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隧道工程地震动响应研究综述:从岩体动力特性到结构抗震分析
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作者 蒋宇静 王兴达 张学朋 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期403-425,共23页
尽管隧道工程结构被周围地层所约束,地震荷载作用下结构与地层之间的相对运动并不明显,抗震性能显著优于地面结构,但其并不是完全“免震”的。伴随隧道及地下工程建设的深度和广度持续拓展,结构抗震设防面临着日益严峻的挑战,深入研究... 尽管隧道工程结构被周围地层所约束,地震荷载作用下结构与地层之间的相对运动并不明显,抗震性能显著优于地面结构,但其并不是完全“免震”的。伴随隧道及地下工程建设的深度和广度持续拓展,结构抗震设防面临着日益严峻的挑战,深入研究地下工程结构的抗震性能并提升其抗灾韧性具有重要意义。首先,回顾了国内外已建立的隧道震害数据库,结合典型的隧道震害案例,归纳了震害的主要特征,并分析了震害影响因素及震害机理。其次,为有效认识工程岩体地震动特性,从岩石和节理的速率效应和循环加卸载下的力学行为、应力波在节理岩体中传播规律等3个方面进行综述。再次,围绕地下工程结构抗震分析方法,深入开展调研,探讨模型试验、动力时程分析法、简化抗震分析法、波动解析法、地震易损性评估取得的研究进展及亟待解决的关键问题。最后,梳理了目前常见的地下工程的地震防护措施,以期为隧道及地下工程抗震设防提供借鉴。研究表明:在地震烈度达到一定级别后,衬砌结构不可避免地出现不同程度的损伤。典型破坏类型主要包括轻微裂缝、剥落、渗漏水甚至错台、垮塌,破坏特征与地震动参数、结构特征、地质条件密切相关;工程岩体表现出很强的速率敏感性,循环加卸载条件下的应力−应变曲线呈现明显的滞回特性,形成封闭的塑性滞回环,并出现不可逆的累积损伤,开发可表征岩土和混凝土材料速率效应和循环荷载性质的动态本构模型并嵌入数值仿真中值得重视;不良围岩条件会加剧衬砌结构的加速度、动土压力与应变响应,穿越断裂带等部位的衬砌结构动力响应更趋剧烈,强震与断层错动、高地应力等多因素耦合下结构响应规律研究值得关注;由于刚度突变和应力集中效应,隧道群之间的连接节点以及空间上交叉、重叠的复杂部位往往是隧道抗震薄弱环节,考虑群洞效应的简化抗震分析方法需深入探索;融合地下结构的地震易损性与使用功能恢复能力是实现其抗震韧性提升的关键途径;多重防护策略融合、新材料和新型结构体系的引入是未来抗震防护设计的重点。 展开更多
关键词 地下工程 地震响应 岩体率效应 动力分析 抗震设计
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矿岩爆破——破碎能量耦合耗散机制试验研究
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作者 邱贤阳 杨振武 +4 位作者 邱泓杰 沈文博 李蕾蕾 冯泽平 武栋 《黄金科学技术》 北大核心 2026年第1期150-165,共16页
为优化爆破—破碎环节的能量耦合效率,采用分离式霍普金森(SHPB)冲击试验与落锤冲击试验,建立了爆破能量—破碎块度—破碎能耗的定量耦合模型。SHPB试验在不同冲击气压条件下对若干试样进行动态破碎,揭示了入射能与三轴平均径的线性递... 为优化爆破—破碎环节的能量耦合效率,采用分离式霍普金森(SHPB)冲击试验与落锤冲击试验,建立了爆破能量—破碎块度—破碎能耗的定量耦合模型。SHPB试验在不同冲击气压条件下对若干试样进行动态破碎,揭示了入射能与三轴平均径的线性递减关系;落锤试验以不合格碎块作为研究对象,构建了破碎能耗与输入块度的指数递增模型。两阶段模型耦合表明,总能耗随块度变化呈先降低后升高的变化趋势,碎块粒径控制在37~42 mm时能耗最低,降幅可达42.8%。研究结果揭示了传统能量最优理论在破碎环节的非线性能耗与爆破能量梯度分布之间的矛盾,提出了通过多级破碎或优化能量分配实现系统节能。通过阐明能量跨工序传递的非线性规律,为矿山全流程能耗优化提供了理论依据和参数化指导,对于提升硬岩开采的能效管理具有重要的工程应用价值。 展开更多
关键词 冲击载荷 分离式霍普金森压杆(SHPB) 落锤冲击 能量耗散 破碎块度
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冻融作用下岩桥断裂过程与损伤模型研究
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作者 张东亮 徐晓东 +3 位作者 郭建新 杨天鸿 吕凯 李焱 《中国矿业》 北大核心 2026年第2期200-208,共9页
冻融循环作用下储水裂隙的扩展必然会引起岩桥的损伤断裂及物理力学性质的劣化。为了探究冻融循环对储水裂隙扩展和岩桥损伤的影响,以及其对岩石物理力学性质的劣化作用,此研究通过开展含预制裂隙岩石的冻融循环及偏心加载试验,分析了... 冻融循环作用下储水裂隙的扩展必然会引起岩桥的损伤断裂及物理力学性质的劣化。为了探究冻融循环对储水裂隙扩展和岩桥损伤的影响,以及其对岩石物理力学性质的劣化作用,此研究通过开展含预制裂隙岩石的冻融循环及偏心加载试验,分析了冻融过程中红墨水迁移和声发射活动的变化,进一步建立了岩桥损伤演化的力学模型。研究结果表明:①随着冻融循环次数的增加,红墨水及声发射事件在岩桥中的分布范围均不断增加,说明岩桥的断裂范围在逐渐增加。②含水裂隙内部的声发射事件主要由冰体的损伤破裂诱发,而裂隙外的声发射事件主要由岩石的损伤破裂诱发。③储水裂隙冻胀扩展过程中会在不同区域会诱发极为不均匀的声发射活动(事件密度及能量密度)。④偏心加载条件下,随着冻融循环次数的增加,岩桥峰值应力前的屈服变形、应力降等塑性特征逐渐消失,峰值应力逐渐降低、强度损失率逐渐上升。⑤冻融循环作用和载荷作用都能够对岩石试件产生损伤,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤逐渐增加。综上所述,本研究不仅深入分析了冻融循环对岩桥损伤的影响机制,也为理解岩石在冻融条件下的力学行为提供了重要参考。 展开更多
关键词 岩桥 冻融循环 损伤模型 声发射 水分迁移
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循环载荷作用下组合煤岩体疲劳及损伤特性试验研究
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作者 马智勇 马智会 +1 位作者 潘荣锟 陈刚 《煤矿安全》 北大核心 2026年第1期98-109,共12页
为探究循环载荷作用下组合煤岩体疲劳及损伤特性,基于RMT-150C试验系统,开展高静应力与小幅循环载荷组合作用下的疲劳破坏试验,研究不同应力幅值下岩-煤-岩组合煤岩体试样的疲劳及损伤特性,以及疲劳强度、滞回环特征、轴向应变、不可逆... 为探究循环载荷作用下组合煤岩体疲劳及损伤特性,基于RMT-150C试验系统,开展高静应力与小幅循环载荷组合作用下的疲劳破坏试验,研究不同应力幅值下岩-煤-岩组合煤岩体试样的疲劳及损伤特性,以及疲劳强度、滞回环特征、轴向应变、不可逆变形分别随循环次数的变化规律,揭示组合煤岩体疲劳损伤规律,分析疲劳破坏的主控因素。结果表明:组合煤岩体疲劳破坏受到静态加载作用下应力-应变的严格控制,疲劳破坏所需变形量应与上限应力对应的单轴压缩下应力-应变曲线峰后部分的变形量大致相当;组合煤岩体疲劳寿命随循环次数增加呈幂函数衰减,组合煤岩体疲劳上限应力比的门槛值约为0.8,应力门槛值约为22.5 MPa。疲劳试验过程中组合煤岩体的轴向应变、轴向不可逆应变及损伤度与随循环次数的变化规律基本相似,具体表现为:对于循环过程中未破坏的试样,存在初始加速及中后期等速2个阶段,而对于循环过程中破坏的试样,存在初始加速、中期等速及后期加速3个阶段;扰动幅值对组合煤岩体疲劳力学特性影响较大,增大扰动幅值会显著提高轴向应变、轴向不可逆应变及损伤度在中期等速阶段的增长速率,加快煤岩体损伤、劣化,大大缩短其疲劳寿命。 展开更多
关键词 煤岩动力灾害 冲击地压 循环载荷 组合煤岩体 疲劳破坏 损伤特性
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富倾斜层理深层页岩弹塑性变形与破坏规律的实验研究
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作者 霍庭旺 汪道兵 +4 位作者 盛茂 董永存 王秋艳 黄威翰 宇波 《地质力学学报》 北大核心 2026年第1期159-183,共25页
深层页岩储层具有高温高压及发育层理结构等特征。水力压裂过程中,其岩石力学性质随温压条件动态变化,层理结构的差异进一步导致其岩石力学性质表现出明显的各向异性。该研究利用高温三轴岩石力学实验系统,结合CT扫描、超声波测试、扫... 深层页岩储层具有高温高压及发育层理结构等特征。水力压裂过程中,其岩石力学性质随温压条件动态变化,层理结构的差异进一步导致其岩石力学性质表现出明显的各向异性。该研究利用高温三轴岩石力学实验系统,结合CT扫描、超声波测试、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及核磁共振等多种测试手段,对高温高压环境下层理性页岩的弹塑性变形行为与破坏特征及各向异性特征开展了系统性研究。结果表明,热应力促使层理结构发生膨胀,诱发热损伤裂隙发育,从而降低深层页岩力学强度。基于Mohr-Coulomb、Hoek-Brown及Drucker-Prager准则的综合分析表明,高温高压条件下深层页岩内聚力降低、内摩擦角增加,表现出更为显著的弹塑性特征。通过分形维数分析、能量耗散与损伤因子计算评估发现,高温作用加剧了深层页岩的损伤程度,增强了人工缝网的复杂结构。各向异性指数分析进一步表明,热应力强化了岩石的各向异性,而围压在一定程度上抑制了抗压强度和弹性模量的各向异性差异。综上,高温高压作用强化了深层页岩的弹塑性变形与破坏模式,并显著改变了不同层理倾角所引发的各向异性特征。研究成果可为深层页岩储层高效开发及水力压裂工程优化提供重要的力学依据和理论支持。 展开更多
关键词 深层页岩 弹塑性变形 能量耗散 损伤因子 各向异性
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取芯方向与加载速度耦合作用下注浆加固体损伤演化及破坏特征研究
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作者 王岩 冯国瑞 +5 位作者 戚庭野 王泽华 王林飞 祁新凯 李潞彬 齐凯 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2026年第2期43-54,共12页
为明确深部高地应力各向异性与强动载条件下注浆加固体的力学行为及层位响应机制,采用声发射(AE)和数字图像相关技术(DIC),开展2种取芯方向、不同加载速度下不同层位试件的单轴压缩试验,分析其强度特征、损伤演化与裂纹扩展特征。研究... 为明确深部高地应力各向异性与强动载条件下注浆加固体的力学行为及层位响应机制,采用声发射(AE)和数字图像相关技术(DIC),开展2种取芯方向、不同加载速度下不同层位试件的单轴压缩试验,分析其强度特征、损伤演化与裂纹扩展特征。研究结果表明:注浆加固体各层位试件单轴抗压强度随加载速度上升而显著提高,且水平取芯试件整体强度高于垂直取芯;试件承载过程中声发射累计振铃计数呈现上升期-活跃期-衰减期阶段性特征,且随加载速度增加呈现阶段性加速增长;基于RA/AF值和DIC分析,以垂直取芯下层位为例,拉伸裂纹随加载速度增加由84.9%先降低至72.1%后增长至97.2%,破坏模式由拉伸破坏经拉剪复合转变为高度一致的拉伸破坏。研究结果可为深部巷道注浆加固与稳定控制提供参考。 展开更多
关键词 各向异性 注浆加固体 加载速度 取芯方向 损伤演化
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冲击荷载下浸水煤样动态力学特性及破碎分形特征研究
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作者 李猛 张勇 +3 位作者 谭龙艳 武洋 王路军 赵阳 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期138-147,共10页
为研究冲击荷载下浸水煤样的动力学响应规律及破碎分形特征,开展不同时间(0,5,11,24和96 h,对应含水率分别为0%,3.62%,4.93%,5.52%和6.11%)的煤样浸水试验,并利用分离式霍普金斯压杆(SHPB)系统,在0.2,0.3,0.4,0.5和0.6 MPa的冲击气压下... 为研究冲击荷载下浸水煤样的动力学响应规律及破碎分形特征,开展不同时间(0,5,11,24和96 h,对应含水率分别为0%,3.62%,4.93%,5.52%和6.11%)的煤样浸水试验,并利用分离式霍普金斯压杆(SHPB)系统,在0.2,0.3,0.4,0.5和0.6 MPa的冲击气压下对浸水煤样进行动态压缩试验。试验结果显示,冲击荷载下浸水煤样的动态应力-应变曲线可分为5个典型阶段:裂隙压密阶段、弹性变形阶段、裂隙稳定扩展阶段、裂隙不稳定扩展阶段和卸载破坏阶段。浸水煤样在冲击荷载下表现出显著的应变率强化效应和含水率软化效应,煤样的峰值应变率、动态峰值强度和弹性模量均随冲击气压的增大而提高,但随含水率的升高而降低。不同冲击气压条件下,含水率与动态峰值强度、强度劣化因子之间呈现差异化的负相关关系。随着冲击气压与含水率的增加,浸水煤样破碎后的平均粒径越小,同时破碎程度越高,分形维数越大。 展开更多
关键词 冲击荷载 浸水煤样 含水率 动态力学特性 分形特征
原文传递
不同饱水时长下磷矿岩压缩力学特性及破碎规律研究
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作者 李欣倡 张智宇 刘浩杉 《矿业研究与开发》 北大核心 2026年第1期177-185,共9页
为研究饱水时长对磷矿岩力学特性与破碎规律的影响,对自然状态、饱水48 h及饱水3个月的磷矿矿岩分别开展了不同应变率下的静、动态力学试验。试验结果表明:在静载(低应变率)条件下,矿岩强度随饱水时间的增加而不断降低,但强度降低速率呈... 为研究饱水时长对磷矿岩力学特性与破碎规律的影响,对自然状态、饱水48 h及饱水3个月的磷矿矿岩分别开展了不同应变率下的静、动态力学试验。试验结果表明:在静载(低应变率)条件下,矿岩强度随饱水时间的增加而不断降低,但强度降低速率呈先(48 h以内)快后慢的变化趋势,饱水3个月矿岩的抗压强度较饱水48 h降低21%;在动载(中高应变率,43~146 s-1)条件下,矿岩强度受其内部自由水弱化作用和强化作用的相互博弈、协同作用影响,表现为随着饱水时间增加,岩石强度先提高后降低,饱水3个月矿岩的动态抗压强度最小,与饱水48 h矿岩强度相比,降低了25.9%~28.5%,与自然状态下矿岩强度相比,降低了7.0%~19.7%;饱水作用可以提高矿岩动态抗压强度对应变率的敏感性。矿岩的破碎形态与其强度密切相关,动态抗压强度越大,其破碎后的块度越小;在同一应变率区间内,冲击后矿岩的平均粒径从大到小依次为饱水48 h的矿岩、自然状态下的矿岩、饱水3个月的矿岩。长期饱水(如3个月及以上)会显著降低磷矿岩强度,使破碎更加彻底,此时可适当减小炸药单耗,避免能量过剩而引发飞石等安全隐患。 展开更多
关键词 磷矿岩 饱水时间 力学特性 破碎规律 动态抗压强度 应变率
原文传递
淋水巷道锚杆腐蚀行为与机理研究
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作者 李冬冬 侯俊华 +4 位作者 陈淼 岳远雷 徐光 李振环 刘子豪 《金属矿山》 北大核心 2026年第2期73-82,共10页
针对深部巷道受淋水作用锚杆易发生腐蚀劣化问题,设计开展锚杆流水浸泡加速腐蚀处理。对不同腐蚀时间的锚杆进行了拉伸试验,分析了锚杆腐蚀前后的力学特征和腐蚀机理,并通过数值模拟研究了锚杆腐蚀对于巷道围岩稳定性的影响。研究结果表... 针对深部巷道受淋水作用锚杆易发生腐蚀劣化问题,设计开展锚杆流水浸泡加速腐蚀处理。对不同腐蚀时间的锚杆进行了拉伸试验,分析了锚杆腐蚀前后的力学特征和腐蚀机理,并通过数值模拟研究了锚杆腐蚀对于巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明,腐蚀过程中锚杆蚀坑逐渐相互贯通,由局部腐蚀转变为全面腐蚀;锚杆的质量损失率随腐蚀龄期增加逐渐增大,但腐蚀速率逐渐减缓;锚杆屈服荷载、破断荷载和延伸率等力学性能均随腐蚀龄期增加呈现下降趋势,且脆性显著增强;锚杆断裂形态由腐蚀前的拉伸主导变为拉伸—剪切混合模式。锚杆腐蚀还会加剧巷道围岩应力集中和变形,不利于巷道稳定。提出通过采用防腐蚀材料、增加支护强度及疏放水等措施,可有效缓解淋水对巷道围岩稳定性的不利影响。 展开更多
关键词 金属锚杆 加速腐蚀 力学特征 拉伸断口 围岩稳定性
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含不同软弱夹层数量下组合体失稳力学行为研究
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作者 郭钇君 常聚才 +2 位作者 乔龙全 严良欢 王宏达 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2026年第1期14-22,共9页
为探究软弱夹层数量对顶板失稳力学行为的影响,基于物理试验和数值模拟试验,研究含不同软弱夹层数量的组合体试件声发射特征及表面应变场演化规律,分析组合体宏观破裂扩展模式与细观裂纹分布演化特征。研究结果表明:软弱夹层数量增加导... 为探究软弱夹层数量对顶板失稳力学行为的影响,基于物理试验和数值模拟试验,研究含不同软弱夹层数量的组合体试件声发射特征及表面应变场演化规律,分析组合体宏观破裂扩展模式与细观裂纹分布演化特征。研究结果表明:软弱夹层数量增加导致组合体力学性能劣化,显著降低其裂纹起裂应力和损伤应力。裂纹损伤应力是组合体结构失稳的关键阈值,表现为岩石应变集中带的产生和应力的持续降低。剪切裂纹主要分布在软弱夹层结构面附近,张拉裂纹主要发育在岩石内部。随着软弱夹层数量增加,组合体岩石破裂路径贯穿软弱夹层的模式愈加明显,剪切裂纹优势方位逐渐趋于水平方向,张拉裂纹优势方位稳定保持与垂直方向夹角30°以内。研究结果可为含软弱夹层顶板的精准控制提供理论参考。 展开更多
关键词 软弱夹层 组合体 裂纹起裂应力 裂纹损伤应力 颗粒流
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基于复杂网络理论的受载煤体破裂过程声发射前兆特征识别研究
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作者 严伟龙 金佩剑 《工业安全与环保》 2026年第3期22-25,33,共5页
煤岩动力灾害已成为影响深部煤矿安全高效开采的重要因素之一。研究煤岩受载破坏过程弹性波(声发射或微震)演化规律,已成为煤岩动力灾害实验室及现场研究的重要手段。通过实验采集煤受载破裂过程声发射监测数据,研究声发射各类特征参数... 煤岩动力灾害已成为影响深部煤矿安全高效开采的重要因素之一。研究煤岩受载破坏过程弹性波(声发射或微震)演化规律,已成为煤岩动力灾害实验室及现场研究的重要手段。通过实验采集煤受载破裂过程声发射监测数据,研究声发射各类特征参数相关性并构建复杂网络,对网络节点进行聚类分析,最终得到3类声发射信号,其特征与煤破裂各阶段相吻合。研究结果表明:第3类声发射信号可作为煤破裂进入塑性形变阶段的标识信号,能够作为煤破裂失稳的前兆特征,为煤岩动力灾害防控提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 煤受载破裂 声发射 复杂网络 谱聚类 前兆特征
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循环震动载荷作用下饱水烟煤煤样累积损伤特性试验研究
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作者 杨文旺 宋鑫 +3 位作者 王小岐 马志鹏 邱剑 王超 《佳木斯大学学报(自然科学版)》 2026年第1期118-121,共4页
为探究循环震动载荷下饱水煤样的累积损伤特性,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统对烟煤进行循环冲击试验,对比分析干燥与饱水煤样的力学响应及能量耗散规律。结果表明:饱水状态显著影响煤样的动力学性能和能量耗散,但对宏观破坏形... 为探究循环震动载荷下饱水煤样的累积损伤特性,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统对烟煤进行循环冲击试验,对比分析干燥与饱水煤样的力学响应及能量耗散规律。结果表明:饱水状态显著影响煤样的动力学性能和能量耗散,但对宏观破坏形态影响较弱。随冲击次数增加,饱水煤样峰值应变变化速率较干燥煤样提高4.6%,其反射与透射能量比差异增大,最大增幅不超过6.7%。两者整体损伤规律相近,但破坏前饱水煤样损伤值高出干燥状态28.4%,表明水分加速损伤积累,削弱煤体承载力,导致更严重破坏,该研究为揭示煤岩复合动力灾害机制提供理论依据。 展开更多
关键词 饱水煤样 SHPB循环震动试验 动态力学特性 能量耗散
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一种弱胶结砂岩热-压重塑制备方法研究
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作者 范文博 赵晓东 《建井技术》 2026年第1期32-37,共6页
弱胶结白垩系砂岩在我国鄂尔多斯盆地广泛分布,其特殊的工程特性不仅给竖井掘进带来挑战,更显著影响井壁衬砌荷载特征。考虑围岩-衬砌相互作用时,准确表征该类砂岩力学行为对优化衬砌设计至关重要。然而,该类砂岩的易碎性常导致难以获... 弱胶结白垩系砂岩在我国鄂尔多斯盆地广泛分布,其特殊的工程特性不仅给竖井掘进带来挑战,更显著影响井壁衬砌荷载特征。考虑围岩-衬砌相互作用时,准确表征该类砂岩力学行为对优化衬砌设计至关重要。然而,该类砂岩的易碎性常导致难以获取完整岩心进行室内试验。为此,创新性地提出了先压-后热砂岩重塑技术。首先对破碎砂岩进行机械压实以增强颗粒接触,随后采用接近液相温度的热处理,诱发颗粒边界局部软化甚至部分熔融,从而实现弱胶结状态再生。对比研究表明,重塑样的主要力学参数与含黏土质胶结砂岩偏差小于10%。相较于传统添加胶结剂的方法,先压-后热技术能保持材料固有矿物特性,为系统研究胶结特性依赖的弱胶结砂岩物理力学行为提供了新途径。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩 竖井掘进 砂岩重塑制备 先压-后热处理
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围压梯度作用下热损伤黄砂岩渗透特性试验研究
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作者 邢萌 王鹏宇 《中国矿业》 北大核心 2026年第2期209-217,共9页
岩石渗透性是岩石力学重要的研究内容之一,尤其在深地能源开发过程中,岩石热损伤后的渗透特性与岩体工程的稳定性和安全性密切相关。为研究流体在高温热损伤岩石内部的流动规律,针对五种不同温度(100℃、200℃、400℃、600℃、800℃)处... 岩石渗透性是岩石力学重要的研究内容之一,尤其在深地能源开发过程中,岩石热损伤后的渗透特性与岩体工程的稳定性和安全性密切相关。为研究流体在高温热损伤岩石内部的流动规律,针对五种不同温度(100℃、200℃、400℃、600℃、800℃)处理后的黄砂岩试样,分析了热损伤黄砂岩的渗透系数在围压梯度从10~30 MPa逐级增大过程的变化规律,并从微观角度揭示了不同温度状态下黄砂岩内部的孔隙分布特征,据此建立了微观结构特征与渗透特性的相关关系。试验结果表明:①高温会诱使黄砂岩内部的体积流速显著大于常温及较低温度状态下的体积流速,由此热损伤黄砂岩在相同围压下的渗透系数随热处理温度的升高而增大,经800℃高温处理后的黄砂岩渗透系数可增大50倍;②围压会使黄砂岩内部的渗流通道变窄,增加流体在岩石内部的运移阻力,导致渗透系数与围压呈幂函数的变化关系,但不同温度下围压对渗透系数的影响程度存在差异性;③热损伤会改变黄砂岩的孔隙结构,使岩石内部的微裂纹、微孔洞增多,然而不同高温导致的黄砂岩试样内部孔径分布特征不同,呈现出随温度的升高,孔径分布波动性越大且大尺度孔径占比增多的特点;④热损伤黄砂岩的孔隙分形维数随温度的升高而增大,并且不同围压作用下渗透系数与孔隙分形维数的拟合度较好,说明岩石渗透系数随温度变化的本质上是由于热处理而导致的岩石内部孔隙结构的改变。 展开更多
关键词 渗透系数 热损伤 围压梯度 微观结构 黄砂岩
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三轴卸荷路径下硬岩能量累积—释放规律与损伤阈值研究
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作者 马健华 曹瑞峰 +2 位作者 王留山 仇模伟 王彩峰 《金属矿山》 北大核心 2026年第2期65-72,共8页
研究岩石的卸荷力学特性与能量耗散规律对于了解围岩的损伤机制、准确判断围岩稳定性,以及对地下工程经济、可靠的支护具有重要的意义。为研究卸荷速率对花岗岩的卸荷力学性质与损伤特性的影响,开展了不同卸荷速率下的恒轴压卸围压试验... 研究岩石的卸荷力学特性与能量耗散规律对于了解围岩的损伤机制、准确判断围岩稳定性,以及对地下工程经济、可靠的支护具有重要的意义。为研究卸荷速率对花岗岩的卸荷力学性质与损伤特性的影响,开展了不同卸荷速率下的恒轴压卸围压试验。研究发现:在快速卸荷情况下,其力学性能加速劣化,从稳定破损发展阶段直接到破坏阶段;卸荷速率较小时,在卸荷过程中,应力不断调整,力学性能缓慢劣化,塑性逐渐增强。随着卸荷速率的减小,岩样在峰值点处积聚的弹性能逐渐增大,但弹性能占比不断减小;分别从能量耗散规律与声发射变化规律得出花岗岩的损伤变量,两者在卸荷条件下的变化规律高度吻合;在高卸荷速率下,试样在破裂前声发射振铃计数具有较强的突发性。研究成果对深埋隧道、矿山等地下工程的安全性设计与灾害防控具有重要科学价值与工程指导意义。 展开更多
关键词 卸荷力学性质 能量变化规律 损伤 声发射
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Electric charge induction monitoring of deformation and failure behavior of igneous rock:Laboratory test and field application
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作者 Wei Wang Yishan Pan +5 位作者 Hongrui Zhao Yonghui Xiao Xiaoliang Li Xinyang Bao Yan Liu Jinming Wang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2026年第2期861-886,共26页
To advance the theoretical understanding,technological development,and field application of electric charge induction for monitoring rock deformation and failure,this study investigates the induced electric charge gen... To advance the theoretical understanding,technological development,and field application of electric charge induction for monitoring rock deformation and failure,this study investigates the induced electric charge generated during the deformation and failure of igneous rocks.The charge originates mainly from a combination of electrical polarization and triboelectric effects.Through laboratory experiments,we analyzed the time-frequency evolution of induced electric charge signals and identified relevant monitoring parameters.An online downhole electric charge induction monitoring system was developed and validated in the field.Experimental results show that the dominant frequency range of induced electric charge signals generated during igneous rock deformation and failure lies between 0 and 23 Hz,and a low-pass finite impulse response(FIR)filter effectively suppresses noise.Optimal sensor distances for monitoring cubic and cylindrical specimens were determined to be 17 mm and 13 mm,respectively.We proposed early warning indicators,including the maximum absolute value of the induced electric charge,the arithmetic mean value,the distribution dispersion coefficient,and the cumulative sum value.In field application,time-domain curves and spatial distribution charts of these warning indicators correspond well with changes in abutment stress ahead of the mining face,offering indirect insights into local stress evolution.This research provides technical and equipment support for the application of electric charge induction technology to monitoring and early warning of coal bursts. 展开更多
关键词 Time-frequency domain evolution law Noise reduction filtering Electric charge induction monitoring parameters Early warning index Online downhole electric charge induction monitoring system
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煤矿沉陷区煤岩样品的采集、试件制备与力学参数测定方法研究——以后安煤矿110203综采工作面为例
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作者 赵峰 周连春 +5 位作者 赵文 谭诗 赵成 古娜 赵雄 赵津 《矿山工程》 2026年第1期215-221,共7页
采煤沉陷区的稳定性评估与生态复垦设计高度依赖于煤岩体的力学参数准确性。本研究以山西省朔州市平鲁区后安煤矿110203综采工作面为对象,系统开展了煤岩样品的采集、试件制备与力学参数测定工作。采用“捡冒落岩块法”进行现场采样,结... 采煤沉陷区的稳定性评估与生态复垦设计高度依赖于煤岩体的力学参数准确性。本研究以山西省朔州市平鲁区后安煤矿110203综采工作面为对象,系统开展了煤岩样品的采集、试件制备与力学参数测定工作。采用“捡冒落岩块法”进行现场采样,结合实验室标准制备流程,完成了干密度、含水率、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力与内摩擦角等关键参数的测定。试验结果表明:11#煤层力学性质较弱,密度为1.23 g/cm3,单轴抗压强度为4.83 MPa,弹性模量为0.76 GPa,内聚力为1.54 MPa,内摩擦角为24˚;而其直接顶板(页岩)力学性能显著优于煤层,密度为2.63 g/cm3,单轴抗压强度为40.78 MPa,弹性模量为5.43 GPa,内聚力为6.39 MPa,内摩擦角为36˚。研究成果提供了可靠的数据支撑,具有重要的工程应用与推广价值。 展开更多
关键词 采样方法 试件制备 单轴抗压强度 弹性模量 内摩擦角 后安煤矿 沉陷区
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Characterization of rock damage evolution and support timing under true triaxial unloading paths
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作者 QI Min-jie ZHAO Guang-ming +6 位作者 MENG Xiang-rui LIU Chong-yan XU Wen-song XU Xin ZHAO Cong-hui SUN Kai ZHAO Bin 《Journal of Central South University》 2026年第1期442-465,共24页
To study the influence of support timing and support strength on the mechanical properties and deformation damage characteristics of a single-sided unloaded rock mass,a true triaxial perturbation unloaded rock testing... To study the influence of support timing and support strength on the mechanical properties and deformation damage characteristics of a single-sided unloaded rock mass,a true triaxial perturbation unloaded rock testing system was used to conduct rock damage tests on sandstone with different support timing and strength paths.Based on the acoustic emission monitoring system,the spatial and temporal evolution characteristics of the whole process of rock body loaded instability under two stress paths were studied,and the mechanism of the reinforcing effect of stress support on the unloaded rock mass was analyzed.The results show that,within the scope of this study,both earlier applications of shoring and an increase in shoring strength can effectively improve the ultimate bearing capacity of the unloaded rock,which increases the ultimate bearing capacity of the unloaded rock mass by 60.31% and 54.96%,respectively;There is a phenomenon of rebound deformation of the rock mass during sudden changes in stress(single-sided unloading,stress support),which shows opposite expansion and compression platforms on the stress−strain curve;The crack evolution of unloaded rock under different stress support conditions shows the state law of"initial crack activation→middle steady state expansion→late main crack penetration",and the lagging support significantly accelerates the crack evolution from local activation to main penetration;The single-sided unloading and stress-supporting stages have less influence on the unloading deformationsσ_(1u),σ_(2u) and support deformationsσ_(1) t,σ_(2t) in theσ_(1) andσ_(2)directions,while they show significant response characteristics toσ_(3u),σ_(vu) and σ_(3) t,σ_(vt),and with the increase of the support strength,the stress-supporting stagesσ_(3) t,σ_(vt) gradually increase and exceed the deformations generated by the unloading stagesσ_(3u),σ_(vu);The increase of support strength can effectively compensate for the rock stress loss caused by unloading,which makes the maximum,minimum,and volumetric strain support coefficients during the loading and unloading of the rock body increase gradually while the effect on the intermediate principal strain support coefficient is small;During loading,the support strength of rock masses seeks a new bearing area by regulating stress equilibrium states.This process primarily manifests as a shift in the locations of the crushing zone and the main bearing area,accompanied by a corresponding transformation in failure patterns.Consequently,the rock mass transitions from asymmetric three-zone damage under no or weak support to approximate symmetric three-zone damage under strong support.Simultaneously,the main load-bearing area of the rock mass shifts from deep bearing in the unsupported to middle bearing under strong support as the support strength increases. 展开更多
关键词 true triaxial single-sided unloading unloading effect support timing support strength
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不同剪切角度下不同粒度砂岩力学响应机制差异性研究
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作者 曹中宗 明芳 +3 位作者 胡芳红 韩国辉 秦剑云 杨发军 《陕西煤炭》 2026年第1期19-26,共8页
【目的】为探究不同粒径与剪切角度下砂岩力学响应机制。【方法】采用Sigma 300扫描电子显微镜和MTS万能试验机,对不同粒径的中砂岩、细砂岩、粉砂岩3种岩样分别开展9组不同剪切角度力学试验,分析不同剪切角度下砂岩力学响应机制。【结... 【目的】为探究不同粒径与剪切角度下砂岩力学响应机制。【方法】采用Sigma 300扫描电子显微镜和MTS万能试验机,对不同粒径的中砂岩、细砂岩、粉砂岩3种岩样分别开展9组不同剪切角度力学试验,分析不同剪切角度下砂岩力学响应机制。【结果】研究结果表明,随着砂岩粒径的减小,其抗剪强度显著提升,细砂岩与粉砂岩的峰值强度分别比中砂岩提高了63.27%与89.55%;剪切应力峰值强度随剪切角度增大呈现“Z ”型变化趋势,且细砂岩剪切强度为14.93 MPa,受剪切角度影响变化的幅度最大;砂岩峰值强度转折点随粒径减小而前移,细砂岩与粉砂岩较中砂岩转折角度分别提前了0°~10°与20°~30°;在砂岩剪切破坏过程中,随着砂岩粒径的减小岩样弹性能增加幅度从0.39扩大至1.1,脆性指标从0.42提高至0.55。【结论】研究结果可为矿山巷道围岩控制技术研究提供依据,并确保矿山安全高效开采。 展开更多
关键词 粒径 微观结构 剪切角度 强度变化趋势 砂岩抗剪特性
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Mechanical behavior and acoustic emission characteristics of initially damaged coal under triaxial cyclic loading and unloading
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作者 Qican Ran Yunpei Liang +5 位作者 Quanle Zou Chunfeng Ye Zihan Chen Tengfei Ma Zhaopeng Wu Bichuan Zhang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2026年第1期230-245,共16页
During deep coal mining,an instability failure of coal usually occurs under the combined effect of initial damage and triaxial cyclic loading and unloading(TCLU).Therefore,this study investigated the impact of initial... During deep coal mining,an instability failure of coal usually occurs under the combined effect of initial damage and triaxial cyclic loading and unloading(TCLU).Therefore,this study investigated the impact of initial damage on mechanical behavior and acoustic emission(AE)characteristics of coal under TCLU.Initial damage variables(IDVs)of coal specimens were quantified using preloading,followed by TCLU experiments to assess the deformation,energy distribution,and fracture development.The results revealed that the increase in IDVs significantly reduced the structural integrity of coal specimens,increased the cumulative irreversible strain,and enhanced the dissipated energy owing to microfracture expansion.Moreover,AE monitoring showed earlier activation of fractures and a higher occurrence of large-scale rupture events of coal specimens with high IDVs,which correlated with decreasing AE b values(reflecting the different scales of fracture within specimens)and increasing S values(reflecting the AE activity within specimens).Additionally,computed tomography analysis revealed intensified fracture networks and increasing three-dimensional fractal dimensions of coal specimens with higher IDVs.Finally,the coupling effect of TCLU and initial damage on the weakening mechanism of coal was investigated.Initial damage significantly reduced the structural integrity of coal by increasing the number of weak planes within coal specimens,contributing to the earlier activation and rapid expansion of fractures at low stress levels under TCLU and eventually accelerating the weakening process of coal.This study provides a scientific basis and theoretical support for the prevention and control of dynamic disasters in deep coal mining. 展开更多
关键词 Triaxial cyclic loading Initially damaged coal Linear energy storage(LES) Acoustic emission(AE) Computed tomography(CT)
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