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Deformation characteristics and safety assessment of a high-speed railway induced by undercutting metro tunnel excavation

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2019年第1期11卷 88-98页

作者： Wangping Qian Taiyue Qi Yunjian Zhao yizhou Le haiyang yi Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering Ministry of Education Southwest Jiaotong University School of Civil Engineering Southwest Jiao tong University China Railway Design Corporation China Changjiang Construction Investment Corp.Ltd. North China Institute of Science and Technology

Stratum deformation(settlement) is a challenging issue in tunnel engineering, especially when construction of metro tunnels has to undercut high-speed railway. For this purpose, we used the FLAC30 software to analyze the stratum settlement characteristics of high-speed railway at different crossing angles intersected by metro tunnel, in terms of ground settlement trough, stratum slip line and irregularity of ballastless tracks. According to the evolution of the stratum settlement at different angle regions, an optimized angle is proposed for the actual project design. In order to reduce the influence of stratum settlement on the safety of high-speed railway, an approach of safety assessment is proposed for the shield engineering undercutting high-speed railway, as per Chinese specifications using numerical results and on-site conditions. A case study is conducted for the shield tunnel section crossing the Wuhan-Guangzhou High-speed Railway between the Guangzhou North Railway Station and the Huacheng Road Station, which represents the first metro tunnel project passing below a high-speed railway in China. A series of measures is taken to ensure the safe excavation of the shield tunnel and the operation of the high-speed railway. The results can provide a technical support for performing a safety evaluation between high-speed railways and metro tunnels.

关键词： Metro tunnel excavation High-speed railway Settlement characteristics Safety assessment Numerical simulation Case application

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Numerical simulation of gas flow process in mining-induced crack network

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International Journal of Mining Science and Technology 2012年第6期22卷 793-799页

作者： Zhou Hongwei Liu Jinfeng Xue Dongjie yi haiyang Xue Junhua State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining China University of Mining & Technology State Key Laboratory of Deep Coal Mining and Environmental Protection Huainan Mining Group Corporation

The exploitation of coal bed methane or coal gas is one of the most effective solutions of the problem of coal gas hazard.A better understanding of gas flow in mining-induced cracks plays an important role in comprehensive development and utilization of coal gas as well as prevention of coal gas *** paper presents a case study of gas flow in mining-induced crack network regarding the situation of low permeability of coal seam.A two-dimensional physical model is constructed on the basis of geological background of mining face No.1122(1) in coal seam No.11-2,Zhangji Coal Mine,Huainan Mining Group *** mining-induced stress and cracks in overburden rocks are obtained by simulating an extraction in physical *** evolution of mining-induced cracks in the process of advancing of coal mining face is characterized and three typical crack networks are taken from digital photos by means of image ***,the numerical software named COMSOL Multiphysics is employed to simulate the process of gas flow in three representative crack *** of gas pressure at various times in mining-induced crack networks are plotted,suggesting a shape and dimension of gas accumulation area.

关键词： Gas flow Gas pressure Physical modeling Mining-induced cracks COMSOL

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Deformation analysis of transversely isotropic coal-rock mass with porous and cracks

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International Journal of Mining Science and Technology 2012年第6期22卷 814-820页

作者： Xue Dongjie Zhou Hongwei Kong Lin Tang Xianli Zhao Tian yi haiyang Zhao Yufeng School of Mechanics Architecture and Civil EngineeringChina University of Mining & Technology

Coal-rock as a typical sedimentary rock has obvious stratification,namely it has transversely isotropic ***,deformation leads to coal-rock mass having the characteristics of different porous and crack structures as well as local *** axial and circumferential strain' formulas of the pure coal-rock mass specimen with a single crack were derived through the establishment of equivalent mechanical model of standard cylindrical coal-rock specimen,and have been widely used to a variety of media combined different structures containing multiple *** complete stress strain curve of a real coal-rock specimen was obtained by the CTC ***,according to the comparison with the theoretical value,the theoretical mechanical model could well explain the deformation characteristics of coal-rock mass and verify its ***,following features were analyzed:strain normalized coefficient and elastic modulus(Poisson's ratio) in vertical and parallel direction to the stratification,stratification angle,porosity,pore radius,normal and tangential stiffness of crack,and the relationship of different crack width with different tangential stiffness of *** the analysis above,it substantiate this claim that the theoretical model with better reliability reflects the transversely isotropic nature of the coal-rock and the local anisotropy caused by the porous and cracks.

关键词： Coal-rock mass Transversely isotropic Porous and crack Mechanical model

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复杂加载下K_(0)超固结黏土的本构模型

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岩石力学与工程学报 2022年第4期41卷 849-864页

作者：万征曹伟易海洋华北科技学院建筑工程学院河北廊坊065201

卸载后的K_(0)超固结黏土同时具有初始各向异性以及超固结特性,其特点有如下三方面:(1)当大主应力沿着K_(0)固结沉积面法线方向加载时,此时的剪切模量较等方向固结的剪切模量更高。(2)由于初始偏压固结导致三轴压缩下K_(0)固结黏土的临... 详细信息

卸载后的K_(0)超固结黏土同时具有初始各向异性以及超固结特性,其特点有如下三方面:(1)当大主应力沿着K_(0)固结沉积面法线方向加载时,此时的剪切模量较等方向固结的剪切模量更高。(2)由于初始偏压固结导致三轴压缩下K_(0)固结黏土的临界状态应力比相较等方向固结的更大。(3)循环加载导致超固结特性以及应力诱导各向异性更为显著。基于超固结土UH模型,引入反映初始各向异性的边界面转轴参量ζ,通过倾斜边界面来提高其塑性模量。分析其剪胀应力比特征,提出状态应力比来替换统一硬化参数中的普通应力比,用来反映应变硬化、软化现象,引入旋转硬化规则用来反映复杂加载路径下的应力诱导各向异性性质,同时修正统一硬化参数,用来反映循环加载下的塑性体应变累积特性,塑性偏应变的滞回圈与棘轮特征,卸载路径的塑性变形特性。利用基于t准则的变换应力方法将上述新模型转变为三维本构模型,通过与一系列K;超固结黏土在不排水及循环加载等复杂加载路径下的试验与预测结果进行对比,结果表明:新模型可简单方便地应用于K_(0)超固结黏土在复杂加载路径下的应力-应变关系模拟中。

关键词：土力学各向异性超固结黏土剪胀循环加载滞回圈

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矿用硬岩巷道机械化掘进破岩形式研究现状及展望

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煤炭科学技术 2024年第S01期52卷 259-268页

作者：李潮鲁义强陈召易海洋王明耀华北科技学院建筑工程学院河北廊坊065201 中铁工程装备集团有限公司河南郑州450000 同济大学土木工程学院上海200092 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003

硬岩巷道快速掘进是实现煤矿智能高效开采的重要环节,悬臂掘进机、TBM和底切割装备都在尝试解决这一难点,掘进技术和装备的发展直接影响采矿的安全生产和经济效益。首先,总结了悬臂掘进机在硬岩截割工况的适用范围和截齿消耗现状,分析... 详细信息

硬岩巷道快速掘进是实现煤矿智能高效开采的重要环节,悬臂掘进机、TBM和底切割装备都在尝试解决这一难点,掘进技术和装备的发展直接影响采矿的安全生产和经济效益。首先,总结了悬臂掘进机在硬岩截割工况的适用范围和截齿消耗现状,分析截割破岩形式的现场试验,发现在较高的岩石强度条件下,截齿消耗量较正常磨损翻倍,掘进速度与开采速度的不匹配,严重制约了矿井生产。其次,分析了滚刀破岩形式和装备在矿山领域的应用和新产品现状,得出移动式矿用掘进设备采用滚刀挤压破岩,块状渣土少,粉末多,刀盘推力小,导致破岩能力不足。最后,分析了线性底切割破岩技术和非线性底切割技术的原理和装备研发现状。结果表明:随着振荡频率的提高,切削力显著降低,非线性底切割破岩单位体积消耗能量少,优势明显。但在硬岩条件下的掘进效率、设备稳定性等关键问题有待验证,非线性底切割技术有望突破未来矿山硬岩掘进的技术难题。

关键词：硬岩巷道掘进技术破岩形式截齿破岩滚刀破岩底切割技术

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新时代实战应用型应急管理专业人才培养体系实证研究

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中国安全科学学报 2023年第5期33卷 26-34页

作者：欧阳振华王琼易海洋王华华北科技学院矿山安全学院河北廊坊065201 华北科技学院安全工程学院河北廊坊065201

为了促进应急管理人才培养的改革与创新,对我国22所应急管理相关专业高校的应急管理人才培养目标、培养模式和专业建设等关键内容进行实证分析。结果表明:大部分高校以培养视野宽、跨学科知识广、综合素质高的复合应用型应急人才为目标... 详细信息

为了促进应急管理人才培养的改革与创新,对我国22所应急管理相关专业高校的应急管理人才培养目标、培养模式和专业建设等关键内容进行实证分析。结果表明:大部分高校以培养视野宽、跨学科知识广、综合素质高的复合应用型应急人才为目标,从教材、课程体系、教师队伍、专业基地等多方面建设致力于提高人才培养质量。确定了培养实战应用型应急管理人才的培养目标,形成准军事化、实战化、职业化、学分制、书院制、双导师制的“三化三制”人才培养模式,构建了以人才培养目标、人才培养模式、专业建设为三位一体的应急管理人才培养体系。

关键词：应急管理人才培养实证分析培养体系实战应用型人才

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矿用胶囊式救生舱设计与仿真分析

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工业安全与环保 2024年第4期50卷 34-38页

作者：伊海洋张才应急管理部四川消防研究所四川成都610036

矿用救生舱是应对煤矿救援的重要设备,为增强救生舱的整体安全性,根据我国现有煤矿地质特点,结合国内外煤矿火灾救援成功案例,提出一种矿用胶囊式救生舱结构。借助NX软件对救生舱进行了结构设计,集成了引导、容纳、缓冲、防火及通信等功... 详细信息

矿用救生舱是应对煤矿救援的重要设备,为增强救生舱的整体安全性,根据我国现有煤矿地质特点,结合国内外煤矿火灾救援成功案例,提出一种矿用胶囊式救生舱结构。借助NX软件对救生舱进行了结构设计,集成了引导、容纳、缓冲、防火及通信等功能,同时,参照已有防爆液压绞车,利用ANSYS对救生舱的救援工况进行了安全分析。结果表明,该救生舱安全裕量大,能够利用常规液压绞车系统,安全实现受困人员的救援。

关键词：矿用机械火灾救援救生舱安全分析

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消防泵诱导轮的设计及分析

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工业安全与环保 2019年第9期45卷 37-40页

作者：杜霄伊海洋国家防火建筑材料质量监督检验中心

车载消防泵存在泵体过大、扬程较短的问题,在城市高层消防方面已显露出不足。为满足我国城市化进程中的消防需求,以加大流量法设计思路以及无过载设计方法,针对高转速离心消防泵的叶片设计了一种新型诱导轮结构。设计计算及仿真分析结... 详细信息

车载消防泵存在泵体过大、扬程较短的问题,在城市高层消防方面已显露出不足。为满足我国城市化进程中的消防需求,以加大流量法设计思路以及无过载设计方法,针对高转速离心消防泵的叶片设计了一种新型诱导轮结构。设计计算及仿真分析结果表明,诱导轮所处的流体流域整体平稳,未出现速度及压力突变。当消防泵运行在150%流量时,泵扬程为额定值的69.4%,而在关死点扬程处为额定值的127.5%,泵的整体过载风险低。

关键词：消防泵诱导轮仿真分析加大流量法

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考虑温度和体积应力的分数阶蠕变损伤Burgers模型

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岩石力学与工程学报 2021年第2期40卷 315-329页

作者：薛东杰路乐乐易海洋武志德张庆森张泽朋中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 华北科技学院建筑工程学院河北廊坊065201 中国石油勘探开发研究院廊坊分院河北廊坊065007

盐腔是石油、天然气和高放射性核废料深地储存的理想屏蔽围岩,考虑到深地盐岩地层中温度和体积应力联合影响,基于细观概率体元强度的威布尔(Weibull)分布构建损伤变量,利用Drucker-Prager强度准则描述微观线弹性脆性破坏,引入考虑塑性... 详细信息

盐腔是石油、天然气和高放射性核废料深地储存的理想屏蔽围岩,考虑到深地盐岩地层中温度和体积应力联合影响,基于细观概率体元强度的威布尔(Weibull)分布构建损伤变量,利用Drucker-Prager强度准则描述微观线弹性脆性破坏,引入考虑塑性损伤的广义胡克定量描述样品尺度损伤,从而建立三轴压缩条件下静态本构模型。进一步将非线性分数阶黏壶和三轴压缩条件下静态本构引入至Burgers模型中,建立考虑温度和体积应力的分数阶蠕变损伤Burgers模型。结果表明:新模型可很好地模拟蠕变全过程试验变形数据,且对温度和体积应力比较敏感,尤其是可以有效地模拟加速蠕变变形。

关键词：岩石力学全阶段建模三轴压缩蠕变分数阶蠕变 Burgers模型

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煤岩微观相态FCN智能识别与分形重构

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岩石力学与工程学报 2020年第6期39卷 1203-1221页

作者：薛东杰唐麒淳王傲易海洋张弛耿传庆周宏伟中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 华北科技学院建筑工程学院河北廊坊065201 中国矿业大学(北京)理学院北京100083

数字岩芯可提供无差别化仿真计算模型,是研究岩石物理力学性质的理想模型,精准高效建模一直制约着数字岩芯重构技术的推广。传统方法处理CT切片扫描数据费时费力,主要受限于2个方面,一是扫描层数有限;二是孔裂隙识别依赖于传统阈值分割... 详细信息

数字岩芯可提供无差别化仿真计算模型,是研究岩石物理力学性质的理想模型,精准高效建模一直制约着数字岩芯重构技术的推广。传统方法处理CT切片扫描数据费时费力,主要受限于2个方面,一是扫描层数有限;二是孔裂隙识别依赖于传统阈值分割算法。以煤岩为例,引入人工智能识别实现4种微观相态:孔隙、裂隙、高密度矿物和基质的智能识别,并开展分形重构。基于微米CT扫描建立4种微观相态数据集并进行了数据增强,开发了专用标注软件可实现跨尺度孔裂隙的准确标注。算法上优化了全卷级神经网络智能识别架构,建立Crack-FCN网络结构,网络层次少且错误率低。同时引入矢量化算法实现了裂隙面积、长度和宽度的定量计算;进而引入中心线细化算法实现了复杂裂隙拓扑结构的有效提取。最后开发局部自相似分形重构算法,并基于优化策略解决了快速插值问题,解决了相邻CT层扫描信息缺失的问题。结果表明分形插值与直线插值和三阶样条插值相比局部粗糙特性明显,且保证了裂隙断面的粗糙性和连续性。工作引入全卷级神经网络智能识别技术用于构造数字岩芯,为高效精准建立数字岩芯提供了新的技术支撑。

关键词：岩石力学数字岩芯 CT切片人工智能识别全卷积神经网络微观相态分形重构

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