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抗爆缓冲材料动态力学特性及微观破裂分析

岩石力学与工程学报 2012年第A01期31卷 2821-2828页

作者：吕祥锋潘一山肖晓春中国科学院力学研究所北京100190 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 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221008

采用准静态、落锤冲击和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验研究方法,借助电镜扫描(SEM)手段,对泡沫Al、Al-Si12基、Al-Si6基、泡沫Mg及Al–纤维和Al–稀土闭孔泡沫材料进行吸能特性试验研究,并讨论其微观破坏特征。准静态试验结果表明,基体... 详细信息

采用准静态、落锤冲击和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验研究方法,借助电镜扫描(SEM)手段,对泡沫Al、Al-Si12基、Al-Si6基、泡沫Mg及Al–纤维和Al–稀土闭孔泡沫材料进行吸能特性试验研究,并讨论其微观破坏特征。准静态试验结果表明,基体材料不同,应力–应变曲线和吸能性能关系差异较大,抗压强度值最大为5 MPa左右。落锤冲击应力–应变和吸能特性试验结果说明,冲击载荷作用下材料抗压强度提高较大,最高可达15 MPa,吸能值最大达29 J。SHPB试验结果得出缓冲吸能性能良好的泡沫材料参数以密度为0.35～0.70 g/cm3,孔隙度为65%～87%,孔径为1.0～4.0 mm为宜。静态与冲击试验微观破坏结果均说明泡沫Al材料具有明显的撕裂痕迹,表现出韧性断裂特征。与准静态试验结果相比,冲击速度增大后,材料强度和吸能性能得到更好发挥,泡沫Al材料吸能值最大,变形空间较大,更适合用于防冲吸能支护材料。相似模拟试验结果表明,锚杆支护、U型钢支护巷道都存在不同程度的冲击变形或破坏,防冲支护巷道发生冲击后整体性较好。

关键词：采矿工程闭孔泡沫金属材料动态力学特性吸能性能微观破裂形貌防冲支护

瓦斯压力影响下煤岩力学性质与冲击能量指数演化规律及机制

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煤田地质与勘探 2022年第7期50卷 98-106页

作者：丁鑫肖晓春潘一山辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110136

深部煤层冲击地压诱发瓦斯涌出、突出事故频繁发生,对井下安全生产带来了巨大威胁,厘清瓦斯对煤岩力学性质、冲击倾向性演化规律是建立有效防治手段的基础。运用物理试验方法,基于自主研发的可视化煤岩流−固耦合试验系统,研究瓦斯压力... 详细信息

深部煤层冲击地压诱发瓦斯涌出、突出事故频繁发生,对井下安全生产带来了巨大威胁,厘清瓦斯对煤岩力学性质、冲击倾向性演化规律是建立有效防治手段的基础。运用物理试验方法,基于自主研发的可视化煤岩流−固耦合试验系统,研究瓦斯压力影响的煤岩吸附、力学性质及碎块分布规律,分析瓦斯影响的煤岩冲击能指数演化特征与机制。结果表明:具有强冲击倾向性煤岩的瓦斯等温吸附曲线符合Langmuir模型,随瓦斯压力升高,煤岩软化特性越发明显,弹性模量、软化模量均呈阶段性降低,瓦斯对二者在煤岩峰值前后具有不同的影响效果且存在临界压力,试样破坏形式呈“脆性张拉→剪切→张拉+塑性流动”过渡,冲击能指数与试样碎块尺度均呈先减小后增大的“V”形变化特征,破碎后具有更多盈余能;含瓦斯煤岩小尺度碎块是灾害发生的客观条件,瓦斯膨胀能为煤体动态失稳提供了额外的能量,增大了冲击地压发生过程的强动力性和破坏性,这种煤岩基质骨架与瓦斯运移的固−流耦合降低了冲击地压发生的临界指标且具有更高的致灾潜能。研究成果与启示为进一步判定深部高瓦斯煤层灾变倾向并建立行之有效的防治手段提供了试验基础和研究思路。

关键词：煤岩力学性质冲击能量指数冲击地压高瓦斯煤层瓦斯吸附特征分形维数

单轴压缩条件下不同冲击倾向性煤岩损伤与破碎能演化规律研究

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采矿与安全工程学报 2022年第3期39卷 517-526页

作者：丁鑫肖晓春潘一山吴迪辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110136

研究围绕“同一矿井煤岩试样会出现强度相近但峰后应力降模量明显差异,进而引起多种冲击倾向性判定结果和能量演变特征”的现象,以物理实验为基础,分析考虑了孔、裂隙对有效承载面积的削减作用,建立了基于孔隙率的初始损伤表达式,结合... 详细信息

研究围绕“同一矿井煤岩试样会出现强度相近但峰后应力降模量明显差异,进而引起多种冲击倾向性判定结果和能量演变特征”的现象,以物理实验为基础,分析考虑了孔、裂隙对有效承载面积的削减作用,建立了基于孔隙率的初始损伤表达式,结合非均匀性统计理论构建了煤岩本构关系及损伤演化方程,基于煤岩破碎后块体分布的自相似性,理论推导获得了以分形维数表征的破碎块体新增表面积及耗散能密度计算公式并实验验证。研究表明:随所受载荷增加,煤岩损伤演化曲线呈现为“受载初期平直、临近峰值陡增”的典型“S”型变化,且损伤在峰值点均低于0.5并集中于峰后阶段发展,冲击倾向性增强,其初始和应力峰值损伤越低,损伤越集中于峰后发展;认为煤岩产生损伤演化特点随冲击倾向性变化主要是因孔裂隙发育及不同物质组成所致,孔隙率逐渐增加使试样更易在缺陷部分发生微裂隙扩展并与相邻的缺陷部分汇聚而形成宏观破裂;弱冲击倾向试样宏观煤岩成分具有更多暗煤,反之冲击倾向性增强煤岩中镜煤、亮煤占比增加,两种宏观煤岩组分虽均使煤岩展现出较高的抗压强度,但暗煤韧性大,与之相对应的亮煤、镜煤脆性特征更为显著,表现出峰后软化及损伤差异;冲击倾向性增强,煤岩破碎程度增加即分形维数升高、碎块分布向更小尺寸集中;随碎块分形维数增加,破碎耗散能理论曲线呈斜率升高的“下凹”型增长,更为直观地反映了煤岩冲击倾向性与破碎度、盈余能间的正相关关系。

关键词：冲击倾向性初始损伤力学本构关系分形理论破碎能

基于声发射时频特征的不同含水煤样冲击倾向试验研究

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煤炭学报 2018年第4期43卷 931-938页

作者：肖晓春金晨丁鑫潘一山辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学辽宁沈阳110136

为探究含水煤样冲击倾向指标与其声发射时频特征的关联性。采用物理试验和信号处理分析方法,以河南耿村煤矿7609工作面煤样为研究对象,考虑饱水、自然含水和烘干24 h三种含水条件,深入研究不同含水煤样冲击倾向的变化规律;建立不同含水... 详细信息

为探究含水煤样冲击倾向指标与其声发射时频特征的关联性。采用物理试验和信号处理分析方法,以河南耿村煤矿7609工作面煤样为研究对象,考虑饱水、自然含水和烘干24 h三种含水条件,深入研究不同含水煤样冲击倾向的变化规律;建立不同含水率煤样冲击倾向与其声发射时频信号的对应关系。结果表明:煤样加载破坏过程监测获得的声发射时频信号分布特征能够反演其受载阶段,声发射幅频信号的变化不仅能够判定煤体结构的破坏尺度,而且可利用不同频率范围声发射能量分布推断其冲击倾向强弱和发生动力破坏的可能性。定义了煤体结构冲击倾向的声发射反演能量比值Kae和频率幅值相对值比值Kaf;以河南耿村矿7609工作面煤样为例,验证了声发射信号时频特征和关键参数反演煤体结构冲击倾向的可行性。

关键词：含水煤样声发射时频特征声发射能量反演频率幅值反演

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开挖扰动及降雨入渗影响的地表沉降特征研究

中国安全科学学报 2020年第2期30卷 133-139页

作者：肖晓春唐倩徐军吕祥锋绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为研究施工扰动和强降雨浸透影响下的地层变形演化特征,采用通用离散元程序(UDEC),开展不同降雨强度及不同开挖深度组合下地表沉降特征的模拟研究,探索开挖过程中的地表孔隙水压力及位移场分布规律。结果表明:随着开挖深度的增加,孔隙... 详细信息

为研究施工扰动和强降雨浸透影响下的地层变形演化特征,采用通用离散元程序(UDEC),开展不同降雨强度及不同开挖深度组合下地表沉降特征的模拟研究,探索开挖过程中的地表孔隙水压力及位移场分布规律。结果表明:随着开挖深度的增加,孔隙水压力逐渐减小,而土层的沉降量明显增加,且两者均受监测点与开挖位置之间距离的影响;降雨条件下土层的沉降量易受开挖工况的影响,靠近土体上层的土质(如杂填土及碎石填土,黏性土和砂土等)在开挖后产生的沉降量变化相似,下层的土体(如构造破碎带)相对发生沉降量较小;此外,上层土体的性能松散,透水性较好,具有较大的变形特性,所以,降雨入渗会增加上层土体的沉降量。

关键词：开挖深度孔隙水压力降雨强度土体特征沉降量

基于潜热比的低温余热蒸汽联合回热有机朗肯循环系统最佳工质筛选

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中国电机工程学报 2015年第8期35卷 1969-1976页

作者：杨新乐黄菲菲戴文智肖晓春辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁省阜新市123000

为充分回收矿藏热采尾端低温余热蒸汽,提高能源利用率,建立以低温蒸汽为热源的抽汽-乏汽联合回热有机朗肯循环(ORC)系统,选取6种不同临界温度的干湿工质,提出以工质潜热比σr评价蒸发器火用损及系统热力性能的标准,在热力学第一、第二... 详细信息

为充分回收矿藏热采尾端低温余热蒸汽,提高能源利用率,建立以低温蒸汽为热源的抽汽-乏汽联合回热有机朗肯循环(ORC)系统,选取6种不同临界温度的干湿工质,提出以工质潜热比σr评价蒸发器火用损及系统热力性能的标准,在热力学第一、第二定律基础上,通过编制程序分析不同蒸发温度T11、热源温度Tg下工质对系统的影响,确定最佳工况点,选择最佳工质。结果表明:随工质临界温度Tc增大,其潜热比σr较大,系统热力性能较高,且热源温度愈高,不同工质间热力性能差距愈大;对于蒸汽热源,工质在低于临界温度25K左右的热源下工作可获得最大热力性能;增加联合回热有助于提高系统热力性能,对于各工质有R236fa>R123>R152a,当Tg=413.15K时,若系统采用R236fa作为工质,系统较ORC系统净输出功高出1455kW。

关键词：低温余热蒸汽有机朗肯循环潜热比联合回热热力性能临界温度

单向卸载条件下组合煤岩力学特性及声发射演化规律

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煤炭科学技术 2023年第11期51卷 71-83页

作者：肖晓春刘海燕丁鑫徐军樊玉峰辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000

针对深部巷道开挖卸荷扰动引起的冲击地压灾害问题,开展不同卸载条件下巷道围岩的变形破裂机理研究。以组合煤岩为研究对象,采用岩石力学真三轴试验机和声发射监测系统进行了恒轴压卸侧压的单向卸载试验,探究了卸载初始侧向应力及卸载... 详细信息

针对深部巷道开挖卸荷扰动引起的冲击地压灾害问题,开展不同卸载条件下巷道围岩的变形破裂机理研究。以组合煤岩为研究对象,采用岩石力学真三轴试验机和声发射监测系统进行了恒轴压卸侧压的单向卸载试验,探究了卸载初始侧向应力及卸载速率影响下组合煤岩的力学特性,通过声发射信号特征反演了组合煤岩内部不同类型裂纹扩展规律,结合振铃计数特征参数量化了组合煤岩加卸载过程的损伤程序。结果表明:单向卸载条件下组合煤岩表现出明显的张剪复合破坏特征,煤体宏观上以剪切破坏为主,岩石以张拉破坏为主,卸载初始侧向应力的增加导致组合煤岩破坏程度加剧,卸载速率的提高促进了岩石试样应力卸载方向张拉裂纹的扩展;声发射参数RA–AF的变化准确描述了组合煤岩内部不同类型裂纹的占比,组合煤岩加卸载过程中大多以剪切裂纹的形式扩展,应力卸载阶段剪切裂纹的占比随卸载初始侧向应力的增加而降低,卸载速率的提高促进张拉裂纹占比的增加,剪切裂纹占比降低;通过研究声发射振铃计数标定的损伤发现卸载初始侧向应力和卸载速率是影响组合煤岩卸载阶段损伤发育程度的主要因素,卸载初始侧向应力超过20 MPa后其对组合煤岩卸载阶段的损伤基本不产生影响。研究成果可为深部巷道开挖冲击地压的发生机制与灾害防治提供参考。

关键词：应力路径卸荷速率组合煤岩剪切裂纹占比声发射演化规律

岩煤接触面力学性质对组合煤岩力学行为影响机制

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煤炭学报 2023年第4期48卷 1487-1501页

作者：樊玉峰肖晓春丁鑫徐军王爱文雷云辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000 辽宁大学灾害岩体力学研究所辽宁沈阳110000 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

为明确组合煤岩力学行为及其冲击倾向性与岩煤间接触面力学性质关系,开展了组合煤岩单轴压缩试验,分析了岩煤间4种不同力学性质的接触面对组合煤岩强度、弹性模量、应变软化现象、声发射特征信号、能量累积耗散特征和冲击倾向性的影响规... 详细信息

为明确组合煤岩力学行为及其冲击倾向性与岩煤间接触面力学性质关系,开展了组合煤岩单轴压缩试验,分析了岩煤间4种不同力学性质的接触面对组合煤岩强度、弹性模量、应变软化现象、声发射特征信号、能量累积耗散特征和冲击倾向性的影响规律,研究了接触面黏结属性和破坏情况所引起的端面效应对煤岩局部变形特征及强度的影响机制。研究结果表明:接触面力学性质对组合煤岩的力学性质有一定影响,完整的接触面增强了组合煤岩的强度和弹性模量,提高了弹性能累积能力,抑制了峰前阶段的煤岩破裂,削弱了峰后的应变软化阶段;接触面的破坏降低了端面效应的影响作用,提高了组合煤岩的破坏程度,延长了峰后的应变软化过程;无黏结型组合煤岩试样的各项力学指标均低于其余3种接触面;建立了组合煤岩本构关系并提出了考虑接触面破坏的组合煤岩强度估算方法和接触面断裂的判定方法;理论计算结果与实验结果较为一致;随着岩煤间接触面力学性质的提高,组合煤岩弹性能占比提高,塑性能占比降低;厘清了岩煤间接触面力学性质对组合煤岩冲击倾向性的影响规律,认为接触面和煤岩相对力学性质是引起组合煤岩冲击倾向性各项指标冲突的重要影响因素。

关键词：力学行为组合煤岩岩煤接触面冲击倾向性端面效应

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意大利Sparvo隧道超大断面盾构施工关键技术

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隧道建设 2013年第10期33卷 866-873页

作者：肖晓春上海隧道工程股份有限公司上海200082

意大利Sparvo隧道采用直径为15.55 m、开挖断面达到15.615 m的土压平衡盾构进行掘进施工,是当时世界上最大直径的盾构法隧道工程之一,其施工风险高、技术难度大为业界所公认。扼要介绍意大利Sparvo隧道工程所采用的一些关键技术:1)盾构... 详细信息

意大利Sparvo隧道采用直径为15.55 m、开挖断面达到15.615 m的土压平衡盾构进行掘进施工,是当时世界上最大直径的盾构法隧道工程之一,其施工风险高、技术难度大为业界所公认。扼要介绍意大利Sparvo隧道工程所采用的一些关键技术:1)盾构装备的选型;2)衬砌管片的设计与生产,包括混凝土配合比设计、配筋设计与调整、管片接头、管片止水带以及管片预制厂情况;3)超大断面盾构隧道掘进施工关键技术,包括土体改良、易燃易爆混合气体的对策和盾构原地掉头。这些技术较好地解决了该隧道施工中出现的诸多难题,可为今后同类工程提供借鉴与参考。

关键词：意大利Sparvo隧道超大断面盾构土压平衡盾构盾构选型管片设计