循环冲击作用下砂岩裂缝扩展及渗透率响应特征

1

作者 王伟 刘泽 +4 位作者 牛庆合 常江芳 袁维 郑永香 商松华 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期78-91,共14页

为了研究循环冲击作用下砂岩型铀矿的裂缝及渗透率特征,通过霍普金森杆实验系统对砂岩试样进行了循环冲击,分别在试样冲击3次、6次和9次后,测得砂岩试样的动态力学特性。随后,对冲击后的砂岩试样进行CT扫描,并对扫描得到的裂隙进行了三... 为了研究循环冲击作用下砂岩型铀矿的裂缝及渗透率特征,通过霍普金森杆实验系统对砂岩试样进行了循环冲击,分别在试样冲击3次、6次和9次后,测得砂岩试样的动态力学特性。随后,对冲击后的砂岩试样进行CT扫描,并对扫描得到的裂隙进行了三维重构,从而测得孔隙裂隙参数的变化,并对冲击后试样内部结构及损伤影响进行分析。进一步,利用微观渗流模拟对试样进行渗透性分析,获得试样的模拟渗透率变化特征。最后,进行了冲击后试样的渗透率室内试验,测得实际渗透率的变化情况。结果显示:循环冲击使得试样产生累积损伤,降低了其动态力学性能,随着冲击次数的增加,试样内能量循环蓄积-释放,导致裂缝“扩展-压实-再扩展-再压实”;循环冲击过程中,试样内部小而孤立的裂缝逐步形成大且相互贯通的裂缝,而中裂缝同时存在错断、连通的双重效应,呈现非线性变化特征;循环冲击作用使得试样内产生更多复杂裂缝,导致流体渗流通道更多、渗流规模更大;循环冲击3次时,试样形成单一裂缝,渗透率提升340.91%~380.00%;循环冲击6次时,裂缝初步连通,渗透率提升1 468.18%~2 893.33%;循环冲击九次时,形成连通裂缝网络,渗透率提升4 718.18%~9 380.00%。研究表明,循环冲击作用能够显著提高砂岩的渗透率,裂缝扩展和连通是渗透率提升的关键驱动因素。 展开更多

关键词 砂岩型铀矿 循环冲击 SHPB CT扫描 渗流模拟

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深埋隧道挤压大变形分级标准与控制技术研究 被引量：6

2

作者 朱正国 方智淳 +4 位作者 韩智铭 丁祥 马超义 孙明磊 王志伟 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2022年第5期47-52,共6页

研究目的:深埋隧道施工中会遇到各种地质灾害,其中在高地应力软弱围岩条件下出现挤压性大变形破坏,已成为亟待解决的问题之一。为探究深埋隧道挤压性大变形分级标准并提出相应控制措施,以中兰客专尖山隧道为背景,通过数值模拟对深埋挤... 研究目的:深埋隧道施工中会遇到各种地质灾害,其中在高地应力软弱围岩条件下出现挤压性大变形破坏,已成为亟待解决的问题之一。为探究深埋隧道挤压性大变形分级标准并提出相应控制措施,以中兰客专尖山隧道为背景,通过数值模拟对深埋挤压大变形隧道受力和变形规律进行分析,并据此提出大变形分级标准评价体系,采用层次分析法和模糊综合评价法建立分级标准,以期为深埋隧道工程的安全施工提供科学指导。研究结论:(1)初期支护结构受力以压应力为主,左侧拱腰部位的压应力较大,拉应力分布在拱底与拱脚部位;(2)洞周沉降和隆起最大部位是在拱顶和拱底处,水平收敛较大的部位在上台阶,掌子面初始阶段的变形速度比较大;(3)将大变形等级分为严重大变形、中等大变形、轻微大变形、无大变形,并按深埋隧道挤压性大变形分级标准评价体系对尖山隧道进行风险评估;(4)现场监测结果表明,小导管超前注浆、优化锚杆长度和角度、打设锁脚锚杆、多层支护的控制技术措施对于变形控制起到良好的效果;(5)本研究成果可为相关深埋隧道工程的设计与施工提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 深埋隧道 挤压性大变形 影响因素 分级标准

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高温作用对粉煤灰-矿渣基多孔地聚合物性能的影响

3

作者 杨旭清 王辉 +3 位作者 高尚 郭美丽 孟泽浩 武越宇 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第2期561-568,共8页

了解多孔地聚合物在高温条件下的性能变化,有助于优化多孔地聚合物在高温环境中的应用。本研究分别在200~800℃条件下对粉煤灰-矿渣基多孔地聚合物材料进行高温处理,研究高温作用对多孔地聚合物物质组成、微观结构和宏观性能的影响。结... 了解多孔地聚合物在高温条件下的性能变化,有助于优化多孔地聚合物在高温环境中的应用。本研究分别在200~800℃条件下对粉煤灰-矿渣基多孔地聚合物材料进行高温处理,研究高温作用对多孔地聚合物物质组成、微观结构和宏观性能的影响。结果表明,粉煤灰-矿渣基多孔地聚合物最显著的质量损失发生在600℃以下,主要归因于自由水、结合水的蒸发和脱羟基化,600℃以上质量损失减弱,主要对应于部分碳酸盐物质的分解。多孔地聚合物的微观结构在200℃以下基本保持稳定,400℃以上开始出现热裂纹和熔化现象。随加热温度升高,多孔地聚合物的孔隙率、孔隙连通性和平均孔径不断增大,抗压强度不断减小,导热系数先降低后升高。 展开更多

关键词 多孔地聚合物 孔结构 抗压强度 高温处理 热重分析 微观形貌

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二氧化碳相变爆破作用下含节理岩体的裂纹扩展数值模拟

4

作者 李嘉伟 郑永香 +4 位作者 王伟 牛庆合 尹超 李亚东 姚明宇 《金属矿山》 北大核心 2025年第4期154-163,共10页

为探究CO_(2)相变致裂技术对节理岩体的破裂效应,通过新型CO_(2)相变致裂器爆破试验获取了致裂管内部动态压力曲线,并基于LS-DYNA平台建立数值模型,对比研究了常规致裂器、新型致裂器及弹头型致裂器3种工况下节理充填状态、节理长度、... 为探究CO_(2)相变致裂技术对节理岩体的破裂效应,通过新型CO_(2)相变致裂器爆破试验获取了致裂管内部动态压力曲线,并基于LS-DYNA平台建立数值模型,对比研究了常规致裂器、新型致裂器及弹头型致裂器3种工况下节理充填状态、节理长度、节理厚度及爆源距离对岩体破裂的影响机制,重点观测了应力波传播特征、裂纹扩展路径及穿透节理长度等关键参数。通过裂纹与节理交界区域有效应力分布特征的系统分析,揭示了不同致裂器对节理裂纹扩展的作用规律。研究表明:相较于充填节理,无充填节理对裂纹抑制作用更为显著;随着节理长度减小、厚度增加及与爆源距离增大,裂纹抑制效应呈现增强趋势。新型致裂器较常规型可产生更均匀的裂纹分布和更强的岩体冲击效应,其弹头改进结构能有效引导裂纹扩展方向,促进次生裂纹网络的形成,显著提升岩体渗透性能。研究为CO_(2)相变致裂技术在裂隙岩体中的工程应用提供了理论依据。 展开更多

关键词 CO_(2)相变致裂 节理 爆破增渗 裂纹扩展 有效应力

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基于渗流-化学-应力多场耦合的砂岩型铀矿CO_(2)+O_(2)地浸开采的数值模拟 被引量：8

5

作者 牛庆合 何佳彬 +6 位作者 王伟 苏学斌 周根茂 赵利信 袁维 常江芳 胡明伟 《有色金属（冶炼部分）》 CAS 北大核心 2023年第6期144-152,共9页

为探明不同影响因素对CO_(2)+O_(2)地浸采铀效果的影响规律和影响机理,首先建立了适合CO_(2)+O_(2)地浸的渗流-化学-应力多场耦合数值模型,其次,结合实际现场工况,开展了注液速率、渗透率、O_(2)配加浓度、HCO3-配加浓度和铀矿石平均品... 为探明不同影响因素对CO_(2)+O_(2)地浸采铀效果的影响规律和影响机理,首先建立了适合CO_(2)+O_(2)地浸的渗流-化学-应力多场耦合数值模型,其次,结合实际现场工况,开展了注液速率、渗透率、O_(2)配加浓度、HCO3-配加浓度和铀矿石平均品位对CO_(2)+O_(2)地浸采铀影响的数值模拟研究。研究表明:CO_(2)+O_(2)地浸过程中,抽液井铀浓度呈现“缓慢上升-快速上升-缓慢下降-趋于稳定”的阶段性变化趋势;矿层渗透率、铀矿石平均品位、O_(2)配加浓度、HCO3-配加浓度与抽液井铀浓度呈现线性正相关关系,溶浸液的注入速率与抽液井铀浓度呈现线性负相关关系;CO_(2)+O_(2)地浸过程中应该选择初始渗透率大且铀品位高的矿层,同时应该适当加大O_(2)和HCO3-的配加浓度,并控制好溶浸液注入速率,可实现铀资源的高效开采。本研究对CO_(2)+O_(2)地浸矿层的选择和地浸工艺的优化具有重要的指导意义。 展开更多

关键词 CO_(2)+O_(2) 地浸采铀 多场耦合 数值模拟

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粉煤灰-矿渣基泡沫地聚合物微观孔隙结构与宏观性能 被引量：4

6

作者 王辉 高尚 +2 位作者 郭美丽 刘旭阳 孟泽浩 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期461-470,共10页

以粉煤灰和矿渣为主要原材料,H_(2)O_(2)为发泡剂,通过碱激发方法制备粉煤灰-矿渣基泡沫地聚合物.研究碱激发剂模数和粉煤灰掺量对泡沫地聚合物微观孔隙结构、抗压强度及导热系数的影响.基于X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜和CT扫描分析... 以粉煤灰和矿渣为主要原材料,H_(2)O_(2)为发泡剂,通过碱激发方法制备粉煤灰-矿渣基泡沫地聚合物.研究碱激发剂模数和粉煤灰掺量对泡沫地聚合物微观孔隙结构、抗压强度及导热系数的影响.基于X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜和CT扫描分析了反应产物和孔隙结构参数对泡沫地聚合物性能影响的内在机理.同时,基于灰色关联分析得到泡沫地聚合物的孔隙结构参数与其导热系数和强度的相关关系.结果表明:泡沫地聚合物的导热系数主要由孔隙率决定,两者呈指数负相关;泡沫地聚合物的抗压强度与孔隙连通度、孔隙率、平均孔径及分级孔隙占比有关,其中孔隙连通度和孔隙率影响最显著. 展开更多

关键词 泡沫地聚合物 抗压强度 导热系数 孔隙结构 CT扫描

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层理面强度对层状岩体隧道围岩变形的影响 被引量：1

7

作者 梁现军 冯卫星 +3 位作者 韩伟歌 车龙舟 周浩 彭皓睿 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第35期15233-15241,共9页

软弱层理面的存在往往直接决定隧道围岩的稳定性,而不同地域层理面强度具有明显差异性,为了揭示隧道围岩变形对层理面强度的响应规律,采用内聚力模型构建了含零厚度层理面的层状岩体隧道数值模型,结合二次开发的声发射数值模拟方法,精... 软弱层理面的存在往往直接决定隧道围岩的稳定性,而不同地域层理面强度具有明显差异性,为了揭示隧道围岩变形对层理面强度的响应规律,采用内聚力模型构建了含零厚度层理面的层状岩体隧道数值模型,结合二次开发的声发射数值模拟方法,精细化分析了层理面强度对隧道围岩变形的影响规律。得到以下研究结果:层理面的存在直接影响二次应力场分布,软弱层理面处产生应力集中现象,引起层理面上下界面处的差异变形,从而导致层理面呈现位错滑移趋势,随着层理面强度的增加变形不协调现象减弱,层理面处损伤程度和声发射能量均变小。同时,层理面的存在加大了隧道围岩的变形值,并且层理面强度越弱变形程度越强。因此,针对不同地域层理面强度特性需针对性地进行隧道围岩支护设计,从而保障隧道的安全施工及稳定运营。 展开更多

关键词 层状岩体隧道 内聚力模型 声发射 层理面强度 差异变形

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基于回归正交试验的高地应力TBM隧道变形影响因素敏感性研究

8

作者 任道远 高新强 +2 位作者 马泽骋 樊浩博 朱正国 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第6期121-128,共8页

依托某国家重点铁路工程隧道穿越高地应力TBM施工段,通过精细化三维数值模拟与回归正交试验相结合,运用多元线性回归方法对试验结果进行研究,分析不同支护因素的敏感性并判明其对控制围岩变形起到的利弊作用,同时得到该试验的一次回归方... 依托某国家重点铁路工程隧道穿越高地应力TBM施工段,通过精细化三维数值模拟与回归正交试验相结合,运用多元线性回归方法对试验结果进行研究,分析不同支护因素的敏感性并判明其对控制围岩变形起到的利弊作用,同时得到该试验的一次回归方程,为结构优化提供快速计算公式,以此来调整参数,优化支护结构。一次回归正交试验选取短锚杆长度、长锚杆长度、钢拱架间距、锚杆环向和纵向间距、喷射混凝土等级与地应力水平作为研究影响因素,采用L8(27)正交表,不考虑交互作用进行回归正交试验,计算常数项与各偏回归项系数,建立回归方程,对试验结果进行方差分析与失拟性检验。检验结果表明:因素地应力水平F值大于F0.001,地应力水平对围岩变形起到决定性影响,短锚杆长度、钢拱架间距与锚杆纵向间距的F值均大于F0.025,其均对控制围岩变形有显著影响;所建立的回归方程显著,失拟性检验不显著,回归方程具有较好的拟合程度。在设计施工时首先应考虑采取措施释放地应力,其次在选取支护参数时应将短锚杆长度、钢拱架间距与锚杆纵向间距纳入重点考虑内容。 展开更多

关键词 高地应力隧道 回归正交试验 三维数值分析 多元一次回归方程 敏感性研究 多重联合支护 失拟性检验

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基于流固耦合作用的砂岩地浸采铀效果数值模拟分析

9

作者 郑永香 张傲 +6 位作者 王伟 卫海洋 牛庆合 尹超 杨浩天 雷云 贾男 《有色金属（冶炼部分）》 CAS 北大核心 2024年第7期97-108,共12页

为探究低渗砂岩铀矿在不同因素下的产量变化情况,根据储层有效应力与渗流特性的关系,建立有效应力-渗流数值模型。通过日产水量分析流固耦合作用下储层的产量变化规律,并结合变异系数法分析注入压力、初始渗透率和井间距对产量的影响。... 为探究低渗砂岩铀矿在不同因素下的产量变化情况,根据储层有效应力与渗流特性的关系,建立有效应力-渗流数值模型。通过日产水量分析流固耦合作用下储层的产量变化规律,并结合变异系数法分析注入压力、初始渗透率和井间距对产量的影响。研究表明:考虑流固耦合作用下的储层产量会更快进入稳定状态,产量更高;应力敏感性系数越大,有效应力减小对地层渗透率影响越明显。注入压力越大,地层有效应力减小区域下降幅度增大,地层渗透率增大区域升高幅度增大,产量逐渐增多;流固耦合作用下,产量随着初始渗透率增大而增多且增长速度较快;流固耦合作用下,随着井间距的增大,注采井间有效应力减小的影响减弱,注采井间渗透率增大趋势也在下降,产量逐渐降低。结合各因素变异系数变化可得,注入压力对产量效果影响更明显。本研究有助于建立完整的砂岩铀矿地浸采铀生产方案。 展开更多

关键词 流固耦合 有效应力 渗透率 产量规律 地浸采铀

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浅埋偏压连拱隧道穿越古建筑施工控制研究 被引量：16

10

作者 朱正国 方智淳 +5 位作者 马超义 杨梦雪 王志伟 韩智铭 孙明磊 朱永全 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2021年第5期71-76,108,共7页

研究目的:浅埋偏压连拱隧道具有围岩级别差、土层压力分布不均以及隧道断面大等特点,使得其在施工过程中易对结构严重风化、变形能力差的古长城墙体造成破坏。为探究浅埋偏压连拱隧道穿越古长城施工过程中变形规律与受力特征,本文以荣... 研究目的:浅埋偏压连拱隧道具有围岩级别差、土层压力分布不均以及隧道断面大等特点,使得其在施工过程中易对结构严重风化、变形能力差的古长城墙体造成破坏。为探究浅埋偏压连拱隧道穿越古长城施工过程中变形规律与受力特征,本文以荣乌高速黄土岭隧道为背景,采用数值模拟对施工过程中隧道受力和变形进行分析,选出最合理施工方案,以期为偏压连拱隧道下穿既有建筑相关工程提供一定的理论指导。研究结论:(1)左右洞用侧壁导坑法进行开挖较CRD法以及CRD+CD法而言可有效降低地表沉降与拱顶沉降量,对施工而言最安全;(2)三种施工方法所形成的围岩应力数值不大,均处于安全状态;(3)三种施工工序下,导洞上方地表沉降与隧道拱顶沉降基本相同,但两侧导洞同时开挖可加快施工进度;(4)两侧导洞同时开挖时,中墙承受的应力最小;(5)为保证古长城不被破坏,最终沉降控制标准定为20 mm,爆破振速安全阈值为2 cm/s;(6)本研究成果可为浅埋偏压连拱隧道的施工提供一定借鉴。 展开更多

关键词 隧道工程 超浅埋 施工技术 地表沉降 数值模拟

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地铁盾构区间近距离下穿顶管隧道力学响应及沉降控制标准研究 被引量：15

11

作者 杨艳玲 韩现民 李文江 《铁道标准设计》 北大核心 2022年第3期118-123,149,共7页

为解决郑州地铁4号线盾构区间隧道近距离下穿既有交通工程顶管群隧道变形控制问题,采用数值分析和现场监测的手段,揭示了地铁盾构隧道下穿施工对既有顶管群隧道结构变形的影响规律,建立以数值模拟为基础、以隧道管节接缝允许张开量和结... 为解决郑州地铁4号线盾构区间隧道近距离下穿既有交通工程顶管群隧道变形控制问题,采用数值分析和现场监测的手段,揭示了地铁盾构隧道下穿施工对既有顶管群隧道结构变形的影响规律,建立以数值模拟为基础、以隧道管节接缝允许张开量和结构线形允许最小附加曲率半径为控制目标的既有顶管隧道沉降控制标准,并通过现场监测印证了数值计算结果的正确性和沉降控制标准制定方法的可行性。研究表明:(1)盾构以37°交角斜穿施工时,上部顶管隧道纵向沉降曲线呈现非对称特征,且施工过程中结构沉降曲线出现了一定的平移和偏转现象;(2)相对于接缝张开量控制标准,基于顶管隧道允许附加曲率的沉降控制要求相对更为严格,建议下穿施工扰动下顶管隧道最大允许沉降值取27 mm。 展开更多

关键词 地铁区间 盾构隧道 下穿施工 顶管隧道 力学响应 沉降控制标准

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海底隧道三洞并行施工通风方案优化研究 被引量：4

12

作者 朱正国 孙奥杰 +3 位作者 陈立保 孙文昊 韩智铭 孙明磊 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2022年第9期64-69,78,共7页

研究目的:针对钻爆法施工有害气体扩散规律的研究,目前对单洞独头掘进研究较多,对“三洞并行”施工通风研究较少。为探究海底隧道三洞并行施工较优的通风方案并优化风机布置,以青岛胶州湾第二海底隧道工程为依托,重点对海域钻爆段“三... 研究目的:针对钻爆法施工有害气体扩散规律的研究,目前对单洞独头掘进研究较多,对“三洞并行”施工通风研究较少。为探究海底隧道三洞并行施工较优的通风方案并优化风机布置,以青岛胶州湾第二海底隧道工程为依托,重点对海域钻爆段“三洞并行”施工污染物运移规律进行研究。通过建立“双孔大断面正洞+小断面服务隧道”的“三洞并行”三维模型,使用FLUENT软件三维紊态RNG k-ε模型和组分输运模型模拟隧道爆破后CO浓度分布,分析三种通风方案下CO浓度场变化规律,在此基础上对横通道射流风机布置进行优化。研究结论:(1)三洞并行工况下,利用中间服务隧道可以有效排出多个工作面钻爆施工产生的污染物,但在横通道区域会有污染物滞留现象;(2)在服务隧道内加入射流风机后,全程无明显CO滞留现象,并且可以明显降低浓度峰值,加快CO排出浓度速率;(3)距离横通道中心10 m处为横通道射流风机最佳放置位置;(4)本研究成果可为相关海底隧道施工通风的设计与施工提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 海底隧道 三洞并行 钻爆法施工 污染物 运移规律 CFD

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减震初期支护用钢纤维泡沫混凝土材料性能优化 被引量：10

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作者 朱正国 崔振伟 +5 位作者 马超义 樊浩博 房学谦 丁祥 孙明磊 王志伟 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1-7,共7页

为提高泡沫混凝土的强度,制备三因素四水平正交配合比的钢纤维泡沫混凝土试块;通过孔隙率测定试验和单轴抗压试验,分析并推导分别考虑试块材料的原生孔隙率和泡沫孔隙率对其相对抗压强度影响的关系式;通过劈裂抗拉试验,分析并归纳试块... 为提高泡沫混凝土的强度,制备三因素四水平正交配合比的钢纤维泡沫混凝土试块;通过孔隙率测定试验和单轴抗压试验,分析并推导分别考虑试块材料的原生孔隙率和泡沫孔隙率对其相对抗压强度影响的关系式;通过劈裂抗拉试验,分析并归纳试块材料的抗压强度和钢纤维体积率对试块材料抗拉强度影响的关系式;通过扫描电镜试验,发现试块材料的原生孔隙与泡沫孔隙的形态差异;通过三维复合式衬砌隧道模型在典型地震波荷载作用下的最大主应力模拟分析,对钢纤维泡沫混凝土初期支护的减震性能进行测试。结果表明:当总孔隙率一定时,相对抗压强度随泡沫孔隙率增大而减小,但随原生孔隙率的增大而增大;钢纤维泡沫混凝土的抗拉强度与其抗压强度和钢纤维体积率呈正比例线性关系;原生孔隙和泡沫孔隙对抗压强度的影响程度不同,须分类考虑二者对抗压强度的影响;水胶比为0.35、密度为1550 kg·m^(-3)、纤维体积率在0.9%~1%之间、水泥硅灰质量比为6∶4~9∶1之间的混合料可满足初期支护强度要求;钢纤维泡沫混凝土初期支护相比普通初期支护,减震率在26.1%~42.8%之间。 展开更多

关键词 泡沫混凝土 强度 隧道初期支护 孔隙率 钢纤维

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动静组合加载下砂岩破坏机制及裂纹密度试验研究 被引量：17

14

作者 王伟 梁渲钰 +3 位作者 张明涛 贾泽钰 张思怡 王奇智 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2647-2658,共12页

为探讨砂岩在动静组合加载条件下的破坏特征及损伤规律,采用三维动静组合分离式Hopkinson压杆测试系统对砂岩试样进行了多组动静组合、不同加载速率条件下的冲击试验,利用CT扫描与数字岩芯技术得到了砂岩试样内部不同截面的破坏图和损... 为探讨砂岩在动静组合加载条件下的破坏特征及损伤规律,采用三维动静组合分离式Hopkinson压杆测试系统对砂岩试样进行了多组动静组合、不同加载速率条件下的冲击试验,利用CT扫描与数字岩芯技术得到了砂岩试样内部不同截面的破坏图和损伤后试样内部的三维重构图及裂纹密度,研究了砂岩在不同受力情况下的破坏形式和破坏机制,并对轴压、围压及应变率对砂岩裂纹密度的影响规律进行了探究。试验结果表明:常规动态冲击作用下,砂岩的动态破坏形式为典型的拉伸劈裂破坏;一维动静组合加载下,砂岩的动态破坏形式为典型的压剪破坏,内部呈现出共轭双曲线形的压剪面;三维动静组合加载下,砂岩的动态破坏形式同样表现为压剪破坏,但内部破坏面为圆台(锥)形,并对不同加载条件下砂岩的动态破坏机制进行了分析。在不同加载状态下砂岩的裂纹密度随应变率的增加均呈递增趋势,轴压、围压的施加限制了裂纹的产生和增长速率,围压相对于轴压对裂纹产生和扩展的限制程度更大,并从砂岩的抗压强度和裂纹产生的补偿空间角度对其进行了解释;利用轴压、围压模拟地应力,分析了地下0、200、400、600 m处应变率对砂岩裂纹密度的影响规律,并对其进行了定量分析,若要产生同样效果的裂纹密度,地下600 m处的砂岩所需应变率大约是无地应力状态下的3.4倍。从裂纹密度角度构建了不同加载状态下损伤变量和应变率之间的量化关系式,该研究结果可为无临空面爆破开采过程中不同爆炸应力波与岩石内部裂纹开展程度的量化问题提供了参考。 展开更多

关键词 砂岩 动静组合加载 CT扫描 破坏机制 应变率 裂纹密度

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湿态钢纤维泡沫混凝土初期支护减震特性研究 被引量：1

15

作者 朱正国 崔振伟 +6 位作者 陈士通 刘利 韩伟歌 樊浩博 郭小龙 韩智铭 张梓峰 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期57-62,共6页

研究目的:水是隧道结构常见地质环境,分析研究新型初期支护材料的减震性能必须考虑水的影响。因此本文在试验探究适宜作隧道初期支护的钢纤维泡沫混凝土的基础上,进一步试验分析水对其力学性能的影响;最后通过数值模拟构建三维复合式衬... 研究目的:水是隧道结构常见地质环境,分析研究新型初期支护材料的减震性能必须考虑水的影响。因此本文在试验探究适宜作隧道初期支护的钢纤维泡沫混凝土的基础上,进一步试验分析水对其力学性能的影响;最后通过数值模拟构建三维复合式衬砌隧道结构模型,探究在不含水地层与富水地层中新型初期支护的减震性能。研究结论:(1)湿态钢纤维泡沫混凝土的动态模量随含水量的增加而增大,准静态单轴抗压强度与抗拉强度随含水量的增加而降低;(2)钢纤维泡沫混凝土初期支护有明显的减震效果,减震率最高达41.43%,围岩级别越高,减震效果越显著;在地震设防烈度升高时,减震效果提升不明显;(3)在不含水地层中,不同厚度初期支护的减震效果有边际效应,而在富水地层中没有这种边际效应,分别给出了不同工况条件下的钢纤维泡沫混凝土初期支护厚度的推荐值,可供实际施工参考。 展开更多

关键词 钢纤维泡沫混凝土 初期支护 富水 动态模量 减震

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液态CO_(2)相变致裂器泄能头气孔压力研究 被引量：4

16

作者 王伟 李亚东 +4 位作者 郑永香 尹超 李朝博 路小茜 周星宇 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第7期50-57,共8页

采用CO_(2)相变爆破代替传统炸药爆破作为输入能量,对低渗砂岩铀矿层进行“爆破增渗”物理改造,对于提高我国天然铀产量具有十分重要的意义。目前工业化生产的CO_(2)致裂器主要针对煤岩开采等领域设计,在爆破增渗工况中适应性不佳。为此... 采用CO_(2)相变爆破代替传统炸药爆破作为输入能量,对低渗砂岩铀矿层进行“爆破增渗”物理改造,对于提高我国天然铀产量具有十分重要的意义。目前工业化生产的CO_(2)致裂器主要针对煤岩开采等领域设计,在爆破增渗工况中适应性不佳。为此,对传统致裂器泄能头进行多孔设计、平衡各泄气孔压力,为设计出针对爆破增渗领域的“各气孔压力大且均匀”的致裂器提供理论参考。以RNG k-ε湍流模型为理论基础,基于计算流体动力学(CFD)对致裂器泄能头部分进行了数值仿真试验,分析了泄能头内的气体流动规律及压力分布特征,探讨了位置关系和孔径特征两个因素对泄气孔压力变化的影响规律。结果表明:为保持气孔压力的稳定输出,对称式分布的泄气孔优于交错式分布的泄气孔布置;同时,泄气孔直径设置为由首部至端部递增的非均匀式,可有效降低各气孔之间的压差。上述分析进一步表明:非均匀对称式的泄能头类型更符合爆破增渗的需求。 展开更多

关键词 CO_(2)相变爆破 爆破增渗 CFD 泄能头 RNG k-ε湍流模型 数值模拟

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富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应特征研究 被引量：16

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作者 樊浩博 周定坤 +5 位作者 刘勇 宋玉香 朱正国 朱永全 高新强 郭佳奇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1884-1898,共15页

对于围岩中存在管道型溶腔的岩溶隧道而言,受地表强降雨及地下水的影响,管道型溶腔内极易积聚高水压力,进而引发衬砌开裂、渗漏水及涌水病害。为了探明管道型溶腔中高水压力对衬砌结构的影响,开展了富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应... 对于围岩中存在管道型溶腔的岩溶隧道而言,受地表强降雨及地下水的影响,管道型溶腔内极易积聚高水压力,进而引发衬砌开裂、渗漏水及涌水病害。为了探明管道型溶腔中高水压力对衬砌结构的影响,开展了富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应模型试验,对不同溶腔位置及不同水头高度影响下的衬砌结构内力特征进行了研究。基于此,建立扩展工况的数值计算模型,进一步探究了不同溶腔直径、溶腔位置及溶腔水头高度对衬砌结构内力的影响。结果表明:当隧道周围存在管道型溶腔时,与溶腔接触位置的衬砌内侧承受较大的正弯矩,为衬砌结构的最不利受力位置;随着溶腔直径和溶腔内水头高度的增加,衬砌内力显著增大;溶腔所在位置影响着衬砌内力的分布,当溶腔位于隧道拱顶时,衬砌结构的抗水压能力最小。研究结果可为管道型岩溶隧道的结构设计及安全施工提供借鉴。 展开更多

关键词 岩溶隧道 管道型溶腔 模型试验 数值模拟 衬砌内力

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基于冲切破坏模式的嵌岩桩桩端溶洞顶板临界厚度确定方法研究 被引量：14

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作者 袁维 刘尚各 +1 位作者 聂庆科 王伟 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2789-2798,共10页

桩端下伏溶洞顶板厚度是影响嵌岩桩竖向承载力的一个重要影响因素,在工程实践中,我国相关规范要求桩端平面以下的顶板厚度不小于3倍桩径。根据规范确定溶洞顶板厚度具有一定的经验性和笼统性,没有考虑溶洞顶板岩体质量,亦忽略了溶洞自... 桩端下伏溶洞顶板厚度是影响嵌岩桩竖向承载力的一个重要影响因素,在工程实践中,我国相关规范要求桩端平面以下的顶板厚度不小于3倍桩径。根据规范确定溶洞顶板厚度具有一定的经验性和笼统性,没有考虑溶洞顶板岩体质量,亦忽略了溶洞自身尺寸的影响。基于桩端岩体的冲切破坏模式,并结合广义Hoek-Brown准则和极限定理上限法建立了溶洞顶板临界厚径比(h/d,即顶板厚度h/基桩直径d)的计算方法,给出了不同岩体基本质量级别的临界厚径比建议值。结果表明:极限端阻力、岩石坚硬程度和岩体质量均对临界厚径比产生影响,极限端阻力越小、岩体质量越好、岩石越坚硬,则溶洞顶板的临界厚径比越小;以《工程岩体分级标准》(GB/T50218-2014)中岩体基本质量分级为参考依据,Ⅰ~Ⅳ级岩体的临界厚径比建议值分别是Ⅰ级岩体h/d≤2.41、Ⅱ级岩体2.41≤h/d≤2.96、Ⅲ级岩体2.96≤h/d≤3.73、Ⅳ级岩体3.73≤h/d≤4.91。 展开更多

关键词 溶洞顶板 临界厚径比 极限分析 HOEK-BROWN准则 嵌岩桩 竖向承载力

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养护压力对膏体充填体强度影响规律及机理分析 被引量：14

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作者 陈顺满 王伟 +1 位作者 吴爱祥 王贻明 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3740-3749,共10页

为了模拟与现场膏体充填体(CPB)较为相近的养护环境,分析养护压力对其强度的影响机理,以某铜矿全尾砂为研究对象,研究养护压力和养护时间对膏体充填体强度的影响规律。采用扫描电镜观察膏体充填体的微观结构,并对扫描电镜图像进行二值... 为了模拟与现场膏体充填体(CPB)较为相近的养护环境,分析养护压力对其强度的影响机理,以某铜矿全尾砂为研究对象,研究养护压力和养护时间对膏体充填体强度的影响规律。采用扫描电镜观察膏体充填体的微观结构,并对扫描电镜图像进行二值化处理,应用分形理论从定量角度对其机理进行分析。结果表明:随着养护压力的增加,膏体充填体的强度呈一元二次函数增长,但增长的速率逐渐减小,且膏体充填体的强度随养护时间的延长逐渐增加;膏体充填体的计盒维数随养护压力的增大而增大。养护压力对膏体充填体强度的影响机理在于:由于养护压力的增加,使孔隙水压力消散,水化反应加快,孔隙被水化产物所填充,使膏体充填体内部孔隙减小,形成新的膏体充填体承载骨架,进而使膏体充填体强度增加。 展开更多

关键词 膏体充填体 养护压力 强度 微观结构 分形维数

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寒区隧道温度场模型试验及空气幕保温措施 被引量：15

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作者 王仁远 朱永全 +3 位作者 高焱 朱正国 方智淳 王志伟 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期70-82,共13页

依据相似理论,以俄罗斯莫喀高铁为设计原型,搭建由高速列车驱动系统、隧道模型、温度调控系统和测试系统4部分组成的寒区隧道温度场模型试验台,分析隧道内无列车运行和有列车运行时的寒区隧道温度场变化规律;依据流函数叠加与热平衡原... 依据相似理论,以俄罗斯莫喀高铁为设计原型,搭建由高速列车驱动系统、隧道模型、温度调控系统和测试系统4部分组成的寒区隧道温度场模型试验台,分析隧道内无列车运行和有列车运行时的寒区隧道温度场变化规律;依据流函数叠加与热平衡原理推导控制方程,提出1种新型的空气幕保温措施;以京张高铁正盘台隧道为算例,利用有限元软件模拟验证控制方程的准确性,优化空气幕的喷射角度,论证空气幕防寒保温措施的效果。结果表明:外界温度每降低5℃,隧道负温区长度约增加77 m;围岩温度每增加5℃,负温区长度约减少131 m;浅埋隧道应全段设防,深埋隧道洞口段必须设防;寒区隧道中列车运行间隔时间小于15 min时,应增加设防长度;采用空气幕保温措施时,空气幕最优喷射角度为30°~40°;在自然风速2 m·s^(-1)、外界温度-10℃、围岩温度5℃、计算时长30 d的条件下,洞口安装1台空气幕可使洞壁温度达到0.53℃,比未安装空气幕时温度提高9.03℃,基本消除隧道内的冻害现象。 展开更多

关键词 寒区隧道 防寒保温措施 空气幕 温度场 模型试验 高速铁路

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