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三向应力下花岗岩水力剪切和渗流试验研究

岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 797-808页

作者：唐巨鹏余泓浩魏志豪张枭辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学新能源研究中心辽宁阜新123000

为揭示三向应力作用下干热岩水力剪切对岩体渗透特性影响机制,采用自制耐高温真三轴水力剪切试验装置和渗透率测试系统,以松辽盆地大庆地区花岗岩为研究对象,将预制裂隙花岗岩进行高温处理,通过改变三向应力、注水压力、注水流量和时长... 详细信息

为揭示三向应力作用下干热岩水力剪切对岩体渗透特性影响机制,采用自制耐高温真三轴水力剪切试验装置和渗透率测试系统,以松辽盆地大庆地区花岗岩为研究对象,将预制裂隙花岗岩进行高温处理,通过改变三向应力、注水压力、注水流量和时长模拟不同热储地质特性,利用裂隙面粗糙度系数表征裂隙水力剪切前后变化特征,进行不同三向应力下注水参数对花岗岩水力剪切后裂隙渗透率影响试验。研究结果表明:(1)花岗岩质量损失率和孔隙率随温度增加而增加,抗拉–压强度随温度增加而降低;(2)不同孔隙压和温度作用下裂隙渗透率均随体积应力增大而减小,150℃~350℃时裂隙渗透率由10^(-17) m^(2)量级增长到10^(-16) m^(2)量级;(3)水力剪切最大注水压力与体积应力间服从二次多项式规律分布,体积应力18.5 MPa时最大注水压力为4.78 MPa;(4)水力剪切后花岗岩裂隙渗透率随注水流量增加而增加,随注水时长先增加后稳定或降低;(5)不同体积应力、注水流量和时长水力剪切后裂隙面粗糙度系数均降低,表明花岗岩裂隙面在水力剪切后更光滑渗流能力提高。

关键词：岩石力学水力剪切三向应力渗透率

基于能量原理不同含水率下煤岩体变形破坏能量损伤演化机制

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煤炭科学技术 2024年第6期52卷 67-80页

作者：于永江刘佳铭杨云涛宋志远赵尚清辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

为探究不同含水率下煤岩体在变形破坏过程中的能量演化规律与损伤演化特征,对双马一矿煤岩体开展了在不同含水率条件下单轴压缩试验,基于能量计算及最小耗能原理,分析不同含水率下煤岩体能量耗散特征及损伤演化机制,结果表明:不同含水... 详细信息

为探究不同含水率下煤岩体在变形破坏过程中的能量演化规律与损伤演化特征,对双马一矿煤岩体开展了在不同含水率条件下单轴压缩试验,基于能量计算及最小耗能原理,分析不同含水率下煤岩体能量耗散特征及损伤演化机制,结果表明:不同含水率下煤岩体力学性质不同,峰值应变与含水率呈正相关,抗压强度、弹性模量与含水率呈负相关;煤岩体含水率越高,其在峰值处弹性应变能及破坏吸收总应变能越小,耗散能占总应变能比例越高;基于最小耗能原理建立的损伤本构模型表明:随着煤岩体含水率增加,损伤门槛值逐渐降低;干燥状态下,煤岩体在应力峰值处损伤变量分别为0.36、0.28,当含水率增至自然状态时,煤岩体在应力峰值处损伤变量值分别下降0.09、0.18,但当含水率增至饱水状态时,煤岩体在应力峰值处损伤变量值反而分别大幅度上升0.102、0.49,总体呈先减后增的发展趋势;进一步建立了不同含水率煤岩损伤应变能释放率演化模型,低含水率煤岩较干燥煤岩的最大损伤应变能释放率大幅度下降,降幅分别为45.61%、31.29%,而随着含水率增加至饱水状态,其最大损伤应变能释放率增大幅度较平缓,分别为3.08%、8.80%,表明煤岩破坏剧烈程度并未大幅度增加。研究成果对煤岩矿柱水害预测评价与岩石损伤评估具有一定参考意义。

关键词：能量演化煤岩体最小耗能法损伤本构模型最大损伤应变能释放率

基于后悔理论的图模糊LINMAP多属性决策方法及应用

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控制与决策 2024年第8期39卷 2810-2816页

作者：王磊苑博荣辽宁工程技术大学基础教学部辽宁葫芦岛125105 辽宁工程技术大学理学院辽宁阜新123000

针对图模糊多属性决策方法基于未知属性权重且往往只考虑客观属性信息的不足,提出一种基于后悔理论的图模糊LINMAP多属性决策方法.首先,依据后悔理论的思想,定义图模糊后悔-欣喜函数,给出方案感知效用值的计算方法;然后,设计图模糊偏好... 详细信息

针对图模糊多属性决策方法基于未知属性权重且往往只考虑客观属性信息的不足,提出一种基于后悔理论的图模糊LINMAP多属性决策方法.首先,依据后悔理论的思想,定义图模糊后悔-欣喜函数,给出方案感知效用值的计算方法;然后,设计图模糊偏好信息集,用其表示属性间的相互影响关系,并提出方案对序列和决策者事先给定偏好信息的图模糊一致性程度和非一致性程度;接着,通过图模糊得分函数和精确度函数构建含有参数的目标函数,并设置图模糊阈值,使得非一致性程度最小化且一致性程度与非一致性程度差别至少不小于该图模糊阈值,据此建立新的优化模型,获得备选方案的属性权重向量和模糊理想点,进而利用感知效用值对备选方案进行排序择优;最后,通过算例分析验证所提出方法的合理性,并通过灵敏度分析和对比分析表明所提出方法的灵活性和优点.

关键词：图模糊集后悔理论图模糊偏好图模糊LINMAP方法感知效用值多属性决策

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断层黏滑失稳过程声-电信号响应特征研究

岩土力学 2024年第4期45卷 973-990页

作者：赵扬锋丁玲王学滨樊艺荆刚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沉陷灾害防治重点实验室辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学计算力学研究所辽宁阜新123000 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

为深入探索断层黏滑失稳的阶段特性以及声-电多源联合前兆特征,对含不同预制倾角断层的正长花岗岩开展了侧压分别为5、15、25MPa的双向剪切摩擦试验,观察和分析了断层黏滑失稳过程的力学行为以及声发射、电荷感应信号的时频响应特征。... 详细信息

为深入探索断层黏滑失稳的阶段特性以及声-电多源联合前兆特征,对含不同预制倾角断层的正长花岗岩开展了侧压分别为5、15、25MPa的双向剪切摩擦试验,观察和分析了断层黏滑失稳过程的力学行为以及声发射、电荷感应信号的时频响应特征。结果表明:(1)侧压和断层倾角改变了断层的黏滑特征,进而影响了感应电荷量和声发射事件震级。侧压越大,间黏滑和黏滑失稳阶段的电荷量占比以及电荷累积速度越大。相较于56º断层,45º断层黏滑失稳时基于振幅的统计指标b值更小,大尺度破裂占比更大。(2)声-电信号幅值的分形特征可以反映断层面黏滑错动释放能量的差异。声-电信号频域的阶段性响应特点可有效辨识实验室尺度下断层黏滑失稳的演化过程,可以将声-电信号主频幅值急剧提高作为断层黏滑失稳前兆特征之一。临近断层黏滑失稳时声发射和电荷感应参量(能量、分形维数、频谱幅值)均呈现明显的“突增”特性。(3)声-电信号能量突增与黏滑应力降之间具有较好的对应性,但并不完全同步。断层黏滑失稳时,声发射会先于电荷感应产生高幅值信号。仅采用单一声发射或电荷感应信号来预警有可能造成信息漏报、误报,需结合声发射和电荷感应信号特征以实现声-电二元信号的相互补充与验证。

关键词：斜交断层黏滑声发射电荷感应时频特征

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领导者引导与支配解进化的多目标矮猫鼬算法

计算机科学与探索 2024年第2期18卷 403-424页

作者：赵世杰张红易马世林辽宁工程技术大学智能科学与优化研究所辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学运筹与优化研究院辽宁阜新123000

面对现实中日益复杂的多目标优化问题,需要发展新型多目标优化算法应对挑战。提出一种基于领导者引导与支配解动态缩减进化的多目标矮猫鼬优化算法(MODMO)。领导者引导机制通过引入动态权衡因子以调控侦察猫鼬探寻土丘的搜索半径,同时... 详细信息

面对现实中日益复杂的多目标优化问题,需要发展新型多目标优化算法应对挑战。提出一种基于领导者引导与支配解动态缩减进化的多目标矮猫鼬优化算法(MODMO)。领导者引导机制通过引入动态权衡因子以调控侦察猫鼬探寻土丘的搜索半径,同时以非劣解集构建外部存档并根据非支配排序层级确定出领导者,进而引导侦察猫鼬向多目标前沿面推进以改善算法的收敛性;支配解动态缩减进化策略是为克服非劣解外部存档维护过程中的解冗余问题而构建,其以支配关系和拥挤距离动态筛选支配解并存入外部存档,以支配解信息融入种群进化实现多目标潜在前沿的挖掘并增强算法的多样性。在ZDT、DTLZ与WFG基准函数上,与5种代表性比较算法的实验结果表明MODMO算法在收敛性与多样性上均具有显著优势。

关键词：多目标优化矮猫鼬优化算法领导者引导机制外部存档支配解动态缩减进化策略

不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

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力学学报 2024年第4期56卷 1047-1056页

作者：李利萍胡学锦潘一山孙媛涛辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学灾害岩体力学研究所沈阳110036

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数... 详细信息

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.

关键词：煤岩界面粗糙度煤岩块体超低摩擦效应声发射信号

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高应变率下钻孔煤样冲击破坏试验及数值研究

振动与冲击 2024年第9期43卷 309-320页

作者：张寅尹立冬代连朋张季平李家俊杨晨晨辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学灾害岩体力学研究所沈阳110036

煤层钻孔是防治冲击地压常用的一种简单、经济和有效的降冲减灾手段。针对冲击地压发生后高应变率加载显现,揭示钻孔煤岩的冲击破坏物理过程及其减灾机制对于定量化设计煤层钻孔参数意义重大。为研究高应变率下钻孔对煤样力学性质的影响... 详细信息

煤层钻孔是防治冲击地压常用的一种简单、经济和有效的降冲减灾手段。针对冲击地压发生后高应变率加载显现,揭示钻孔煤岩的冲击破坏物理过程及其减灾机制对于定量化设计煤层钻孔参数意义重大。为研究高应变率下钻孔对煤样力学性质的影响,通过室内霍普金森压杆试验及颗粒流数值模拟对预制孔煤样进行冲击试验。试验结果表明:高应变率加载下钻孔对煤样的动态抗压强度具有显著的弱化作用,随钻孔数目的增加,煤岩动态抗压强度分别下降11.9%、20.4%、23.2%;随钻孔间距的增加,动态抗压强度分别下降20.4%、14.9%、8.5%、16.4%。含钻孔煤样应力-应变曲线存在应力跌落现象与塑性耗能平台期,应力跌落范围与塑性平台范围随孔数目的增加呈上升趋势。高应变率加载下钻孔对煤样的破坏具有明显的变形局部化引导作用,当煤岩破坏时,初始主裂纹于平行加载方向的孔边拉应力区产生,次裂纹垂直主裂纹方向,孔间裂纹于孔桥间产生。应力集中区随孔桥破碎重新分布,孔边承载区远离钻孔。钻孔后煤样的AE(acoustic emission)事件数峰值出现不同程度的后移,当L≤2.5 d时,AE事件分布呈双峰特征,L>2.5d时,AE事件分布呈单峰特征。

关键词：高应变率霍普金森压杆颗粒流裂纹扩展

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煤矿智能快速掘进关键技术研究现状及展望

煤炭学报 2024年第2期49卷 1214-1229页

作者：毛君杨润坤谢苗卢进南王贺刘治翔王帅辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

针对煤矿巷道掘进智能化建设情况,探讨了现阶段分别以连采机、掘锚一体机、全断面掘进系统、掘锚机为核心的四大类智能快速掘进成套装备发展现状,分析了四大类智能快掘装备与地质条件适用性,提出了实现煤矿智能化掘进需要解决的关键技... 详细信息

针对煤矿巷道掘进智能化建设情况,探讨了现阶段分别以连采机、掘锚一体机、全断面掘进系统、掘锚机为核心的四大类智能快速掘进成套装备发展现状,分析了四大类智能快掘装备与地质条件适用性,提出了实现煤矿智能化掘进需要解决的关键技术的问题,探讨了以信息传输与智能分析技术、智能感知技术、精确定位导航技术,自主定型定向截割技术、掘进机远程自主截割控制技术以及多级多工序智能协同控制技术为基础的智能化掘进实现途径;基于复杂地质条件下煤矿巷道掘进亟待解决的关键问题,提出了以掘进作业功能需求、掘进工艺要求为依据的系统化分析、模块化设计、功能优化组合的设计方法;研究了以虚控实、虚实结合的多级数字孪生构架,基于掘进巷道设备、环境、地质构造多维信息再现实现掘进机远程控制;提出了单机智能化、系统协同化、井下智控与地面远程监控相协同的控制方法。开发了新型的无重复碾压柔性超前支护技术、截割部多级伸缩截割技术、智能锚固机组多钻机并行作业等技术,研制了具有掘、支、锚、运、探多工序并行作业的新型快速掘进作业联合机组,提出了掘进机器人、超前支护机器人、锚固机器人、辅助运输机器人组柔性并行作业技术;提出了基于数据驱动的多机多工序协同控制行为规划决策方法。提出构建完整的煤矿井下跨系统全时空信息数字感知体系,构建集井下现场生产状态、掘进巷道空间信息、掘进装备状态、风险信息等多参量、多尺度、全时空特性的数据感知智能化监控平台,实现虚拟系统与实际掘进系统实时通信,通过数据驱动规划分析实现智能化、少人化掘进。

关键词：智能掘进自主定性定向截割柔性并行作业多级多工序协同控制数字孪生

液压支架立柱防冲吸能构件优化仿真及压溃实验研究

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煤炭学报 2024年第6期49卷 2924-2936页

作者：田立勇于晓涵周禹鹏孙业新于宁辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

液压支架作为煤炭开采主要支护设备,经常受到冲击地压影响,防冲吸能构件起到保护液压支架作用,为获得更大的初始支反力峰值与吸能量、更小的支反力分散度,对吸能构件参数细化并通过ABAQUS有限元软件进行吸能构件的建模与压溃冲击仿真,... 详细信息

液压支架作为煤炭开采主要支护设备,经常受到冲击地压影响,防冲吸能构件起到保护液压支架作用,为获得更大的初始支反力峰值与吸能量、更小的支反力分散度,对吸能构件参数细化并通过ABAQUS有限元软件进行吸能构件的建模与压溃冲击仿真,获取吸能构件的吸能性能及屈曲变形形态,验证最优尺寸的吸能性能;对比吸能构件平均支反力的预测数据与有限元仿真数据,误差在15%以内,最优尺寸构件的平均支反力模型预测误差为−3.40%,验证吸能构件预测模型所预测数据较为准确;搭建吸能构件压溃实验台,选择5种加载速度,以准静态压溃方式对定制加工的吸能构件进行轴向加载压溃实验,实验结果表明:不同加载速度轴向压溃实验,支反力波动基本一致,最大初始支反力峰值为2253.52 kN,最大支反力标准差为206.23 kN,最小初始支反力峰值为2096.26 kN,最小支反力标准差为189.83 kN,初始支反力峰值的平均值为2149.32 kN,支反力标准差平均值为196.77 kN;不同压溃速度下的轴向压溃实验数据与吸能构件有限元仿真数据对比,初始支反力峰值、支反力标准差的相对误差分别为5.6%、11.07%;对最优尺寸吸能构件通过预测模型法、有限元仿真法、压溃实验法三种方法进行吸能性能分析,预测模型法的平均支反力为1879.7 kN,有限元仿真法的平均支反力为1945.9 kN,压溃实验法平均支反力为1919.8 kN,预测模型误差3.41%,压溃实验误差−1.3%,通过3种方法的数据验证结果,证明了吸能构件分析方法的可靠性和可行性。

关键词：液压支架吸能构件构件加工最优尺寸压溃实验