亮点论文_中国煤炭行业知识服务平台

水岩作用下砂岩劣化损伤统计本构模型
作者(Author)：邓华锋,胡安龙,李建林,张小景,胡玉,常德龙,朱敏
关键词(KeyWords)：水岩作用,浸泡-风干循环,压密段,损伤,统计模型
摘要(Abstract)：水库蓄水运行后，库水位反复升降变化对库岸边坡岩土体来说是一种疲劳作用，水岩作用下边坡岩体力学性质的劣化将影响整个边坡的稳定。基于此，在前期浸泡-风干循环水岩作用试验数据分析基础上，根据水岩作用过程中砂岩三轴压缩试验应力-应变曲线的特点，借助连续损伤力学和统计理论，将浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应耦合到损伤统计本构模型中，并重点考虑了压密段的影响，分段建立了水岩作用下砂岩的统计损伤本构方程。对比分析表明，所建立的分段统计损伤本构模型计算与试验曲线符合较好，说明所建立的统计损伤本构方程可以较好地反映砂岩在浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应，在水岩作用过程中，本构模型第 2 段的 Weibull 分布参数 m 和 F0均逐渐减小，反映了水岩作用下砂岩脆性逐渐减弱，宏观强度逐渐降低的力学特性。研究成果对大量存在的库岸边坡长期变形稳定分析具有较好的参考价值，同时，相关分析方法也可以为类似试验提供参考。
全文下载
高速下载
水玻璃固化硫酸盐渍土强度特性及固化机制研究
作者(Author)：吕擎峰 ,申贝 ,王生新 ,孟惠芳 ,常承睿
关键词(KeyWords)：水玻璃,盐渍土,强度,微观结构,化学分析
摘要(Abstract)：盐渍土化学固化法是解决盐渍土盐胀、溶陷和腐蚀等不良工程问题的有效方法之一。通过无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验、化学成分分析和扫描电镜试验研究了石灰粉、煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的强度特征，分析探讨了其固化机制。试验结果表明：石灰含量小于 8%时，石灰、粉煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的抗压和抗剪强度较石灰粉煤灰固化土有大幅度提升，固化土强度随水玻璃浓度几乎呈线性增长。水玻璃固化硫酸盐渍土强度增加的机制在于：水玻璃的碱激发粉煤灰作用和水玻璃与盐渍土中化学成分的吸附作用所生成各类凝胶的填充和包裹，使得骨架颗粒的接触面积大，颗粒之间的孔隙逐步减小，骨架颗粒由点接触变为面接触，固化盐渍土通过凝胶而黏结成为一个紧密的空间网状整体结构，土体强度得以提高。同时，复杂的物理化学作用大幅度降低了固化盐渍土中SO2−4含量，有效地抑制了硫酸盐渍土的盐胀特性。
全文下载
高速下载
深井高应力软岩沿空留巷围岩破坏机制及控制
作者(Author)：武精科 ,阚甲广 ,谢生荣 ,谢福星 ,陈冬冬
关键词(KeyWords)：深井沿空留巷,软岩,高应力,破坏机制,围岩控制
摘要(Abstract)：针对深井高应力软岩沿空留巷围岩大变形难题，通过现场调研、理论分析和相似模拟试验，分析了围岩特性、支护结构破坏形式及其破坏演化过程，并对围岩破坏机制和围岩控制技术进行了深入系统研究。结果表明：厚层泥岩低强度、软化吸水膨胀及其在强采动高应力状态下碎裂扩容、长期蠕变是围岩大变形的诱因；围岩变形破坏相对于巷道横截面铅垂和水平方向呈明显不对称状态；原有围岩支护系统没有形成一个完整承载结构，使支护体被各个击破，围岩破坏顺序：充填区域顶板破碎→充填体偏心受载压裂片落→巷内顶板急剧倾斜下沉→实体煤帮外鼓片帮，最终导致围岩失稳；提出顶板分区耦合支护和以充填区域顶板为关键纽带的“四位一体”围岩控制技术，该技术能够提高巷道整体稳定性，避免围岩局部破坏造成的支护结构失稳，保障巷道安全畅通。
全文下载
高速下载
类节理岩石直剪试验力学特性的数值模拟研究
作者(Author)：李晓锋 ,李海波 ,夏祥 ,刘博 ,冯海鹏
关键词(KeyWords)：类节理岩石,节理,直剪试验,裂纹
摘要(Abstract)：节理岩体的剪切特性是主导岩体工程稳定性的关键因素。基于 PFC2D离散元颗粒流程序，结合室内试验结果对比分析，选取合理的细观参数进行数值模拟，分别从细观角度研究了节理岩石的裂纹发展、能量转化及声发射现象等特性，从宏观角度研究了节理岩石的强度模型和破坏形态。结果表明：节理岩体主要呈现磨损和剪断两种破坏形态，不同的破坏形态对应不同的强度模型；随着剪切变形增加，岩体沿节理面发生破坏，弹性阶段以法向裂纹为主，而塑性阶段切向裂纹起主导作用，滑移区 R、P 裂纹贯通形成破碎带，节理面产生较大滑移；在应力达到峰值强度前，边界能主要转化为应变能，法向裂纹生成较多；越过峰值强度后，摩擦能快速增长，并伴随大量切向裂纹产生。与室内试验结果相比，PFC2D较好地模拟了节理岩体剪切力学特性，弥补了室内试验中无法进行细观特性研究的缺陷，对于节理岩体后期研究提供了一些参考。
全文下载
高速下载
考虑突变理论的顺层岩质边坡失稳研究
作者(Author)：夏开宗 ,刘秀敏 ,陈从新 ,宋娅芬 ,欧哲 ,龙毅
关键词(KeyWords)：边坡工程,顺层岩质边坡,突变理论,静水压力,刚度比
摘要(Abstract)：应用突变理论，以顺层岩质边坡为例，考虑地下水对滑面带介质的应变和水致弱化性质，以及地下水对边坡后缘张裂缝的水力效应，构建了边坡的尖点突变模型，分析了顺层岩质边坡失稳的力学机制：边坡失稳过程主要是内部因素和外部因素共同作用的结果，内部因素主要是地下水通过物理化学作用软化了滑面带岩体，使滑面带岩体刚度比降低，在边坡失稳的过程中起主导的定性作用；外部因素主要是指边坡后缘张裂隙的静水压力，不仅使得边坡的滑动势能增加，还对边坡造成一种扰动的作用，加速滑坡的启动。在突变分析的基础上，推导了边坡后缘张裂缝临界充水高度和临界降水强度的关系式，建立了边坡滑移破坏的水力判据；给出了边坡岩体在渐进软化过程中的位移变化规律，剪切位移并非均匀增长，而是呈现出阶梯状跳跃式上升。同时，进行了室内物理模型试验（当刚度比 λ→0 ），在一定程度上验证了考虑突变理论来分析顺层岩质边坡失稳的力学机制和边坡岩体在渐进软化过程中位移变化规律的合理性。并提出了此种类型边坡的处治技术与优化方法建议。
全文下载
高速下载
基于高效随机有限元法的边坡风险评估
作者(Author)：李典庆 ,肖特 ,曹子君,周创兵,方国光
关键词(KeyWords)：边坡稳定,可靠度,风险评估,子集模拟,随机有限元法
摘要(Abstract)：提出了基于子集模拟的边坡风险评估的高效随机有限元法（RFEM），推导了基于子集模拟的边坡失效概率和失效风险的计算公式，并给出了基于高效 RFEM 的边坡可靠度分析和风险评估流程图。采用一个边坡算例验证了所提方法的有效性。结果表明，基于子集模拟的高效 RFEM 可以视为是对基于蒙特卡洛模拟的传统 RFEM 的改进，显著地提高了失效概率和失效风险的计算效率以及失效样本的产生能力，非常适用于分析小失效概率的可靠度问题，极大地增强了 RFEM 在边坡可靠度分析和风险评估中的实用性。高效 RFEM 将边坡的整体失效风险分解为对应不同概率水平的边坡失效风险，并量化了它们对整体风险的相对贡献度。在该方法中，边坡可靠度分析和风险评估与确定性边坡有限元分析互不耦合，极大地简化了它们的计算过程。此外，土体不排水抗剪强度的竖向空间变异性对边坡失效风险具有显著的影响。
全文下载
高速下载
混沌序列WA-ELM耦合模型在滑坡位移预测中的应用
作者(Author)：周超,殷坤龙, 黄发明
关键词(KeyWords)：极限学习机,混沌时间序列,小波分析,相空间重构,滑坡位移
摘要(Abstract)：针对滑坡位移序列的混沌特性和传统时间序列预测模型的不足，提出了一种基于混沌时间序列的小波分解-极限学习机（WA-ELM）滑坡位移预测模型。该模型以滑坡位移序列混沌特性分析为基础，应用小波分析将位移序列分解为具有不同频率特征的分量，对各特征分量分别进行相空间重构并应用极限学习机进行预测，最后将各特征分量预测值叠加，得到原始位移序列的预测值。以三峡库区八字门滑坡为例，并与小波分析-支持向量机（WA-SVM）以及单独 ELM 模型进行对比研究。结果表明，基于混沌时间序列的 WA-ELM 模型预测精度较高且具有较好的通用性与稳定性，是一种有效的滑坡位移预测方法。
全文下载
高速下载
红层软岩模型试验相似材料的配比试验研究
作者(Author)：杨旭 ,苏定立 ,周斌 ,刘镇 ,周翠英
关键词(KeyWords)：红层软岩,相似模型,相似材料,配比,试验研究
摘要(Abstract)：相似模型试验是研究红层软岩工程性质的重要手段之一，其试验结果的可靠性依赖于相似材料的正确选择与合理配比。针对红层软岩遇水极易软化的特性，在传统相似材料配比基础上添加生石灰，采用正交设计方法开展了相似材料配比试验，以骨料中铁粉与钡粉质量比例、铁粉与钡粉总质量中铁粉的质量比例、石膏质量、生石灰质量为 4 个因素，每个因素设置了 5 个取值水平，共制作 25 组、610 个试样。每组试样均测试了其软化系数、密度、无侧限单轴抗压强度、抗拉强度及黏聚力与内摩擦角等物理力学参数，并研究了这些参数随上述 4 个因素取值水平的不同而变化的规律。最后，基于上述结果，配制了 3 种典型的软岩相似材料，并分别开展了真实软岩材料的饱水软化平行对比试验。研究结果表明：（1）根据配比方案所配相似材料物理力学参数可基本满足软岩相似模型试验的要求；（2）相似材料物理力学参数变化规律明显，便于通过调节其配比模拟不同软岩材料；（3）三组对比试验中相似材料饱水软化系数与真实软岩具有较高吻合度。
全文下载
高速下载
多次温度循环对能量桩桩顶位移影响分析
作者(Author)：孔纲强,王成龙,刘汉龙,吴迪,车平
关键词(KeyWords)：桩基,能量桩,预埋钢管,热力学效应,模型试验
摘要(Abstract)：能量桩是一种在承载上部建筑荷载的同时获取地热能源的新技术。但目前对于能量桩在冷、热循环过程中尤其多次冷、热循环情况下的热力学效应研究较少。基于模型试验方法，针对预埋钢管单Ｕ型新型能量粧，开展工作荷载作用下多次冷、热循环时的传热特性和承载特性，尤其是桩顶位移变化规律的研究；并开展无荷载作用下单次冷、热循环试验进行分析。试验结果表明，冷、热循环引起的桩体热应变，在加热时桩体内部产生压应力，而在制冷时桩体内部产生拉应力，同时温度引起粧侧不同部位分别产生正摩阻力和负摩阻力。相较于工作荷载，无荷载作用下加热会使桩体位移上升约４１％，而一次加热与制冷循环作用后，无荷载作用下桩顶残余位移约为工作荷载作用下的１０％。多次冷、热温度循环会导致桩体沉降不断积累。
全文下载
高速下载
冻融循环对土结构性影响的试验研究及影响机制分析
作者(Author)：郑郧 ,马巍 ,邴慧
关键词(KeyWords)：冻融循环,结构性,试验研究
摘要(Abstract)：基于室内试验，研究了土颗粒与土孔隙在冻融循环过程中的变化情况，发现在反复冻融过程中，土样产生了颗粒破碎，从而导致土的液塑限、塑性指数、比表面积均有所增大。通过压汞试验，发现冻融循环还会使土样中的大、中孔隙含量总体增加，小孔隙的含量减少，而微孔隙的含量基本保持不变。在经历了 15 次冻融循环后，颗粒组成、孔隙分布及比表面积等均趋于稳定。通过分析土的三相组成在水分相变和迁移过程中的相互影响和作用，认为土的三相组成是冻融过程中水分相变和迁移的基础，冻融过程中水分相变、冰晶生长和水分迁移对土颗粒和孔隙的反作用力，是冻融循环对土结构性影响的根本原因。
全文下载
高速下载