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考虑相变状态及温度效应的冻结砂土非关联弹塑性本构模型

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岩石力学与工程学报 2024年

作者：王钰轲蒋睿郭成超王复明郑州大学水利与交通学院隧道掘进机及智能运维全国重点实验室地下工程灾变防控省部共建协同创新中心中山大学土木工程学院

冻胀是影响冻土力学性质变化的主要因素，将导致冻土在受剪过程中的产生更为显著的应变软化和剪胀特征。为了准确描述冻土的力学特征，本文引入相变状态概念对冻土的剪胀性进行描述，解决了仅采用临界状态理论难以统一软化和剪胀特征点... 详细信息

冻胀是影响冻土力学性质变化的主要因素，将导致冻土在受剪过程中的产生更为显著的应变软化和剪胀特征。为了准确描述冻土的力学特征，本文引入相变状态概念对冻土的剪胀性进行描述，解决了仅采用临界状态理论难以统一软化和剪胀特征点非同步关系的问题，进一步结合分数阶塑性力学理论对冻土应力应变的非关联塑性流动规律进行描述，避免了塑性势面的额外构建，并通过引入考虑温度影响的屈服函数描述冻土在不同温度下的力学响应。本文通过引入考虑相变的硬化法则和考虑温度影响的屈服条件，提出了一种改进的弹塑性本构模型，并用于评价冻结砂土的力学特性，所建立模型将温度效应、相变状态、临界状态以及非关联塑性流动统一在弹塑性力学理论框架中，所有模型参数物理意义明确。最后，通过模拟冻结砂土的应力应变行为，并与试验数据进行对比验证，结果表明本构模型能够有效捕捉不同温度和围压下冻结砂土的相变特征和应变软化规律。

关键词：土力学临界应力相变状态温度效应非关联塑性流动冻结砂土

基于通识教育的高校美育教学实践研究——以室内设计与赏析课程为例

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美术教育研究 2024年第3期 124-126页

作者：杨灏杨佩熹李宗晏中国矿业大学<北京>力学与土木工程学院隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室

美育是开展立德树人、培根铸魂工作的重要内容,是培养德智体美劳全面发展的社会主义接班人的重要举措。中国矿业大学(北京)开设的美育公共选修课室内设计与赏析以提升学生的美学素养水平、创新能力、审美能力和实践动手能力为目标,为建... 详细信息

美育是开展立德树人、培根铸魂工作的重要内容,是培养德智体美劳全面发展的社会主义接班人的重要举措。中国矿业大学(北京)开设的美育公共选修课室内设计与赏析以提升学生的美学素养水平、创新能力、审美能力和实践动手能力为目标,为建筑室内设计及装饰装修爱好者提供了学习的平台,引导学生运用所学知识欣赏室内环境设计作品并且运用到实际生活中,进一步提升学生感受美、表现美、鉴赏美、创造美的能力。该文以室内设计与赏析课程为例,探讨面向工科非艺术类院校学生开展美育公共选修课的特色教学方法,以期为其他高校提供借鉴和建设思路。

关键词：室内设计美育公共选修课通识教育赏析

穿断层破碎带隧道围岩大变形控制双梯度注浆机制

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隧道建设（中英文） 2024年第6期44卷 1194-1213,I0023-I0042页

作者：陶志刚孙吉浩曹振生胡才郭隆基何满潮中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 中电建路桥集团有限公司北京100160 中铁大桥局集团第六工程有限公司湖北武汉430100

近些年,中国西部大量深埋隧道工程因关键线路控制无法避让一些活动性断裂,常常在跨越断裂带范围内出现围岩大变形破坏现象,例如侵限、偏压、塌方、底鼓等灾害,严重影响隧道工程施工和运营的安全可持续发展。为了控制断层破碎带隧道围岩... 详细信息

近些年,中国西部大量深埋隧道工程因关键线路控制无法避让一些活动性断裂,常常在跨越断裂带范围内出现围岩大变形破坏现象,例如侵限、偏压、塌方、底鼓等灾害,严重影响隧道工程施工和运营的安全可持续发展。为了控制断层破碎带隧道围岩大变形,隧道工程设计者和建设者采用了多种控制方案,例如超前注浆、多层钢拱架被动支护、锚杆索主动支护等,但是都因断层破碎带围岩强度过低而出现超前注浆诱发围岩拉裂破碎、主动支护锚杆锚固力不足等现象。为解决上述难题,首先,提出一种增强穿断层破碎带隧道围岩强度的双梯度注浆技术,建立双梯度注浆概念模型,构建3种双梯度注浆模式;然后,确定特定工况下注浆材料粒径梯度与注浆压力梯度的适配条件;最后,通过理论分析、物理模型试验和现场试验,探索双梯度注浆机制及其控制效果。研究结果表明:1)随着开挖步序的增加,穿断层破碎带隧道拱肩变形最大,构造应力对围岩稳定性影响较大。2)在双梯度注浆作用下,浆液扩散效果良好,围岩未出现大面积脱落破坏,隧道周围岩体应力分布均匀。3)双梯度注浆形成了坚硬交叉浆脉骨架,达到了应力补偿效果,将围岩变形量从原来的3 100 mm控制到278 mm以内,实现了“零换拱、零侵限、零突涌”的目标。

关键词：隧道断层破碎带围岩大变形双梯度注浆开挖补偿法

地基土体错动变形下柔性管道接头力学行为的试验与理论研究

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岩土工程学报 2024年

作者：周敏兰海涛倪芃芃中北大学环境与安全工程学院山西建设投资集团有限公司博士后科研工作站拉夫堡大学建筑建造与土木工程学院中山大学土木工程学院南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室

埋地柔性管道的承载能力与周围土体对其的支撑作用密切相关，管-土间的相互作用力对管道的稳定运行至关重要，而一旦地基土体发生错动变形，柔性管道在接头位置处容易因不均匀支撑而发生转角破坏。本文通过室内模型试验，探究了柔性管... 详细信息

埋地柔性管道的承载能力与周围土体对其的支撑作用密切相关，管-土间的相互作用力对管道的稳定运行至关重要，而一旦地基土体发生错动变形，柔性管道在接头位置处容易因不均匀支撑而发生转角破坏。本文通过室内模型试验，探究了柔性管道接头在地基土体错动变形下的力学行为。基于Winkler弹性地基梁理论，分别针对于力矩完全释放接头、力矩部分传递接头和力矩完全传递接头，提出了柔性管道接头转角的理论计算公式，并利用模型试验数据对所提出的公式进行了分析验证。研究发现，柔性管道接头的受力变形与地基土体错动变形量密切相关，相较于力矩完全释放接头公式，采用力矩部分传递接头公式能更准确地计算管道接头在地基土体错动变形下的转角。当管道直径、埋深和填料内摩擦角增大时，管道接头所能容许的最大地基土体错动变形量随之减小，管道接头转角分别呈现出线性增长、对数增长以及指数增长的趋势。此外，随着地基错动变形量的增加，上述增长趋势均变得越来越显著。

关键词：柔性管道接头地基土体错动变形模型试验 Winkler弹性地基梁理论接头转角

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考虑真实颗粒形状的尾矿动力特性离散元研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第7期55卷 2751-2762页

作者：江春林王光进王琦昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 云南省矿产资源开发与固废资源利用国际技术转移中心云南昆明650093 江西理工大学资源与环境工程学院江西赣州341000 中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083

土体材料由大量单个颗粒组成,颗粒形态对于土体的宏细观力学性质有直接的影响。通过显微观测,考虑颗粒形态效应,对尾矿颗粒进行一系列离散元模拟。通过CT扫描与图像处理技术,研究3组不同围压下真实颗粒试样与圆颗粒试样的液化特征。研... 详细信息

土体材料由大量单个颗粒组成,颗粒形态对于土体的宏细观力学性质有直接的影响。通过显微观测,考虑颗粒形态效应,对尾矿颗粒进行一系列离散元模拟。通过CT扫描与图像处理技术,研究3组不同围压下真实颗粒试样与圆颗粒试样的液化特征。研究结果表明:尾粉砂颗粒多以粒状和片状形式存在,以边边接触和面面接触为主。离散元试样在液化时会出现“连通带”现象。在不同围压下,圆颗粒试样的动孔压表现为“快—平稳”,动应变发展均呈现“喇叭状”,而真实颗粒试样的动孔压则由低围压时的“快—平稳”变为高围压时的“快—平稳—慢”发展模式,动应变发展则由低围压时的“喇叭状”变为高围压时的“号角状”。2种试样所表现出的孔隙率、配位数与能量发展变化均有所不同。

关键词：颗粒形状显微观测尾矿材料力学性质离散元模拟

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高静水压力下Mohr–Coulomb准则的拓展研究

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力学与实践 2023年第6期45卷 1331-1339页

作者：王宏伟李宗洋秦舒陶志刚杨柳中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 北京市建设工程质量第一检测所有限责任公司北京100039

深部开采时极端环境下的岩体高应力和高地压是影响工程安全的主要因素。本文指出了Mohr–Coulomb准则(简称M–C准则)在高静水压力下无法判断岩石材料发生屈服破坏的问题,开展了岩样在高应力下的三轴压缩实验,观察了高静水压力下岩石材... 详细信息

深部开采时极端环境下的岩体高应力和高地压是影响工程安全的主要因素。本文指出了Mohr–Coulomb准则(简称M–C准则)在高静水压力下无法判断岩石材料发生屈服破坏的问题,开展了岩样在高应力下的三轴压缩实验,观察了高静水压力下岩石材料的破坏现象,推导了高静水压力条件下M–C准则的拓展方程。研究结果显示,与现有M–C准则不同的是,材料剪切强度随轴压和围压之差增大到某一峰值时将逐渐减小,岩样在高静水压力下也可发生屈服破坏,M–C准则拓展方程与实验结果基本吻合。同时,本文探讨了低静水压力下M–C屈服面的下限和高静水压力下M–C屈服面的上限。研究成果可为深部工程的安全高效开展提供理论参考。

关键词： Mohr-Coulomb准则高静水压力三轴实验屈服面

NPR锚索对跨断层软岩大变形隧道控制技术研究

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隧道建设（中英文） 2024年第S1期44卷 113-123页

作者：陶志刚林伟军李勇孙滢滢熊弋文陈明亮中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 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

为探究NPR锚索对东马场跨断层软岩大变形隧道控制效果,首先对NPR锚索进行静力拉伸试验,验证其恒阻大变形的能力和具有良好的抵御外力的效果;随后开展NPR锚索对东马场隧道围岩变形控制的三维物理模型试验。试验现象和数据表明:在开挖过程... 详细信息

为探究NPR锚索对东马场跨断层软岩大变形隧道控制效果,首先对NPR锚索进行静力拉伸试验,验证其恒阻大变形的能力和具有良好的抵御外力的效果;随后开展NPR锚索对东马场隧道围岩变形控制的三维物理模型试验。试验现象和数据表明:在开挖过程中,隧道围岩也没有出现较大垮落和坍塌,NPR锚索对软岩隧道围岩有较好的支护效果。在加载完成后,NPR锚索对非断层处的隧道围岩最大位移约为14 mm,断层处的围岩最大位移约为21 mm,隧道区域所受应力分布的不规律性,导致隧道围岩出现挤压变形,位移曲线呈振荡状。在NPR锚索的支护下,围岩应力最大发生在左拱肩,围岩临空面3 cm处切应力最大(0.3 MPa),隧道未出现大规模的不对称破坏现象,隧道总体呈现出“小塌而不垮”,变形总体可控。

关键词：断层隧道软岩大变形 NPR锚索物理模型试验

深部预制裂隙锚固软岩拉-压力学特性数值模拟研究

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采矿与安全工程学报 2024年第6期41卷 1134-1147页

作者：许永震栾兆群徐兴奎王磊崔力缪澄宇孙晓明甘肃省公路交通建设集团有限公司甘肃兰州730030 山东科技大学洛赛尔传感技术公司山东泰安271019 微山金源煤矿山东济宁272000 中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

锚固软岩力学特性是深部软岩巷道围岩稳定性控制的重要依据。基于离散元软件PFC,构建能够模拟深部软岩力学行为的Burgers黏结模型,并建立拉-压复合应力下的预制裂隙锚固软岩数值模型,以探究不同裂隙倾角下锚固软岩中锚杆力学特性、锚岩... 详细信息

锚固软岩力学特性是深部软岩巷道围岩稳定性控制的重要依据。基于离散元软件PFC,构建能够模拟深部软岩力学行为的Burgers黏结模型,并建立拉-压复合应力下的预制裂隙锚固软岩数值模型,以探究不同裂隙倾角下锚固软岩中锚杆力学特性、锚岩力学特性及新增裂隙倾角分布规律,最终建立含拉拔荷载、裂隙倾角参数的轴向应变线性回归模型,从而对锚固软岩轴向应变发展规律进行一定预测。结果表明:不同倾角裂隙会使裂隙处的锚杆轴力值、表面剪应力值产生不同程度减小,当裂隙倾角为45°时,二者减小程度最大,此时拉-压复合应力使锚固体在锚杆-岩体接触界面处的破坏倾向性达到最大;随着预制裂隙与锚杆夹角的减小,锚固体轴向应变量逐渐增大,且拉-压复合应力作用过程中其轴向应变量与裂隙倾角值、拉拔荷载值呈明显线性关系;随着预制裂隙与锚杆夹角的减小,新增裂隙数量逐渐增加,其中裂隙倾角大多呈45°与135°左右,少有垂直或平行于锚杆的裂隙产生。

关键词：深部软岩锚固岩体预制裂隙拉-压复合应力力学特性离散元模拟

香炉山隧洞不良地质段“L”型地面超前注浆方案研究

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隧道建设（中英文） 2024年第6期44卷 1294-1304页

作者：赵利鹏李坚雷啸天郭亚欣王廷超陶志刚中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司湖北宜昌443000 云南省滇中引水工程有限公司云南昆明650000 中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

为解决隧道(洞)建设过程中不良地质段突泥涌水和软岩大变形等问题,依托滇中引水工程香炉山隧洞,提出一种采用全孔长度超过500 m的地面“L”型定向钻孔注浆并辅以洞内超前注浆的加固方法,在实际工程中确定这一方法的具体设计方案。首先,... 详细信息

为解决隧道(洞)建设过程中不良地质段突泥涌水和软岩大变形等问题,依托滇中引水工程香炉山隧洞,提出一种采用全孔长度超过500 m的地面“L”型定向钻孔注浆并辅以洞内超前注浆的加固方法,在实际工程中确定这一方法的具体设计方案。首先,通过现场地质调查与分析,揭示不良地质区段香炉山隧洞建设的技术难点;其次,介绍“L”型定向钻孔注浆的施工过程及注浆工艺;然后,设计出一种能够提高地层稳定性的“L”型地面超前注浆方案,并对地层进行加固;最后,采用掌子面揭示、注浆技术以及大地电磁检测等手段证明现场注浆效果。研究结果表明:1)“Z1+Z2+Z4”钻场设计为最优地面超前注浆技术方案;2)“L”型定向钻孔注浆辅以洞内超前注浆技术可满足盲区注浆区域覆盖问题,实现真正意义上的超前治理。

关键词：深埋隧洞输水隧洞不良地质段突泥涌水软岩大变形地面“L”型定向钻孔注浆