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Enhancing rock fragmentation prediction in mining operations:A hybrid GWO-RF model with SHAP interpretability 被引量:3
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作者 ZHANG Yu-lin QIU Yin-gui +2 位作者 ARMAGHANI Danial Jahed MONJEZI Masoud ZHOU Jian 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期2916-2929,共14页
In the mining industry,precise forecasting of rock fragmentation is critical for optimising blasting processes.In this study,we address the challenge of enhancing rock fragmentation assessment by developing a novel hy... In the mining industry,precise forecasting of rock fragmentation is critical for optimising blasting processes.In this study,we address the challenge of enhancing rock fragmentation assessment by developing a novel hybrid predictive model named GWO-RF.This model combines the grey wolf optimization(GWO)algorithm with the random forest(RF)technique to predict the D_(80)value,a critical parameter in evaluating rock fragmentation quality.The study is conducted using a dataset from Sarcheshmeh Copper Mine,employing six different swarm sizes for the GWO-RF hybrid model construction.The GWO-RF model’s hyperparameters are systematically optimized within established bounds,and its performance is rigorously evaluated using multiple evaluation metrics.The results show that the GWO-RF hybrid model has higher predictive skills,exceeding traditional models in terms of accuracy.Furthermore,the interpretability of the GWO-RF model is enhanced through the utilization of SHapley Additive exPlanations(SHAP)values.The insights gained from this research contribute to optimizing blasting operations and rock fragmentation outcomes in the mining industry. 展开更多
关键词 BLASTING rock fragmentation random forest grey wolf optimization hybrid tree-based technique
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Energy consumption in rock fragmentation at intermediate strain rate 被引量:19
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作者 洪亮 周子龙 +2 位作者 尹土兵 廖国燕 叶洲元 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2009年第4期677-682,共6页
In order to determine the relationship among energy consumption of rock and its fragmentation, dynamic strength and strain rate, granite, sandstone and limestone specimens were chosen and tested on large-diameter spli... In order to determine the relationship among energy consumption of rock and its fragmentation, dynamic strength and strain rate, granite, sandstone and limestone specimens were chosen and tested on large-diameter split Hopkinson pressure bar (SHPB) equipment with half-sine waveform loading at the strain rates ranging from 40 to 150 s- 1. With recorded signals, the energy consumption, strain rate and dynamic strength were analyzed. And the fragmentation behaviors of specimens were investigated. The experimental results show that the energy consumption density of rock increases linearly with the total incident energy. The energy consumption density is of an exponent relationship with the average size of rock fragments. The higher the energy consumption density, the more serious the fragmentation, and the better the gradation of fragments. The energy consumption density takes a good logarithm relationship with the dynamic strength of rock. The dynamic strength of rock increases with the increase of strain rate, indicating higher strain rate sensitivity. 展开更多
关键词 rock large-diameter SHPB test intermediate strain rate energy consumption density fragment distribution dynamic strength
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Rock fragmentation under different installation polar angles of TBM disc cutters 被引量:2
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作者 CHENG Yong-liang ZHONG Jue +1 位作者 MEI Yong-bing XIA Yi-min 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第10期2306-2313,共8页
The disc cutters of tunnel boring machine(TBM) are installed with different polar angles. This causes the cutting depth difference between adjacent disc cutters on the tunnel face. A rock-cutting model was established... The disc cutters of tunnel boring machine(TBM) are installed with different polar angles. This causes the cutting depth difference between adjacent disc cutters on the tunnel face. A rock-cutting model was established to study the rock fragmentation law between adjacent disc cutters with different polar angles based on particle flow code(PFC). The influence of polar angle of adjacent disc cutters on rock cracks and stresses under different cutter spacing and penetration was studied. Research shows that polar angle difference leads to the discontinuity of rock-fragmentation process by adjacent cutters. The effect of rock-fragmentation is influenced by the cutting depth difference between adjacent cutters. The effect of rock-fragmentation performed best, meanwhile large rock blocks were flaked when the difference of cutting depth is half of the penetration. Too large or small difference of the cutting depth will cause high specific energy consumption of rock fragmentation. The specific energy consumption is relatively small when the difference of cutting depth is half of the penetration. 展开更多
关键词 tunnel BORING machine DISC CUTTER POLAR angle particle flow code rock fragmentATION
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Numerical simulation on effects of embedded crack on rock fragmentation by a tunnel boring machine cutter 被引量:3
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作者 刘杰 曹平 +2 位作者 蒋喆 赵延林 曹日红 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第8期3302-3308,共7页
Based on the simplification of cutting process,a series of numerical simulations were conducted using a 2-D discrete element method to explore the effects of embedded cracks with different dip angles on the rock fragm... Based on the simplification of cutting process,a series of numerical simulations were conducted using a 2-D discrete element method to explore the effects of embedded cracks with different dip angles on the rock fragmentation process,cutting characteristics and breaking efficiency.The results show that the simulated results are in a good agreement with previous theoretical study.The main crack propagates to the top tip of embedded crack,except when the dip angle is 90°.Side cracks which are more fully developed in the rocks containing embedded cracks tend to propagate towards the free surface.According to the history of vertical cutting force,it is shown that the peak force is decreased by embedded cracks.The study on cutting efficiency was conducted by combining the quantity of crack and cutting energy.And the results show that breaking efficiency can be treated as a decreasing or a increasing function when the dip angle is less or larger than 30°,respectively.Breaking efficiency is higher than that in intact rock when the dip angle is larger than 45°. 展开更多
关键词 numerical simulation embedded crack rock fragmentation breaking efficiency
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Fractal characteristics of rock fragmentation at strain rate of 10~0-10~2 s^(-1) 被引量:3
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作者 周子龙 李夕兵 +1 位作者 左宇军 洪亮 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2006年第3期290-294,共5页
The fragmentation test of granite subjected to strain rate of 10~010~2s~ -1 was carried out using split Hopkinson pressure bar(SHPB) whose diameter is 75 mm, where half-sine loading waveform was performed. The sieving... The fragmentation test of granite subjected to strain rate of 10~010~2s~ -1 was carried out using split Hopkinson pressure bar(SHPB) whose diameter is 75 mm, where half-sine loading waveform was performed. The sieving statistics results of the fragments show that the distribution of the fragments is a fractal, and the fractal dimension values fall into the range of 1.22.4. The correlation analysis between the fractal dimension and the logarithm of the energy density shows that they have approximately linear relation. Finally, based on damage theory and scale invariant principle, the fragmentation model with renormalization method was put forward, and the fractal dimension value predicted with the model was compared with the test results. It is found that the fractal dimension value obtained from the improved fragmentation model is more reasonable. 展开更多
关键词 SHPB test rock fragmentation fraetal DAMAGE RENORMALIZATION
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含初始损伤饱水花岗岩的冲击破坏规律
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作者 褚怀保 陈璐阳 +3 位作者 杨小林 王东辉 魏海霞 孙博 《爆炸与冲击》 EI CAS 北大核心 2025年第1期51-64,共14页
为研究饱水和初始损伤对冲击荷载下花岗岩宏观和微观破坏特征的影响,开展了X射线衍射、霍普金森和扫描电镜试验,利用分形维数对花岗岩的破碎块度和断口形貌进行了分析,探讨了图像放大倍数对分形维数的影响,分析了冲击荷载下饱水后花岗... 为研究饱水和初始损伤对冲击荷载下花岗岩宏观和微观破坏特征的影响,开展了X射线衍射、霍普金森和扫描电镜试验,利用分形维数对花岗岩的破碎块度和断口形貌进行了分析,探讨了图像放大倍数对分形维数的影响,分析了冲击荷载下饱水后花岗岩的微观致裂机制。结果表明:饱水后花岗岩中角闪石、钠长石、微斜长石和石英的占比减少,高岭石占比显著提高;随着初始损伤的增大,花岗岩的动态峰值应力逐渐减小,而破碎程度和块度分形维数逐渐增大,且初始损伤对块度分形维数的影响大于饱水的影响;随着初始损伤的增加,断口出现更多的微裂纹和碎屑,断口图像的分形维数也逐渐增加;放大倍数在400~3200范围内时,断口图像分形维数随着图像放大倍数的增大而增加,超过3200后,分形维数减小。 展开更多
关键词 岩石动力学 矿物成分 破碎块度 断口微观形貌 分形维数
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应力状态和槽深对预切槽辅助滚刀破岩影响的近场动力学研究 被引量:1
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作者 周建 沈君逸 +2 位作者 廖星川 刘福深 尚肖楠 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期189-200,共12页
首先,利用线弹性近场动力学本构模型(linear peridynamic solids,LPS)对预切槽辅助滚刀破岩问题进行了模拟,并将数值结果与试验数据进行了对比;其次,设置了σ_(x)=5 MPa、σ_(z)=20 MPa和σ_(x)=20 MPa、σ_(z)=5 MPa这2种应力状态,0、9... 首先,利用线弹性近场动力学本构模型(linear peridynamic solids,LPS)对预切槽辅助滚刀破岩问题进行了模拟,并将数值结果与试验数据进行了对比;其次,设置了σ_(x)=5 MPa、σ_(z)=20 MPa和σ_(x)=20 MPa、σ_(z)=5 MPa这2种应力状态,0、9、18和30 mm这4种预切槽深度,总计8种工况;最后,研究了应力状态和预切槽深度对岩石破坏形态和破岩效率影响。研究结果表明:滚刀峰值贯入力随槽深的变化规律和岩石破坏形态与试验结果相符,从而验证了模型的可行性;在不同的槽深下,岩石存在2种破坏形态;当槽深为3 mm时,2个滚刀之间形成岩石破碎区;当槽深大于3 mm时,2个滚刀之间形成完整的岩块;当大主应力沿z方向时,会产生中央贯通裂纹;而当大主应力沿x方向时,则不会生成中央贯通裂纹;随着槽深增大,岩石损伤集中在预切槽附近区域,破岩效率也随之增高;当槽深≥18 mm时,峰值贯入力和比能较小,且两者受应力状态影响也较小。为实现不同应力条件下破岩性能的优化平衡、延长滚刀的使用寿命并降低施工成本,建议预切槽深度不小于18 mm;当预切槽深度无法达到该要求时,可在水平方向为大主应力方向时适当增加预切槽深度。 展开更多
关键词 预切槽 三维滚刀破岩 近场动力学 应力状态 预切槽深度
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煤岩破碎效率驱动的柱状药包延期时间组合优化与验证
8
作者 王浩 李祥龙 +3 位作者 胡涛 李昊明 周宇 王小平 《煤炭工程》 北大核心 2025年第9期146-155,共10页
基于柱状药包爆破漏斗理论与相似准则,开展了煤台阶单孔变孔深、变孔距爆破漏斗系列试验设计,获取了试验条件下煤岩体的关键爆破参数,包括弹性变形能系数、临界深度比、最佳埋深比以及合理孔间距等。依据柱状药包平方根相似律进行推导,... 基于柱状药包爆破漏斗理论与相似准则,开展了煤台阶单孔变孔深、变孔距爆破漏斗系列试验设计,获取了试验条件下煤岩体的关键爆破参数,包括弹性变形能系数、临界深度比、最佳埋深比以及合理孔间距等。依据柱状药包平方根相似律进行推导,得出在孔径为200 mm的工况下,最佳排距为7.60 m,最佳孔间距为8.38~10.44 m。结合类似工程经验和现场实际情况,对孔间和排间距进行优化,最终确定孔间和排间分别为9 m和8 m。运用ANSYS/LS-DYNA构建二维数值模型,对42 ms×65 ms、42 ms×100 ms两种延期时序下煤岩损伤演化规律与应力波传播特性进行定量表征。在此基础上,揭示延期时间对破碎均匀性的控制机制,即:42 ms×100 ms的组合通过应力波叠加,能够显著扩展裂隙网络,使有效破碎区面积更大,进而提升煤岩破碎的均匀性。现场工业试验结果显示,在优化时序下爆堆形态呈缓坡状,爆堆高度适中,自由面可见贯穿的裂纹,松散程度合适,大块率降低。相较于42 ms×65 ms的延期时间组合,电铲作业效率提高约10%,该结果与数值模拟研究结果相吻合。该研究成果从能量匹配与波动干涉角度出发,完善了柱状药包爆破参数设计理论,为露天煤矿高效开采提供了兼具科学性与经济性的工程解决方案。 展开更多
关键词 煤岩破碎效率 柱状药包 爆破漏斗试验 煤岩损伤演化 数码电子雷管
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不同倾角充填节理对岩石爆破块度的影响
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作者 陶明 曹峥 +2 位作者 赵瑞 刘玉龙 李夕兵 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期138-153,共16页
为了理解节理与爆炸应力波之间的相互作用,并优化节理岩体的爆破参数,通过试验与数值模拟相结合的方式研究不同节理倾角对爆破块度的影响:采用一组含有不同角度节理的混凝土模型试样开展爆破试验,在试样竖直孔中装填雷管并爆破,使用高... 为了理解节理与爆炸应力波之间的相互作用,并优化节理岩体的爆破参数,通过试验与数值模拟相结合的方式研究不同节理倾角对爆破块度的影响:采用一组含有不同角度节理的混凝土模型试样开展爆破试验,在试样竖直孔中装填雷管并爆破,使用高速摄像机记录试样爆破破碎过程,观测起爆后不同时刻节理面的动态响应;利用图像处理方法进行爆破块度提取,分析节理倾角对爆破块度的影响;采用LS-DYNA有限元数值模拟获得应力波的传播过程以及应变场的演变过程。试验与数值计算结果表明:节理对爆破块度分布及应力波传播有显著影响,该影响主要源于爆炸应力波在节理处的反射,这与节理的变形特性有关;随着节理倾角增大,爆破块度先减小后增大,节理中的有效应力和峰值质点振动速度透射总体呈下降趋势,但在45°至60°之间回升,其中45°左右为爆破最有利条件。数值裂纹网络重建和图像处理结果表明,随着节理倾角的增加,试样中产生的垂直裂纹增加,水平裂纹有所减少。 展开更多
关键词 爆破模型试验 节理岩体 应力波 爆破块度分布
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冲击荷载作用下岩石动态拉伸破坏特征及细观机制
10
作者 李晓锋 李海波 +1 位作者 刘黎旺 傅帅旸 《岩土力学》 北大核心 2025年第8期2387-2398,共12页
了解岩石动态抗拉特性对于研究岩体工程在爆破和地震荷载作用下的动态响应具有重要意义。结合超高速相机和数字图形相关技术(digital image correlation,DIC)对花岗岩开展冲击劈裂试验。通过电测应变法和超高速相机判断了巴西圆盘试样... 了解岩石动态抗拉特性对于研究岩体工程在爆破和地震荷载作用下的动态响应具有重要意义。结合超高速相机和数字图形相关技术(digital image correlation,DIC)对花岗岩开展冲击劈裂试验。通过电测应变法和超高速相机判断了巴西圆盘试样的应力平衡和中心起裂条件。采用超高速DIC方法分析了微秒时间尺度上岩石变形场演化,并结合偏光镜试验讨论了晶体尺度上的材料率效应机制。结果表明:花岗岩的抗拉强度随应变速率的关系存在3个分区,II区满足统一动态强度模型,其特征应变率和动增长系数分别为48.3 s^(−1)和0.97,且平均破碎尺寸并不随应变率的增加而显著变化;残余动能占耗散能比值为23%~47%。在晶体尺度上,细观破裂主要以穿晶裂纹、弯折裂纹、裂纹簇聚成带和晶体粉碎化等形式出现。随着应变率增加,岩石的破坏过程发生从中心起裂到边界失效转变,当应变率超过一定值,应力平衡和中心起裂条件失效,动态抗拉强度随应变速率增加反而降低,导致试验条件的有效性存在偏差,试验结果需审慎评估。 展开更多
关键词 岩石力学 冲击荷载 率效应机制 统一强度模型 破碎演化
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冲击荷载下含铜矿岩能量耗散的数值模拟 被引量:1
11
作者 左庭 李祥龙 +5 位作者 王建国 胡启文 陶子豪 胡涛 章彬彬 宋家旺 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第5期74-87,共14页
为了研究冲击荷载作用下含铜矿岩的破碎块度与能量耗散关系,借助分离式霍普金森压杆试验装置,分析不同冲击荷载下含铜凝灰岩的力学特性及能量传递规律,结合分形理论构建耗散能与矿岩破碎块度之间的关系;同时,基于有限离散元方法(finite ... 为了研究冲击荷载作用下含铜矿岩的破碎块度与能量耗散关系,借助分离式霍普金森压杆试验装置,分析不同冲击荷载下含铜凝灰岩的力学特性及能量传递规律,结合分形理论构建耗散能与矿岩破碎块度之间的关系;同时,基于有限离散元方法(finite discrete element method,FDEM)模拟矿岩的裂纹扩展行为。结果表明:随着入射能的增加,透射能、耗散能、反射能三者的能量分布规律基本保持一致,即透射能、耗散能、反射能依次减小;根据耗散能的不同,碎石块度分布也呈现出明显的差异性。当耗散能由19.52 J增加至105.72 J时,矿岩的平均块度从27.98 mm降低至16.94 mm,分形维数提升了26.43%,表明耗散能越高,矿岩的宏观破碎程度越剧烈,破碎块度的数目越多,碎块粒径越小,均匀性越好;随着冲击荷载的增大,裂纹起裂时间缩短,拉伸裂纹数量占总裂纹数量的比重提高。FDEM数值计算方法的应用可为深入解析岩石断裂破坏特性提供新的思路。 展开更多
关键词 分离式霍普金森压杆 含铜矿岩 破碎块度 分形维数 能量耗散 有限离散元
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基于液氧储能的岩石破碎技术研究 被引量:3
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作者 雷振 王雁冰 +2 位作者 付代睿 黄晢航 张臣 《爆破》 北大核心 2025年第1期151-158,共8页
随着破岩技术的更新发展,传统炸药破岩方法的弊端日益凸显。液氧储能破岩方法作为新型的非炸药破岩方法,其爆破反应机理不明确,相关科学问题有待研究。为进一步确定液氧储能破岩爆破特点,解决工程现场经验法应用难题,开展了液氧储能爆... 随着破岩技术的更新发展,传统炸药破岩方法的弊端日益凸显。液氧储能破岩方法作为新型的非炸药破岩方法,其爆破反应机理不明确,相关科学问题有待研究。为进一步确定液氧储能破岩爆破特点,解决工程现场经验法应用难题,开展了液氧储能爆破现场振动测试,分析质点峰值振动速度变化规律及衰减特点;进行室内小尺寸药包爆破试验,明确小尺寸液氧药包爆破关键因素。相关试验结果表明:液氧储能破岩方法能有效破碎岩石,整个爆破过程中扬尘和噪音都控制在较低水平,单炮条件下3 m、6 m和10 m处测点的质点峰值振动速度分别为3.04 cm/s、1.24 cm/s和0.62 cm/s。而小尺寸药包试验则表明要想液氧药包能成功起爆,取得良好破碎效果,则必须作用以合适的充气时间、压力,避免出现爆燃等现象。充气时间和充气压力越大,药包内部吸收剂吸附液氧越多,液氧含量更容易达到饱和,药包更容易成功起爆。总的来说:液氧储能破岩方法与传统炸药方法相比具有振动小、绿色环保无污染等特点,具备在工程爆破领域进一步推广使用的明显优势。 展开更多
关键词 液氧储能 岩石破碎 爆破振动 气体破岩
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考虑块体尺寸效应的高位崩滑体运动过程数值反演:以贵州纳雍普洒崩塌为例 被引量:1
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作者 王福林 赵珍贤 +4 位作者 江兴元 杨义 田俊伟 吴迪 毕晖 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第9期209-221,共13页
【目的】反向缓倾层状节理化碎裂岩体结构斜坡失稳形成的崩滑灾害是常见的山地灾害类型之一,探究其失稳破坏过程及运动特征对灾害防治具有现实意义。以贵州8.28普洒崩塌作为研究对象,分析了普洒崩滑的岩体结构特征及变形历史。【方法】... 【目的】反向缓倾层状节理化碎裂岩体结构斜坡失稳形成的崩滑灾害是常见的山地灾害类型之一,探究其失稳破坏过程及运动特征对灾害防治具有现实意义。以贵州8.28普洒崩塌作为研究对象,分析了普洒崩滑的岩体结构特征及变形历史。【方法】利用地形测绘数据,构建了三维实景地质模型,并通过颗粒图像识别与分析系统(PCAS)统计崩滑堆积体块体粒径大小,设置0.5 m、2.0 m、3.5 m和5 m四种不同的块体粒径,对普洒崩塌的落石运动过程进行了反演。【结果】研究表明:(1)普洒崩滑堆积体块体粒径大小大多集中在1~2 m之间;(2)不同粒径条件下,破碎块体的最大速度、最大能量、最远距离及最高高度分别达到74.55 m/s、2.3×104 kJ、667 m及107 m,且粒径大小对落石运动特征具有不同程度的影响;(3)在堆积区凸起台阶处,第三分带的速度发生骤变,速度很快从30 m/s附近降至20 m/s左右。【结论】块体粒径影响落石运动;落石在运移过程中的运动模式为“自由落体—碰撞/滚动/冲击弹跳—碰撞/滚动/滑动摩擦”;微地貌影响落石运动。研究思路和方法可为其他崩滑灾害的危险性评价和危险区域划分提供参考。 展开更多
关键词 碎裂岩体结构 崩滑 块体粒径 运动特征 微地貌
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考虑岩石破碎的嵌岩桩承载机理
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作者 王开源 景旭 +3 位作者 沈宇鹏 赵小林 徐金翠 李志强 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第15期6463-6476,共14页
为了研究岩石破碎对嵌岩桩承载力的影响,应用统计理论建立了考虑岩石破碎的混凝土-岩石剪切模型。将该模型的计算结果与实验结果对比,验证了该模型的准确性。利用考虑岩石破碎的混凝土-岩石剪切模型和嵌岩桩荷载传递机理,建立了考虑岩... 为了研究岩石破碎对嵌岩桩承载力的影响,应用统计理论建立了考虑岩石破碎的混凝土-岩石剪切模型。将该模型的计算结果与实验结果对比,验证了该模型的准确性。利用考虑岩石破碎的混凝土-岩石剪切模型和嵌岩桩荷载传递机理,建立了考虑岩石破碎的嵌岩桩荷载传递方程并采用Runge-Kutta法求解。将该方程的计算结果与现场静载实验结果接近对比,验证了该方程的准确性。研究结果表明通过统计理论建立岩石破碎的力学模型是可行的。考虑岩石破碎的嵌岩桩荷载传递方程与现场静载实验结果吻合,可以描述桩-岩相对位移-桩侧摩阻力曲线的屈服变形阶段和应变软化阶段。进行参数敏感性研究,深入分析了岩石破碎对混凝土-岩石剪切机制和嵌岩桩承载机制的影响。 展开更多
关键词 山区高速公路 嵌岩桩 混凝土-岩石剪切 荷载传递方程 岩石破碎 统计理论
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增压式脉冲水射流破碎硬岩机制及性能表征
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作者 凌远非 王晓强 +1 位作者 汤积仁 张洋凯 《振动与冲击》 北大核心 2025年第10期10-18,共9页
增压式脉冲水射流作为一种新型的脉冲水射流,具有增压幅度大、射流参数可控和能量利用率高等优势,在硬岩破碎领域具有广阔的应用前景。为进一步提升射流破岩性能,利用自行研制增压式脉冲水射流发生系统开展破碎花岗岩试验,基于三维形貌... 增压式脉冲水射流作为一种新型的脉冲水射流,具有增压幅度大、射流参数可控和能量利用率高等优势,在硬岩破碎领域具有广阔的应用前景。为进一步提升射流破岩性能,利用自行研制增压式脉冲水射流发生系统开展破碎花岗岩试验,基于三维形貌扫描技术,提出射流破岩宏观性能精确表征方法,探究不同工艺参数对射流破岩性能的影响规律,揭示射流作用下岩体内部细观破裂机制和损伤分布特征。结果表明:当射流压力为60 MPa时,破岩性能参数存在明显的阶跃式增长;当靶距大于100 mm时,破岩性能参数急剧下降,当喷嘴直径为0.5 mm时,破岩性能参数达到最大。花岗岩在射流冲击作用下形成以“初生裂纹、径向裂纹、衍生裂纹”组成的裂纹网络,破碎坑呈勺状,入口面积大,深度较浅,破碎形式为由内部裂隙扩展所引起的片状剥落;同时,射流对岩体的损伤破坏存在着局部效应,随着深度的增大,总体损伤区域分布范围基本不变,密集损伤区和损伤程度迅速减小。研究结果为推动增压式脉冲水射流破碎硬岩工程应用提供理论支撑。 展开更多
关键词 硬岩 增压式脉冲水射流 性能表征 破碎机制
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土壤石砾含量增加促进干旱河谷乡土灌木种子萌发
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作者 杨若琪 马少伟 +3 位作者 张秀龙 包维楷 李芳兰 黄龙 《生态学报》 北大核心 2025年第13期6406-6413,共8页
种子萌发出苗是植物生命周期中关键而脆弱的阶段之一,对环境因子变化十分敏感。土壤结构变化如何影响乡土植物种子的萌发特性尚不清楚,缺乏田间的定量观测数据。以干旱河谷两个代表性乡土豆科旱生灌木胡枝子(Lespedeza bicolor)和鞍叶... 种子萌发出苗是植物生命周期中关键而脆弱的阶段之一,对环境因子变化十分敏感。土壤结构变化如何影响乡土植物种子的萌发特性尚不清楚,缺乏田间的定量观测数据。以干旱河谷两个代表性乡土豆科旱生灌木胡枝子(Lespedeza bicolor)和鞍叶羊蹄甲(Bauhinia brachycarpa)种子为试验材料,测定其在4个石砾含量处理(0%, 25%, 50%和75%,v/v)下的萌发过程、出苗率和出苗势,明确其对土壤石砾含量变化的响应特征,探究种子萌发特性与环境因子的相关关系。结果表明,土壤石砾含量变化影响了两种乡土灌木种子的萌发,具体表现为出苗率和出苗势随石砾含量增加而升高。在石砾含量梯度上,鞍叶羊蹄甲种子出苗率与表层土壤平均温度及积温显著正相关,而胡枝子种子萌发与二者无明显相关性。土壤水分含量与两种灌木种子发芽能力之间呈显著负相关关系。总体上,干旱河谷气候条件下,中、高石砾含量(50%和75%)导致表层土壤温度升高和含水率降低,从而促进乡土灌木种子萌发,并且鞍叶羊蹄甲种子萌发对石砾含量变化反应较为敏感。研究结果加深了对干旱背景下石质土壤中种子萌发与土壤环境因子之间的关系理论认识,为多石山区生态恢复和耕作实践提供理论支持。 展开更多
关键词 石砾含量 旱生植物 种子萌发 干旱河谷 土壤温度 土壤含水量
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岩石Mott环自由膨胀动态破碎特征研究
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作者 何立恒 李海波 +1 位作者 李潜 李晓锋 《力学学报》 北大核心 2025年第2期502-515,共14页
为研究脆性材料冲击破碎问题,基于自主开发的连续非连续软件对岩石Mott环在自由膨胀过程中的动态破碎特征展开研究.讨论网格尺寸对模拟结果的影响,通过网格细化分和收敛性分析,验证模拟结果的准确性和可靠性.提出一种新的基于初始动能... 为研究脆性材料冲击破碎问题,基于自主开发的连续非连续软件对岩石Mott环在自由膨胀过程中的动态破碎特征展开研究.讨论网格尺寸对模拟结果的影响,通过网格细化分和收敛性分析,验证模拟结果的准确性和可靠性.提出一种新的基于初始动能、残余动能和断裂能严格平衡的Mott环动态破碎理论模型,讨论动能比对归一化碎片尺寸的影响关系.开展不同断裂能、抗拉强度和弹性模量下的岩石Mott环模拟,研究材料参数变化对碎片尺寸、应变率及归一化效应的影响.结果表明:新的基于能量平衡的破碎模型可以更好地预测碎片的平均尺寸,克服传统Grady模型和Glenn-Chudnovsky模型的不足;碎片的累积分布曲线可近似地采用Rayleigh分布曲线表征;随着断裂能的增加,在保持应变速率恒定的条件下,岩石Mott环的破碎程度降低.在恒定初始膨胀速度下,岩石Mott环受断裂前累积应力水平、应变能积累及断裂过程中应力集中等因素影响,平均碎片尺寸并未随抗拉强度的增加呈现单调变化趋势.弹性模量对岩石Mott环的应变速率效应存在一个明显阈值,当应变率超过该阈值,岩石材料从弹性变形阶段到最终断裂所需时间越小,导致弹性模量对碎片平均尺寸的影响几乎可以忽略. 展开更多
关键词 岩石Mott环自由膨胀 碎片尺寸 应变率 连续非连续 归一化分析
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煤矿井下特种钻进工艺技术研究进展与思考 被引量:2
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作者 刘建林 刘飞 +6 位作者 李泉新 方俊 刘桂芹 王四一 褚志伟 赵建国 杨伟锋 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期239-254,共16页
特种钻进工艺技术是煤矿井下钻进工艺技术体系的重要组成部分,核心是采用特殊钻探技术方法和机具针对特殊的工况条件来实现特定的钻探目标,对于实现煤矿重大地质灾害防治和地质透明化具有重要现实意义。梳理了特种钻进工艺技术的典型应... 特种钻进工艺技术是煤矿井下钻进工艺技术体系的重要组成部分,核心是采用特殊钻探技术方法和机具针对特殊的工况条件来实现特定的钻探目标,对于实现煤矿重大地质灾害防治和地质透明化具有重要现实意义。梳理了特种钻进工艺技术的典型应用场景:碎软煤层瓦斯超前区域精准治理、顶板采动卸压瓦斯“以孔代巷”抽采、矿井探放水及隔水层注浆加固,深入分析了应用过程中存在的关键技术难点。围绕钻进设备改进、钻进方法创新和钻进参数优化,全面阐述了特种钻进工艺技术的发展现状、关键技术进展和应用效果,明确了适应于碎软煤层、坚硬岩层、破碎–水敏性地层的特种钻进工艺技术特征,剖析了目前面临的主要技术问题与挑战。针对煤矿井下特种钻进工艺技术呈现出需求多样化、装备智能化、区域特色化的发展特征,提出了下一步攻关方向:(1)进一步完善碎软煤层气动定向钻进技术,加快提升地层适应性和工艺匹配性;(2)持续攻关坚硬岩层高效钻进提速技术及配套工具,加快提升冲击钻具破岩效率和使用寿命;(3)攻克煤矿井下近水平条件下精细控压钻进理论桎梏和技术瓶颈,加快提升破碎–水敏性等复杂顶底板岩层钻进成孔能力;(4)加快提升煤矿井下智能化钻探技术与装备的可靠性和稳定性,推动实现特种钻进由“装备智能”向“工程智能”的转变;(5)研究构建区域级、矿区级、矿井级特种钻进工艺技术体系,推动其在煤矿行业的广泛应用和深入发展。研究可为煤矿井下钻进工艺技术革新和效率提升提供重要参考。 展开更多
关键词 特种钻进 碎软煤层 坚硬岩层 破碎–水敏性地层 灾害治理 问题与挑战
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平坦原抽水蓄能电站工程爆破超大块控制技术
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作者 谭展志 张光辉 +2 位作者 陈明 张家托 程远龙 《爆破》 北大核心 2025年第2期67-72,157,共7页
爆破施工中大块率过高会导致爆破、破碎和运输的综合成本急剧增加,对爆破大块进行控制意义重大。平坦原抽水蓄能电站完整硬质岩爆破时爆破区域出现了“盖板”现象,爆破区域表层大块尺寸达到6 m×5 m×2.5 m。通过理论分析爆破... 爆破施工中大块率过高会导致爆破、破碎和运输的综合成本急剧增加,对爆破大块进行控制意义重大。平坦原抽水蓄能电站完整硬质岩爆破时爆破区域出现了“盖板”现象,爆破区域表层大块尺寸达到6 m×5 m×2.5 m。通过理论分析爆破大块形成机制,表明炮孔堵塞质量是爆破超大块形成的关键原因。原爆破方案中炮孔堵塞长度过长导致了装药重心太低,爆破孔上部爆破能量分布过少,从而形成“盖板”现象。提出了基于堵塞质量优化的超大块控制措施:采用“分时分段”解算模型和允许堵塞结构部分冲出炮孔的“运移式”堵塞长度设计原则,将炮孔堵塞长度从3~4 m优化至2.1~2.4 m;采用去除杂质的岩屑作为堵塞材料。将优化的方案应用到后续爆破施工过程中后未再出现“盖板”现象、大幅度降低了爆破大块率和节约了破碎成本。研究成果可为爆破施工中爆破块度控制提供参考依据。 展开更多
关键词 完整硬质岩 爆破 超大块 堵塞长度
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露天台阶爆破智能设计系统研发及应用 被引量:2
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作者 杨军 李立杰 刘红岩 《金属矿山》 北大核心 2025年第1期160-167,共8页
爆破作为采矿的主要环节在数字化矿山建设中具有举足轻重的作用,提高爆破设计的科学性和合理性,需要突破传统爆破设计过多依靠个人经验和爆破理论发展不足等瓶颈。为此,以VC++作为开发平台,采用Open GL作为3D图形引擎,由底层自主开发了... 爆破作为采矿的主要环节在数字化矿山建设中具有举足轻重的作用,提高爆破设计的科学性和合理性,需要突破传统爆破设计过多依靠个人经验和爆破理论发展不足等瓶颈。为此,以VC++作为开发平台,采用Open GL作为3D图形引擎,由底层自主开发了相应的露天台阶爆破智能设计系统。该系统基于高精度延时逐孔起爆条件下单孔拟柱体(炮孔分担区域)破碎理论模型,结合人工智能和台阶爆破设计原理,实现三维布孔自动化、起爆网络连接自动化、爆破参数选取智能化和设计图表规范化等目标。系统具有的逐孔计算校核炮孔药量和爆破震动、飞石及爆堆破碎效果预测等功能,成功解决了爆破方案精确设计中的核心问题。最后将该系统应用于非洲纳米比亚湖山铀矿复杂矿体矿岩分离爆破生产实践,通过矿岩分离爆破技术成功地将矿石贫化率由最初的17%大幅降至13%,直接生产成本降低了4.60%,同时显著提高了矿山爆破作业的智能化水平,节约了企业总生产成本,取得了显著的经济和社会效益。 展开更多
关键词 露天台阶爆破 智能设计系统 单孔拟柱体破碎模型 爆破效果预测 矿岩分离
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