深地工程多维信息感知与智能建造的发展与展望 被引量：15

1

作者 张茹 吕游 +5 位作者 张泽天 任利 谢晶 张安林 严志伟 米欧 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1259-1290,共32页

随着大数据、云计算、人工智能等数字技术的加速演进,各领域智能化、信息化、数字化已成为未来的大势所趋。深地工程作为国家重大战略科技问题,必然面临智能化升级。然而,深部岩体“三高一扰动”的复杂特征给深地工程智能化转型带来严... 随着大数据、云计算、人工智能等数字技术的加速演进,各领域智能化、信息化、数字化已成为未来的大势所趋。深地工程作为国家重大战略科技问题,必然面临智能化升级。然而,深部岩体“三高一扰动”的复杂特征给深地工程智能化转型带来严峻的挑战。为实现深地工程与数字技术的高效融合,研究基于“感知-传送-解译-分析-决策”的智能化实践路径,系统回顾了地下工程中智能感知、实时传输、信息解译、数据分析、智能决策等领域的代表性研究进展,并针对性提出了“多感知、快响应、大数据、优方法、精模型、强平台、易推广”的深地工程智能建造发展方向。研究表明:①前沿的深地工程感知技术包括:光纤传感器、MEMS传感器、计算机视觉、自动化机器人等,待数据采集完毕后,通过兼具配置简单、容错能力强、可移动性好等优点的无线通信协议完成数据的实时响应,以实现深地工程监测数据的精准感知与实时传输;②深地工程原位监测技术获取的数据类型主要包括图像、波、点云等,对原始数据解译及分析的模型众多,采用新一代的人工智能技术,如:人工神经网络和深度学习技术,可显著提高解译与分析的效率;③智能决策系统具备高效的学习能力,能够适应复杂环境下的不确定性,通过循环自主学习,以进行决策问题的智能解答。当前,我国深地工程智能建造的政策与产业体系已基本建立,大量智能建造系统已应用于实践。基于此,从智能感知与信息解译、围岩评价及安全评估、围岩控制与动态修复、平台开发及应用推广等4个方面展望了数智化深地工程的发展方向,进而构建了基于多源信息的深地工程围岩稳定性综合评价与分析系统构想。 展开更多

关键词 深地工程 人工智能 实时响应 信息解译 数据分析 智能决策

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浸水煤体单轴压缩能量破坏机理及层理效应 被引量：1

2

作者 刘小玲 张泽天 +4 位作者 张茹 曹志国 任利 孙紫琬 查尔晟 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第1期189-200,共12页

煤矿地下水库煤柱坝体存在显著的浸水渐进灾变力学响应,揭示浸水煤体单轴压缩能量演化特性的层理效应对煤柱坝体设计优化及安全控制具有重要意义。采用岩石多轴加载力学试验系统TEST 60,开展垂直及平行两种层理在不同浸水时间(0、2、4、... 煤矿地下水库煤柱坝体存在显著的浸水渐进灾变力学响应,揭示浸水煤体单轴压缩能量演化特性的层理效应对煤柱坝体设计优化及安全控制具有重要意义。采用岩石多轴加载力学试验系统TEST 60,开展垂直及平行两种层理在不同浸水时间(0、2、4、16 d)下煤样的单轴压缩试验,获取浸水煤样单轴压缩全应力–应变曲线及物理力学参数,探究煤样单轴压缩加载全过程能量演化特征,分析不同层理浸水煤样单轴压缩能量演化机理。结果表明:1)长时间浸水后,垂直层理和平行层理煤样均发生了明显的水软化,抗压强度明显变小,且各能量指标均较未浸水时有明显降低;浸水16 d的平行层理、垂直层理煤样峰值应力处对应的总能量分别为未浸水时的56%、53%。2)浸水4 d内,平行层理煤样受水软化作用的影响不显著;垂直层理煤样的抗压强度先增加后降低,弹性能变化趋势与抗压强度保持一致,总能量、耗散能随着浸水时间的增加逐渐降低。3)相同浸水时间下,垂直层理煤样的强度及变形破坏过程中的各能量指标均高于平行层理煤样;未浸水垂直层理煤样的峰值总能量约为平行层理的2倍。4)由于不同层理方向煤样的吸水能力及其破坏面与层理面的关系有差异,导致在短时间浸水作用后不同层理煤样单轴压缩能量演化存在差异。研究结果丰富了已有对浸水煤体受载破坏过程能量演化规律的认识,为指导煤矿地下水库的安全建设与稳定运行提供参考和依据。 展开更多

关键词 浸水时间 层理 煤样 单轴压缩 能量演化

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螺栓连接装配式墙板结构连接节点本构模型及体系建模方法

3

作者 熊峰 吴朝安 +2 位作者 冉明明 钟亚超 王宇豪 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第1期145-156,共12页

螺栓连接装配式墙板结构体系具有建造快速、施工便捷、连接可靠、可拆卸和可修复等优势,适合低多层乡村住宅建筑,近年来工程应用逐渐增多。该体系预制墙板之间采用离散的干式螺栓连接,受力时接缝处产生滑移变形,与传统的现浇剪力墙结构... 螺栓连接装配式墙板结构体系具有建造快速、施工便捷、连接可靠、可拆卸和可修复等优势,适合低多层乡村住宅建筑,近年来工程应用逐渐增多。该体系预制墙板之间采用离散的干式螺栓连接,受力时接缝处产生滑移变形,与传统的现浇剪力墙结构或湿法连接的剪力墙结构存在本质区别,为了分析结构体系的整体性,建立适合该结构体系的“非等同现浇”的抗震设计方法具有重要意义。本文结合已进行的螺栓连接节点轴向拉伸试验和剪切试验,提出螺栓连接节点拉伸和剪切的本构模型。在此基础上,将单个螺栓连接节点简化为3个平动自由度(x、y、z)的非线性弹簧,模拟连接节点的力学行为,建立简化计算模型。借助螺栓连接预制墙板的拟静力试验结果验证了螺栓连接节点简化模型的有效性,显示可用于分析结构体系的抗震性能。基于节点简化模型,依托Midas Gen软件,提出了螺栓连接装配式墙板结构体系的建模方法。以实际工程为例,建立了该结构的设计模型,并进行在小震、中震作用下的弹性分析及大震作用下的弹塑性时程分析。结果表明:在各地震工况下,螺栓连接装配式墙板结构体系侧向位移较小,层间位移角分别小于弹性位移角限值的1/1200和弹塑性层间位移角限值的1/120,符合规范要求,螺栓连接节点承载力满足抗震需求,墙板角部混凝土没有被压溃,说明螺栓连接装配式墙板结构体系抗震性能优越。研究成果可为螺栓连接装配式墙板结构体系的工程建设提供设计依据,为该新型结构体系的推广奠定理论基础。 展开更多

关键词 装配式混凝土墙板结构 螺栓连接 本构模型 体系建模方法 抗震设计

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基于热效应的涉水混凝土工程裂缝监测方法 被引量：1

4

作者 陈江 熊杰 +1 位作者 李宇驰 熊峰 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期296-303,共8页

相比于常规混凝土结构,水下混凝土结构开裂对结构安全具有更加恶劣的影响,准确、及时地监测裂缝的发生发展过程,对保障涉水工程安全、防止事故具有重要意义。本文基于流体–热源–裂缝的热效应耦合作用,提出水下混凝土结构裂缝监测的温... 相比于常规混凝土结构,水下混凝土结构开裂对结构安全具有更加恶劣的影响,准确、及时地监测裂缝的发生发展过程,对保障涉水工程安全、防止事故具有重要意义。本文基于流体–热源–裂缝的热效应耦合作用,提出水下混凝土结构裂缝监测的温度示踪法,并设计3种裂缝监测方案,分别采用监测管–多孔套管组件、监测管–空心套管组件和监测管–灌水管组件实现开裂信息与开裂部位热力学信息的转换。其中:前两种监测方案主要利用热传导原理,使开裂后裂缝周围介质的热力学参数发生改变,从而改变热量传递规律;第3种方案主要利用对流传热原理,通过灌水使裂缝截面产生对流传热效应,从而提高传热速度。针对上述3种监测方案,分别制作了混凝土梁试件,采用光纤光栅温度传感器和陶瓷加热管组成的传感加热单元开展了瞬态传热模型试验,根据热源降温曲线的分段特征,定义了反映热源降温速度的判别指标,利用该指标进行裂缝的识别,并对3种方案的裂缝识别效果进行分析和对比。结果表明:3种监测方案均能很好地判断是否有裂缝产生;在裂缝定位方面,方案3效果更好;在裂缝宽度定量识别方面,方案1无法识别裂缝宽度,方案2仅可在流动水环境中识别裂缝宽度,方案3可根据渗漏流量识别裂缝宽度。 展开更多

关键词 结构健康监测 裂缝检测 点热源 光纤光栅 温度示踪法

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锦屏深部大理岩蠕变特性及分数阶蠕变模型 被引量：17

5

作者 许多 吴世勇 +5 位作者 张茹 张泽天 周济芳 邓建辉 任利 吴斐 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1456-1464,共9页

为保障锦屏地下实验室(CJPL)硐室群的长期稳定性,开展2400m深埋大理岩蠕变特性的研究,在常规三轴压缩试验的基础上进行分级加载蠕变试验,系统分析了大理岩蠕变过程中的轴向与环向变形规律及不同围压(5MPa和64MPa)下大理岩蠕变特征差异,... 为保障锦屏地下实验室(CJPL)硐室群的长期稳定性,开展2400m深埋大理岩蠕变特性的研究,在常规三轴压缩试验的基础上进行分级加载蠕变试验,系统分析了大理岩蠕变过程中的轴向与环向变形规律及不同围压(5MPa和64MPa)下大理岩蠕变特征差异,采用等时应力-应变曲线法确定了大理岩的长期强度,并基于分数阶导数改进了大理岩蠕变模型。研究表明:13,27MPa围压下,大理岩轴向应力应变曲线达到峰值应力后快速跌落,40,53,64MPa围压下,峰值应力附近的应变曲线呈现明显的平台段,表明CJPL深部大理岩变形行为随着围压的增加具有由脆性向延性转化的趋势;无论是低围压还是高围压,相比于低应力水平,高应力水平下大理岩更容易发生蠕变变形且环向蠕变现象更加显著,蠕变过程中的扩容现象也更加明显,试样破坏时64MPa围压条件下的体积蠕变变形为5MPa围压下的16.3倍;在蠕变加载过程中,大理岩变形模量均为先增加后减小。变形模量增加阶段,高围压下增加幅度较低围压小,64MPa围压下试样变形模量增加的幅值为1.8GPa,小于5MPa围压下的3.6GPa,表明试样受高围压作用已经部分压密。随着应力水平的增大,变形模量减小,高围压下减小幅度较低围压更大,围压64MPa下试样变形模量减小幅值为9.4GPa,约为峰值变形模量的22%,围压5MPa下试样减小幅值仅为1.8GPa,约为峰值变形模量的4%,表明高围压试样在破坏前裂纹的产生和扩展更为剧烈,岩石劣化程度更大;相同偏应力条件下,围压越大的试样蠕变速率越小,但破坏时变形更大且扩容现象显著,表明相同外荷载条件下,深部围岩赋存环境应力水平较高,变形难以收敛,易发生时效大变形破坏;围压为5,64MPa时,采用等时应力-应变曲线法确定大理岩长期强度分别为170,290MPa,为相应围压三轴压缩强度的82%,73%;基于分数阶导数,改进了大理岩黏弹塑性损伤蠕变模型,该模型具有形式简单同时能够很好的描述大理岩蠕变过程中的非线性加速特征的特点。 展开更多

关键词 深部 大理岩 蠕变 长期强度 分数阶导数

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深部岩芯饼化现象的应力机制探索 被引量：8

6

作者 陆彤 高明忠 +6 位作者 张茹 谢晶 谭强 鲁义强 何志强 汪文勇 彭高友 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期47-54,共8页

岩芯饼化是深部工程区高地应力现象的典型表现之一,其饼化形貌特征一定程度上可以反映地应力大小与方向。依托世界埋深(2 400 m)最深的锦屏地下实验室,开展现场取样,详细记录不同孔号、孔向的饼化岩芯。基于3维蓝光LED非接触式扫描技术... 岩芯饼化是深部工程区高地应力现象的典型表现之一,其饼化形貌特征一定程度上可以反映地应力大小与方向。依托世界埋深(2 400 m)最深的锦屏地下实验室,开展现场取样,详细记录不同孔号、孔向的饼化岩芯。基于3维蓝光LED非接触式扫描技术,获得了岩饼断面和侧面离散点精准3维数据,重构了岩饼断面和侧面的精细形貌,观察了岩饼的整体形态及端面错台的分布情况。同时,开展岩饼不同类型形态及不同方向剖面迹线的分形特征研究,并结合数值模型探讨了岩芯残根不同位置应力分布特征对岩芯饼化现象的影响。结果表明:岩饼断裂端面有4种表现形态,其中典型的形态为岩饼周边出现错台和岩饼呈现单侧变薄形态;岩饼端面剖面迹线最大分维值的方向与最大主应力分力方向一致。裂纹扩展可分为两种情况,从岩芯径向向内发展贯穿和从岩芯轴向开展,前者产生一侧偏薄、一侧偏厚的岩饼,后者会产生灯盏状破坏并在断面外围位置出现错台;前者反映了处于三向不等地应力条件下的岩芯裂缝将沿较大主应力方向扩展,后者探讨了钻杆钻进过程旋转和地应力共同作用下产生饼化现象的原因,反映了深部岩芯饼化现象的应力机制。研究结论可望为分辨饼化现象的成因及判识所处工程区地应力环境提供一些有益的参考。 展开更多

关键词 岩芯饼化 分维 破坏 应力机制 断面形貌

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深埋大理岩三轴加卸荷过程能量演化特征 被引量：4

7

作者 李泓颖 刘晓辉 +3 位作者 肖文根 郑钰 薛洋 桂欣 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第1期190-198,206,共10页

为研究深埋大理岩加卸荷全过程的变形破坏特征,利用MTS岩石力学试验系统对锦屏深埋大理岩试样开展25、50、80 MPa 3种不同初始围压和0.01、0.1、1.0 MPa/s 3种不同卸荷速率的三轴加卸荷试验,引入能量转化参数以更好地表征峰前及峰后能... 为研究深埋大理岩加卸荷全过程的变形破坏特征,利用MTS岩石力学试验系统对锦屏深埋大理岩试样开展25、50、80 MPa 3种不同初始围压和0.01、0.1、1.0 MPa/s 3种不同卸荷速率的三轴加卸荷试验,引入能量转化参数以更好地表征峰前及峰后能量转化特征,并据此构建基于耗散能的损伤模型,深入探索大理岩加卸载破坏全过程的损伤演化状态。结果表明:大理岩在卸荷段前主要以弹性能的累积为主,卸荷开始后耗散能占主导地位。峰前卸荷过程中U_(d)耗散速率>U_(3)消散速率>U_(e)储存速率,与常规三轴加载相比,大理岩在峰前卸荷段的应变能转化速率大得多。峰后应力跌落段各应变能转化速率明显较峰前卸荷段大,表明峰后大理岩环向扩容加剧,弹性能在峰后快速释放。随着初始围压、卸荷速率的增大,大理岩由张拉-剪切破坏转变为以剪切破坏为主,峰后耗散能的耗散速率越快,则大理岩剪切破裂性质愈明显、脆性破坏越强、破坏程度越小。高围压可能会抑制岩石的损伤累积扩展,而高卸荷速率下大理岩试样内部裂纹扩展不充分导致其发生破裂时损伤曲线急剧上升。 展开更多

关键词 深埋大理岩 三轴加卸荷 能量演化 耗散能损伤 初始围压 卸荷速率

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深埋锦屏大理岩力学特性与能量演化研究 被引量：4

8

作者 楼晨笛 张朝鹏 +6 位作者 吴世勇 周济芳 彭媛 艾婷 刘洋 张茹 任利 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期87-96,共10页

与浅层岩体相比,深层岩体赋存环境更为复杂,导致其力学特性与常见的浅部岩体存在较大差异。锦屏二级隧洞工程最大埋深超过2500 m,其引水隧洞最高地应力达70 MPa,开展高应力条件下硬岩的力学特性研究,具有重要的理论价值和现实意义。采... 与浅层岩体相比,深层岩体赋存环境更为复杂,导致其力学特性与常见的浅部岩体存在较大差异。锦屏二级隧洞工程最大埋深超过2500 m,其引水隧洞最高地应力达70 MPa,开展高应力条件下硬岩的力学特性研究,具有重要的理论价值和现实意义。采用四川大学MTS815岩石力学试验系统对取自2400 m深的锦屏大理岩开展单轴和三轴压缩等系列静态力学试验。试验结果表明:锦屏大理岩的单轴抗压强度为180.43 MPa,随围压的增长,大理岩表现出“脆-延-塑”力学特征,围压32.0 MPa为分界点;同时,起裂应力、损伤应力和峰值应力均具有相似的增长趋势,所定义的脆性指标的下降趋势逐渐趋于平缓;低围压下,弹性能在峰前占主导,而高围压下,耗散能增长更为显著,弹性能峰前峰后差值减小,表现出更为明显的塑性特征。研究结果为准确描述深层岩石力学行为、确保深部工程稳定性提供了一定的理论基础。 展开更多

关键词 深部岩体 锦屏大理岩 脆性特征 静态力学特性 能量演化

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不同锈蚀度下深埋隧洞混凝土衬砌力学状态研究 被引量：1

9

作者 刘晓辉 桂欣 《西华大学学报（自然科学版）》 CAS 2021年第3期48-56,共9页

基于Drucker-Prager准则,在平面应变条件下推导了不同锈蚀度下深埋圆形隧洞混凝土衬砌支承力的解析式。以香炉山深埋段隧洞为研究背景,通过解析法与数值模拟方法获取了5种不同锈蚀度下混凝土衬砌的受力状态,并将解析解与数值计算值进行... 基于Drucker-Prager准则,在平面应变条件下推导了不同锈蚀度下深埋圆形隧洞混凝土衬砌支承力的解析式。以香炉山深埋段隧洞为研究背景,通过解析法与数值模拟方法获取了5种不同锈蚀度下混凝土衬砌的受力状态,并将解析解与数值计算值进行了比较。结果表明:深埋条件下,衬砌拱顶内侧易产生应力集中,在施工及耐久性评价时,需对该位置加强监测;随着锈蚀度的增加,衬砌受力逐渐降低,当锈蚀度达到30%时,硬岩段与破碎岩段衬砌承受的围岩压力分别降低了7.32%和5.03%;解析法与数值模拟结果相差较小,推导的解析式结果可信,可为类似工程的耐久性设计提供参考。 展开更多

关键词 解析法 数值模拟 锈蚀 混凝土衬砌 深埋隧洞

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基于相场模拟的应力辅助时效的NiTi形状记忆合金功能性能研究

10

作者 徐波 于超 +3 位作者 王宠 阚前华 王清远 康国政 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3507-3520,共14页

通过改进的耦合沉淀相析出和马氏体相变的相场模型模拟了应力辅助时效的NiTi单晶的超弹性、弹卡效应、单程形状记忆效应和应力辅助双程形状记忆效应,讨论了单一取向Ni_(4)Ti_(3)沉淀相对功能性能的影响以及背后的微观机理.模拟结果显示... 通过改进的耦合沉淀相析出和马氏体相变的相场模型模拟了应力辅助时效的NiTi单晶的超弹性、弹卡效应、单程形状记忆效应和应力辅助双程形状记忆效应,讨论了单一取向Ni_(4)Ti_(3)沉淀相对功能性能的影响以及背后的微观机理.模拟结果显示,由于单一取向Ni_(4)Ti_(3)沉淀相的强几何约束,超弹性过程和应力辅助双程形状记忆过程中的马氏体相变并不以马氏体条带快速扩宽的方式进行,而是以大量针状马氏体的形核与生长来实现,马氏体逆相变则以大量针状马氏体的缩减和消失来实现.含单一取向Ni_(4)Ti_(3)沉淀相的单晶系统具有优良的弹卡效应.对于单程形状记忆效应,含单一取向Ni_(4)Ti_(3)沉淀相的单晶系统在温度诱发马氏体相变过程中形成的孪晶面均与沉淀相惯习面平行,单一取向和两种取向的Ni_(4)Ti_(3)沉淀相对马氏体重取向的约束不同,对温度诱发马氏体逆相变的约束也不同,导致二者对应的应力-应变-温度曲线的差异.文章将为理解Ni_(4)Ti_(3)沉淀相对Ni Ti合金功能性能的影响提供见解,并为调控合金的马氏体相变、功能和力学性能提供参考. 展开更多

关键词 NITI形状记忆合金 Ni_(4)Ti_(3)沉淀相 相场模拟 功能性能

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施工期铁路隧道软岩大变形快速分级方法研究

11

作者 张广泽 贾哲强 +3 位作者 罗良成 王栋 任利 袁传保 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期20-25,共6页

研究目的:西南复杂艰险山区等典型构造活跃区的构造地质环境复杂,断裂、褶皱发育,构造应力显著,铁路隧道围岩大变形问题突出,随着构造活跃区铁路隧道工程日益增加,将面临更严峻的大变形问题。在隧道施工开挖过程中,快速判别可能发生的... 研究目的:西南复杂艰险山区等典型构造活跃区的构造地质环境复杂,断裂、褶皱发育,构造应力显著,铁路隧道围岩大变形问题突出,随着构造活跃区铁路隧道工程日益增加,将面临更严峻的大变形问题。在隧道施工开挖过程中,快速判别可能发生的大变形等级,有利于施工工法的调整和支护措施的制定。研究结论:(1)深入分析构造软岩大变形工程案例,以施工期掌子面开挖揭示围岩分级数据为基准,结合区域地应力、岩层厚度、岩性等大变形关键控制因素,快速判定大变形等级,提出了施工期铁路隧道围岩大变形快速分级方法,并结合典型工程案例对分级方法的有效性和准确性进行了验证;(2)本研究成果可应用于施工期间铁路隧道开挖围岩大变形的快速分级,适用于工程地质勘察领域。 展开更多

关键词 构造活跃区 铁路隧道 软岩大变形 快速分级

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高钛矿渣在水泥混凝土中的研究应用进展 被引量：4

12

作者 杨尊 李碧雄 +1 位作者 张治博 李梁慧 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第18期93-101,共9页

区别于普通高炉矿渣,高钛矿渣中TiO_(2)含量较高、矿物组成差异大、利用率低。高钛矿渣大量堆存会造成资源浪费,且给生态环境带来严重负担,因此亟需实现其固废资源化利用。近年来,基于高钛矿渣的矿物成分和结构稳定、微火山灰活性、多... 区别于普通高炉矿渣,高钛矿渣中TiO_(2)含量较高、矿物组成差异大、利用率低。高钛矿渣大量堆存会造成资源浪费,且给生态环境带来严重负担,因此亟需实现其固废资源化利用。近年来,基于高钛矿渣的矿物成分和结构稳定、微火山灰活性、多孔、集料性能优良等特点,研究人员逐渐将其作为矿物掺合料、粗细骨料等应用于水泥混凝土中,实现高钛矿渣的高效利用以及提高其使用附加值,促进高钛矿渣在混凝土中的工程应用。本文系统梳理了高钛矿渣在水泥混凝土中的研究应用进展,对高钛矿渣的来源、物理化学性质、在混凝土中的利用方式,介绍了其对混凝土工作性能、力学性能、耐久性能等方面影响的研究进展,此外深入论述了高钛矿渣作为矿物掺合料以及再生骨料对混凝土性能的影响及作用机理。最后,针对现阶段研究中的不足提出相应建议,旨在为高钛矿渣在水泥混凝土中的研究和工程应用提供参考。 展开更多

关键词 高钛矿渣 水泥混凝土 理化性质 工作性能 力学性能 耐久性能

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顶板砂岩直接拉伸破坏声发射特征及损伤本构模型

13

作者 孙紫琬 张泽天 +4 位作者 张茹 任利 刘小玲 张安林 张朝鹏 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期173-181,共9页

深部煤炭资源开采常面临复杂的赋存及采动力学环境,冒顶等灾害事故风险激增。顶板拉破坏是其中一个重要诱因,故亟需深入探究顶板岩石拉伸破坏力学特性及损伤演化规律。通过开展顶板砂岩单轴直接拉伸试验和全过程同步声发射测试,探究了... 深部煤炭资源开采常面临复杂的赋存及采动力学环境,冒顶等灾害事故风险激增。顶板拉破坏是其中一个重要诱因,故亟需深入探究顶板岩石拉伸破坏力学特性及损伤演化规律。通过开展顶板砂岩单轴直接拉伸试验和全过程同步声发射测试,探究了砂岩的直接拉伸力学特性和声发射时空演化特征,对比分析了顶板砂岩与煤的直接拉伸破坏差异性过程规律,同时发展并对比验证了煤岩拉伸全应力应变损伤本构模型。结果表明:1)顶板砂岩平均直接抗拉强度为5.01MPa,约为煤体直接抗拉强度的7.6倍;顶板砂岩直接拉伸力学参数变异性强,反映出砂岩易产生破坏局部化而导致顶板拉破坏。2)砂岩在直接拉伸峰后的弹性能释放速率显著高于煤体,表现出明显的脆性特征。3)声发射空间定位演化分析揭示了顶板砂岩不同拉伸加载阶段的微裂纹扩展与空间集聚成核过程机制,同时发现峰值应力前仅有少量随机分布的微裂纹产生,主要发生基质的弹性变形;峰值后应力下降20%时,微裂纹局部化,此后宏观裂纹出现并快速扩展,直至破坏。4)构建了基于声发射特征参数的煤岩拉伸损伤本构模型,砂岩和煤的直接拉伸和声发射试验数据的验证显示其具有良好的拟合效果,可较好地表征岩石在直接拉伸作用下的峰后应变软化特征。研究成果对巷道支护结构设计优化,以及煤矿灾害防治具有重要指导意义。 展开更多

关键词 砂岩 煤 直接拉伸 声发射 损伤本构模型

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复杂孕灾环境下隧道进口斜坡稳定性分析与评价

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作者 徐正宣 林之恒 +3 位作者 刘云鹏 聂晓芳 任利 张志龙 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期1068-1077,1085,共11页

高地震烈度、高地应力、高陡、高寒等复杂孕灾环境下的隧道洞口斜坡,在降雨、强震或人类强烈工程活动影响下,极易发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害.为探究复杂孕灾环境下隧道进口斜坡在不同工况条件下的稳定性,以我国西南某加日山隧道... 高地震烈度、高地应力、高陡、高寒等复杂孕灾环境下的隧道洞口斜坡,在降雨、强震或人类强烈工程活动影响下,极易发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害.为探究复杂孕灾环境下隧道进口斜坡在不同工况条件下的稳定性,以我国西南某加日山隧道为依托,通过无人机摄影、槽探、室内实验及洞探原位测试等“天空地”一体化勘察技术,实现斜坡工程地质信息精细获取,系统揭示斜坡典型破坏特征,讨论斜坡2种破坏成因与演化模式,在此基础上,利用极限平衡法与三维数值模拟方法,量化分析不同工况下的斜坡稳定性.研究结果表明:加日山隧道进口斜坡在自然工况、暴雨工况、地震工况3种工况下稳定性系数均大于1.15,斜坡整体处于稳定状态,仅后缘表部存在局部变形失稳的可能,成果可为类似隧道的选线规划以及建设运营安全提供理论指导和技术支撑. 展开更多

关键词 孕灾环境 斜坡变形 演化模式 稳定性分析

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2022年泸定地震某隔震建筑内非结构构件震害模拟分析 被引量：1

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作者 陈尉唯 王健泽 +2 位作者 戴靠山 李弢 杨毅坚 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期172-185,共14页

2022年9月5日四川泸定地震中,位于震中近断层场地的一栋采用隔震设计的建筑内部非结构构件发生不同程度的破坏。非结构构件作为整体结构经济价值最重要的组成部分,减小其地震损伤对于建筑震后功能恢复至关重要。为此,在介绍该建筑内部... 2022年9月5日四川泸定地震中,位于震中近断层场地的一栋采用隔震设计的建筑内部非结构构件发生不同程度的破坏。非结构构件作为整体结构经济价值最重要的组成部分,减小其地震损伤对于建筑震后功能恢复至关重要。为此,在介绍该建筑内部非结构构件主要震害的基础上,采用二阶段级联方法对非结构件在地震中的具体运动响应进行模拟。第1阶段,在Etabs中建立一8层框架–剪力墙结构有限元模型,基于实测邻近台站近断层强震记录的非线性地震反应分析,模拟该建筑各楼层地震响应;第2阶段,以建筑内部文件柜等常见浮放式非结构构件为原型,在OpenSees中建立零长度转角弹簧模型,以上一阶段的结构楼面加速度响应作为输入,模拟建筑内部不同尺寸高宽比非结构构件的摇晃与倾覆响应,并同时考虑水平单向输入与水平–竖向双向输入两种方式,重点考察近断层地震强竖向分量的影响。结果表明:隔震层能有效降低上部结构的水平楼面加速度响应,但竖向楼面峰值加速度相比竖向地面峰值加速度被显著放大;水平与竖向激励同时输入下浮放式设备的摇晃角度与倾覆概率大于水平单向激励输入的情况,考虑竖向激励的作用后会增大浮放式设备的倾覆破坏风险。因此,在近断层场地进行建筑抗震设计时,强竖向地面运动对建筑内部非结构构件的影响不容忽视。 展开更多

关键词 泸定地震 隔震建筑 近断层地震 多维地震作用 非结构构件 摇晃响应 倾覆响应

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高致密高强橡胶混凝土的力学性能 被引量：2

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作者 薛守宁 董江峰 +4 位作者 朱忠平 刘钊 李昂 徐一 刘元聪 《南昌大学学报（工科版）》 CAS 2024年第1期76-82,共7页

考虑深部煤炭开采等深部地下工程的高渗透压以及剧烈扰动的工况需求,对地下混凝土材料韧性和致密性等性能提出更高要求。因此基于最紧密堆积模型,完成了高致密橡胶混凝土配合比设计,并在此基础上控制橡胶颗粒掺量和粒径,研究了橡胶掺量... 考虑深部煤炭开采等深部地下工程的高渗透压以及剧烈扰动的工况需求,对地下混凝土材料韧性和致密性等性能提出更高要求。因此基于最紧密堆积模型,完成了高致密橡胶混凝土配合比设计,并在此基础上控制橡胶颗粒掺量和粒径,研究了橡胶掺量和橡胶粒径对其养护7、14、28 d后力学性能的影响。研究结果表明:高致密橡胶混凝土各项基础力学性能皆优于普通橡胶混凝土,橡胶掺量的增加会导致高致密橡胶混凝土抗压强度和弹性模量下降,抗折强度为先增后减,劈裂抗拉强度呈现波动下降趋势,且高致密的混凝土结构能够有效改善橡胶掺入带来的抗压强度和弹性模量下降。综合试验结果,20%橡胶粉掺量下的高致密橡胶混凝土表现出最佳的力学性能。 展开更多

关键词 最紧密堆积模型 高致密橡胶混凝土 配合比设计 力学特性

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隧道围岩构造软岩大变形发生机理及分级方法 被引量：52

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作者 张广泽 邓建辉 +6 位作者 王栋 张茹 徐正宣 张志龙 冯君 任利 贾哲强 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期1-12,共12页

通过系统分析国内外隧道围岩大变形案例,发现应力场、地质构造、地层岩性等因素是驱动隧道围岩大变形孕育发生的根本条件,并严格受构造控制,进而提出构造软岩大变形的基本概念;根据大变形的构造控制理念与发生机理,对隧道构造软岩大变... 通过系统分析国内外隧道围岩大变形案例,发现应力场、地质构造、地层岩性等因素是驱动隧道围岩大变形孕育发生的根本条件,并严格受构造控制,进而提出构造软岩大变形的基本概念;根据大变形的构造控制理念与发生机理,对隧道构造软岩大变形分类进行了重新界定(断层型、碎裂型和小夹角型)。以岩石强度应力比为基础,突出构造运动影响,量化考虑地层时代、优势结构面产状、岩石强度、岩层厚度、岩体完整性5个影响因素,提出适用于不同地质勘察阶段的隧道围岩大变形分级方法。利用垭口隧道、盐边隧道、新林隧道等18个隧道围岩大变形案例,对本文提出的构造软岩大变形分级方法进行系统验证,表明本文提出的分级方法具有较好的适用性。研究成果对隧道围岩大变形发生机理认识、大变形灾害判识与控制均具有重要指导意义。 展开更多

关键词 围岩大变形 构造软岩大变形 大变形分类 大变形分级

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贯穿隧道的节理对隧道稳定性的影响 被引量：12

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作者 刘邦 朱哲明 +2 位作者 周磊 李盟 刘瑞峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1296-1304,共9页

隧道常贯穿节理和断层,在隧道使用过程中,这两个方面对隧道的稳定性有很大影响。将节理及断层近似为穿越隧道的裂纹,通过模型试验和数值模拟相结合方法研究其在双轴压力作用下的损伤破坏规律。试验采用砂岩制作隧道模型,模拟采用Abaqus... 隧道常贯穿节理和断层,在隧道使用过程中,这两个方面对隧道的稳定性有很大影响。将节理及断层近似为穿越隧道的裂纹,通过模型试验和数值模拟相结合方法研究其在双轴压力作用下的损伤破坏规律。试验采用砂岩制作隧道模型,模拟采用Abaqus软件进行。使用Abaqus模拟计算出隧道围岩的应力分布以及裂纹尖端的应力强度因子,与实验结果比较吻合。结果表明:(1)穿越隧道不同倾角的裂纹对隧道的整体稳定性及强度的影响不同,在裂纹尖端产生的应力集中也不同,当贯穿裂纹倾角θ=40°时,裂纹对其整体稳定性及强度的影响最大,裂纹两端的应力集中现象最为明显,KⅡ值最大,隧道剪切破坏较为严重,破坏应力峰值仅为无裂纹模型的41.77%;(2)当贯穿裂纹位于θ=0°位置时,K_Ⅱ值很小且接近于0,在竖直压力下裂纹闭合,裂纹尖端的应力集中不明显,裂纹比较稳定,隧道的破坏应力最大,为无裂纹隧道模型的91.23%,即此位置是隧道稳定性最强位置;(3)隧道在竖直应力和侧向压力下,隧道的破坏主要表现为拱肩、边墙、裂纹尖端、拱脚的压剪破坏和拱底、拱顶的拉伸破坏。 展开更多

关键词 贯穿节理 隧道 数值模拟 应力强度因子 稳定性

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准静态应变率下的煤岩非线性力学特性 被引量：10

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作者 刘晓辉 郝齐钧 +2 位作者 吴世勇 张茹 余洁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1437-1445,共9页

为研究开挖扰动下煤岩的非线性力学特征,利用MTS815伺服刚性试验机对芙蓉白皎煤矿煤岩进行10-5~10-2s-1准静态应变率下的单轴压缩试验,分析准静态应变率下煤岩的应力-应变曲线、抗压强度、弹性模量、泊松比等力学特性的变化规律,基于煤... 为研究开挖扰动下煤岩的非线性力学特征,利用MTS815伺服刚性试验机对芙蓉白皎煤矿煤岩进行10-5~10-2s-1准静态应变率下的单轴压缩试验,分析准静态应变率下煤岩的应力-应变曲线、抗压强度、弹性模量、泊松比等力学特性的变化规律,基于煤岩显著的非线性力学特征,修正并验证黏弹性损伤本构模型的合理性。研究表明:①煤岩单轴压缩荷载作用下具有明显的压密、线弹性、塑性屈服、峰后破坏4个阶段;煤岩力学特性应变率相关性突出,随着应变率的增加,压密阶段缩短,线弹性阶段增长,屈服阶段应力强化特征及峰后破坏阶段应力软化特征趋于明显;②由于原生裂隙的闭合和扩展,煤岩受载作用下,各阶段均呈现显著的非线性力学特征,随着应变率的增加,压密阶段和线弹性阶段表现出的明显非线性特征呈减弱趋势;③准静态应变率10-5~10-2s-1范围内,抗压强度随应变率增加由8.83MPa增加至12.57MPa,增长率42.35%;弹性模量随应变率增加总体呈现先增加后减小的变化趋势,在10-5~10-4s-1应变率区间,弹性模量由1644MPa增加至1825MPa,随后在10-4~10-2s-1应变率区间内减小,变化趋势发生明显转折;泊松比在准静态应变率下随应变率增加而呈现逐渐减小的变化趋势,从1.53下降到0.71,减小53.59%;整个准静态应变率范畴下,煤岩的力学特征参数(抗压强度、弹性模量、泊松比)均表现出显著的非线性变化趋势,均在临界应变率10-3s-1附近发生转折。④利用一个损伤体和一个Maxwell模型并联方式,综合考虑准静态应变率下煤岩的非线性变化特征后,引入材料常数a对胡克定律进行修正,推导得出准静态应变率下煤岩的非线性损伤演化本构方程,并结合煤岩单轴压缩试验对其合理性进行验证。 展开更多

关键词 煤岩 准静态应变率 力学特征 非线性 本构方程

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钢板混凝土组合墙试验和有限元分析 被引量：5

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作者 葛琪 熊峰 何涛 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期885-895,共11页

设计制作了4个1/4缩尺模型的钢板混凝土组合墙试件,进行拟静力试验,通过改变墙体构造措施与含钢率来研究此类墙体的抗震性能.然后,采用ABAQUS软件建立非线性有限元分析模型,进行参数分析.试验结果表明,增加钢板厚度可明显增加组合墙体... 设计制作了4个1/4缩尺模型的钢板混凝土组合墙试件,进行拟静力试验,通过改变墙体构造措施与含钢率来研究此类墙体的抗震性能.然后,采用ABAQUS软件建立非线性有限元分析模型,进行参数分析.试验结果表明,增加钢板厚度可明显增加组合墙体的承载力、耗能能力等.在含钢率相近的情况下,设置封板构造的组合墙体与含加劲肋的墙体具有相近的承载力,但前者的屈服荷载、延性性能及耗能能力明显更高.有限元参数分析结果表明,增加封板数量,提高了含钢率,增加了试件峰值荷载,而增设加劲肋可使试件各特征值明显提高;降低剪跨比能够提高试件的承载力,但试件延性降低,不利于抗震.钢板混凝土墙体不满足抗震性能要求时,可通过提高钢板厚度、增加加劲肋数量和采用腔体结构形式来提高墙体抗震性能. 展开更多

关键词 钢板混凝土组合墙 拟静力试验 参数分析 有限元

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