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轨道结构对隧道衬砌及周围土体减振性能影响研究

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中国矿业大学学报 2024年第2期53卷 377-389页

作者：李涛侯蕊赵晶李灵锋郑康康任东伟中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

厘清不同轨道结构下地铁管片及周围土体的动力响应特性,可为地铁轨道结构减振技术提供重要依据.开展大型物理模型试验,设计纯管片无道床、普通道床、橡胶浮置板道床3种不同的地铁隧道模型,采用实际地铁列车振动信号,基于傅里叶变换时频... 详细信息

厘清不同轨道结构下地铁管片及周围土体的动力响应特性,可为地铁轨道结构减振技术提供重要依据.开展大型物理模型试验,设计纯管片无道床、普通道床、橡胶浮置板道床3种不同的地铁隧道模型,采用实际地铁列车振动信号,基于傅里叶变换时频域的分析方法,以峰值加速度和频响函数的对数作为评价指标,分析不同隧道管片结构的及周围土体的动力响应变化规律.研究结果表明:列车荷载的频域区间内动力响应变化分为3个阶段:阶段Ⅰ(0~20 Hz)内轨道结构的频响函数与荷载频率成负相关;阶段Ⅱ(20~150 Hz)内的动力响应随荷载频率变化整体上升局部波动,分别在50 Hz和110 Hz的峰值处出现振动放大现象;阶段Ⅲ(150~250 Hz)上的动力响应与荷载频率成正相关.普通道床和橡胶浮置板道床在50~250 Hz的频段有良好的减振效果,而对低频的振动衰减作用较小.3种轨道结构管片同环上不同位置的动力响应随着距振源距离的增加而衰减,道床的存在会降低振动波在同环测点传播的衰减幅值;环与环之间的动力响应呈现出随振源的距离增加逐渐降低的趋势;道床结构和橡胶浮置板结构的存在改变了周围土层的动力响应的频响性质,在高频范围内出现振动放大现象,但整体的动力响应小于纯管片无道床结构周围的土层.土层中的动力响应随着与振源的距离的增加逐渐降低,由仰拱至拱顶动力响应的衰减幅值为20.3%.

关键词：模型试验轨道结构动力响应频响函数时频分析

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粒径计算方法对细观混凝土数值建模的影响

建筑材料学报 2024年第2期27卷 106-113,145页

作者：朱天宇陈忠辉张令非年庚乾中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

采用最小包围盒(MBB)法确定骨料粒径,并与采用等体积球(EVS)法计算的骨料粒径进行比较,分析了这2种粒径计算方法对细观混凝土内部结构的影响.结果表明:采用MBB法计算的骨料粒径与室内试验采用筛分法确定的骨料粒径更为接近;与MBB法相比,... 详细信息

采用最小包围盒(MBB)法确定骨料粒径,并与采用等体积球(EVS)法计算的骨料粒径进行比较,分析了这2种粒径计算方法对细观混凝土内部结构的影响.结果表明:采用MBB法计算的骨料粒径与室内试验采用筛分法确定的骨料粒径更为接近;与MBB法相比,EVS法低估了球状、片状和盘状骨料的粒径,且被低估的骨料占比由大到小依次为球状、片状和盘状,EVS法高估了棒状骨料的粒径;粒径计算方法对细观混凝土内部结构的影响因骨料形状类型不同而呈现一定差异性.

关键词：混凝土粒径计算方法细观结构形状类型骨料粒径

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冲旋作用下随钻测量系统研发与应用

采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 114-122页

作者：李杨王雁冰岳小磊岳中文李为中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

硬岩巷道岩体性质是爆破参数设计的重要依据,快速获取岩体力学参数对提升巷道掘进效率至关重要。随钻参数与岩石性质有着密不可分的关系,随钻测量系统是监测钻机钻进过程中钻进参数的重要工具。通过随钻测量系统,可以实时掌握钻进过程... 详细信息

硬岩巷道岩体性质是爆破参数设计的重要依据,快速获取岩体力学参数对提升巷道掘进效率至关重要。随钻参数与岩石性质有着密不可分的关系,随钻测量系统是监测钻机钻进过程中钻进参数的重要工具。通过随钻测量系统,可以实时掌握钻进过程中的钻压、转速、钻速等工程参数,进而分析实际钻进岩体性质,为爆破参数设计及优化提供参考。为了快速、准确地获取硬岩力学参数,在冲旋钻机基础上建立了具有冲击功能的智能随钻测量系统,该系统主要由智能钻进控制系统和智能感知系统组成,可对钻进速度、钻头转速、推进压力、旋转压力、冲击压力等多种随钻参数进行智能控制与实时监测。基于该系统开展了不同等级高强度岩石试样冲旋钻孔试验,讨论分析了不同钻进参数条件下钻具的响应性能以及各钻进参数之间的相互关系。试验结果表明:冲旋智能随钻测量系统控制性能稳定,智能感知系统监测数据有效可靠;随钻参数与岩石性质间响应关系具有显著规律性,不同强度岩石钻进参数响应最明显的是钻进速度,表明平均钻速与试件强度呈负相关。该系统可有效识别不同强度岩石,定量评价岩体力学参数,研究结果可为实时获取工程原位岩体力学参数提供一种新的方法。

关键词：冲旋钻进随钻测量系统研发岩体参数硬岩巷道

配负泊松比钢筋UHPC梁的抗弯性能试验研究

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西安建筑科技大学学报(自然科学版) 2024年

作者：史艳忠高媛白榕古金本西安建筑科技大学土木工程学院神木职业技术学院矿业建筑工程系

负泊松比(negative Poisson’s ratio,简称NPR)钢筋是一种具有微观尺度负泊松比效应的新型高性能钢筋,表现为其能够在塑性应变下产生体积膨胀,具备非常高的屈服与极限抗拉强度、均匀伸长率以及良好的耐腐蚀特性,本文采用的NPR钢筋的屈... 详细信息

负泊松比(negative Poisson’s ratio,简称NPR)钢筋是一种具有微观尺度负泊松比效应的新型高性能钢筋,表现为其能够在塑性应变下产生体积膨胀,具备非常高的屈服与极限抗拉强度、均匀伸长率以及良好的耐腐蚀特性,本文采用的NPR钢筋的屈服强度、极限抗拉强度及均匀伸长率分别约为650 MPa、1100 MPa、40%.为研究NPR钢筋与超高性能混凝土(ultra high performance concrete,简称UHPC)在受弯构件中的匹配度,通过4根配筋高应变强化UHPC简支梁的四点弯曲试验,研究了纵筋种类及配筋率对UHPC梁的破坏模式、承载能力、变形及延性性能等抗弯性能的影响规律.此外,通过配筋UHPC的轴拉及抗弯性能试验阐明了配不同种类钢筋UHPC梁的裂缝开展机理.研究结果表明:配NPR钢筋UHPC梁的破坏模式呈现出完全不同于配普通钢筋UHPC梁的裂缝形态,其破坏模式为受拉区沿整个纯弯段近似均布的多条(8条)主裂缝,受压区UHPC则呈现出沿整个纯弯段的纵向劈裂裂缝;而配HRB 400级钢筋UHPC梁则呈现出单条或少量主裂缝的破坏模式.此外,NPR钢筋可有效传递裂缝间应力,减小UHPC开裂后裂缝局部化的概率,既增加了裂缝分布的广度,又有效控制了裂缝扩展高度及开展宽度,继而提升配筋UHPC构件的裂缝宽度控制能力.

关键词：负泊松比钢筋超高性能混凝土抗弯性能裂缝开展机理延性

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工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理

中国矿业大学学报 2024年第2期53卷 264-276页

作者：杨敬轩张瑞卢硕孙兴平陈建本中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 淮南矿业(集团)有限责任公司顾桥煤矿安徽淮南232033

为了改善顾桥煤矿大采深和工作面采动影响引起的煤岩高应力环境,保证工作面停采后系统巷道的安全留设,以矿井1311(1)工作面停采后的系统巷道保护为目标,采用理论分析和现场实践实测方法,探索工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理.研究表... 详细信息

为了改善顾桥煤矿大采深和工作面采动影响引起的煤岩高应力环境,保证工作面停采后系统巷道的安全留设,以矿井1311(1)工作面停采后的系统巷道保护为目标,采用理论分析和现场实践实测方法,探索工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理.研究表明:覆岩悬板作用是停采工作面煤岩高应力显现的主要力源组成;通过建立停采工作面覆岩结构力学模型,采用等效应力指标较好地反映了煤层高应力承载特征,揭示了悬板作用下的覆岩应力传递机制,明确覆岩悬板是诱发煤岩高应力的敏感因素,煤层开采扰动范围内的悬板必须及时切断,阻断高应力传载路径;通过合理确定覆岩控制目标层高度,提出利用工作面顺槽联巷爆破切顶阻断高应力传递的卸压思路,给出了重型药柱深孔爆破工艺参数,顶板平面致裂及卸压效果显著.

关键词：顶板预裂切顶卸压应力阻隔爆破切顶等效应力

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露天潜孔钻机随钻测量系统研发与应用研究

岩土工程学报 2024年第7期46卷 1509-1515页

作者：侯仕军丁伟捷田帅康梁书锋刘殿书郭大超中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 成远矿业开发股份有限公司辽宁辽阳111299

露天采矿随钻测量技术研究目前尚处于初期阶段,研发随钻参数测量系统是实现随钻测量技术服务于采矿工程行业的首要任务。基于TAIYE-390-Ⅱ潜孔钻机工作原理,确定了随钻参数,提出了一套通用的测量方法,并研发了测量装置。装置主要由数据... 详细信息

露天采矿随钻测量技术研究目前尚处于初期阶段,研发随钻参数测量系统是实现随钻测量技术服务于采矿工程行业的首要任务。基于TAIYE-390-Ⅱ潜孔钻机工作原理,确定了随钻参数,提出了一套通用的测量方法,并研发了测量装置。装置主要由数据采集系统、数据转换系统和数据处理系统组成,可实现对钻进时间、钻进深度、钻进速度、钻杆轴压、回转力矩、回转速度、冲击风压和冲击风量等参数的实时准确测量、采集、计算、存储、显示和远程传输。结合某石灰岩矿钻孔数据,提出了一种反映岩性变化的数据整合方法,并借助钻孔成像试验分析了随钻测量技术在岩体结构面识别中的可行性。结果表明钻进速度和回转力矩对岩体结构响应最为灵敏,冲击风量和冲击风压在钻凿含孔洞的破碎岩体时表现突出,而钻杆轴压和回转速度在岩体结构识别中作用较小。研究成果在潜孔钻机随钻测量系统研发和随钻岩性识别等方面具有重要的理论意义和应用价值。

关键词：随钻测量潜孔钻机系统研发岩体结构炮孔成像

基于颗粒流GBM模型的花岗岩热力损伤特性研究

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水利水电技术（中英文） 2024年第5期55卷 170-180页

作者：闫程锦郤保平山西工程职业学院建筑工程系山西太原030000 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

【目的】为了研究花岗岩在热力耦合作用下的裂纹扩展规律及损伤特征,揭示岩石细观结构演化对其力学行为的影响,【方法】基于颗粒流GBM算法,建立了非均质花岗岩热力耦合数值模型,研究20℃及高温(200℃、400℃、600℃和800℃)处理后花岗... 详细信息

【目的】为了研究花岗岩在热力耦合作用下的裂纹扩展规律及损伤特征,揭示岩石细观结构演化对其力学行为的影响,【方法】基于颗粒流GBM算法,建立了非均质花岗岩热力耦合数值模型,研究20℃及高温(200℃、400℃、600℃和800℃)处理后花岗岩细观裂纹演化规律及力学行为。【结果】结果显示,热致裂纹数量随热处理温度升高显著增加,且所有热处理温度下,花岗岩模型中热致裂纹均以矿物晶界的拉伸裂纹为主;当热处理温度超过400℃后,石英和长石矿物内部开始萌生大量晶内拉伸与晶内剪切裂纹。【结论】结果表明:热致裂纹的萌生、扩展和贯通导致花岗岩的力学性质劣化,随着热处理温度升高,花岗岩峰值强度和弹性模量减小,而峰值应变增加;当温度大于600℃时,热致裂纹开始主导花岗岩试件的最终破坏模式,同时应力-应变曲线峰后阶段开始由脆性向延性转变;热致裂纹随热处理温度的升高而显著增加,导致花岗岩在单轴加载的早期阶段产生了更多的声发射事件。此外,轴向应力引起花岗岩试件内部的应力重分布,应力集中区域产生更多应力诱导裂纹,并最终引起失稳破坏。

关键词：花岗岩 GBM模型热致裂纹演化声发射特征力学行为力学性能

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车辆载荷作用下桩后黏性土主动土压力分析

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2024年第1期43卷 20-29页

作者：李涛张添琦吴雨停王文博中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

针对现有设计规范进行桩后主动土压力计算时未考虑车辆载荷的动力效应对支护结构影响的问题,在平面滑裂面假定的基础上,结合拟动力学分析方法,考虑车辆动载荷作用下桩后土体受惯性力的影响,推导出车辆载荷作用下主动土压力的计算式,将... 详细信息

针对现有设计规范进行桩后主动土压力计算时未考虑车辆载荷的动力效应对支护结构影响的问题,在平面滑裂面假定的基础上,结合拟动力学分析方法,考虑车辆动载荷作用下桩后土体受惯性力的影响,推导出车辆载荷作用下主动土压力的计算式,将主动土压力分为动土压力分量和静土压力分量。分析土体容重、桩-土外摩擦角对主动土压力的影响,以及水平振动加速度系数、内摩擦角、行车速度、车桩间距对动土压力的影响,对比分析不同黏聚力情况下的主动土压力分布规律。研究结果表明:桩后动土压力呈非线性分布;在车辆载荷作用下,一个振动周期内桩后主动土压力随滑动面倾角的增大和时间的持续先增大后减小;动土压力幅值随车桩间距的增大而减小,振动周期随车速的增大而增大。

关键词：车辆载荷支护桩黏性土非线性分布拟动力法

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组合倾角对软硬介质组合岩体动态力学特性的影响

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3342-3353页

作者：王雁冰宋佳辉杨柳邹宝平任斌李林青中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 浙江科技大学土木与建筑工程学院浙江杭州310023

为探究冲击荷载下不同组合倾角软硬介质组合岩体的动力学响应特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)、高速相机和离散格子弹簧法(DLSM)数值模拟,对花岗岩-砂岩6种不同组合倾角软硬介质组合岩体进行动态冲击试验,研究6种不同组合倾角软硬介... 详细信息

为探究冲击荷载下不同组合倾角软硬介质组合岩体的动力学响应特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)、高速相机和离散格子弹簧法(DLSM)数值模拟,对花岗岩-砂岩6种不同组合倾角软硬介质组合岩体进行动态冲击试验,研究6种不同组合倾角软硬介质组合岩体的应力波传播特征、应力-应变曲线差异、能量耗散规律、损伤演化特性以及总动能同岩体裂纹扩展之间的关系。结果表明:软硬介质组合岩体的动态力学特性及能量耗散规律均与组合倾角相关。组合倾角由0°增加至75°时,试件透射波幅值、峰值应力、动态弹性模量呈先增大后减小的变化趋势,反射波幅值呈先减小后增大的变化趋势。组合倾角为45°~60°,软硬介质组合岩体容易被破坏。组合倾角不仅会阻碍应力波传播也会影响胶结面两侧岩石的应力变化,使胶结面两侧岩体产生二次加载现象。岩体的损伤值随组合倾角增加呈倒“V”型变化,45°~60°范围内试件的损伤值最高。组合倾角越大,岩体破坏过程中总动能越低,裂纹则越少,试件的变形位移量越小。

关键词：岩石力学组合倾角组合岩体分离式霍普金森压杆能量耗散离散格子弹簧法