分体式钻头破岩特性与试验

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作者 田家林 吴雨航 +2 位作者 辛琦 魏秦文 邓喆 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期178-186,共9页

钻头作为钻井工作中直接作用在岩石上的部件,其切削齿的破岩行为直接影响机械钻速。牙轮钻头在钻进时会出现外围齿圈先期失效和破岩效率低的问题,针对这些问题设计一种新型分体式牙轮钻头;建立钻头切削齿的运动学分析模型,对钻头关键参... 钻头作为钻井工作中直接作用在岩石上的部件,其切削齿的破岩行为直接影响机械钻速。牙轮钻头在钻进时会出现外围齿圈先期失效和破岩效率低的问题,针对这些问题设计一种新型分体式牙轮钻头;建立钻头切削齿的运动学分析模型,对钻头关键参数影响进行分析,得到分体式钻头切削齿圈上特定点的位移、速度、加速度和运动轨迹。结果表明:分体式钻头中心小齿圈能提高心部破岩效率,分体式钻头对于井底岩石的切削和冲击作用更大,分体式钻头相对于常规钻头具有更好的中心破岩提速效果和更优的冲击切削性能;试验结果与模拟计算结果吻合,验证了钻头设计的合理性和理论分析的正确性。 展开更多

关键词 分体式钻头 工作机制 运动学 井底模型 试验 破岩性能

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海洋深层钻井关键理论与技术发展现状及展望

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作者 孙友宏 徐良 +4 位作者 薛启龙 王欢欢 徐绍涛 唐玄 曹龙龙 《石油钻探技术》 北大核心 2025年第3期1-10,共10页

为破解海洋深层油气资源高效开发面临的安全钻进与提速增效难题,系统梳理了国内外海洋深层钻井技术研究进展,通过文献调研与工程案例分析,揭示了海洋深层钻井的核心技术瓶颈与发展路径。研究表明,深海钻井面临储层高温高压、硬岩地层破... 为破解海洋深层油气资源高效开发面临的安全钻进与提速增效难题,系统梳理了国内外海洋深层钻井技术研究进展,通过文献调研与工程案例分析,揭示了海洋深层钻井的核心技术瓶颈与发展路径。研究表明,深海钻井面临储层高温高压、硬岩地层破岩效率低、所取岩心质量差、井眼轨迹控制难等共性挑战;当前技术体系在地温场预测、耐高温破岩工具、长筒取心装置及导向钻井系统等方面取得阶段性突破,但在高温碎岩机理认知、智能钻测控装备、长效井壁稳定等领域仍存在明显短板。基于全生命周期工程需求,提出了5大攻关方向:建立井筒多场耦合温度预测模型,研发PDC/孕镶齿复合破岩工具与井底动力驱动取心系统,构建全机械式耐高温井斜测控结构,开发高封堵强抑制钻井液体系。研究结果可为我国海洋深层油气安全高效开发提供系统的技术发展框架与工程实践指导。 展开更多

关键词 海洋深层钻井 地温场 高温碎岩机理 破岩工具 取心工具 井斜控制 钻井液

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应用微芯桩传感器的拉裂型边坡危岩体临崩倾斜变形特征现场实测研究 被引量：5

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作者 贺铮 谢谟文 +3 位作者 吴志祥 赵晨 孙广存 徐乐 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3399-3415,共17页

边坡危岩体崩塌的监测预报一直是地质灾害防灾研究的重点和薄弱环节。基于微电子机械系统(micro-electromechanical system,简称MEMS)技术构建了危岩体微小倾斜角度与强振加速度的“采集-计算-传输”机制,研制了微芯桩传感器,实现了危... 边坡危岩体崩塌的监测预报一直是地质灾害防灾研究的重点和薄弱环节。基于微电子机械系统(micro-electromechanical system,简称MEMS)技术构建了危岩体微小倾斜角度与强振加速度的“采集-计算-传输”机制,研制了微芯桩传感器,实现了危岩体的低功耗长期监测。通过拉裂型危岩体崩塌现场实测分析,发现了拉裂型危岩体具有倾斜变形加速并伴随强振动频次、幅值增加的崩塌前兆。探明了临崩加速倾斜阶段累计倾斜变形量与倾斜变形速率之间具有显著指数关系,且倾斜速率倒数与距离崩塌时长具有线性相关性,进而建立了“倾斜速率倒数法”崩塌时间预测模型,形成了基于MEMS倾斜角度传感数据特征的预测模型实时应用算法流程。研究成果可对崩塌灾害的监测预警产生积极的促进作用。 展开更多

关键词 拉裂型危岩体 倾斜变形 崩塌预测模型 崩塌前兆 MEMS技术 微芯桩

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基于围岩片帮形迹的宏观地应力估计方法探讨 被引量：22

4

作者 江权 冯夏庭 +3 位作者 徐鼎平 赵阳 江亚丽 黄可 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1452-1459,共8页

基于深部地下勘探隧洞围岩应力型片帮破坏是岩体初始地应力作用的最直观结果的认识,建立借助围岩片帮形迹分析工程区岩体宏观地应力的估计方法。该方法通过对比分析地应力作用下多个交叉隧洞围岩的片帮空间分布特征和烈度强弱关系,建立... 基于深部地下勘探隧洞围岩应力型片帮破坏是岩体初始地应力作用的最直观结果的认识,建立借助围岩片帮形迹分析工程区岩体宏观地应力的估计方法。该方法通过对比分析地应力作用下多个交叉隧洞围岩的片帮空间分布特征和烈度强弱关系,建立岩体3个初始主应力的空间大小和方向关系;采用片帮劈裂纹方位角统计获得岩体最大主应力方向;依据片帮的应力门槛值和起裂应力门槛值估算出3个主应力量值。现场实测地应力数据和多工况数值计算分析都有力地表明,借助该分析方法获得的白鹤滩右岸厂址区域三维地应力是科学、合理的,这也为深入认识工程区地应力特征提供了一条新思路。 展开更多

关键词 地应力估计 片帮形迹 劈裂纹 围岩破坏 白鹤滩水电站

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楔刀作用下岩石微观劣化的试验研究 被引量：28

5

作者 莫振泽 李海波 +4 位作者 周青春 邹飞 朱小明 王长柏 郝亚飞 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1333-1340,共8页

通过改装RMT-150C系统,使用不同刃角的楔形刀具对花岗岩进行贯切试验,利用DISP声发射测试系统进行声发射的定位特征分析,研究岩石在楔形刀具作用下损伤劣化破坏的全过程。试验结果表明:声发射试验是一种研究TBM滚刀破岩微观机制的有效方... 通过改装RMT-150C系统,使用不同刃角的楔形刀具对花岗岩进行贯切试验,利用DISP声发射测试系统进行声发射的定位特征分析,研究岩石在楔形刀具作用下损伤劣化破坏的全过程。试验结果表明:声发射试验是一种研究TBM滚刀破岩微观机制的有效方法,脆性岩石材料的破坏过程是内部微裂纹的萌生和扩展过程的宏观反映;在楔刃刀具匀速贯入时,声发射信号随着荷载的变化呈一定对应趋势的变化,荷载-贯入度曲线能反映试件内的损伤历程;声发射2D定位结果显示,在岩石破碎区的密实核下方存在"损伤核",它由微震裂源增生丛聚分布形成,核内劣化程度高,是孕育密实核的场所,为TBM滚刀作用下岩石的宏观破裂现象提供了解释和依据;楔刀跃进式的挤压贯切岩板试件,钝刃刀具产生"球状"损伤核,尖刃刀具产生"水滴状"损伤核,钝刃刀具贯切试件产生更深的贯入度和更宽的损伤核,致使试件中不仅破碎深度大,而且破损范围广,破岩效果优于尖刃刀具。 展开更多

关键词 隧道掘进机 滚刀 破岩 声发射 损伤核

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冲击破煤机理的初步探讨 被引量：12

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作者 杜三虎 田取珍 《西安矿业学院学报》 CAS 1998年第2期107-110,共4页

介绍了一种全新的破煤方式——冲击式破煤及其工程背景，分析了回采工作面煤壁的物理及力学特性，进而提出了冲击式破煤的物理模型，并对冲击破煤机理进行了初步的探讨。

关键词 冲击破煤 破煤机理 岩石破碎 脆性断裂

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新型随钻取心钻头破岩提速工作机理 被引量：4

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作者 田家林 朱志 +1 位作者 程文明 杨琳 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期97-104,共8页

为了获得既能随钻取得岩心又不降低机械钻速的新型钻头,基于前人的研究成果和现有的设计方法,结合随钻取心钻头的结构与破岩特点,设计出了一款全新的随钻取心钻头,并利用台架实验与现场实验对其破岩特性、机械钻速进行测试,将测试结果... 为了获得既能随钻取得岩心又不降低机械钻速的新型钻头,基于前人的研究成果和现有的设计方法,结合随钻取心钻头的结构与破岩特点,设计出了一款全新的随钻取心钻头,并利用台架实验与现场实验对其破岩特性、机械钻速进行测试,将测试结果与理论计算结果进行对比分析。结果表明:(1)新型钻头通过在钻头内部设计一个射流专用通道,经射流喷嘴流出的高压钻井液经过吸附通道产生负压作用,将携带所取岩心进入推送通道回到环空;(2)新型钻头提速增效的效果非常明显,在排量为25 L/s的现场实验中,其提速效果介于5%~40%;(3)实验室测试与现场实验新型钻头的破岩性能与理论计算结果吻合,验证了其可靠性。结论认为,新型钻头在破岩过程中具有"吸附下部岩屑、推送上部岩屑"的效果,可降低岩屑重复破碎率,提速增效效果显著。 展开更多

关键词 随钻取心 钻头 射流专用通道 负压作用 破岩 钻井 机械钻速 工作机理

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劈裂法测地勘岩芯抗拉强度的形状效应研究 被引量：2

8

作者 康亚明 贾延 何贤元 《科学技术与工程》 北大核心 2016年第5期226-231,共6页

对现场所取岩芯进行力学分析是确定和评价其工程性质的重要途径和手段;但对于一些整体性和强度较差以及裂隙或层理发育的岩层,将现场钻取的岩芯加工成符合规范的标准岩芯。首先加工难度大,更主要的是二次加工对岩芯扰动大,导致力学实验... 对现场所取岩芯进行力学分析是确定和评价其工程性质的重要途径和手段;但对于一些整体性和强度较差以及裂隙或层理发育的岩层,将现场钻取的岩芯加工成符合规范的标准岩芯。首先加工难度大,更主要的是二次加工对岩芯扰动大,导致力学实验结果偏差较大。为此,将现场地勘岩芯直接应用于力学实验岩芯,通过抗压强度测试中的尺寸效应、劈裂法抗拉强度测试中的形状效应研究,得出以下结论:不同高径比的巴西圆盘劈裂法间接测试抗拉强度的形状效应表明,劈裂法间接测得的抗拉强度和圆盘尺寸离散性较大;但也表现出一定的分布规律。总体上随高径比的增大而呈减小趋势;因此,由于抗拉强度形状效应的离散性,试验中尽可能采用规范规定的尺寸进行强度试验。若在标准岩芯获取受限制的情况下,也可以用非标试件进行试验,引起的误差必须修正。 展开更多

关键词 岩石力学 非标岩芯 现场勘探 抗压强度 抗拉强度 劈裂试验 尺寸效应 形状效应

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煤矿区现场地勘岩芯直接用作抗压强度实验岩芯的几何效应研究

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作者 康亚明 贾延 何贤元 《科学技术与工程》 北大核心 2015年第36期198-201,共4页

对现场所取岩芯进行力学分析是确定和评价其工程性质的重要途径和手段;但对于一些整体性和强度较差以及裂隙或层理发育的岩层,将现场钻取的岩芯加工成符合规范的标准岩芯,首先加工难度大;更主要的是二次加工对岩芯扰动大,导致力学实验... 对现场所取岩芯进行力学分析是确定和评价其工程性质的重要途径和手段;但对于一些整体性和强度较差以及裂隙或层理发育的岩层,将现场钻取的岩芯加工成符合规范的标准岩芯,首先加工难度大;更主要的是二次加工对岩芯扰动大,导致力学实验结果偏差较大。为此,将现场地勘岩芯直接应用于力学实验岩芯,通过抗压强度测试中的尺寸效应和形状效应研究,得出以下结论:1高径比为二比一的非标岩芯测试抗压强度的尺寸效应表明,强度与岩芯直径或体积之间的相关性明显。随几何尺寸的增大近似呈线性递减规律,且强度与直径之间的关系以及强度与体积之间的关系相似度高,这表明用非标岩芯做抗压强度试验是可行的,只需对非标试件所得结果进行修正,即可得到标准试件下的当量强度。2抗压强度的形状效应表明,不同高径比时岩石抗压强度的离散性较大,但也表现出一定的分布规律,总体上随高径比的增大而呈减小趋势,与体积的增大也呈减小趋势。因此,鉴于抗压强度形状效应的离散性,试验中尽可能采用高径比为二的岩芯进行试验,这样所得的结果线性换算后可比性高一些。 展开更多

关键词 岩石力学 非标岩芯 现场勘探 抗压强度 抗拉强度 巴西圆盘 劈裂试验 尺寸效应 形状效应

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顶管施工坚硬岩层非爆破破岩掘进技术应用 被引量：14

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作者 李永彪 程桦 +1 位作者 曹广勇 林键 《水利水电技术》 北大核心 2020年第6期84-92,共9页

针对复杂地质条件下,顶管施工在遇到岩石、硬土等坚固物块时采用何种方式破岩掘进这一问题,为合理选择破岩方式,根据滇池外海北部水体置换通道改造工程的实际施工情况,分析非爆破掘进技术在小断面水文与工程地质特殊以及周边环境复杂、... 针对复杂地质条件下,顶管施工在遇到岩石、硬土等坚固物块时采用何种方式破岩掘进这一问题,为合理选择破岩方式,根据滇池外海北部水体置换通道改造工程的实际施工情况,分析非爆破掘进技术在小断面水文与工程地质特殊以及周边环境复杂、施工减振(噪)要求高等条件下的适用性。经过对比,最终确定了在无水施工段和有水工作段分别采用静态破碎法、劈裂法作为顶管施工坚硬岩层的非爆破破岩方法。无水段采用采用静态破碎法破岩施工时,根据断面情况提出水平布孔和环形布孔两种方式,相邻孔距为40 cm,排(环)距为50 cm,孔径42 mm;含水段采用劈裂法施工时,全断面采用同静态破碎法工艺相同的环形布孔方式,若断面为复合断面,则应在断面正底部150°范围内钻孔取临空面后,沿临空面向上逐排布孔,孔径100 mm。工程实践表明:静态破碎法在无水工作面岩石掘进效果较好,掘进速率为8.5 m/d;在有水工作面因破碎剂失效,应采用劈裂法破岩,劈裂法破岩速率为10.5 m/d;静态破碎法有利于掘进断面控制,而与静态破碎法相比,劈裂法具有适应性强、掘进速度快等优点。该工程的顺利实施为今后类似条件下小断面顶管硬岩非爆破破岩掘进施工提供了有益的借鉴。 展开更多

关键词 小断面顶管 坚硬岩层 非爆破破岩 劈裂法 静态破碎法

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基于盘形滚刀破岩模型的数值试验分析 被引量：2

11

作者 耿麒 张泽宇 +2 位作者 张志峰 马登成 叶敏 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2023年第10期135-140,177,共7页

针对室内试验研究盘形滚刀破岩过程的成本高、周期长、不便于重复性教学演示的问题,可采用数值试验方法作为辅助或替代,揭示滚刀破岩机制、优化滚刀结构和切削参数。该文使用显式动力学数值方法,结合有限元和光滑粒子流体动力学,建立盘... 针对室内试验研究盘形滚刀破岩过程的成本高、周期长、不便于重复性教学演示的问题,可采用数值试验方法作为辅助或替代,揭示滚刀破岩机制、优化滚刀结构和切削参数。该文使用显式动力学数值方法,结合有限元和光滑粒子流体动力学,建立盘形滚刀切削岩石的三维数值试验模型,采用基于Rankine失效准则的摩尔-库伦弹塑性本构模型开展缩尺的滚刀线性切削试验,验证数值试验模型的可靠性。以双刀顺次回转破岩模型为例,分析了岩石破裂过程与滚刀载荷曲线。研究表明:在盘形滚刀切削下,岩石表面形成了条形破碎槽,同时在滚刀两侧及下方出现裂纹;随着裂纹延伸至岩石表面,许多小块的岩碴被剥离;使用数值试验方法分析盘形滚刀破岩过程,可以清晰地模拟密实核传力演化、裂纹萌生扩展、岩碴剥离飞溅、载荷阶跃波动等物理现象,有助于学生深入理解盘形滚刀破岩机制。 展开更多

关键词 盘形滚刀 破岩 数值试验 室内试验 密实核演化

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三峡茅坪溪粘土心墙土石坝坝体安全分析 被引量：2

12

作者 刘松涛 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 1995年第3期23-29,共7页

介绍了三峡茅坪溪防护工程土石坝粘土心墙方案的应力应变有限元分析研究成果，表明大坝在竣工期或蓄水期心墙均未产生剪切或拉裂破坏，不会引起水力劈裂，心墙是安全的，论证了粘土心墙方案是可行的。

关键词 土石坝 粘土心墙 应力 应变 水力劈裂 安全

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硬岩泄水洞“取芯+劈裂”非爆法施工技术及改进 被引量：1

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作者 陈钰 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第S01期443-450,共8页

为解决复杂环境下(不允许爆破)硬岩(如Ⅱ、Ⅲ级围岩)小断面隧洞非爆掘进工法选择难题,基于非爆工法适用性比选,采用“周边取芯+中部劈裂”非爆开挖进行现场施工,分别对其环境影响及施工效果进行分析。研究及试验结果表明:“周边取芯+中... 为解决复杂环境下(不允许爆破)硬岩(如Ⅱ、Ⅲ级围岩)小断面隧洞非爆掘进工法选择难题,基于非爆工法适用性比选,采用“周边取芯+中部劈裂”非爆开挖进行现场施工,分别对其环境影响及施工效果进行分析。研究及试验结果表明:“周边取芯+中部劈裂”非爆开挖技术较适用于复杂环境条件下整体性良好的硬岩或中硬岩(Ⅱ、Ⅲ级围岩)隧洞掘进;小型“周边取芯+中部劈裂”机具施工时,其劳动强度大,施工效率不高,安全性亦不佳,日进尺在1 m左右。为提高非爆条件下大断面硬岩或中硬岩(Ⅱ、Ⅲ级围岩)隧道安全快速掘进,研制或应用大型钻劈一体机及其施工工艺势在必行。 展开更多

关键词 非爆开挖 泄水洞 小断面 铁路运营隧道 坚硬岩 取芯劈裂 钻裂一体机

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用垂斜截面仿预裂爆破法处理台阶断界的实践

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作者 孟庆浩 郭春阳 +1 位作者 和铁柱 池恩安 《金属矿山》 CAS 北大核心 2021年第6期141-145,共5页

露天矿坚硬岩台阶深孔爆破断界常见但其相关技术研究较为少见。吉朗德露天煤矿在台阶断界处先后采用过垂直截断面爆破开挖断界法和垂斜截面爆破开挖断界法,爆破质量差,紧邻保留区岩体拉裂损伤严重,开挖后不能形成规整断界轮廓面。结合... 露天矿坚硬岩台阶深孔爆破断界常见但其相关技术研究较为少见。吉朗德露天煤矿在台阶断界处先后采用过垂直截断面爆破开挖断界法和垂斜截面爆破开挖断界法,爆破质量差,紧邻保留区岩体拉裂损伤严重,开挖后不能形成规整断界轮廓面。结合垂斜截面构状(半"V"形构状面)有利于岩石台阶爆破外推和预裂爆破有止裂、减振的作用而提出垂斜截面仿预裂爆破断界法(断界斜线长15 m,爆破外推倾角为130.6°,仿预裂炮孔7个,孔径120 mm,孔深12 m,孔距2.5 m,相邻炮孔间呈互耦状间隔装药,先于主爆区110 ms齐爆)来处理该矿坚硬岩台阶断界工程问题,爆破效果好,开挖后易于形成规整轮廓面,消除了保留区后续钻爆施工隐患,为坚硬岩台阶断界提供了典型工程实例参鉴。 展开更多

关键词 坚硬岩台阶 深孔爆破断界 先爆区 保留区 垂斜截面仿预裂爆破法

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禁爆条件下硬岩隧洞“取芯+劈裂”破岩力学机理与施工技术

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作者 金冰燕 李文杰 +1 位作者 唐刚 梁斌 《科学技术与工程》 2025年第28期12222-12230,共9页

为了深入研究禁爆条件下硬岩隧洞“取芯+劈裂”破岩力学机理与施工技术,依托深圳铁岗-石岩水库水质保障工程,基于空孔效应理论,对不同空孔角度和空孔数量的钻孔方式进行数值模拟分析,研究其裂纹扩展及劈裂压力的影响规律,提出了空孔角度... 为了深入研究禁爆条件下硬岩隧洞“取芯+劈裂”破岩力学机理与施工技术,依托深圳铁岗-石岩水库水质保障工程,基于空孔效应理论,对不同空孔角度和空孔数量的钻孔方式进行数值模拟分析,研究其裂纹扩展及劈裂压力的影响规律,提出了空孔角度为40°和空孔数量为2个的静力爆破空孔参数,并将其应用于现场试验中。结果表明:当劈裂孔与空孔中心之间的水平夹角减小时,岩石裂纹的定向扩展将得到促进,理想的夹角应低于45°。空孔数量对于岩石的破岩过程起到了推动作用,随着空孔数量的逐步增加,岩石承受的最大劈裂压力持续降低,劈裂压力下降率呈现逐渐增高的趋势。通过试验可以证明“取芯+劈裂”破岩的可行性,空孔的存在有助于在空孔与劈裂孔连线方向形成连贯的主裂纹,从而提升了硬岩的破碎效率。试验结果与理论分析及数值模拟结果相吻合,并达到了预期的破岩效果,为禁爆条件下硬岩破岩提供借鉴意义。 展开更多

关键词 硬岩隧洞 “取芯+劈裂”破岩 空孔效应 裂纹扩展 力学机理 现场试验

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