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双向地震作用下跨断层破碎带隧道地震响应动力学试验研究 被引量:1
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作者 陶志刚 赵易 +3 位作者 丰于翔 张晓宇 何满潮 毛玉铤 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期637-650,共14页
通过开展大型振动台试验,研究NPR锚索支护及跨断层破碎带隧道在水平和竖向地震作用下的围岩、隧道结构、锚索的动力响应及破坏规律。研究结果表明:破碎带对地震波具有明显的放大效应,且围岩条件越差,地震响应越明显;在双向地震作用下,... 通过开展大型振动台试验,研究NPR锚索支护及跨断层破碎带隧道在水平和竖向地震作用下的围岩、隧道结构、锚索的动力响应及破坏规律。研究结果表明:破碎带对地震波具有明显的放大效应,且围岩条件越差,地震响应越明显;在双向地震作用下,模型围岩的加速度响应随埋深的增大而减小,在地基深处,Z向地震波响应显著,浅层X向地震波响应显著;在双向地震反复拉压作用下,隧道拱顶处主要受Z向地震作用影响、拱腰处主要受X向地震作用影响、拱肩处主要受XZ双向地震作用影响,因此,隧道结构在地震作用下表现出“拱肩—拱腰—拱顶”的破坏发展机制;地震作用后,隧道拱肩处产生大变形破坏,但并未发生坍塌,说明NPR锚索具有较大变形量及较强的对灾变围岩的保持能力。 展开更多
关键词 地震响应 振动台试验 NPR锚索 双向地震
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基于系统动力学的装配式建筑项目进度分析与系统实现
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作者 李昊翔 侯公羽 +3 位作者 陈钦煌 王丹丹 邵耀华 陶志刚 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第6期1265-1276,1292,共13页
为了便于装配式建筑项目的进度分析与管理,提出基于系统动力学的进度分析方法.根据装配式建造的特点,改进装配式建筑项目的双代号网络计划,并引入基于结构矩阵求解双代号网络计划的改进算法(SM-A1).通过确定系统变量、构建因果关系回路... 为了便于装配式建筑项目的进度分析与管理,提出基于系统动力学的进度分析方法.根据装配式建造的特点,改进装配式建筑项目的双代号网络计划,并引入基于结构矩阵求解双代号网络计划的改进算法(SM-A1).通过确定系统变量、构建因果关系回路图和混合图、确定变量间的数学关系等过程,建立适用于装配式建筑项目的单项作业进度模拟系统动力学模型(S-SD),并验证S-SD的有效性与可靠性.将SM-A1与S-SD相结合,构建装配式建筑项目进度分析系统(PCPSAS)框架,设计系统的数据格式、核心模块及界面,生成可执行程序,并通过实例验证PCPSAS的有效性.结果表明,PCPSAS可快速准确地计算装配式建筑项目的双代号网络计划的时间参数和识别关键工作,且能有效地分析不同纠偏策略对项目进度和成本的影响. 展开更多
关键词 装配式建筑项目 结构矩阵 双代号网络 系统动力学 纠偏策略
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深部原位多场环境重构概念下岩石力学行为研究进展
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作者 陆明远 周宏伟 +3 位作者 王军 毛婷婷 彭瑞东 薛东杰 《煤炭学报》 北大核心 2025年第9期4135-4150,共16页
随着我国地下资源开发需求持续增长,深地力学问题已成为制约矿业、油气、地热等能源工程向地壳更深部拓展的关键因素之一。深部岩石长期赋存于高应力、高孔压、高地温等多场耦合环境中,其物理力学响应受控于原位环境状态。然而,常规岩... 随着我国地下资源开发需求持续增长,深地力学问题已成为制约矿业、油气、地热等能源工程向地壳更深部拓展的关键因素之一。深部岩石长期赋存于高应力、高孔压、高地温等多场耦合环境中,其物理力学响应受控于原位环境状态。然而,常规岩石力学试验理念与深部岩石的原位环境状态缺乏对应关系,导致其难以揭示深部岩石在原位地层中的本真力学行为。鉴于上述认知空白,系统阐明了深部原位多场环境概念,归纳了基于松辽盆地1000~6400 m岩心开展的原位应力、孔压与温度环境重构试验研究,结合数值模拟方法预判了深部岩石在原位应力与孔压重构环境下的应力−应变行为。同时,辅以山东赵楼煤矿800 m煤样的核磁共振试验,验证了深部岩石在变温条件下的多孔介质热力学响应机制。结果表明:原位应力重构试验下,施加与地层等效的时间依赖应力边界可有效抑制原位应力释放对深部岩心的影响,通过促进裂隙闭合与颗粒间接触,提高岩心的结构致密度与承载能力,使其弹性模量与峰值偏应力较常规三轴试验提升约10%,并揭示了原位应力与成岩组分对不同深度岩石力学行为的协同控制作用;原位孔压重构试验下,深部岩心的力学强度在引入原位非均匀孔隙压力后普遍呈下降趋势,且该趋势随深度(围压)的增加而逐渐减弱,表明原位孔压对岩石强度存在削弱效应,但其影响程度受围压条件的约束限制;原位温度重构试验下,煤样与砂岩在室温−原位温度−超原位温度区间中,孔隙率、弹性模量与泊松比均呈现非单调变化规律,验证了深部岩石在室温至原位温度区间内的多孔介质热弹性恢复机制,仅在超原位温度条件下存在明显的热损伤与热塑性行为。结果表明:原位环境重构方法可通过在试验尺度上模拟原位边界条件,有效降低因试验边界失配导致的力学响应偏差。在此基础上,构建了面向深部固体资源开采的“重构−变载−响应”3阶段试验方法,将原位环境重构作为试验基准,将环境变载视为开采扰动过程的中间变量,在变载诱发的时空耦合路径中解析深部岩石从原位稳定状态到扰动失稳破坏的全过程响应机制。以此为深地资源开发中的岩石力学参数同步测试、稳定性评价与灾变机理识别提供可拓展的试验途径。 展开更多
关键词 深部原位岩石力学 深部原位多场环境 原位环境重构 岩石力学试验 多场耦合 深地科学
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基于深度学习的岩巷爆破参数智能设计系统开发与工程实践
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作者 金庆雨 岳中文 +3 位作者 薛克军 唐韬涛 陈亮 马洪素 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期447-458,共12页
传统岩巷爆破参数设计方法主要依赖专家经验和人工绘制,由于缺乏高效的工具和系统,设计效率低,成本高,且对复杂地质条件适应性差,难以满足现代施工要求。以中国北山地下实验室地下280m水平巷道的三心拱工作面开挖为背景,开发了一种基于... 传统岩巷爆破参数设计方法主要依赖专家经验和人工绘制,由于缺乏高效的工具和系统,设计效率低,成本高,且对复杂地质条件适应性差,难以满足现代施工要求。以中国北山地下实验室地下280m水平巷道的三心拱工作面开挖为背景,开发了一种基于深度学习的岩巷爆破参数智能设计系统。系统通过输入基本爆破需求参数,包括断面宽度、高度、岩性参数、循环进度等,利用深度学习模型优化爆破参数,智能生成符合施工规范的炮孔布置图,实现爆破设计的高效与精准。系统的核心模块采用随机森林与强化学习相结合的方法,通过堆叠集成学习方法提升模型的预测精度和泛化能力,输出包括炮孔数量、间距、装药量等在内的优化参数。该系统基于Python语言与Django框架开发,集成了绘图工具,能够智能化设计爆破参数并实现炮孔布置图的自动绘制与可视化。系统设计注重模块化与扩展性,涵盖数据处理、深度学习模型训练、参数优化、图形生成以及爆破日志记录等功能,各模块通过API接口实现高效数据交互和功能耦合。结果表明:系统在提高爆破设计效率方面表现突出,设计效率提升了30%以上,炮孔利用率提升了10%以上,超挖控制在≤10cm。该系统显著降低了对人工经验的依赖,提升了爆破设计的准确性和可靠性,为智能爆破领域提供了有效的技术支持。 展开更多
关键词 爆破参数设计 钻爆法 智能优化 Django框架 软件开发
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基于拉格朗日反分析法的砂岩动态力学特性
5
作者 张子健 陈骏 +3 位作者 朱锐 余浩然 李冉鑫 张渊通 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第3期24-36,共13页
为深入研究深部地层中砂岩在冲击荷载作用下的动态力学特性,建立了一种改进的霍普金森压杆实验系统,对灰砂岩长杆试件开展了不同加载速率的动态压缩实验,并结合高速数字图像相关技术(DIC)监测试件表面位移场和应变场的演化过程,探讨了... 为深入研究深部地层中砂岩在冲击荷载作用下的动态力学特性,建立了一种改进的霍普金森压杆实验系统,对灰砂岩长杆试件开展了不同加载速率的动态压缩实验,并结合高速数字图像相关技术(DIC)监测试件表面位移场和应变场的演化过程,探讨了灰砂岩在近场冲击加载下的拉伸破坏的规律。从DIC分析得到的位移场中提取出不同质点位移时程曲线,进行了拉格朗日反分析算法计算,获得了灰砂岩材料的全场应力-应变规律。结果表明:灰砂岩长杆试件以拉伸破坏为主,且出现了近加载端破碎、远离加载端层裂的现象;灰砂岩长杆试件的动态抗压强度因子随应变率增大而增大,有明显的应变率效应;随着加载速率升高,各测点应力峰值与应变峰值均呈增大趋势;在同一加载速率下,灰砂岩长杆的应力-应变曲线呈现出近端测点曲线包络远端测点曲线的现象。 展开更多
关键词 动态力学特性 数字图像相关法 拉格朗日反分析 砂岩 动态强度增强因子
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碳化硅晶须对超高性能混凝土力学性能的影响
6
作者 牛旭婧 郭晨怡 +3 位作者 吴家奕 张佳豪 朋改非 丁宏 《材料导报》 北大核心 2025年第15期116-123,共8页
研究了碳化硅晶须(Silicon carbide whiskers, SiCw)对超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)力学性能的影响,并通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜和压汞法对掺加碳化硅晶须后UHPC的微观结构进行了测定。结果表明:碳... 研究了碳化硅晶须(Silicon carbide whiskers, SiCw)对超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)力学性能的影响,并通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜和压汞法对掺加碳化硅晶须后UHPC的微观结构进行了测定。结果表明:碳化硅晶须不利于基体早期(8 h内)力学性能的提高,但对其后期力学性能具有显著提升作用。这主要是由于:晶须外表面的SiO_(2)保护膜早龄期时吸附溶液中的Ca^(2+),在一定程度上延缓了水泥水化的进行;而随着龄期的延长,晶须的成核效应、填充效应和桥接阻裂作用有效发挥,同时,晶须外表面的SiO_(2)保护膜还会与水泥水化生成的氢氧化钙晶体发生反应,促使更多额外C-(A)-S-H凝胶的生成。此外,较大的长径比使得SiCw与UHPC基体的接触面积增加,二者间界面粘结力更强,导致晶须拔出过程中消耗能量更多,因此更有利于UHPC力学性能的提高。但过高掺量的晶须难以均匀分散,容易团聚于UHPC基体中并形成缺陷,进而对混凝土的力学性能产生不利影响,试验以掺量0.15%时效果最佳。 展开更多
关键词 超高性能混凝土 碳化硅晶须 长径比 力学性能 微观结构
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深部采矿岩石力学进展 被引量:67
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作者 何满潮 武毅艺 +1 位作者 高玉兵 陶志刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期75-99,共25页
随着煤炭开采日益向深部发展,深部采矿引发的围岩大变形破坏和强冲击动力灾害日益严峻。在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下,深部采场的应力场特征、煤岩体破碎性质、岩层移动及能量的积... 随着煤炭开采日益向深部发展,深部采矿引发的围岩大变形破坏和强冲击动力灾害日益严峻。在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下,深部采场的应力场特征、煤岩体破碎性质、岩层移动及能量的积聚释放规律等均发生了显著变化。针对深部采矿中的岩石力学问题,论述了笔者及团队在深部采煤方法、深部巷道破坏机理与围岩控制、深井热害与地热利用三大方向取得的进展,主要包括:(1)提出了平衡开采理论和实现平衡开采的110/N00工法,进行了千米深井现场工程应用;(2)构建了深部“非均压建井”模式,研发了实现深井稳定提升的SAP系统,形成了可大幅简化井巷工程量和提高矿井采出率的建井方法;(3)研发了多套适用于研究深部岩体在水、高温、高压、结构效应及多场耦合作用下发生宏观破坏的实验系统和可进行微观层面演算的超算系统,揭示了深部软岩大变形破坏机理及多尺度力学特性;(4)研制了深部岩体冲击型和应变型岩爆实验系统,阐述了深部岩体冲击能量沿开挖临空面瞬间释放的非线性动力学行为;(5)提出了深部巷道开挖补偿支护理论,进一步发展了具有高恒阻、高延伸率、强吸能和耐冲击超常力学特性的NPR支护材料和技术;(6)研发了模拟深部高温、高湿和高压环境下的岩体热力学实验系统,提出了热害治理和热能资源化利用方法,建立了深部热害治理与热能综合利用系统(HEMS)。相关研究成果已在深部开采领域得以应用,可为深部采矿面临的复杂岩石力学问题提供借鉴。 展开更多
关键词 深部开采 岩石力学 110/N00工法 巷道变形 围岩控制 矿井热害
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DT-CWT-LMS自适应降噪模型构建及其在隧道监测工程中的应用 被引量:2
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作者 李子祥 蔡海兵 +1 位作者 程桦 侯公羽 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第5期973-983,共11页
针对隧道工程监测现场应用布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统存在的问题,提出基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,基于双树复小波变换算法分解原始信号;然后,使用... 针对隧道工程监测现场应用布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统存在的问题,提出基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,基于双树复小波变换算法分解原始信号;然后,使用样本熵作为目标函数自动选择最优小波分解层数的模型,并基于优化双曲余弦函数改进LMS算法的收敛速度和收敛性;最后,为验证所提出算法的有效性,进行BOTDR温度信号降噪试验。试验结果表明:1)DT-CWT-LMS算法的降噪效果明显优于传统的小波阈值降噪方法,在6个温度梯度上的平均SNR值比WDD、EMT、EMD分别高出43.98%、17.5%、8.4%,平均RMSE值分别降低33.18%、17.14%、9.23%,平均SE值分别降低29.04%、21.17%、20.67%。为验证所提算法在工程现场的有效性,依托北京地铁隧道监测项目,使用DT-CWT-LMS算法对光纤监测信号进行降噪研究,降噪后信号的样本熵平均降低幅为64.03%;2)和常规WDD、EMT、EMD 3种方法相比,DT-CWT-LMS算法在3条光纤上的表现均优于其他3种算法,在1号、2号、3号光纤上的SNR指标比其他3种算法的平均值分别高出22%、38%、27%,说明该算法可作为隧道工程光纤监测信号的一种有效降噪方法。 展开更多
关键词 隧道监测 信号降噪 分布式光纤技术 小波分析
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基于神经网络的爆堆数值模拟力学参数确定研究 被引量:1
9
作者 赵鑫 刘殿书 +4 位作者 梁书峰 田帅康 于美鲁 莫麟 金长宇 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1116-1127,共12页
爆堆形态是爆破效果评价的重要指标,也是露天矿精准采矿的重要影响因素.为确定爆堆数值模型材料参数,首先,通过信标试验得到了典型岩块的位移与速度,并与先前建立的离散元数值模型进行对比.其次,在岩体节理敏感性分析的基础上,建立岩体... 爆堆形态是爆破效果评价的重要指标,也是露天矿精准采矿的重要影响因素.为确定爆堆数值模型材料参数,首先,通过信标试验得到了典型岩块的位移与速度,并与先前建立的离散元数值模型进行对比.其次,在岩体节理敏感性分析的基础上,建立岩体形态参数、质点轨迹与节理参数的神经网络训练集.最后,基于训练好的神经网络,通过爆堆数据来反演岩体材料参数以能正确建立台阶爆破的离散元模型.研究表明:内摩擦角对爆堆整体形态影响最大也最为敏感,其次是体积模量和剪切模量,黏聚力和抗拉强度影响最小.台阶岩石运动速度大小与最小抵抗线有关,最小抵抗线越小其运动速度越快.基于联合神经网络建立了台阶岩体节理力学参数的反演流程,通过与实测值对比可知,大部分测点的计算误差均在10%之内,能够满足工程需要. 展开更多
关键词 爆堆形态 台阶爆破 神经网络 数值模拟
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1G NPR锚索加锚砂岩单轴力学特性试验研究 被引量:1
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作者 王炯 姜健 +3 位作者 王思语 刘鹏 冯增超 漆容之 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期285-295,共11页
为进一步研究1 G NPR锚索加锚岩体的稳定性,以砂岩为研究对象,设计制作了试验1 G NPR锚索,分别对有侧限、无侧限约束条件下的无锚、普通锚索加锚、1 G NPR锚索加锚的岩石试件进行单轴试验及声发射试验研究。结果表明:在有侧限、无侧限2... 为进一步研究1 G NPR锚索加锚岩体的稳定性,以砂岩为研究对象,设计制作了试验1 G NPR锚索,分别对有侧限、无侧限约束条件下的无锚、普通锚索加锚、1 G NPR锚索加锚的岩石试件进行单轴试验及声发射试验研究。结果表明:在有侧限、无侧限2种约束条件下,1 G NPR锚索加锚岩体单轴抗压强度相较于无锚提高至少20%、相较于普通锚索加锚提高9%以上;破坏特征方面,无锚试件是以张拉破坏为主的拉剪破坏且破坏后的碎散程度高。1 G NPR锚索加锚岩体主要以剪切破坏为主,1 G NPR锚索支护范围内的岩石形态较为完整,整体的碎散程度较低;从声发射角度来看,1 G NPR锚索的累积振铃计数仅为无锚的1/3。相较于无锚岩石试件的前期平缓增加,而在破坏瞬间产生大量的声发射振铃计数,1 G NPR锚索加锚岩石试件的前期呈现阶段增加趋势,在破坏瞬间声发射振铃计数并不会发生爆发式的突增现象。1 G NPR锚索提高了砂岩试件的峰值强度,同时,在峰后阶段,1 GNPR锚索通过多次结构滑移,释放了锚固岩体积累的能量,延缓了裂缝的开展与贯通,破坏后的试件碎散程度更低。 展开更多
关键词 1 G NPR锚索 加锚砂岩 抗压强度 声发射 单轴实验
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高延性天然水硬性石灰基材料的力学性能
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作者 王振波 孟凡超 +2 位作者 刘泽 王栋民 齐国栋 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1143-1151,共9页
以天然水硬性石灰和偏高岭土为复合胶凝材料,掺加聚乙烯醇(PVA)纤维、聚乙烯(PE)纤维或玄武岩(BF)纤维,制备了高延性天然水硬性石灰基材料,并研究了其抗压、轴拉力学性能、裂缝控制能力和纤维增强增韧机理.结果表明:PVA、PE纤维与石英... 以天然水硬性石灰和偏高岭土为复合胶凝材料,掺加聚乙烯醇(PVA)纤维、聚乙烯(PE)纤维或玄武岩(BF)纤维,制备了高延性天然水硬性石灰基材料,并研究了其抗压、轴拉力学性能、裂缝控制能力和纤维增强增韧机理.结果表明:PVA、PE纤维与石英砂或石灰石砂组合均可使水硬性石灰表现出优异的应变硬化和饱和多缝开裂特征,显著提高材料的拉伸强度和极限拉伸应变;PE纤维和石灰石砂组合使材料极限拉伸应变提高至5.604%,PVA纤维和石英砂及石灰石砂组合使材料极限拉伸应变提高至4.000%以上;PVA、PE纤维均可将裂缝宽度控制在100μm以下,材料在获取超高变形能力的同时具备良好的裂缝控制能力. 展开更多
关键词 天然水硬性石灰 纤维 抗压强度 拉伸性能 裂缝控制
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不同沿空留巷开采工艺比选研究及工程应用 被引量:5
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作者 奚守仲 刘宇轩 +3 位作者 金宏宇 崔建博 赵俊鹏 唐家瑞 《煤炭工程》 北大核心 2024年第5期8-17,共10页
沿空留巷工艺决定着煤矿的回采效率及经济收益,以沙曲煤矿4303工作面为工程背景,对充填沿空留巷、切顶沿空留巷和充填体外切顶沿空留巷三种留巷工艺进行比选研究。首先,采用位移变分法对比分析了三种不同沿空留巷方式的顶板下沉量。其次... 沿空留巷工艺决定着煤矿的回采效率及经济收益,以沙曲煤矿4303工作面为工程背景,对充填沿空留巷、切顶沿空留巷和充填体外切顶沿空留巷三种留巷工艺进行比选研究。首先,采用位移变分法对比分析了三种不同沿空留巷方式的顶板下沉量。其次,运用FLAC^(3D)数值模拟软件建立了不同沿空留巷方式计算模型,分析了三种留巷方式下煤帮侧向支承应力及围岩变形规律。结果表明:(1)对于侧向支承应力:充填体外切顶沿空留巷<切顶沿空留巷<充填沿空留巷;(2)与充填沿空留巷相比,切顶沿空留巷的顶板下沉量与底鼓量分别降低了14.3%、16%,充填体外切顶沿空留巷的顶板下沉量与底鼓量分别降低了23.8%、12%;(3)对于留巷成本:充填沿空留巷和切顶沿空留巷相近,充填体外切顶沿空留巷成本最高。最后,将切顶沿空留巷在沙曲煤矿4303工作面进行了应用,取得了良好的应用效果。 展开更多
关键词 切顶卸压 沿空留巷 柔模充填 工程应用
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北山168窟顶板加固工程及施工过程跟踪监测分析
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作者 刘珂源 蒋思维 +3 位作者 冯太彬 陈卉丽 文加松 陶志刚 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期61-85,共25页
大足石刻北山168窟在1000多年的卸荷作用下,洞窟内顶部裂隙纵横交错,存在着严重的结构稳定性问题。加固工程实施前洞窟顶板使用钢板、钢管等材料临时支撑以维护文物安全。但裂隙仍有延伸发展的趋势,且临时支撑钢板未做好防护措施,表面... 大足石刻北山168窟在1000多年的卸荷作用下,洞窟内顶部裂隙纵横交错,存在着严重的结构稳定性问题。加固工程实施前洞窟顶板使用钢板、钢管等材料临时支撑以维护文物安全。但裂隙仍有延伸发展的趋势,且临时支撑钢板未做好防护措施,表面锈蚀严重,168窟仍时刻面临失稳坍塌的危险,急需进行抢险加固治理保护。由于该工程属于文保类项目,要求在施工过程中不能够对本体造成较大扰动,所以需要对其整个施工过程进行跟踪监测。基于此,本文首先利用数值模拟的手段对在现有钢板支护下石窟的变形机理进行分析,根据其分析结果对监测点位进行布设,并根据监测数据对整个施工过程石窟的稳定性进行监测,进行工程治理评价,该监测结果可为类似大型平顶石窟破碎顶板的监测及保护工程提供参考。 展开更多
关键词 平顶石窟 监测 数值模拟 加固工程
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深埋高应力隧道软岩大变形开挖补偿控制研究 被引量:2
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作者 陶志刚 许闯 +2 位作者 李勇 王祥 王欢 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期86-97,共12页
随着中国西部地区隧道工程建设的蓬勃发展,深埋、高应力、高海拔隧道的软岩大变形灾害愈发严重,已经成为隧道灾害控制领域的研究重点和难点。位于横断山脉的大亮山公路隧道因其埋深大、断层多、突涌水、围岩强度低、地应力高等特点,隧... 随着中国西部地区隧道工程建设的蓬勃发展,深埋、高应力、高海拔隧道的软岩大变形灾害愈发严重,已经成为隧道灾害控制领域的研究重点和难点。位于横断山脉的大亮山公路隧道因其埋深大、断层多、突涌水、围岩强度低、地应力高等特点,隧道围岩大变形现象十分严重。为了探索这种类型隧道围岩大变形控制策略,提出了一种基于NPR材料的深埋隧道软岩大变形开挖补偿控制对策,为了验证其可行性和科学性,通过现场观测、室内物理模型试验与数值模拟进行深入研究。结果表明:NPR锚索可承受的最大动力冲击荷载为284.811 kN,抗冲击性能最高约为Q235锚杆的2倍,非线性吸能效果显著;NPR锚索开挖补偿控制体系能够有效调节围岩应力分布特征,及时为受开挖扰动的围岩提供补偿支护力,约束围岩塑性区扩展并吸收围岩释放的变形能;在正常与超载条件下,分别将软岩隧道围岩变形量控制在3 mm与5.8 mm以内,且无明显应力集中区域;NPR锚索开挖补偿支护体系可有效约束隧道围岩位移,最大水平位移量控制在3.35 mm以内,最大竖向位移量控制在15.21 mm以内。NPR锚索补偿开挖支护体系能够有效控制深埋高应力隧道软岩大变形灾害。 展开更多
关键词 NPR锚索 软岩隧道 大变形灾害 物理模型试验
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围压作用下等离子体的爆破破岩效应 被引量:1
15
作者 王雁冰 李雪 +4 位作者 王兆阳 黄晢航 梅洪嘉 李阳阳 罗林 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第4期133-149,共17页
为给深部应力作用下爆破破岩工程提供新型破岩方法,开展了4组不同围压作用下的等离子体砂岩爆破实验,通过CT扫描和三维重构,对比分析了岩石内部三维裂纹的形态结构和分布状况,研究了等离子体爆破破岩技术在不同围压作用下的破岩效果,并... 为给深部应力作用下爆破破岩工程提供新型破岩方法,开展了4组不同围压作用下的等离子体砂岩爆破实验,通过CT扫描和三维重构,对比分析了岩石内部三维裂纹的形态结构和分布状况,研究了等离子体爆破破岩技术在不同围压作用下的破岩效果,并通过LS-DYNA进行了数值模拟,建立了等离子体等效炸药模型,补充验证了耦合应力场中等离子体爆破的作用规律,探究了不同围压作用下等离子体爆破破岩机理以及在爆破过程中岩体内部的裂纹扩展、分布及损伤演化规律。结果表明:相同电压作用下,随着三向围压的升高,岩石表面裂纹的数量和分布范围都呈逐渐减小的趋势,砂岩内部裂纹的复杂程度和贯通程度显著降低。由于在等离子体爆破产生的动态应力场和围压作用产生的静态应力耦合场中,等离子体爆破产生的冲击波在爆炸初始阶段发挥主要作用,不同围压作用下岩石的裂纹形态和中心膨胀区域未出现明显差异,随着冲击波的衰减,三向围压在等离子体爆破过程的中后期发挥决定作用,抑制岩体的裂纹扩展和损伤演化。同时,围压越高,其对岩体内部裂纹扩展的抑制效果越显著,导致岩石内部三维裂纹的体分形维数和损伤度与围压均近似呈线性减小关系。 展开更多
关键词 等离子体爆破 围压 裂纹空间形态 三维重构 LS-DYNA
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路面下排水管渗漏引起的病害体演化过程研究 被引量:2
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作者 吴丽丽 左清锋 +2 位作者 聂千朋 杨家琦 张凯威 《东南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期697-706,共10页
提出了一种联合数值分析方法来探究因管线渗漏造成道路塌陷灾害的演化过程。采用计算流体动力学(CFD)与离散单元法(DEM),开展渗流作用下土体侵蚀的流固耦合分析。通过有限差分法(FDM),获得不同侵蚀阶段路面结构的破坏情况。结果表明,管... 提出了一种联合数值分析方法来探究因管线渗漏造成道路塌陷灾害的演化过程。采用计算流体动力学(CFD)与离散单元法(DEM),开展渗流作用下土体侵蚀的流固耦合分析。通过有限差分法(FDM),获得不同侵蚀阶段路面结构的破坏情况。结果表明,管道破损口周围土颗粒在渗流作用下不断流失,逐渐呈现出漏斗状侵蚀空洞,空洞的形态取决于管道破损口的位置。基于CFD-DEM流固耦合计算结果,按照剩余颗粒数占比,将侵蚀过程分为5个阶段。将侵蚀坑拓扑形态导入FDM软件,施加路面荷载后的计算结果显示,第1、2阶段路面下方土体承载能力缓慢下降,路面尚未破坏;从第3阶段开始,土体流失过多,承载能力大幅降低,路面裂缝迅速扩展;第4、5阶段侵蚀坑过大,路面结构层断裂并失去承载能力,产生大面积坍塌。 展开更多
关键词 排水管渗漏 路面塌陷 离散元 流固耦合 有限差分法
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分布式光纤传感器在大体积混凝土筏板基础中的耦合性能研究 被引量:1
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作者 侯公羽 张世欧 +3 位作者 崔迪 陈宏波 毕立原 尚宇豪 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1310-1322,共13页
大量的岩土工程例如大体积混凝土结构需要分布式的裂缝监测,光纤监测技术可以实现分布式监测。为了探究分布式光纤与大体积混凝土的耦合性能,开展了理论分析、数值模拟和室内试验研究,并在大体积混凝土筏板基础中进行了应用。结果表明:... 大量的岩土工程例如大体积混凝土结构需要分布式的裂缝监测,光纤监测技术可以实现分布式监测。为了探究分布式光纤与大体积混凝土的耦合性能,开展了理论分析、数值模拟和室内试验研究,并在大体积混凝土筏板基础中进行了应用。结果表明:基于剪切滑移理论建立的光纤在受压状态下的应变传递模型能够实现对光纤应变传递效率的精确量化,并采用数值模拟验证了该模型的准确性和可靠性。通过对钢筋混凝土梁采用不同的光纤布置方法,并进行三分点分级加载试验,研究了不同布置方式下光纤与混凝土的耦合性能,结果显示沿箍筋垂直方向布设光纤与混凝土具有更好的耦合效果。大体积混凝土筏板基础的现场光纤监测应用研究表明,光纤传感器与大体积混凝土结构具有良好的耦合性能,准确监测到了筏板基础浇筑后各关键区域的应变演化过程与规律。研究成果为分布式光纤技术监测岩土工程结构的变形提供了理论基础和关键技术。 展开更多
关键词 分布式光纤传感技术 耦合性能 应变传递机制 大体积混凝土筏板基础应变监测
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构造应力作用下软岩隧洞大变形机理及控制技术
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作者 陶志刚 于海军 +6 位作者 雷啸天 杨晓杰 李勇 郭爱鹏 霍树森 袁博 张艳阳 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期118-131,共14页
针对软岩地下工程围岩大变形的工程难题,以海东隧洞某支洞为研究对象,通过电子显微镜(SEM)对典型围岩微观孔隙特征进行分析,建立了高预应力长短锚索协同支护力学模型,结合现场围岩松动圈测试结果以及隧洞围岩压力计算,确定并验证了长短... 针对软岩地下工程围岩大变形的工程难题,以海东隧洞某支洞为研究对象,通过电子显微镜(SEM)对典型围岩微观孔隙特征进行分析,建立了高预应力长短锚索协同支护力学模型,结合现场围岩松动圈测试结果以及隧洞围岩压力计算,确定并验证了长短锚索支护参数,提出了适用于大变形段的高预应力长短锚索支护方案。进一步采用数值模拟方法,系统分析了构造应力作用下围岩大变形及长短锚索协同支护机理。研究结果表明:海东隧洞某支洞DLⅡ11+080断面围岩主要为钙质页岩,裂隙发育、孔隙度高、结构疏松,微观层状结构导致岩石脆弱,易受外力作用破坏。单一长度短锚索无法对围岩进行有效支护,采用长短锚索加强支护能够发挥协同作用,其中短锚索主要减少初期塑性变形,长锚索提供整体约束,防止深部位移扩大。通过数值模拟研究了不同侧压力系数.和不同黏聚力下围岩塑性区及收敛变形,揭示了构造应力及围岩强度对隧洞变形的影响机制。优化后的长短锚索支护下拱顶塑性区深度相比无支护减少48.63%,比6 m短锚索支护减少44.38%。长短锚索组合支护有效改善了轴力分布的均匀性,提升了支护效果及围岩稳定性。本研究为软岩地下工程构造应力作用下大变形控制提供了科学依据和实践指导。 展开更多
关键词 软岩隧洞 构造应力 力学模型 变形机理 控制技术
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弱胶结软岩巷道开挖扰动应力旋转特征及支护对策
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作者 刘家顺 孙铠洋 +2 位作者 左建平 郑智勇 王来贵 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期194-206,共13页
针对西部矿区弱胶结软岩地层巷道围岩自稳能力差、变形大、支护易失效等问题,采用室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析相结合的方法,分析了开挖过程中围岩主应力旋转特征,提出针对弱胶结软岩巷道的支护对策。研究结果表明:巷道开挖... 针对西部矿区弱胶结软岩地层巷道围岩自稳能力差、变形大、支护易失效等问题,采用室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析相结合的方法,分析了开挖过程中围岩主应力旋转特征,提出针对弱胶结软岩巷道的支护对策。研究结果表明:巷道开挖过程中,巷道围岩主应力旋转幅度经历了平稳增长。剧烈扰动和恢复平稳3个阶段。在工作面推进至监测断面时围岩主应力调整最为剧烈,其中顶板和底板最大主应力增加至初始值的1.62倍,帮部增加至初始值的1.35倍;顶板和底板最大主应力倾角/方位角在岩壁处分别为30°/41°和23°/151°。随远离岩壁,最大主应力倾角/方位角呈先增大后减小的趋势,并且在距离巷道岩壁0.68R处倾角/方位角的变化达到峰值11°/5°、14°/176°;帮部最大主应力旋转角度随远离岩壁呈减小的趋势,倾角/方位角由56°/58°变化至初始状态,分别旋转了34°和32°;顶板围岩应力旋转幅度大于底板和帮部。基于巷道开挖扰动应力旋转特征,提出了考虑主应力旋转效应的弱胶结巷道锚杆(索)+金属网的非对称耦合支护技术,并进行了数值模拟分析和现场工业试验。现场结果表明:采用非对称耦合支护技术可以显著改善围岩应力状态,有效减小巷道围岩塑性范围,控制弱胶结软岩巷道变形。 展开更多
关键词 弱胶结软岩 巷道 主应力旋转 倾角/方位角 非对称耦合支护
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大采高坚硬顶板切顶成巷碎石帮变形机理及控制
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作者 王炯 杜昌鑫 +3 位作者 刘鹏 马磊 刘义鹏 姜健 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第4期87-93,100,共8页
针对厚煤层坚硬顶板条件下切顶成巷碎石帮支护大变形问题,通过力学计算及理论分析碎石帮变形垮落冲击、碎石承载、压实稳定3个阶段的垮落特征,确定影响因素,进而提出“组合爆破+可伸缩U型钢+钢筋网+挡矸锚杆+单元支架+单体液压支柱”的... 针对厚煤层坚硬顶板条件下切顶成巷碎石帮支护大变形问题,通过力学计算及理论分析碎石帮变形垮落冲击、碎石承载、压实稳定3个阶段的垮落特征,确定影响因素,进而提出“组合爆破+可伸缩U型钢+钢筋网+挡矸锚杆+单元支架+单体液压支柱”的碎石帮联合控制体系。采用3DEC对优化措施进行模拟,发现碎石帮应力及位移均得到不同程度的减小。将联合控制优化方案应用于现场,实测表明优化后碎石帮侧压减小18.6%,峰值压力降低24.6%,架后悬顶距离减小42.1%,有效削弱了采空区碎石垮落的冲击作用,卸压效果明显。 展开更多
关键词 大采高 碎石帮 切顶卸压 变形机理 控制技术 数值模拟
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