行分析。利用统计学原理计算矿柱厚度影响因素(跨度、容重、强度、动载荷等)的变异系数,并进行权重分析,利用FLAC3D进行了矿... 详细信息

通过对矿柱力学模型的分析,得到不考虑平面应变问题的矿柱厚度计算公式,对回采前后矿柱的受力形态及破坏模式进行分析。利用统计学原理计算矿柱厚度影响因素(跨度、容重、强度、动载荷等)的变异系数,并进行权重分析,利用FLAC3D进行了矿柱厚度三维数值模拟,研究矿柱厚度为15,20和25 m时的最大主应力分布、剪应变率变化规律、矿柱沉降规律和塑性区分布规律,同时利用FISH语言编写安全系数计算程序。研究结果表明:贵州某矿保安矿柱厚度在20 m左右时既能满足稳定性要求又能兼顾有效回采的目的。

关键词：露天-地下联合开采保安矿柱稳定性 FLAC3D 安全系数

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金川龙首矿充填采矿与地表沉降规律探讨

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金属矿山 2012年第11期41卷 32-35页

作者：程海勇乔登攀昆明理工大学国土资源工程学院

金川龙首矿采用下向水平分层六角形进路式充填采矿法,采用双中段大盘区同时回采的模式。应用FLAC3D数值分析软件,探讨了龙首矿进路式采矿及充填对地表下沉的影响规律。通过对开挖区地表11个监测点的位移监控,得出了地表变形不仅存在着... 详细信息

金川龙首矿采用下向水平分层六角形进路式充填采矿法,采用双中段大盘区同时回采的模式。应用FLAC3D数值分析软件,探讨了龙首矿进路式采矿及充填对地表下沉的影响规律。通过对开挖区地表11个监测点的位移监控,得出了地表变形不仅存在着沉降运动,还伴随着复杂的拱起变形等结论,同时探讨了矿山应重点监测区域,为防止地表大范围变形破坏提供了理论依据与技术指导方向。

关键词：充填地表变形龙首矿 FLAC3D

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