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基于卷积神经网络的煤岩微裂隙提取方法
被引量:
6
1
作者
郑江韬
齐子豪
+2 位作者
刘佳存
马德明
鞠杨
《矿业科学学报》
CSCD
2022年第6期680-688,共9页
深部开采导致的煤岩裂隙结构的延伸、贯通及扩展是引起煤岩破坏的关键因素。裂隙结构的准确表征是分析煤岩破坏机理及开展煤与瓦斯绿色共采的核心要素之一。本研究采用Waifu2x卷积神经网络模型对裂隙煤岩CT图像进行处理,获得分辨率更高...
深部开采导致的煤岩裂隙结构的延伸、贯通及扩展是引起煤岩破坏的关键因素。裂隙结构的准确表征是分析煤岩破坏机理及开展煤与瓦斯绿色共采的核心要素之一。本研究采用Waifu2x卷积神经网络模型对裂隙煤岩CT图像进行处理,获得分辨率更高的CT图像。并提出“裂隙煤岩标注七步处理法”,提高了标记效率,采用图像增强技术扩充训练集,满足了模型对于训练集数量和质量的要求。采用训练后的U-Net卷积神经网络进行图像分割,提取煤岩内裂隙信息。通过对比发现,本方法所获得的裂隙连通性、开度及分布与真实CT图像更为接近,所提取的裂隙4个量化指标均优于其他提取方法。研究为裂隙煤岩物理力学行为及机理分析提供基础。
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关键词
裂隙
煤岩
微
裂隙提取
卷积神经网络
深度学习
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职称材料
基于深度学习的煤岩Micro-CT裂隙智能提取与应用
被引量:
4
2
作者
王登科
房禹
+8 位作者
魏建平
张宏图
赵立桢
王龙航
夏缘帝
李璐
王少璞
张强
任海慧
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第8期3439-3452,共14页
为解决煤岩CT裂隙图像识别中矸石影响以及不同尺度裂隙识别的问题,设计并实现了一种基于深度学习的煤岩裂隙提取网络模型(MCSN),该模型基于U-Net网络,利用其编码器-解码器结构和跳跃连接,可实现从复杂煤岩体中分割出完整的裂隙结构图像...
为解决煤岩CT裂隙图像识别中矸石影响以及不同尺度裂隙识别的问题,设计并实现了一种基于深度学习的煤岩裂隙提取网络模型(MCSN),该模型基于U-Net网络,利用其编码器-解码器结构和跳跃连接,可实现从复杂煤岩体中分割出完整的裂隙结构图像。首先,通过煤岩工业CT扫描系统获取煤岩体内部扫描图片后,人工标注出CT图像中的裂隙结构,并利用数据增强扩充标注的原始数据制作出煤岩CT裂隙数据集;然后,将训练好的VGG16模型权重通过迁移学习技术移至U-Net编码器部分,使得整个主干特征提取网络具有更强的裂隙结构特征提取能力;同时采用深度可分离空洞卷积模块(DCAC)和残差模块对U-Net模型中解码器部分进行改进,有效提升了CT图像中裂隙结构的识别能力,展现出了优越的分割精度和鲁棒性。为验证提出的煤岩裂隙提取网络模型的有效性,将MCSN的提取结果与经典的卷积神经网络及阈值分割方法的结果进行了对比,实验对比结果显示,提出的模型在定性分析和定量分析方面优势明显。这种多尺度融合的策略可以有效提取出复杂煤岩体图像中的裂隙,提高了裂隙识别效率和精度。将该模型应用到巷道围岩钻孔裂隙识别中,通过对钻孔成像仪采集到的窥孔视频和平面展开图进行裂隙提取,并结合二者提取结果进行交叉验证,得到了精准的巷道围岩裂隙分布范围,给出了穿层抽采钻孔的注浆封孔范围,提高了煤层瓦斯抽采体积分数。
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关键词
裂隙
识别与
提取
CT扫描
深度学习
卷积神经网络
空洞卷积
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职称材料
基于改进U-Net模型的露天矿钻孔裂隙识别研究
3
作者
宋纹瑶
张梅
+3 位作者
郭连军
邓丁
高崇
赵鑫
《矿冶工程》
北大核心
2025年第4期47-51,57,共6页
为提高钻孔图像裂隙识别精度,提出了一种露天矿钻孔裂隙识别方法,利用智能钻孔摄像技术获取露天矿钻孔图像,并运用随机裁剪和图像翻转进行数据增广,同时采用中值滤波降噪和图像灰度化,去除噪点及减少计算量。在U-Net模型中利用空间注意...
为提高钻孔图像裂隙识别精度,提出了一种露天矿钻孔裂隙识别方法,利用智能钻孔摄像技术获取露天矿钻孔图像,并运用随机裁剪和图像翻转进行数据增广,同时采用中值滤波降噪和图像灰度化,去除噪点及减少计算量。在U-Net模型中利用空间注意力和通道注意力机制改进钻孔裂隙语义分割模型,形成AU-Net模型,以强化图像全局和局部信息的特征提取能力。实验结果表明:AU-Net模型相较于U-Net模型在钻孔图像裂隙识别数据集上可以取得更低的损失、更高的精度,均交并比提高了4.38百分点,达到82.34%,图像分割效果更好。
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关键词
钻孔成像
裂隙
识别
U-Net网络
注意力机制
裂隙提取
机器学习
语义分割
图像识别
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职称材料
岩体暴露面图像中裂隙全自动提取方法研究
4
作者
吴金
吴顺川
孙贝贝
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期2621-2632,共12页
裂隙显著影响岩体物理与力学性质,针对从岩体暴露面图像中自动提取裂隙存在的提取结果不完整、信噪比低,以及提取方法经验参数多、鲁棒性差等问题,提出一种全自动裂隙提取优化程序。首先,通过引入广义伽马校正初步提升裂隙与岩壁面对比...
裂隙显著影响岩体物理与力学性质,针对从岩体暴露面图像中自动提取裂隙存在的提取结果不完整、信噪比低,以及提取方法经验参数多、鲁棒性差等问题,提出一种全自动裂隙提取优化程序。首先,通过引入广义伽马校正初步提升裂隙与岩壁面对比度;其次,考虑裂隙路径像素间相互影响,设计灰度传递算法提升裂隙连续性;最后,通过改进Frangi滤波器提取裂隙并充分抑制噪音像素响应。结果表明:该程序充分融合了裂隙低灰度和高线型两大特征,图像增强与裂隙提取两阶段协同运作,显著改善了裂隙对比度不均问题,在较完整提取裂隙的同时还能够有效防止噪音与伪裂隙的产生,对多种岩体暴露面图像均具有很高的鲁棒性。将该方法与常用的裂隙识别算法进行比较,展现了该算法流程在处理低对比度、高噪声岩体裂隙图像方面的显著优势。
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关键词
岩体暴露面
裂隙
自动
提取
数字图像处理
灰度传递算法
Frangi滤波
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职称材料
基于区域特征的岩石裂隙边缘提取研究
被引量:
3
5
作者
王卫星
杨记明
《计算机应用与软件》
CSCD
2010年第8期70-71,130,共3页
提出一种适合于岩石裂隙类边缘提取的数字图像处理算法。通过分析破损岩石裂隙图像像素点区域特征,在经典的canny算子图像处理算法的基础上,提出了自适应加权中值滤波并结合高斯滤波针对不同区域像素进行预处理,算法能够根据裂隙类图像...
提出一种适合于岩石裂隙类边缘提取的数字图像处理算法。通过分析破损岩石裂隙图像像素点区域特征,在经典的canny算子图像处理算法的基础上,提出了自适应加权中值滤波并结合高斯滤波针对不同区域像素进行预处理,算法能够根据裂隙类图像的区域特征自适应进行滤波。试验结果表明,本算法能够提高裂隙边缘检测的准确性,获得比较理想的边缘检测效果。
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关键词
图像处理
裂隙提取
区域特征
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职称材料
冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性研究
6
作者
石浩
张后全
+3 位作者
宋雷
李明
林钢
陆鹏举
《工程科学与技术》
北大核心
2025年第1期274-286,共13页
研究冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性保障地下工程结构的长效稳定具有重要意义。首先通过双轴压缩模拟试验获取“天然”分布的裂隙,并分析不同围压下裂隙的分布特征;然后,对“天然”分布裂隙进行提取,对其整体旋转0、90°、...
研究冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性保障地下工程结构的长效稳定具有重要意义。首先通过双轴压缩模拟试验获取“天然”分布的裂隙,并分析不同围压下裂隙的分布特征;然后,对“天然”分布裂隙进行提取,对其整体旋转0、90°、180°及270°并移植至SHPB(split hopkinson pressure bar)颗粒流数值模型;最后,通过模拟动力加载研究“天然”破裂砂岩的冲击强度与双轴压缩强度、裂隙分布信息、冲击方向等因素之间的对应关系。结果显示:1)当双轴压缩围压较低时,试件滑移面相对清晰;随着围压的增加,滑移面的识别难度加大。2)随着双轴压缩轴压水平及围压的增加,试件冲击强度及其对应的时间基本均呈减小趋势;冲击强度大于20 MPa的试件,其应力–时间曲线在峰前弹性阶段的切线斜率基本一致。3)当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向垂直时,裂隙数量对冲击强度的影响更显著;当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向平行时,裂隙数量对冲击强度的影响相对较弱。4)为深入分析裂隙数量对试件冲击强度的影响,提出分布裂隙数量反值的概念;在不同冲击方向下,分布裂隙数量反值与冲击强度随试件双轴压缩强度的变化基本同步。5)冲击强度对冲击方向的依赖性与宏观破裂面具有重要关联;宏观破裂面的存在能够有效阻隔应力在试件中的传递,从而在不同冲击方向下改变冲击应力的传播路径及范围。
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关键词
冲击方向
“天然”分布
裂隙
强度特性
颗粒流数值模拟
裂隙提取
、旋转及移植
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职称材料
题名
基于卷积神经网络的煤岩微裂隙提取方法
被引量:
6
1
作者
郑江韬
齐子豪
刘佳存
马德明
鞠杨
机构
煤炭资源与安全开采国家重点实验室
中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院
出处
《矿业科学学报》
CSCD
2022年第6期680-688,共9页
基金
国家自然科学基金青年基金(51904307)
煤炭资源与安全开采国家重点实验室大学生科技创新计划(SKLCRSM20DC16)。
文摘
深部开采导致的煤岩裂隙结构的延伸、贯通及扩展是引起煤岩破坏的关键因素。裂隙结构的准确表征是分析煤岩破坏机理及开展煤与瓦斯绿色共采的核心要素之一。本研究采用Waifu2x卷积神经网络模型对裂隙煤岩CT图像进行处理,获得分辨率更高的CT图像。并提出“裂隙煤岩标注七步处理法”,提高了标记效率,采用图像增强技术扩充训练集,满足了模型对于训练集数量和质量的要求。采用训练后的U-Net卷积神经网络进行图像分割,提取煤岩内裂隙信息。通过对比发现,本方法所获得的裂隙连通性、开度及分布与真实CT图像更为接近,所提取的裂隙4个量化指标均优于其他提取方法。研究为裂隙煤岩物理力学行为及机理分析提供基础。
关键词
裂隙
煤岩
微
裂隙提取
卷积神经网络
深度学习
Keywords
fractured coal
image segmentation of micro-cracks
convolutional neural network
deep learning
分类号
TD821 [矿业工程—煤矿开采]
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职称材料
题名
基于深度学习的煤岩Micro-CT裂隙智能提取与应用
被引量:
4
2
作者
王登科
房禹
魏建平
张宏图
赵立桢
王龙航
夏缘帝
李璐
王少璞
张强
任海慧
机构
河南理工大学
河南理工大学安全科学与工程学院
煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心
山西晋煤集团技术研究院有限责任公司
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第8期3439-3452,共14页
基金
国家自然科学基金资助项目(52174174)
河南省高等学校重点科研项目计划基础研究专项资助项目(21zx004)
河南理工大学创新团队计划资助项目(T2022-1)。
文摘
为解决煤岩CT裂隙图像识别中矸石影响以及不同尺度裂隙识别的问题,设计并实现了一种基于深度学习的煤岩裂隙提取网络模型(MCSN),该模型基于U-Net网络,利用其编码器-解码器结构和跳跃连接,可实现从复杂煤岩体中分割出完整的裂隙结构图像。首先,通过煤岩工业CT扫描系统获取煤岩体内部扫描图片后,人工标注出CT图像中的裂隙结构,并利用数据增强扩充标注的原始数据制作出煤岩CT裂隙数据集;然后,将训练好的VGG16模型权重通过迁移学习技术移至U-Net编码器部分,使得整个主干特征提取网络具有更强的裂隙结构特征提取能力;同时采用深度可分离空洞卷积模块(DCAC)和残差模块对U-Net模型中解码器部分进行改进,有效提升了CT图像中裂隙结构的识别能力,展现出了优越的分割精度和鲁棒性。为验证提出的煤岩裂隙提取网络模型的有效性,将MCSN的提取结果与经典的卷积神经网络及阈值分割方法的结果进行了对比,实验对比结果显示,提出的模型在定性分析和定量分析方面优势明显。这种多尺度融合的策略可以有效提取出复杂煤岩体图像中的裂隙,提高了裂隙识别效率和精度。将该模型应用到巷道围岩钻孔裂隙识别中,通过对钻孔成像仪采集到的窥孔视频和平面展开图进行裂隙提取,并结合二者提取结果进行交叉验证,得到了精准的巷道围岩裂隙分布范围,给出了穿层抽采钻孔的注浆封孔范围,提高了煤层瓦斯抽采体积分数。
关键词
裂隙
识别与
提取
CT扫描
深度学习
卷积神经网络
空洞卷积
Keywords
crack identification and extraction
CT scanning
deep learning
convolutional neural networks
dilated convolution
分类号
TD712 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
基于改进U-Net模型的露天矿钻孔裂隙识别研究
3
作者
宋纹瑶
张梅
郭连军
邓丁
高崇
赵鑫
机构
沈阳工业大学建筑与土木工程学院
宣化科技职业学院
中铁十九局集团有限公司
中铁十九局集团矿业投资有限公司
出处
《矿冶工程》
北大核心
2025年第4期47-51,57,共6页
基金
国家自然科学基金(51974187)。
文摘
为提高钻孔图像裂隙识别精度,提出了一种露天矿钻孔裂隙识别方法,利用智能钻孔摄像技术获取露天矿钻孔图像,并运用随机裁剪和图像翻转进行数据增广,同时采用中值滤波降噪和图像灰度化,去除噪点及减少计算量。在U-Net模型中利用空间注意力和通道注意力机制改进钻孔裂隙语义分割模型,形成AU-Net模型,以强化图像全局和局部信息的特征提取能力。实验结果表明:AU-Net模型相较于U-Net模型在钻孔图像裂隙识别数据集上可以取得更低的损失、更高的精度,均交并比提高了4.38百分点,达到82.34%,图像分割效果更好。
关键词
钻孔成像
裂隙
识别
U-Net网络
注意力机制
裂隙提取
机器学习
语义分割
图像识别
Keywords
borehole imaging
fracture recognition
U-Net network
attention mechanism
fracture extraction
machine learning
semantic segmentation
image recognition
分类号
TD231 [矿业工程—矿井建设]
TD313 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
岩体暴露面图像中裂隙全自动提取方法研究
4
作者
吴金
吴顺川
孙贝贝
机构
北京科技大学土木与资源工程学院
昆明理工大学国土资源工程学院
自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室
出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期2621-2632,共12页
基金
国家自然科学基金项目(No.51934003)
云南省重大科技专项(No.202102AF080001)
云南省创新团队资助项目(No.202105AE160023)。
文摘
裂隙显著影响岩体物理与力学性质,针对从岩体暴露面图像中自动提取裂隙存在的提取结果不完整、信噪比低,以及提取方法经验参数多、鲁棒性差等问题,提出一种全自动裂隙提取优化程序。首先,通过引入广义伽马校正初步提升裂隙与岩壁面对比度;其次,考虑裂隙路径像素间相互影响,设计灰度传递算法提升裂隙连续性;最后,通过改进Frangi滤波器提取裂隙并充分抑制噪音像素响应。结果表明:该程序充分融合了裂隙低灰度和高线型两大特征,图像增强与裂隙提取两阶段协同运作,显著改善了裂隙对比度不均问题,在较完整提取裂隙的同时还能够有效防止噪音与伪裂隙的产生,对多种岩体暴露面图像均具有很高的鲁棒性。将该方法与常用的裂隙识别算法进行比较,展现了该算法流程在处理低对比度、高噪声岩体裂隙图像方面的显著优势。
关键词
岩体暴露面
裂隙
自动
提取
数字图像处理
灰度传递算法
Frangi滤波
Keywords
rock mass exposures
automatic fracture extraction
digital image analysis
gray transmission algorithm
Frangi filter
分类号
TU443 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
基于区域特征的岩石裂隙边缘提取研究
被引量:
3
5
作者
王卫星
杨记明
机构
重庆邮电大学计算机学院
出处
《计算机应用与软件》
CSCD
2010年第8期70-71,130,共3页
基金
国家自然科学基金项目(60873186)
文摘
提出一种适合于岩石裂隙类边缘提取的数字图像处理算法。通过分析破损岩石裂隙图像像素点区域特征,在经典的canny算子图像处理算法的基础上,提出了自适应加权中值滤波并结合高斯滤波针对不同区域像素进行预处理,算法能够根据裂隙类图像的区域特征自适应进行滤波。试验结果表明,本算法能够提高裂隙边缘检测的准确性,获得比较理想的边缘检测效果。
关键词
图像处理
裂隙提取
区域特征
Keywords
Image process Fracture extraction Regional characteristics
分类号
TP391.41 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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职称材料
题名
冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性研究
6
作者
石浩
张后全
宋雷
李明
林钢
陆鹏举
机构
安徽理工大学矿山建设工程安徽省高校重点实验室
安徽理工大学土木建筑学院
山东科技大学省部共建矿山岩层智能控制与绿色开采国家重点实验室培育基地
中煤矿山建设集团有限责任公司
中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
中国矿业大学力学与土木工程学院
出处
《工程科学与技术》
北大核心
2025年第1期274-286,共13页
基金
国家自然科学基金项目(52404108,52274145)
安徽省博士后研究人员科研活动项目(2023B726)
+4 种基金
安徽省高等学校自然科学研究重点项目(2022AH050807)
矿山建设工程安徽省高校重点实验室开放课题(GXZDSYS2022107)
安徽理工大学校青年基金项目(QNZD2021-03)
安徽理工大学高层次引进人才科研启动基金项目(2021yjrc16)
安徽省大学生创新创业训练计划项目(S202410361230,202310361111)。
文摘
研究冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性保障地下工程结构的长效稳定具有重要意义。首先通过双轴压缩模拟试验获取“天然”分布的裂隙,并分析不同围压下裂隙的分布特征;然后,对“天然”分布裂隙进行提取,对其整体旋转0、90°、180°及270°并移植至SHPB(split hopkinson pressure bar)颗粒流数值模型;最后,通过模拟动力加载研究“天然”破裂砂岩的冲击强度与双轴压缩强度、裂隙分布信息、冲击方向等因素之间的对应关系。结果显示:1)当双轴压缩围压较低时,试件滑移面相对清晰;随着围压的增加,滑移面的识别难度加大。2)随着双轴压缩轴压水平及围压的增加,试件冲击强度及其对应的时间基本均呈减小趋势;冲击强度大于20 MPa的试件,其应力–时间曲线在峰前弹性阶段的切线斜率基本一致。3)当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向垂直时,裂隙数量对冲击强度的影响更显著;当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向平行时,裂隙数量对冲击强度的影响相对较弱。4)为深入分析裂隙数量对试件冲击强度的影响,提出分布裂隙数量反值的概念;在不同冲击方向下,分布裂隙数量反值与冲击强度随试件双轴压缩强度的变化基本同步。5)冲击强度对冲击方向的依赖性与宏观破裂面具有重要关联;宏观破裂面的存在能够有效阻隔应力在试件中的传递,从而在不同冲击方向下改变冲击应力的传播路径及范围。
关键词
冲击方向
“天然”分布
裂隙
强度特性
颗粒流数值模拟
裂隙提取
、旋转及移植
Keywords
impact direction
“Naturally”distributed fracture
strength characteristic
numerical simulation of particle flow code
fracture extraction,rotation and transplantation
分类号
TU45 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于卷积神经网络的煤岩微裂隙提取方法
郑江韬
齐子豪
刘佳存
马德明
鞠杨
《矿业科学学报》
CSCD
2022
6
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职称材料
2
基于深度学习的煤岩Micro-CT裂隙智能提取与应用
王登科
房禹
魏建平
张宏图
赵立桢
王龙航
夏缘帝
李璐
王少璞
张强
任海慧
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
4
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职称材料
3
基于改进U-Net模型的露天矿钻孔裂隙识别研究
宋纹瑶
张梅
郭连军
邓丁
高崇
赵鑫
《矿冶工程》
北大核心
2025
0
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职称材料
4
岩体暴露面图像中裂隙全自动提取方法研究
吴金
吴顺川
孙贝贝
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
5
基于区域特征的岩石裂隙边缘提取研究
王卫星
杨记明
《计算机应用与软件》
CSCD
2010
3
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职称材料
6
冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性研究
石浩
张后全
宋雷
李明
林钢
陆鹏举
《工程科学与技术》
北大核心
2025
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