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穿断层隧道NPR锚索支护体系抗震特性振动台试验研究

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岩土力学 2024年第4期45卷 939-949页

作者：陶志刚丰于翔赵易张晓宇何满潮雷啸天中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

为研究具有负泊松比效应(negative Poisson’s ratio,NPR)的恒阻大变形锚索在地震作用下的吸能特性与动力响应规律,利用振动台开展含断层隧道使用普通锚索支护以及使用NPR锚索支护的振动台物理模型试验,对比分析地震作用下处于不同围岩... 详细信息

为研究具有负泊松比效应(negative Poisson’s ratio,NPR)的恒阻大变形锚索在地震作用下的吸能特性与动力响应规律,利用振动台开展含断层隧道使用普通锚索支护以及使用NPR锚索支护的振动台物理模型试验,对比分析地震作用下处于不同围岩条件中以及使用不同锚索进行支护时隧道结构的动力响应规律。研究结果表明:在同一地震波作用下,使用NPR锚索进行支护的隧道结构破坏程度与使用普通锚索进行支护的隧道结构相比有明显的改善,表明NPR锚索在地震作用下具有良好的吸能特性,能够为隧道结构提供有效支护;通过对比分析普通锚索与NPR锚索的锚索轴力时程曲线可知,在地震波作用下,普通锚索会发生破断现象,轴力突降至零,而NPR锚索的高恒阻力能够持续提供有效支护;分析隧道结构各测点的加速度、应变、土压力等动力响应可知,隧道断层区域在地震作用下的动力响应更为明显,隧道结构在地震作用下呈现出拱肩→拱腰→拱顶的破坏规律,这一研究成果为类似隧道工程的支护对策提供了理论参考。

关键词：振动台试验隧道支护 NPR锚索地震响应

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高强高韧锚杆钢能量吸收特性研究

岩石力学与工程学报 2024年第S01期43卷 3204-3216页

作者：王鼎何满潮周辉王琦王旭春中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

在深部地下工程中,研发和应用新型金属支护材料越发引起人们的关注与重视,然而关于其在预应力和围岩加载过程中的能量吸收规律和特性尚不清楚,亟待进行相关研究。因此,基于晶体塑性方法,以新型高强高韧锚杆钢为例,比较分析不同金属支护... 详细信息

在深部地下工程中,研发和应用新型金属支护材料越发引起人们的关注与重视,然而关于其在预应力和围岩加载过程中的能量吸收规律和特性尚不清楚,亟待进行相关研究。因此,基于晶体塑性方法,以新型高强高韧锚杆钢为例,比较分析不同金属支护材料的力学和能量吸收特性。同时采用以物理机制为基础的晶体塑性模型,研究不同预应力和围岩加载速率对高强高韧锚杆钢能量吸收特性的影响。研究结果表明,传统金属支护材料在能量吸收密度方面存在发展瓶颈。与传统金属支护材料的能量吸收密度与极限抗拉强度存在倒置关系不同,新型高强高韧锚杆钢在保持高强度(>940 MPa)和较大延伸率(>0.4)的同时,具有极高的能量吸收密度(>3.5×10^(8)J/m^(3)),是现有金属支护材料的3~7倍。晶体塑性模拟结果表明,通过调整预应力和控制围岩加载速率,可以进一步提高锚杆钢的能量吸收能力。例如,通过提高预应力可以快速提高材料的有效能量吸收速率,并能抵抗围岩加载速率的影响。当预应力增加至接近材料的屈服应力且围岩加载速率控制在10-2MPa/s以下时,可以使高强高韧锚杆钢获得最大的有效应变量(>0.54)和最高的有效能量吸收密度(>4.5×10^(8)J/m^(3)),充分发挥高强高韧锚杆钢的能量吸收特性。研究结果为高强高韧锚杆钢在高地应力支护工程上的应用提供理论依据和技术指导。

关键词：岩石力学能量吸收高强高韧锚杆钢围岩大变形预应力加载速率晶体塑性

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内衬式地下洞室群氢能存储隆起破坏机制分析

岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 468-480页

作者：邱凯李树忱刘日成刘众众王宗昊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 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 山东大学齐鲁交通学院山东济南250002

内衬式地下洞室群的隆起破坏机制分析对于提高氢气存储容量和储库安全性具有重要意义。基于HoekBrown强度准则和极限分析上限方法,推导分层岩体中内衬式地下洞室群的隆起破坏线函数,建立极限内压(Pu)的表达式,将理论分析结果与有限元软... 详细信息

内衬式地下洞室群的隆起破坏机制分析对于提高氢气存储容量和储库安全性具有重要意义。基于HoekBrown强度准则和极限分析上限方法,推导分层岩体中内衬式地下洞室群的隆起破坏线函数,建立极限内压(Pu)的表达式,将理论分析结果与有限元软件计算结果进行对比分析,并在此基础上探讨洞室群形状/布局参数对Pu和隆起破坏线的影响规律。结果表明:Pu理论解与数值解的误差范围处于1.57%~2.20%范围,且隆起破坏范围基本一致;Pu与附加荷载和洞室间距成正比,与洞室半径成反比,且对附加荷载的敏感性最高,半径次之,对洞室间距的敏感性最低;分层界面处各隆起破坏线间的水平距离与盖层厚度成正比;地面处水平隆起破坏范围间的差距与盖层厚度成正比;在内衬式洞室群库址选择时,可将土体黏聚力和内摩擦力作为安全储备,并综合考虑洞室半径对Pu和氢气容量的影响,同时根据隆起破坏范围规避地质构造缺陷区域。研究成果对于分层岩体中内衬式地下洞室群氢能存储库址选择、洞形设计具有指导意义。

关键词：地下工程氢能存储内衬式地下洞室群隆起破坏 Hoek-Brown强度准则极限分析

TA2/AZ31B/2024Al爆炸焊接复合板界面微观结构特征及其动态力学性能

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爆炸与冲击 2024年第4期44卷 139-156页

作者：梁汉良罗宁陈彦龙芮天安潘玉龙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 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 安徽宝泰特种材料有限公司安徽宣城242500

运用平行法爆炸焊接工艺,开展了TA2/AZ31B/2024Al多层轻质金属板材爆炸焊接实验。通过扫描电镜、电子背散射衍射、分离式霍普金森压杆及三维轮廓扫描等测试技术,对多层爆炸焊接复合板界面微观结构特征、材料物相变化规律、复合板材动态... 详细信息

运用平行法爆炸焊接工艺,开展了TA2/AZ31B/2024Al多层轻质金属板材爆炸焊接实验。通过扫描电镜、电子背散射衍射、分离式霍普金森压杆及三维轮廓扫描等测试技术,对多层爆炸焊接复合板界面微观结构特征、材料物相变化规律、复合板材动态力学性能及材料冲击断口特征开展了系统研究。研究结果表明:焊后多层轻质金属复合板的4个焊接界面均呈现出爆炸焊接特有的波形结构特征,结合界面处无明显缺陷,总体焊接质量良好。结合界面处晶粒发生细化并形成细晶区,1060Al过渡层内晶粒组织由于强塑性变形呈现典型的拉长层状晶粒特征,4个结合界面处均出现明显的变形织构与再结晶织构特征。沿X方向的试样最大动态抗压强度达605 MPa,分层断口界面三维形貌呈现近似水面波纹的独特结构特征。沿Z方向的试样最大动态抗压强度达390 MPa,断口界面三维形貌呈现明显的纤维状韧性断裂特征。

关键词：轻质金属多层复合板爆炸焊接界面微观结构动态力学性能

循环荷载下粗糙节理剪切力学特性与剪切行程的关系研究

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岩土工程学报 2024年

作者：叶思哲张强李涛代万里时林坡王红英中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室中国矿业大学力学与土木工程学院

为探究粗糙节理面受循环剪切作用下力学特性的演化规律，采用自主研制的岩石节理双向动态循环剪切试验系统进行了循环剪切试验，研究不同剪切行程下粗糙节理面的剪切应力、法向位移、剪胀角的演化规律。结果表明：（1）正向剪切后的负... 详细信息

为探究粗糙节理面受循环剪切作用下力学特性的演化规律，采用自主研制的岩石节理双向动态循环剪切试验系统进行了循环剪切试验，研究不同剪切行程下粗糙节理面的剪切应力、法向位移、剪胀角的演化规律。结果表明：（1）正向剪切后的负向剪切峰值随着剪切距离的增大逐渐减小，首次剪切负向峰值强度从4.13 MPa降低至2.94 MPa;(2)随着剪切行程的增加，剪切刚度不断减小并趋于稳定，正向剪切刚度均值从473.69 MPa/m降至21.37 MPa/m，负向剪切刚度均值从413.82 MPa/m下降至8.95 MPa/m;(3)剪切行程较小时，法向位移随循环次数的增加趋于稳定；剪切行程较大时，随循环次数的增加，法向位移会不断减小，但剪应力、剪胀角等参数的变化已趋于稳定，表明一定范围内的磨损作用对节理面力学性质的影响是有限的；（4）剪胀角的变化趋势与节理面形貌相关，总体上随着循环次数的增加剪胀角不断减小，最后趋于稳定。

关键词：岩石力学剪切试验节理面循环剪切剪胀角

火灾后盾构隧道衬砌结构残余承载力评估模型研究

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中国公路学报 2024年第9期37卷 55-67页

作者：陆尧亮姜健王波李海锋陈伟叶继红中国矿业大学力学与土木工程学院华侨大学土木工程学院

火灾后如何准确、迅速地评估隧道结构残余承载力，直接影响着应急处置及修复工作的可靠性和经济性。以盾构隧道衬砌结构为研究对象，结合层次分析法和数值模拟确定火灾后结构损伤指标体系，研究各指标对隧道结构残余承载力的影响规律；... 详细信息

火灾后如何准确、迅速地评估隧道结构残余承载力，直接影响着应急处置及修复工作的可靠性和经济性。以盾构隧道衬砌结构为研究对象，结合层次分析法和数值模拟确定火灾后结构损伤指标体系，研究各指标对隧道结构残余承载力的影响规律；利用聚类分析理论将损伤程度划分为轻度损伤、中度损伤、严重损伤、极度损伤、破坏5个等级，并基于神经网络建立盾构隧道结构火灾后力学性能评估模型。研究结果表明：损伤面积、剥落深度、混凝土劣化深度、混凝土强度折减和螺栓强度折减是影响盾构隧道火灾后残余承载力的主要因素，随着各因素劣化程度的增加，结构力学性能下降，但下降幅度与表现形式有较大差异；BP神经网络可有效用于盾构隧道火灾后性能评估，预测结果平均误差在10%以内。

关键词：隧道工程盾构隧道数值模拟残余承载力层次分析法 BP神经网络

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考虑变井阻的多元复合地基固结理论研究

工程力学 2024年第6期41卷 44-54页

作者：白垚卢萌盟杨康赵明中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 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 浙江木石建设项目管理咨询有限公司浙江杭州311199

该文以塑料排水板联合水泥搅拌桩多元复合地基为研究对象,通过假定排水板的渗透系数随时间呈指数型衰减,考虑了排水板在固结过程中的淤堵效应对地基固结性状的影响。同时,该文还考虑排水板的涂抹效应、水泥搅拌桩的扰动效应以及土体的径... 详细信息

该文以塑料排水板联合水泥搅拌桩多元复合地基为研究对象,通过假定排水板的渗透系数随时间呈指数型衰减,考虑了排水板在固结过程中的淤堵效应对地基固结性状的影响。同时,该文还考虑排水板的涂抹效应、水泥搅拌桩的扰动效应以及土体的径-竖向耦合渗流,推导得出多元复合地基的固结控制方程及其解答。通过与已有解答和现场试验的对比分析,验证该文解答的正确性。最后,采用参数敏感性分析法对多元复合地基固结性状进行研究。研究结果表明:复合地基井阻因子θ对固结后期影响较大,当θ值较大时,径向渗流由于排水板的淤堵效应将提前终止,最终仅由竖向渗流使得地基达到完全固结;初始渗透系数k_0越大,井阻因子θ越小,涂抹作用越弱,板和桩的置换率越高,复合地基固结速率就越快。

关键词：多元复合地基排水板变井阻效应固结淤堵效应

定向剪切应力路径下类弱胶结软岩椭圆各向异性强度准则

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岩石力学与工程学报 2024年第5期43卷 1219-1229页

作者：刘家顺郑智勇左建平王洋生彦涛周妮辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

地下工程开挖卸荷引起的围岩应力重分布将影响弱胶结软岩强度,导致巷道围岩产生不均匀大变形,甚至造成塌方、冒顶等安全事故。以膨润土、风积砂、石膏粉和滑石粉为原料制备类弱胶结软岩试样,利用GDS SSHCA空心圆柱扭剪仪开展主应力定向... 详细信息

地下工程开挖卸荷引起的围岩应力重分布将影响弱胶结软岩强度,导致巷道围岩产生不均匀大变形,甚至造成塌方、冒顶等安全事故。以膨润土、风积砂、石膏粉和滑石粉为原料制备类弱胶结软岩试样,利用GDS SSHCA空心圆柱扭剪仪开展主应力定向剪切试验,研究大主应力方向对弱胶结软岩应力–应变曲线、峰值应力(变)和抗剪强度的影响规律,探索主应力方向诱导的弱胶结软岩强度各向异性特征。结果表明:当0°地下工程围岩变形控制与灾害防治提供理论支撑。

关键词：岩石力学类弱胶结软岩各向异性椭圆强度准则定向剪切峰值剪应力比

基于分形理论的非均匀介质相变过程传热特性研究

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热科学与技术 2024年第4期 388-402页

作者：刘梦姣高蓬辉张东海张妮婧闫昊阳李智永中国矿业大学力学与土木工程学院中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

在生物医药、相变储能及冰蓄冷等领域存在大量非均匀介质相变现象，由于其结构复杂且伴随相变，为了揭示该过程中的传热规律，在对非均匀介质分形处理的基础上，结合相变传热实验，建立了三维分形非均匀介质相变传热模型，对不同边界条... 详细信息

在生物医药、相变储能及冰蓄冷等领域存在大量非均匀介质相变现象，由于其结构复杂且伴随相变，为了揭示该过程中的传热规律，在对非均匀介质分形处理的基础上，结合相变传热实验，建立了三维分形非均匀介质相变传热模型，对不同边界条件下非均匀介质相变传热过程进行了分析研究。通过与实验结果比较，最大误差为4.3%,最小误差为1.5%,表明该模型可以有效获得相变过程中温度场的演变规律，能够为精确模拟和预测非均匀介质相变传热提供了指导和参考。

关键词：非均匀介质分形相变传热

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