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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
  • 作者(Author):孙振宇,张顶立,房倩,台启民,于富才

    关键词(KeyWords):超前加固,深埋隧道,力学分析模型,Hoek-Brown准则,围岩特性曲线

    摘要(Abstract):为了提高隧道施工过程中开挖面及围岩的稳定性,超前加固措施得到了广泛应用,而如何正确评价围岩加固后的力学特性对隧道围岩稳定性判别和支护结构设计是极其重要的。为研究超前加固条件卜隧道围岩的力学行为,将深埋圆形隧道简化为静水压力作用卜的平面应变模型,引入等效加固区来体现超前加固的效果,提出了考虑超前加固的隧道围岩力学分析模型。基于广义Hoek-Brown屈服准则和非关联流动法则,在对塑性区可能的分布情况进行分析的基础上,对全断面加固方式卜围岩位移、应力和塑性区半径进行了理论推导,通过与实测值和数值计算结果进行对比,验证了该文方法的正确性和合理性,并通过与传统方法进行比较,进一步探讨了该文公式在支护设计中的工程意义。研究表明,该文计算结果与实测值和数值计算结果基本吻合,且在指导支护设计时比传统方法更具优越性。该文研究成果更好地反映了超前加固措施对于围岩的作用效果,为超前加固的定量化设计提供理论依据,研究成果可为全断面加固方式卜隧道工程的支护设计及安全性评价提供参考。
  • 作者(Author):罗凯文,杨易,谢壮宁

    关键词(KeyWords):计算风工程,平衡态大气边界层,标准k-з模型,入流边界条件,壁面函数

    摘要(Abstract):平衡态大气边界层的准确模拟是计算风工程领域的基础性难题,也是研究热点问题之一。该文首先对近年来国内外针对这一问题的理论研究成果按入流边界条件、湍流模型参数、附加源项模型以及壁面函数模型等四个方面进行了全面梳理和系统总结,并建议了一组新的标准k-з模型湍流模型参数和通用壁面函数模型表达式。接着,采用计算流体动力学方法,建立简单边界层流动数值风洞模型,按照以上四种类别采用递进的方法对这些理论成果进行了详细的数值模拟验证和比较分析。结果表明:基于湍动能k方程解析解的入流边界条件并小必然会生成平衡态边界层,它和湍动能剖面的数学模型表达形式关系很大;除入流湍流边界条件外,湍流模型参数取值及壁面函数对平衡态大气边界层的模拟亦有较大影响,而增加源项并小能有效改善速度和湍动能剖面在整个流域范围的自保持性。该文对这一类问题的研究具有一定参考价值。
  • 作者(Author):周育珑,李易,陆新征,初明进,任沛琪

    关键词(KeyWords):钢筋混凝土框架,连续倒塌,压拱机制,抗力计算,分析模型

    摘要(Abstract):钢筋混凝土框架结构依靠梁板组成的楼盖系统来抵抗连续倒塌,其在小变形下的连续倒塌抗力由梁板内的压拱机制提供。现有压拱机制的宏观理论分析模型参数过多且不能考虑楼板的影响,因此难以在工程设计中进行应用。该文基于楼盖系统微观受力机理的分析,建立了压拱机制下梁板子结构系统的连续倒塌抗力分析模型。和现有模型相比,该文计算模型的参数大幅减少、公式显著简化,且能够考虑楼板和梁抵抗连续倒塌的共同作用。通过与国内外47个梁试件和6个梁板子结构试件的试验结果进行对比,发现该文计算模型在计算梁试件时计算精度和现有模型精度相同,而在计算梁板共同作用下的连续倒塌抗力时精度提高显著,能够为混凝土框架结构的抗连续倒塌工程设计提供参考。
  • 作者(Author):徐礼华,宋杨,刘素梅,李彪,余敏,周凯凯

    摘要(Abstract):以天津高银117大厦巨型柱为原型,按1/20缩尺设计制作11根多腔式多边形钢管混凝土柱偏压试件,通过静力试验研究其偏心受压性能,包括破坏形态、荷载一侧向挠度关系曲线和荷载一应变关系曲线,采用ABAQUS软件拓展分析钢管壁厚、长细比、偏心率和混凝土强度等参数对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压试件主要发生弯曲型失稳破坏;提高混凝土强度或钢管壁厚,可提高试件的极限承载力;腔内钢筋笼可显著提高其延性及后期承载力;当长细比从24增加到70,其极限承载力卜降38.6%;当偏心率从0.2增加到1,其极限承载力卜降54.1%;基于有限元结果,参考相关的承载力计算方法,建立适用于六边形六腔及五边形四腔的钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可为实际工程应用提供参考。
  • 作者(Author):冯鹏,强翰霖,叶列平

    关键词(KeyWords):材料,构件,结构,屈服,延性,双线性,变形能

    摘要(Abstract):“屈服点”是工程结构研究和设计中一个极为关键的性能点,是衡量延性、屈强比等性能的前提,但在当前结构设计中尚缺少统一的定义。随着新型结构材料的不断出现,新的构件行为也在不断出现,作图法、等能量法、残余塑性变形法等确定屈服点的方法不能适用。该文首先从材料层次基于金属单轴拉伸屈服点的定义,给出了金属、混凝土和纤维增强复合材料等典型材料的屈服点定义的统一表述;再从构件和结构层次,基于应用条件与物理本质,明确了屈服点的定义方法,为新型材料构件、结构设计提供了依据,并对钢筋混凝土梁和短柱使用此方法进行了讨论。此外,还建议采用“最远点法”确定构件和结构的屈服点,该方法具有明确的物理含义,且适用性广、适合于电算。通过分析构件和结构的试验结果表明建议的屈服定义和提出的最远点法具有一致性和合理性,从而从基本原理和定义方法上明确了材料、构件和结构屈服点。
  • 作者(Author):陶应勇,张虚略,胡朝霞,张晶晶,袁祖凤,毕慧平,陈守文, 耿慧,高颖, 王连军

    关键词(KeyWords):质子交换膜,磺化聚醚飒,磺化聚酞亚胺,共混,尺寸变化率

    摘要(Abstract):制备了一类侧链型含氟磺化聚醚飒(sSPFES)与磺化聚酞亚胺CSPI)共混质子交换膜(sSPFES/SPI) ,研究了其吸水率、尺寸变化、质子电导率及稳定性等性能结果表明,2种磺化聚合物以三乙胺盐型溶液共混及铸膜时相容性良好,制备的sSPFES/SPI共混质子交换膜结构均一,透明结实,离子交换容量为1. 761.88 mmol/g. sSPFES/SPI共混质子交换膜表现出横向低于纵向的各向异性尺寸变化特性,在60℃水中横向尺寸变化率低于10%,经140℃加压水处理24 h后仍能保持较好的机械强度,质量损失低于6. 1%当温度高于50℃时,完全水合状态下的、SPFES/SPI共混质子交换膜的质子电导率均达到0. 1 S/cm.。
  • 作者(Author):邓建辉,高云建,余志球,谢和平

    关键词(KeyWords):金沙江,白格滑坡,高速滑坡,形成机制,形成过程,滑坡坝,堰塞湖

    摘要(Abstract):2018年10月10日和11月3日,西藏自治区江达县白格村金沙江右岸先后2次发生滑坡堵江事件,堰塞湖与溃坝洪水给金沙江上游沿岸居民及其生产和生活设施带来巨大灾害。滑坡发生后,作者先后2次赶赴现场,参与灾害调查与救灾工作。基于现场调查,结合相关资料,对滑坡的形成机制与过程进行系统分析。结果表明:1)白格" 10.10”滑坡是一个高位、;高剪出口、;高速非完全楔形体基岩滑坡,方量约107m3;2)滑坡地处金沙江缝合带,岩性为元古界熊松群片麻岩组,具有多期、多次变形与变质特点,糜棱岩化和蚀变很严重。3)滑坡按高程划分为3区,即前缘的阻滑区、中部的主滑区和后缘的牵引区,分割高程大致为3 500和3000m。主滑区为楔形体,系2组发育良好的结构面切割形成;阻滑区为四面体,由2组发育较差的结构面切割形成;牵引区为完全风化的岩土体夹团块状碎裂岩体。4)滑坡存在2个滑动方向,即主滑区的S800E方向和阻滑区的 N700E方向,剪出口;高程约2 950 m,5)主滑区楔形体重力是滑坡的主要动力来源,滑坡的孕育过程是相对完整的阻滑区岩体在主滑区重力驱动下的渐进破坏过程。6)滑坡过程如下:首先,主滑区和阻滑区启动;其次,失去支撑的牵引区再启动;随后,先启动的滑体高速撞击四川岸,逆坡爬高约95 m,并在两侧形成碎屑冲刷区;然后,先启动的滑体折返,并与后启动的滑体在河面上方相撞,冲击河水形成高速水砂射流,在两岸形成水砂射流冲刷区;而后,堰塞坝下游坡滑动,形成次级滑移区;最后,冲击产生的雨雾降落,完成滑坡坝表面冲刷。7)白格“11.3”滑坡是牵引区的部分岩土体在起阻滑作用的碎裂岩体渐进解体后下滑的结果,方量约3X106m3。8)牵引区目前严重变形的方量约5.50 X 106m3,存在再次滑坡与堵江的风险,需要采取合理的工程措施消除隐患。
  • 作者(Author):谢和平,高峰,鞠杨,张茹,高明忠,邓建辉

    关键词(KeyWords):深地科学,深地资源开发,深地矿产资源流态化开采,深地空间利用,深地实验室,深地空间舱

    摘要(Abstract):习近平主席指出“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”,开发深地资源已经成为未来中国科技发展的重要方向。目前人类对于地球深部的认知相当匮乏。因此,超前布局、抢占深地研究高地、积极推动深地基础前沿大科学问题探索已迫在眉睫。本文从深地能源和人类生存的角度出发,深度剖析了深地资源开发和深地空间利用的必然趋势,提出向地球深部进军研究的3个层次内容,即深地地质结构探测、深地行为规律研究及深地环境利用与资源开发。同时,围绕关系国家全局的地下空间资源开发、能源储备、核废料处置等国家长远战略,提出深地科学研究领域的3个颠覆性技术构想,即深地矿产资源的流态化开采、深地空间与地下城市、深地实验室与深地空间舱。最后,针对深地岩石力学、深地渗流力学、深地地震学与地球物理学、深地微生物能量溯源等国际最前沿的深地基础科学问题,明确了深地科学研究的若干重要研究方向,即原位保真取芯技术,深地非常规岩石力学行为,深地结构与开采的透明推演理论,深地地震学与地球物理学,深地微生物学,深部资源开采与能源储存,深地地下水赋存、运移及水质变化,地下空间生态、能量循环系统等。基于若干颠覆性技术构想的攻关和若干重要研究方向的探索,构建中国独有、世界领先的深地基础性科学前沿研究阵地。
  • 作者(Author):章毅,郭泉,王建勇

    关键词(KeyWords):大数据,神经网络,人工智能

    摘要(Abstract):大数据蕴含巨大的社会、经济、科学价值,已成为学术界与企业界关注的重点。其关键技术可划分为三大层次:数据平台、分析平台和展示平台,其中分析平台是大数据转化为价值的桥梁。一般来说,大数据拥有体量浩大(volume、多源异构(vaniety)、生成快速(velocity)、价值稀疏(value)的“4V”特性,扩大了大数据的价值空间,同时也为大数据的分析技术带来巨大挑战。其中三大挑战比较显著,即多源异构大数据、大量非结构化数据存储、大数据价值稀疏且变化快。其三大核心科学问题为大数据的表达、存储和预测问题。由于传统的数据分析方法难以胜任,发展新的大数据分析方法势在必然。人脑是天然的大数据处理引擎。神经网络是一种模拟人脑大数据分析机制的计算方法,是目前大数据分析中最成功的方法。神经网络的研究主要包括:模拟大脑神经网络结构,构建神经网络结构模型;模拟大脑神经网络的记忆机制,发展学习算法。神经网络的研究历史历经波折。近年来,随着当代计算机计算能力的不断提升,基于神经网络的大数据分析方法取得了巨大成功,尤其是在各应用领域,如语音大数据分析、图像大数据分析、医学大数据分析等,引领了人工智能的发展。A1phaGo在人机围棋大战中获胜,引起了广泛关注,“大数据+神经网络”已成为驱动创新、推动社会发展和改变人类生产生活方式的一种重要力量。
  • 作者(Author):谢和平

    关键词(KeyWords):深部环境,矿产开采,工程灾害,岩石力学,理论与技术

    摘要(Abstract):国内外深部资源开采发展的现状表明,随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭,深部矿产资源开采已然趋于常态。然而,由于深部岩体典型的“三高”赋存环境的本真属性及资源开采“强扰动,“强时效”的附加属性,导致深部高能级、大体量的工程灾害频发,机理不清,难以预测和有效控制,传统岩石力学和开采理论在深部适用性方面存在争议。其根本原因在于,现有岩石力学理论都建立在基于静态研究视角的材料力学的基础上,已滞后于人类岩土工程实践活动,与深度不相关、与工程活动不相关、与深部原位环境不相关,函需发展考虑深部原位状态和开采扰动的深部岩体力学新理论、新方法,破解深部资源开采的理论与技术难题“深部岩体力学与开采理论”项目以提升中国深部资源获取能力为导向,针对中国深部矿产资源开采将全面进入1 000 - 2 000 m阶段这一基本现状,凝练了四大关键科学问题:(1)深部岩体原位力学行为与地应力环境;(2)深部岩体应力场一能量场分析、模拟与可视化;(3)深部强扰动和强时效下的多相并存多场祸合理论;(4)深部资源低生态损害协同高效开采理论与技术。结合关键科学问题的内涵,提出五大重点研究内容:(1)深部岩体原位力学行为和地应力环境;(2)深部采动岩体力学及多场多相渗流理论;(3)深部采动应力场一能量场演化规律;(4)深部岩体变形监测、安全预警与稳定控制;(5)深部矿产资源生态化协同高效开采理论与技术。最后,将五大重点研究内容细分为九大前沿研究方向:(1)深部岩体原位力学行为研究;(2)深部围岩长期稳定性分析与控制;(3)深部地应力环境与灾害动力学;(4)深部强扰动和强时效下多场多相渗流理论;(5)深部采动应力场一能量场分析、模拟与可视化;(6)深部高应力诱导与能量调控理论;(7)深部采动岩层变形监测预警与控制;(8)深部煤矿安全绿色开采理论与技术;(9)深部金属矿协同开采理论与技术。基于以上内容,初步构建了深部岩体力学与开采理论研究体系,以期为未来中国深部矿产资源开发提供理论基础与技术支撑。
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