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软岩巷道围岩塑性区演化规律及形态模糊判别
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作者 刘家顺 王思宇 +3 位作者 左建平 郑智勇 张馨 贾宝新 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2026年第1期246-258,共13页
巷道开挖引起的应力扰动将引起围岩塑性区变化,导致围岩不均匀变形、顶板塌方和冒顶等工程灾害。为研究侧压力系数(λ)和主应力方向对围岩塑性区的影响,基于蝶形塑性区理论,引入主应力偏转角(α),构建考虑主应力方向的围岩塑性区边界方... 巷道开挖引起的应力扰动将引起围岩塑性区变化,导致围岩不均匀变形、顶板塌方和冒顶等工程灾害。为研究侧压力系数(λ)和主应力方向对围岩塑性区的影响,基于蝶形塑性区理论,引入主应力偏转角(α),构建考虑主应力方向的围岩塑性区边界方程,研究不同侧压力系数和主应力偏转角作用时围岩塑性区的演化规律,并利用FLAC3D进行数值模拟验证。结果表明:不同λ和α作用时,巷道围岩塑性区呈现圆形(CS型)、椭圆形(OS型)和蝶形(BS型)3种形态特征,其中λ影响塑性区形态,α影响围岩破坏位置,二者共同影响塑性区的扩展范围。蝶叶与竖直方向夹角随主应力偏转角度呈线性变化。基于模糊数学理论,提出了软岩塑性区形态模糊评价方法。以高家梁煤矿20110工作面为工程背景,采用数值模拟和现场松动圈测试等方法,验证了评价方法的可靠性。针对性地提出了“长短锚杆(索)+钢筋网+喷射混凝土+浅层注浆”相结合的非对称耦合支护方案,显著降低了围岩表面收敛变形。研究成果可为地下工程围岩变形控制与灾害防治提供理论支撑。 展开更多
关键词 软岩巷道 蝶形塑性区 主应力偏转 数值模拟 模糊数学
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基于激光传感器的恶劣天气车辆多目标检测方法
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作者 左建平 柴青青 +2 位作者 王晓阳 李贵彦 左佳禾 《激光杂志》 北大核心 2026年第1期239-244,共6页
为了确保道路交通安全,提高应急响应效率,提出基于激光传感器的恶劣天气车辆多目标检测方法。改进的C均值聚类去除大尺度噪声,利用双边滤波去除小尺度噪声,以激光传感器坐标系为基准,对X轴、Y轴和Z轴范围内的点云体素化处理,对激光点云... 为了确保道路交通安全,提高应急响应效率,提出基于激光传感器的恶劣天气车辆多目标检测方法。改进的C均值聚类去除大尺度噪声,利用双边滤波去除小尺度噪声,以激光传感器坐标系为基准,对X轴、Y轴和Z轴范围内的点云体素化处理,对激光点云中每个体素初步特征编码,利用三维稀疏卷积提取点云局部特征,联合标准卷积和转置卷积建立特征金字塔网络,提取不同尺度上的激光点云特征并拼接。依据特征设定多目标候选框,使用三维卡尔曼滤波跟踪车辆目标,实现车辆多目标检测与跟踪。实验结果表明,在多目标检测中,所提方法的IoU超过90%、FPS达12,要优于对比方法,能有效满足恶劣天气下车辆多目标检测需求。 展开更多
关键词 激光传感器 恶劣天气 车辆多目标检测 双边滤波 三维卡尔曼滤波
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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 被引量:2
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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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块状多组节理岩体破坏行为及GSI预测模型研究 被引量:1
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作者 左建平 杨硕 +2 位作者 沈佳轶 杜建 孙宸昊 《有色金属(矿山部分)》 2025年第2期175-185,共11页
节理岩体地质强度指标(GSI)是岩体工程设计及稳定性分析的重要参数,开展对节理岩体破坏形态及GSI的研究至关重要。采用经室内试验标定的花岗岩数值模型,对含有两组正交节理的块状节理岩体进行压缩模拟试验。结果显示,围压从3 MPa到10 MP... 节理岩体地质强度指标(GSI)是岩体工程设计及稳定性分析的重要参数,开展对节理岩体破坏形态及GSI的研究至关重要。采用经室内试验标定的花岗岩数值模型,对含有两组正交节理的块状节理岩体进行压缩模拟试验。结果显示,围压从3 MPa到10 MPa完整岩石强度提升约40%,节理岩体强度提升约166%,围压对节理岩体的强度的提升更为明显。块状节理岩体的强度和破坏随节理倾角呈现出明显的各向异性。块状节理岩体抗压强度和岩体GSI随节理倾角呈先减小后增大的非线性变化趋势。块状节理岩体在围压作用下主要发生剪切破坏、张拉破坏和剪切张拉混合破坏。基于广义Hoek-Brown准则,建立了块状节理岩体GSI预测模型,块状节理岩体GSI与节理间距呈非线性关系。本文建立的模型可为工程中块状节理岩体GSI的判定提供相关依据。 展开更多
关键词 块状节理岩体 岩体试验 数值模拟 GSI 预测模型
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冲击荷载作用下泥石流堆积体的力学响应特征
5
作者 于洋洋 赵士忠 +3 位作者 田洪雷 左建平 王洋 刘家顺 《土木与环境工程学报(中英文)》 北大核心 2025年第6期75-85,共11页
为研究冲击荷载作用下泥石流堆积体力学响应特征,采用堆积体土工试验、冲击荷载作用相似模型试验和数值模拟相结合的方法,研究圆柱弹体侵彻泥石流堆积体的加速度、速度、位移、应力等时程曲线以及弹体侵彻过程中的运动姿态、阻力和空腔... 为研究冲击荷载作用下泥石流堆积体力学响应特征,采用堆积体土工试验、冲击荷载作用相似模型试验和数值模拟相结合的方法,研究圆柱弹体侵彻泥石流堆积体的加速度、速度、位移、应力等时程曲线以及弹体侵彻过程中的运动姿态、阻力和空腔特征演化规律。结果表明:弹体侵彻泥石流堆积体时,位移增加较快,随着弹体在泥石流堆积体中运动姿态的失稳,其减加速度逐渐增加,在弹体轴向与其运动方向垂直时,接触面最大,阻力达到最大值,负加速度也达到最大值。在弹体的侵彻过程中,弹体将泥石流堆积体向四周排开,形成大的空腔,弹体速度随之降低,位移增加趋于缓慢;随着时间的增加,弹体翻转,最后尾部向前,与泥石流堆积体接触面减小,阻力降低,加速度减小,速度相对减缓,位移曲线的曲率随着速度的减小而减小。 展开更多
关键词 泥石流 堆积体 冲击荷载 高速列车 动力响应
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基于Archard模型的汽车通用连接件挤内孔冲棒寿命优化
6
作者 左建平 柴青青 +1 位作者 左佳禾 李贵彦 《锻压技术》 北大核心 2025年第9期166-172,共7页
为提高汽车通用连接件挤内孔工位冲棒的使用寿命,利用Deform-3D并基于Archard模型对挤内孔冲棒的磨损情况进行预测、分析及优化。以现工艺条件为前提,完成了挤内孔模型的建立和挤内孔过程的数值模拟,同时以实际数据为支撑检验了模拟结... 为提高汽车通用连接件挤内孔工位冲棒的使用寿命,利用Deform-3D并基于Archard模型对挤内孔冲棒的磨损情况进行预测、分析及优化。以现工艺条件为前提,完成了挤内孔模型的建立和挤内孔过程的数值模拟,同时以实际数据为支撑检验了模拟结果的准确性。保证生产工艺不变,对比冲棒的工作面外形为平顶、锥顶以及弧顶时冲棒的磨损程度和受力大小,确定锥顶冲棒最利于成形;为最大程度降低磨损,对锥顶冲棒的锥顶直径、锥面斜角和过渡夹角进行优化,同时通过涂层技术对冲棒表面性能做进一步强化。最后,将改进后的冲棒应用于实际生产,生产件的内孔质量满足要求,且冲棒的实际寿命大幅度提升,证明了优化效果。 展开更多
关键词 汽车通用连接件 挤内孔 磨损 冲棒外形 涂层
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煤岩组合体峰后应力-应变关系模型及脆性特征 被引量:18
7
作者 宋洪强 左建平 +1 位作者 陈岩 黎立云 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期1063-1070,共8页
煤岩体峰后破坏行为对于研究煤矿采空区覆岩破断及移动规律具有重要意义。本文利用煤岩组合体的单轴和三轴加载试验,研究其峰后软化应力-应变关系及脆性特征。通过强度参数分段线性演化方法,以等效塑性应变为应变软化参数,基于Mohr-Coul... 煤岩体峰后破坏行为对于研究煤矿采空区覆岩破断及移动规律具有重要意义。本文利用煤岩组合体的单轴和三轴加载试验,研究其峰后软化应力-应变关系及脆性特征。通过强度参数分段线性演化方法,以等效塑性应变为应变软化参数,基于Mohr-Coulomb强度准则建立了煤岩组合体峰后非线性应力-应变关系,获得了峰后应力-应变关系理论变化趋势,与三轴加载试验数据较吻合。进一步对影响峰后应力-应变曲线形态的各参数进行敏感性分析,发现峰值强度和残余强度分别对峰值内摩擦角、残余内摩擦角敏感性较强。依据峰后应力-应变曲线形态,提出采用应力软化系数来评价煤岩组合体峰后脆性强弱,研究表明:对于钱家营煤岩组合体,当围压由0增大到5 MPa时,脆性对围压的敏感性较高;而当围压超过5 MPa后,脆性程度随围压变化不明显;出现这个现象的主要原因可能是煤体的强度较低,受低围压影响较为明显。 展开更多
关键词 煤岩组合体 峰后软化关系 敏感性分析 应力软化系数 脆性特征
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煤岩组合体循环加卸载变形及裂纹演化规律研究 被引量:36
8
作者 陈岩 左建平 +2 位作者 宋洪强 冯路路 邵光耀 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期826-833,共8页
利用MTS 815试验机对煤岩组合体进行循环加卸载试验,分析了煤岩组合体循环加卸载中弹性应变和残余应变,而后得出加载时裂纹闭合应力和闭合应变,最后利用加载试验数据验证了轴向裂纹闭合模型和峰前应力-应变关系模型。结果表明:随着循环... 利用MTS 815试验机对煤岩组合体进行循环加卸载试验,分析了煤岩组合体循环加卸载中弹性应变和残余应变,而后得出加载时裂纹闭合应力和闭合应变,最后利用加载试验数据验证了轴向裂纹闭合模型和峰前应力-应变关系模型。结果表明:随着循环次数的增加,煤岩体内部的原生裂纹逐渐被压密,进而轴向弹性应变比重增大,而轴向残余应变比重减小;环向弹性应变所占比例先增大后减小,主要是由于荷载的增加加剧了煤体的环向扩容,并产生环向裂纹。计算得出每次加载下的轴向裂纹应变,发现随着应力增大,轴向裂纹应变先增大后基本保持不变,其拐点为裂纹闭合点,所对应的应力为轴向裂纹闭合应力,应变为轴向裂纹闭合应变。由于新裂纹和孔隙较难闭合,二者随加载次数增加有增大趋势。最后利用轴向裂纹闭合模型和峰前应力-应变关系模型对循环加卸载煤岩组合体的试验数据进行评价,理论值与试验值吻合度较高,能够很好地反映岩石峰前非线性行为。 展开更多
关键词 煤岩组合体 残余应变 弹性应变 裂纹应变 非线性模型
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煤岩组合体峰后渐进破坏特征与非线性模型 被引量:14
9
作者 左建平 宋洪强 +1 位作者 陈岩 李彦红 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期3265-3272,共8页
利用煤岩组合体的单轴和三轴压缩试验结果,基于轴向裂纹应变,分析了其峰后渐进破坏特征。在此基础上,通过将峰后阶段的煤岩组合体概念化为裂纹体和基体两部分,建立了考虑自然应变的裂纹体在峰后裂纹贯通阶段的本构模型,然后考虑基体的... 利用煤岩组合体的单轴和三轴压缩试验结果,基于轴向裂纹应变,分析了其峰后渐进破坏特征。在此基础上,通过将峰后阶段的煤岩组合体概念化为裂纹体和基体两部分,建立了考虑自然应变的裂纹体在峰后裂纹贯通阶段的本构模型,然后考虑基体的弹性变形,最终得到煤岩组合体峰后阶段的非线性应力-应变关系。实例验证表明,该模型能较好地反映煤岩组合体峰后应变软化行为和残余强度。对模型的2个参数进行分析,结果表明:轴向裂纹扩展应变极值在单轴压缩时取得最大值,围压存在时远小于最大值;等效非弹性柔度与轴向裂纹扩展应变极值存在负相关关系,与能量跌落系数大致存在线性相关关系,表明等效非弹性柔度可间接评价煤岩组合体峰后破坏的脆性程度;等效非弹性柔度比轴向裂纹扩展应变极值对煤岩组合体峰后破坏行为的影响更明显。 展开更多
关键词 煤岩组合体 轴向裂纹应变 裂纹体 等效非弹性柔度 峰后本构模型
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断层破碎带巷道底臌作用机理与控制技术 被引量:26
10
作者 王军 胡存川 +4 位作者 左建平 王波 毛庆福 丁厚刚 赵南南 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期397-408,共12页
针对阳城煤矿-650南翼综机库(返修后为-650集中制冷硐室)底臌问题,采用现场调研和室内测试分析了底臌影响因素,包括断层破碎带影响、底板岩体质量差、底板浸水劣化和底板支护薄弱,其中前2条属于地质因素,要摸清参数分析利害,后2条属于... 针对阳城煤矿-650南翼综机库(返修后为-650集中制冷硐室)底臌问题,采用现场调研和室内测试分析了底臌影响因素,包括断层破碎带影响、底板岩体质量差、底板浸水劣化和底板支护薄弱,其中前2条属于地质因素,要摸清参数分析利害,后2条属于人为因素,要优化设计设置防水。通过有限元模拟了原有支护和返修支护条件下底臌形成过程,模拟显示原支护条件下,巷道底板零位移标线距离巷道底板地坪7 m左右,零应变标线距离底板地坪10 m左右;底板有明显的3个区域:拉应变上升区、拉应变压缩区、压应变压缩区,其中拉应变上升区分布范围广且深度大(即零位移标线深度大),围岩应力作用下拉应变上升区持续位移是造成底臌的关键原因。返修方案优化了全断面支护并重点强化底板支护力,模拟显示返修后底板零位移标线距离巷道底板地坪约4 m,与原有支护条件下相比,零位移标线抬升约3 m,减小了底臌发生区深度,控底效果显著。由此,提出了以底板零位移标线深度(即底臌产生区深度)来分析底臌作用机理,在单一变量条件下,分析得出底板支护力σ、底板岩体强度σc、巷道埋深H及巷道半径R与底板零位移标线深度hs的相关函数分别符合对数函数、幂函数、线性函数和对数函数。其中底板支护力和巷道半径影响作用显著,底板岩体强度影响作用次之,巷道埋深影响作用再次之。因此,为抑制底臌,在常规支护条件下应尽可能提高底板支护力;在巷道满足使用要求条件下应尽可能减小巷道尺寸;对软岩底板应尽可能保持或优化底板岩体强度,必须进行底板防排水。最后,实施了以锚网索喷+钢管混凝土支架技术优化全断面支护并以钢筋混凝土底梁强化底板支护的综合返修支护方案,工程实践表明返修后底臌控制良好,底臌量低于20 mm,经计算钢筋混凝土底梁支护力1. 02 MPa,钢管混凝土支架反底拱支护0. 91 MPa,返修方案的底板总支护力σ=1. 93 MPa,属于高支护力方案。但是返修方案也存在施工复杂和支护成本较高问题,为此提出由预制装配式弧板+控底锚索+防水层组成的优化支护系统,施工简单,成本经济。 展开更多
关键词 底臌控制 底臌机理 钢管混凝土支架 钢筋混凝土底梁 预制装配式弧板控底系统
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深部煤岩组合体破坏行为与非线性模型研究进展 被引量:32
11
作者 左建平 陈岩 宋洪强 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2510-2521,共12页
煤岩组合体破坏力学行为与模型研究是深部煤炭采动力学研究的重点。在深部煤炭开采中,开采扰动下煤岩组合体整体破坏行为愈发明显。近年来,随着试验手段的逐渐改进,我国学者对煤岩组合体的变形和破坏行为展开了系统研究。本文首先介绍... 煤岩组合体破坏力学行为与模型研究是深部煤炭采动力学研究的重点。在深部煤炭开采中,开采扰动下煤岩组合体整体破坏行为愈发明显。近年来,随着试验手段的逐渐改进,我国学者对煤岩组合体的变形和破坏行为展开了系统研究。本文首先介绍煤岩组合体的加载破坏力学特性,对比分析煤岩组合体与煤岩单体力学特性的差异;随后总结煤岩组合体的冲击倾向性及其影响因素,如加载速率、组合方式、煤岩高度比等;讨论煤岩组合体加载破坏过程中的声发射特征和煤岩组合体声发射分布情况,并分析其裂纹演化规律,总结基于裂纹演化的煤岩组合体峰前裂纹闭合模型、裂纹张开模型及峰后裂纹演化模型;最后,对煤岩组合体破坏行为的未来研究趋势进行展望。 展开更多
关键词 煤岩组合体 冲击倾向性 声发射 裂纹演化模型
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OBE理念下的材料力学教学方法改革与实践 被引量:32
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作者 刘德军 左建平 +2 位作者 周宏伟 祝捷 李明耀 《力学与实践》 北大核心 2021年第1期112-119,共8页
为提高材料力学教学效果,培养学生分析和解决实际问题的能力,开展了目标导向教育(outcome based education,OBE)的教学方法改革与实践。以采矿专业大学生为教学对象,结合巷道支护技术的最新发展动态,针对轴向拉伸、轴向压缩、扭转、弯... 为提高材料力学教学效果,培养学生分析和解决实际问题的能力,开展了目标导向教育(outcome based education,OBE)的教学方法改革与实践。以采矿专业大学生为教学对象,结合巷道支护技术的最新发展动态,针对轴向拉伸、轴向压缩、扭转、弯曲、组合变形和压杆稳定分别导入顶板锚杆、墩柱、锚杆孔钻孔、巷道顶板锚杆布置优化、钢管混凝土支架破坏和墩柱稳定性等案例,运用相关章节力学知识,最终解答了案例。OBE教学方法能让学生深刻地认识到材料力学和所学专业的密切关系,激发学生的学习兴趣,培养学生的科学素养和研究性思维,实践创新和解决工程问题的能力,教学效果显著。 展开更多
关键词 材料力学 目标导向教育 教学方法 案例 采矿专业
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面向专业人才培养目标的材料力学一流课程建设 被引量:22
13
作者 祝捷 周宏伟 +4 位作者 左建平 王宏伟 刘德军 薛东杰 李明耀 《力学与实践》 北大核心 2021年第3期457-462,共6页
在深入分析课程建设面临教育教学理念、专业培养目标、学生学习动力等挑战的基础上,中国矿业大学(北京)材料力学教学团队贯彻成果导向教育理念,"反向设计、正向支撑",将专业人才培养目标分解落实到课程中,夯实课程教学与毕业... 在深入分析课程建设面临教育教学理念、专业培养目标、学生学习动力等挑战的基础上,中国矿业大学(北京)材料力学教学团队贯彻成果导向教育理念,"反向设计、正向支撑",将专业人才培养目标分解落实到课程中,夯实课程教学与毕业要求指标点的支撑关系;探索实践了以学生为中心的双闭环教学模式,强化课内外教学互动。结合多元化质量评价,教师动态分析学情、持续改进教学,切实保障了专业培养目标的达成和个性化学习成果的产出。 展开更多
关键词 成果导向教育 材料力学 课程建设 专业培养目标
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深部巷道等强支护控制理论 被引量:29
14
作者 左建平 文金浩 +2 位作者 刘德军 吴丽丽 孙运江 《矿业科学学报》 CSCD 2021年第2期148-159,共12页
本文调查了大量的煤矿巷道现场破坏案例,提炼了6类15种典型破坏模式,分析了圆形与矩形巷道的围岩受力特征及应力分布规律。基于巷道围岩梯度破坏机理及矩形巷道等强梁支护模型,提出了深部巷道等强支护控制理论力学概念模型,即根据巷道... 本文调查了大量的煤矿巷道现场破坏案例,提炼了6类15种典型破坏模式,分析了圆形与矩形巷道的围岩受力特征及应力分布规律。基于巷道围岩梯度破坏机理及矩形巷道等强梁支护模型,提出了深部巷道等强支护控制理论力学概念模型,即根据巷道围岩受力特征,采用开槽卸压、注浆加固、锚杆(索)主动支护、钢管混凝土被动支护等综合手段,有效调整巷道围岩的应力状态,以期实现不同位置围岩能够达到安全且与地应力比相匹配的等效应力状态,获得应力分布趋于均匀、塑性区范围相似的理想状态。给出了不同埋深、不同断面形状巷道所需的等强支护强度计算公式,数值模拟了圆形与矩形巷道在等强支护前、后围岩应力变化,验证了等强支护后围岩应力场能明显改善。等强支护控制模型一定程度上为深部巷道围岩控制提供了理论和实践指导。 展开更多
关键词 深部巷道 典型破坏模式 围岩应力 等强支护 力学模型
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煤岩组合体的能量演化规律及差能失稳模型 被引量:47
15
作者 左建平 宋洪强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期3037-3051,共15页
为有效评价煤岩组合模型的冲击倾向性,体现围岩性质对其失稳破坏的影响,首先对比了不同类型煤岩的能量积聚特性,发现同一应力水平时煤岩具有的弹性能密度主要取决于其弹性模量,且两者呈负相关关系。基于此,分析了煤岩组合试样中煤体、... 为有效评价煤岩组合模型的冲击倾向性,体现围岩性质对其失稳破坏的影响,首先对比了不同类型煤岩的能量积聚特性,发现同一应力水平时煤岩具有的弹性能密度主要取决于其弹性模量,且两者呈负相关关系。基于此,分析了煤岩组合试样中煤体、岩体的弹性能密度演化规律,表明煤体是组合试样中弹性能积聚与释放的主体;同时计算了两者的峰值弹性能密度差,发现该参量与组合试样破坏的剧烈程度密切相关,即峰值弹性能密度差越大,往往组合试样破坏越剧烈。基于大量试验数据讨论了影响该参量的因素,结果表明该参量与组合试样抗压强度、煤体弹性模量、岩煤高度比、岩煤弹模比等因素均具有正相关性,而与岩体弹性模量的关系不明确,其中抗压强度是主控因素。从非平衡热力学和耗散结构的观点出发,基于煤岩弹性能密度差的分析,构建了组合煤岩系统的差能失稳分析模型,当其处于临界态时,系统的弹性能密度差最大,此时系统处于最不稳定状态。据此,提出以煤岩系统的峰值弹性能密度差与失稳持续时间的比值作为评价煤岩组合体冲击倾向性的指标,该指标从煤岩整体系统的角度出发,考虑了煤体与岩体的力学特性及能量积聚性质的差异,本质上表征了煤岩系统失稳过程中储存弹性能的释放速率,并由试验与模拟数据验证了该指标的有效性。煤岩组合体差能失稳模型一定程度可反映煤岩组合冲击失稳的力学现象。 展开更多
关键词 煤岩组合体 峰值弹性能密度差 差能失稳模型 差能失稳指标 冲击倾向性
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岩层移动内外“类双曲线”整体模型研究 被引量:55
16
作者 左建平 吴根水 +1 位作者 孙运江 于美鲁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期333-343,共11页
岩层移动主要关注工作面上覆部分岩层移动规律,开采地表沉降则关注地面的沉降问题,这2个研究方向都涉及到开采后上覆岩层到地表土层的整体移动行为,可以建立一种能够描述覆岩移动到地表沉降的岩层整体移动模型。通过理论与试验分析得到... 岩层移动主要关注工作面上覆部分岩层移动规律,开采地表沉降则关注地面的沉降问题,这2个研究方向都涉及到开采后上覆岩层到地表土层的整体移动行为,可以建立一种能够描述覆岩移动到地表沉降的岩层整体移动模型。通过理论与试验分析得到了岩梁梯形块体结构的初次破断与周期破断形态,建立了岩层梯形“倒漏斗式”冒落拱与裂隙拱的冒落条件与判定方法。基于岩层破断移动边界“类双曲线”模型,提出了采用内外“类双曲线”模型来描述岩层移动与地表沉降规律。内“类双曲线”模型指的是覆岩冒落拱与地表沉降移动拱“类双曲线”模型,在关键层近似“上下”对称;外“类双曲线”模型指的是岩层破断移动边界“类双曲线”模型,在工作面的中垂线附近近似“左右”对称。内“类双曲线”隐含在覆岩内部,可通过地球物理探测方法近似获得;外“内双曲线”体现在地表沉陷、岩层冒落等外部形态。通过理论分析、实例验证以及UDEC数值计算方法验证了厚松散层水平煤层开采条件下岩层移动与地表沉降内外“类双曲线”模型。此外,还分析了内外“类双曲线”共轭形成条件、影响因素与整体运移规律。结果表明:在厚松散层水平煤层开采条件下,建立岩层移动与地表沉降内外“类双曲线”模型理论预测值与实际值误差较小,表明岩层整体移动存在“类双曲线”特征。 展开更多
关键词 内外“类双曲线”模型 岩层移动 关键层 漏斗式拱 UDEC模拟
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不同厚度岩层破断模式实验研究 被引量:21
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作者 左建平 于美鲁 +4 位作者 胡顺银 宋洪强 魏旭 史月 左书豪 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2019年第2期82-90,共9页
顶板破断是采场矿压显现的根本原因,现有很多成果是基于梁或薄板模型而来,而顶板的厚度直接影响了顶板的破断行为。自主研制了采空区顶板破断模拟实验装置,在均布载荷作用下对四边固支不同厚度顶板进行了破坏实验研究。实验结果验证了... 顶板破断是采场矿压显现的根本原因,现有很多成果是基于梁或薄板模型而来,而顶板的厚度直接影响了顶板的破断行为。自主研制了采空区顶板破断模拟实验装置,在均布载荷作用下对四边固支不同厚度顶板进行了破坏实验研究。实验结果验证了薄板基本以沿长边的"O-X"型断裂模式为主,而厚板不仅有沿长边的"O-X"型和沿短边的"O-X"型断裂模式,还有"O-?"型的断裂方式。研究结果表明:薄板破断主要受到最大弯曲应力的影响。随着板厚度增加,横向剪切力的作用在加强,此时厚板的破坏主要受到弯曲和剪切耦合作用,导致其破坏行为更为复杂。 展开更多
关键词 厚板 实验研究 初次破断 基本顶
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采动岩层整体移动“类双曲线”理论模型及验证——从二维“类双曲线”到三维“类双曲面”模型 被引量:15
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作者 左建平 徐丞谊 +3 位作者 孙运江 李颖 吴根水 于美鲁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1731-1751,共21页
煤炭开采会引起上覆岩层自下而上变形、破断及移动,并导致地表沉陷等问题,其本质是一个力学过程,故亟需发展基于岩层破断力学机理的移动理论模型。首先简要回顾了国内外岩层移动理论模型,然后重点介绍了本团队近年来在岩层整体移动理论... 煤炭开采会引起上覆岩层自下而上变形、破断及移动,并导致地表沉陷等问题,其本质是一个力学过程,故亟需发展基于岩层破断力学机理的移动理论模型。首先简要回顾了国内外岩层移动理论模型,然后重点介绍了本团队近年来在岩层整体移动理论模型方面的研究进展。基于不同层位岩层的破断形态的力学分析和相似模拟试验结果,提出了采动覆岩整体移动“类双曲线”模型,其顶点大约位于上覆岩层主关键层的层位。进而建立了岩层移动内外“类双曲线”整体模型,给出了采动覆岩内外整体移动表达式及物理意义参数体系。针对不同覆岩和煤层赋存条件,分析了岩层整体移动“类双曲线”模型的演化规律。在此基础上,进一步将二维“类双曲线”拓展到三维“类双曲面”模型,建立了采动覆岩全空间“类双曲面”立体移动模型,该模型包含“类单叶”和“类双叶”双曲面。该理论模型是在我国很多前辈及学者的研究基础上,从系统科学的角度考虑岩层的整体移动规律,初步形成了采动覆岩整体移动“类双曲线(面)”理论模型框架,希望能为我国煤炭科学开采提供理论指导。 展开更多
关键词 岩层移动 “类双曲线”模型 “类双曲面”模型 关键层理论
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深部煤矿巷道等强梁支护理论模型及模拟研究 被引量:50
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作者 左建平 文金浩 +1 位作者 胡顺银 赵善坤 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第B06期1-11,共11页
分析了矩形巷道顶板的受力特点,得到了顶板各位置弯曲正应力与剪力的分布规律。据此推导出了保证巷道顶板维持稳定所需的锚杆参数,并进一步对影响锚杆长度选取的各因素进行了敏感性分析,确定了各因素对锚杆长度选取影响程度的主次关系... 分析了矩形巷道顶板的受力特点,得到了顶板各位置弯曲正应力与剪力的分布规律。据此推导出了保证巷道顶板维持稳定所需的锚杆参数,并进一步对影响锚杆长度选取的各因素进行了敏感性分析,确定了各因素对锚杆长度选取影响程度的主次关系。由此得出了不同长度锚杆支护下的巷道围岩能够满足稳定性要求,基于此提出了深部巷道等强梁支护概念,即根据顶板弯曲正应力分布特征,在中部弯曲正应力大的区域,采用高强度、长锚杆局部加强;而在两边弯曲正应力逐渐减少的区域,可适当减少锚杆的长度,但增加锚杆直径提高抗剪能力,以期实现巷道顶板各横截面上在不同长度锚杆支护作用下最大正应力都相等,初步建立了等强梁支护施工技术工艺。运用有限差分软件FLAC^(3D)模拟获得了锚杆原有传统支护与等强梁支护下顶板应力及位移分布规律,可看出采用等强梁支护理念可明显优化巷道的应力分布,让顶板局部应力达到均匀分布,并且有效控制了围岩变形,在一定程度上验证了等强梁支护技术的可行性。 展开更多
关键词 深部巷道 弯曲正应力 等强梁支护 敏感度分析 FLAC3D
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非均布载荷下充填开采岩层连续弯曲移动力学模型 被引量:4
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作者 孙运江 徐丞谊 +3 位作者 左建平 李蒙蒙 史月 周钰博 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期139-145,共7页
为了通过采空区充填控制顶板岩层连续弯曲移动,实现保护矿区生态,提出了充填开采覆岩移动"四带"划分:充填体压缩带、连续弯曲下沉带、关键层承载带和生态保护稳定带。试验研究了不同配比(2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1)矸石... 为了通过采空区充填控制顶板岩层连续弯曲移动,实现保护矿区生态,提出了充填开采覆岩移动"四带"划分:充填体压缩带、连续弯曲下沉带、关键层承载带和生态保护稳定带。试验研究了不同配比(2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1)矸石和粉煤灰的压缩力学特性,得出充填体的"应力-应变"关系近似呈抛物线关系。充填体压缩初期(0~2 MPa)快速变形,压缩后期(>6 MPa),变形量增长较缓慢,可知充填体初期捣实对岩层变形控制起重要作用。当矸石和粉煤灰配比为4∶1时,充填体抗压变形性能最好。分析了工作面后方应力降低和近似线性恢复的关键层承载保护机制。基于充填体压缩特性和工作面后方应力非均匀分布,建立了非均布载荷作用下充填顶板岩层连续弯曲力学模型,得出了充填开采顶板岩层连续弯曲变形的力学条件,实现对充填开采顶板连续弯曲移动的准确判定。数值模拟分析了不同充填率时上覆岩层移动规律,得知当充填率大于90%时,顶板岩层近似发生连续变形移动,且直接顶和地表最大下沉量的模拟结果与理论预测非常接近。 展开更多
关键词 岩层连续移动 充填体压缩带 连续弯曲下沉带 关键层承载带 生态保护稳定带 非均布载荷 关键层 充填体压缩特性
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