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抢险火箭锚在土体中侵彻特性的数值模拟研究 被引量:2
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作者 孙东坡 乔驰 +2 位作者 董明家 刘明潇 孟奔 《华北水利水电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期9-16,共8页
【目的】江河堤防溃口堵复难以迅速奏效,采用火箭锚侵彻技术,在溃口处快速建立锚固点,能够有效提升抛投物的抗冲稳定性。为堤防溃口快速封堵提供有效方案,研究火箭锚在不同介质中的侵彻过程及力学特性。【方法】选取单体火箭锚为研究对... 【目的】江河堤防溃口堵复难以迅速奏效,采用火箭锚侵彻技术,在溃口处快速建立锚固点,能够有效提升抛投物的抗冲稳定性。为堤防溃口快速封堵提供有效方案,研究火箭锚在不同介质中的侵彻过程及力学特性。【方法】选取单体火箭锚为研究对象,选择土体为侵彻运动介质,借助三维数值模拟方法,建立火箭锚侵彻数学模型,设定不同的初始条件,开展侵彻模拟研究;通过土体侵彻三维模拟,从微观层面研究锚体在侵彻过程中的应力状态、土体的塑性应变以及锚体在土体中侵彻形成的空腔形态特征。【结果】模拟土体阻力造成的局部压强场主要集中在锚体头部,压强梯度变化不稳定;侵彻过程中锚体边界土体范式等效应力的变化与压强场变化同步响应,波动变化规律基本吻合;锚体初速度对其在土体中的侵彻深度有影响,随着初速度的增大,入土侵彻深度增大,但锚体稳定性降低,初速度超过临界值后,锚体会发生偏移,侵彻深度降低。【结论】研究结果有助于抢险专用火箭锚的设计,为科学、高效的堵口新技术应用提供理论基础与技术支撑。 展开更多
关键词 溃口堵复 火箭锚 侵彻运动 数值模拟 初始条件
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冻融循环作用下砂岩的动态冲击特性试验研究 被引量:1
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作者 孙峤 孙路平 +2 位作者 叶泽晖 王泽成 李栋伟 《地质科技通报》 北大核心 2026年第1期171-184,共14页
为研究冻融循环对砂岩动态力学性能和微观结构特征的影响,对冻融0,30,60,90,120次的砂岩进行了冲击速度分别为3,6,9 m/s的动态冲击压缩试验、核磁共振检测以及电镜扫描。结果表明,冻融砂岩的动态冲击破坏模式整体上为粉碎破坏,随着冻融... 为研究冻融循环对砂岩动态力学性能和微观结构特征的影响,对冻融0,30,60,90,120次的砂岩进行了冲击速度分别为3,6,9 m/s的动态冲击压缩试验、核磁共振检测以及电镜扫描。结果表明,冻融砂岩的动态冲击破坏模式整体上为粉碎破坏,随着冻融循环次数和冲击速度的增加,砂岩的破碎程度加大,碎块尺度减小,碎块数量和粉末占比增多,分形维数增大。在相同冲击速度下,随着冻融循环次数的增加,砂岩的动态力学性能不断劣化;各动态力学性能指标均具有率相关效应。此外,建立了冻融砂岩的动态峰值应力指数衰减模型,证明了冲击速度可以在一定程度上补偿冻融循环的损伤劣化作用,使冻融砂岩衰减常数减小,半衰期延后。所建立的分形维数−动态强度演化方程,使得分形维数不仅能定量描述砂岩冲击破坏后的破碎程度,还能进一步预测其动态强度。随着冻融循环次数的增加,砂岩内部孔洞、裂隙尺寸扩大且数量增多,结构损伤程度加剧;基于上述结果,探究了冻融循环作用下砂岩的损伤破坏机制,发现砂岩的冻融损伤是多种因素共同作用的结果。该研究可为寒冷地区岩石工程提供相关参考。 展开更多
关键词 冻融循环 砂岩 冲击 破碎分形 微观结构 衰减模型
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考虑围压变化的灰土桩复合地基沉降计算方法 被引量:1
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作者 李哲 马季 +1 位作者 刘路路 夏树峥 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期15-25,共11页
近年来,各种建筑物在填方工程中应用灰土桩复合地基的模式逐渐增多,在使用这些建筑时,由于填方复合地基倾斜沉降,致使建筑物倾斜,阻碍建筑物的正常运行,因此需要对填方灰土桩复合地基沉降计算问题进行深入研究,这对建筑物的正常运行具... 近年来,各种建筑物在填方工程中应用灰土桩复合地基的模式逐渐增多,在使用这些建筑时,由于填方复合地基倾斜沉降,致使建筑物倾斜,阻碍建筑物的正常运行,因此需要对填方灰土桩复合地基沉降计算问题进行深入研究,这对建筑物的正常运行具有重大意义.本文应用室内自研三向加载设备进行静止土压力试验和三向压缩试验,阐述了填土及灰土的沉降变形特征,修正了复合模量法中计算复合模量的公式,提出了填方灰土桩复合地基的沉降计算公式,并对其进行了验证.主要研究工作及成果如下:填土及灰土的静止土压力系数分别为0.312和0.217;填土在不同围压下,竖向应变与侧向应变随竖向荷载增大而增大,随围压增大而减小,竖向应变增长速率越来越小,侧向应变增长速率越来越大;灰土也有同样上述规律,但随着龄期的增大,竖向及侧向应变逐渐减小;提出了考虑不同地基深度下的复合模量计算公式,推导出填方灰土桩复合地基沉降计算公式,通过工程实例计算,证明此公式可以提高计算精度. 展开更多
关键词 复合地基 沉降计算 公式修正 填方路基
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逆断层错动下直墙式管道隧道结构响应及破坏模式试验研究
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作者 申玉生 骆阳 +4 位作者 黄海峰 刘君 王浩鱇 杨春玲 铁明亮 《岩土工程学报》 北大核心 2026年第3期549-559,共11页
依托穿越活动断层某直墙式管道隧道工程,开展逆断层错动作用下隧道结构响应模型试验,分析了衬砌竖向位移、应变及内力分布规律,结合裂缝扩展形态探究了衬砌破坏机制。研究结果表明:隧道拱顶竖向位移沿纵向呈S形分布,断层错动量50 mm工... 依托穿越活动断层某直墙式管道隧道工程,开展逆断层错动作用下隧道结构响应模型试验,分析了衬砌竖向位移、应变及内力分布规律,结合裂缝扩展形态探究了衬砌破坏机制。研究结果表明:隧道拱顶竖向位移沿纵向呈S形分布,断层错动量50 mm工况下核心影响区为断层错动面沿上下盘侧各0.9D,一般影响区为断层错动面沿上盘侧0.9D~3.7D、下盘侧0.9D~2.6D(D为隧道宽度);断层错动面附近衬砌发生拉伸破坏,拉应变峰值主要出现在墙脚,隧道衬砌仰拱、墙脚和拱脚损伤程度相较于其他部位更严重;受断层走向与隧道轴线交角影响,断层错动面附近隧道内力呈现非对称分布,45°对角线方向轴力和弯矩量值相对较大,衬砌发生扭转、弯曲变形,墙脚、仰拱和拱肩受力较为不利;隧道衬砌仰拱、墙脚纵向开裂破坏,断层错动面附近同时伴随隧道拱脚和边墙发生斜向剪切破坏。 展开更多
关键词 管道隧道 直墙式断面 结构响应 破坏模式 模型试验 逆断层
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我国煤矿冲击地压的现状、问题与思考
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作者 齐庆新 桂来保 +19 位作者 李海涛 赵善坤 郑建伟 张修峰 王旭东 王守光 韩军 欧阳振华 王爱文 何团 张俊文 杜伟升 李一哲 张海宽 郑伟钰 刘驰 李云鹏 朱小景 张宁博 薛珊珊 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期255-273,共19页
近10年来,我国冲击地压防控事业成效显著,科学防冲理念已深入人心,成体系的政策制度与技术方案为煤炭资源开发筑牢了安全屏障。然而,随着煤矿开采深度不断增加、开采强度持续提升,全国冲击地压矿井数量已达177座(不完全统计),且呈逐年... 近10年来,我国冲击地压防控事业成效显著,科学防冲理念已深入人心,成体系的政策制度与技术方案为煤炭资源开发筑牢了安全屏障。然而,随着煤矿开采深度不断增加、开采强度持续提升,全国冲击地压矿井数量已达177座(不完全统计),且呈逐年上升趋势。与此同时,矿井产能“整体西移”至“晋-陕-蒙-新”核心产煤基地,“单矿集中”的现代化矿井模式让防冲工作面临全新挑战,缺乏现成经验可借鉴,冲击地压已成为制约这些区域产能科学合理释放的关键因素。当前,煤矿深部开采与千万吨级产能的工程背景,大幅压缩了防冲工作的容错空间与试错机会,传统“经验尝试、先干后调”的模式已无法应对现有挑战,尤其是地面压裂、井下超长孔等覆盖大范围采掘空间的区域性措施,对差异化与精准化的要求达到了新高度。尽管行业内已公认从源头实现冲击地压有效防控是最优路径,但如何将这一理念转化为可执行、能落地的科学理论、工程技术与专用装备,仍缺乏清晰解决方案。值得关注的是,近年来数字化、智能化技术的飞速发展,为冲击地压防控带来了新机遇,数字化源头防控等全新技术范式呼之欲出。在此承前启后的关键时期,系统梳理我国冲击地压的现状与问题,深入解析核心矛盾,不仅能为煤炭行业高质量发展提供必要的认知基础,更能为构建精准化、数字化的防冲体系提供方法论支撑。 展开更多
关键词 冲击地压 源头防控 防冲新范式 现代化矿井 复杂工程场景
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长白山山脉基本地质概况与火成岩崩滑灾变类型及机制
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作者 张文 王骏城 +8 位作者 陈俊淇 崔洪海 孔祥礼 郭涛 王明 王佳 张书睿 孙琦 张涵 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2026年第2期568-583,共16页
为应对近年来暴雨事件频发,崩塌、滑坡(崩滑)地质灾害风险加剧的问题,进一步完善我国东北火成岩地区崩滑灾害的研究体系,本文依托G331国道吉林省段1240km的现场勘查工作,系统总结了长白山脉火成岩边坡崩滑的灾变类型及其致灾机制。结果... 为应对近年来暴雨事件频发,崩塌、滑坡(崩滑)地质灾害风险加剧的问题,进一步完善我国东北火成岩地区崩滑灾害的研究体系,本文依托G331国道吉林省段1240km的现场勘查工作,系统总结了长白山脉火成岩边坡崩滑的灾变类型及其致灾机制。结果表明,东北地区火成岩边坡崩滑灾害的发育特征与火山喷发旋回及岩浆侵入方式密切相关,可划分为五种类型:单喷发旋回形成的下软上硬地层崩滑、新近喷发形成的不整合式地层崩滑、韵律式喷发形成的软硬相间地层崩滑、宁静式喷发形成的风化差异式地层崩滑,以及岩浆局部侵入诱发的侵入岩风化地层崩滑。 展开更多
关键词 岩体结构 长白山脉 火成岩 崩塌 滑坡
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转臂式高速离心机减阻设计及机室流场特性研究
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作者 陈红永 杨鑫 +4 位作者 黎启胜 龚志斌 宋琼 李心耀 尹益辉 《应用力学学报》 北大核心 2026年第1期164-170,共7页
风阻功率是大型转臂式土工离心机驱动功率设计的重要依据,机室流场具有随流、温升、流速高等特点。为降低风阻需对转臂或吊篮采取整流减阻设计。针对两型分别采用转臂整流和整流罩减阻的离心机,开展了基于CFD(computational fluid dynam... 风阻功率是大型转臂式土工离心机驱动功率设计的重要依据,机室流场具有随流、温升、流速高等特点。为降低风阻需对转臂或吊篮采取整流减阻设计。针对两型分别采用转臂整流和整流罩减阻的离心机,开展了基于CFD(computational fluid dynamics)的气动特性仿真,通过优化仿真参数获得离心机高速运行时的机室内部流场流场特性及离心机风阻功率,并通过型线设计对离心机整流罩进行了气动阻力系数优化。研究表明:高速离心机低气压运行时机室下壁面的摩擦阻力矩占主导,高于周向壁面的摩擦阻力矩;吊篮不采用整流罩时,在迎风端面肩部出现了流动分离,压差阻力较大;采用整流罩后,吊篮前缘肩部的分离被削弱,总阻力系数大幅降低。研究表明对于高速离心机开展整流设计是必要的,通过转臂外形设计及整流罩设计,可有效降低风阻功率,更有益于控制机室温升。 展开更多
关键词 转臂式离心机 高速转动 流场 CFD 整流罩
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路基填土长期变形逐级加载三轴蠕变试验分析
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作者 李宁 胡世兴 +2 位作者 覃李兵 侯振斌 罗强 《铁道工程学报》 北大核心 2026年第2期25-30,共6页
研究目的:路基压实填土长期变形,一般采用逐级加载试验方法测试,但存在前期荷载引起填土硬化现象以及对后续变形的记忆效应。本文基于Boltzmann叠加原理,开展压实土试样在逐级加载条件下的硬化和记忆效应影响分析。将土体假定为线性流... 研究目的:路基压实填土长期变形,一般采用逐级加载试验方法测试,但存在前期荷载引起填土硬化现象以及对后续变形的记忆效应。本文基于Boltzmann叠加原理,开展压实土试样在逐级加载条件下的硬化和记忆效应影响分析。将土体假定为线性流变体、蠕变速率满足幂律函数衰减规律,构建逐级荷载蠕变曲线在主要作用时域区间的主体变形点对点累加、前期荷载在次要作用时域区间的非线性遗传变形剔除修正方法,提高逐级加载蠕变试验方法的适用性。研究结论:(1)采用改装的应力控制式三轴试验仪,开展了压实土试样的逐级加载蠕变试验,得到的偏应力-蠕变等时曲线,在低荷区段基本呈线性,表明路基填土的收敛稳态型长期变形具有可叠加性;(2)运用“点对点累加+非线性遗传”修正方法,获得的路基填土长期变形时间效应曲线,与传统的坐标平移法和常用的点对点累加法相比,数据更接近验证值;(3)累加-遗传修正方法能克服逐级加载的硬化影响和遗传变形的长效干扰,蠕变数据处理更加完善,在路基分层压实填土的长期变形预测方面更具适用性。 展开更多
关键词 路基工程 压实填土 长期变形 三轴蠕变试验 累加-遗传法
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长距离输水渠道黄土湿陷性及微观结构特征试验研究
9
作者 姜海波 刘建锋 +2 位作者 张军 鲁功达 谢良甫 《岩土力学》 北大核心 2026年第1期61-72,共12页
为探究新疆长距离输水工程建设中黄土的湿陷性问题,以新疆伊犁河长距离输水工程湿陷性黄土为研究对象,开展渠基黄土不同埋深湿陷性、含水率及孔隙比现场监测试验,重点分析渠基黄土湿陷性的空间分布规律。通过室内自重湿陷试验、浸水压... 为探究新疆长距离输水工程建设中黄土的湿陷性问题,以新疆伊犁河长距离输水工程湿陷性黄土为研究对象,开展渠基黄土不同埋深湿陷性、含水率及孔隙比现场监测试验,重点分析渠基黄土湿陷性的空间分布规律。通过室内自重湿陷试验、浸水压缩试验对不同含水率原状黄土的湿陷特征、孔隙结构进行定量测定,采用微观电镜扫描(scanning electron microscope,简称SEM)和颗粒及裂隙图像识别系统,研究不同湿陷次数、不同竖向应力作用下原状黄土湿陷特征与内部微观孔隙结构的关系。研究结果表明:(1)输水渠道黄土的湿陷性主要受含水率控制,含水率越小,微观孔隙结构特征越显著,湿陷变形特征也越大,且具有一定的“剩余”湿陷性。(2)黄土在湿陷变形过程中存在颗粒软化效应和聚合物效应,孔隙结构逐渐减小,引起了较大的湿陷变形,且在低含水率状态时湿陷变形特征更加显著。(3)长距离输水渠道黄土的湿陷性随埋深增大而逐渐减弱,且渠基黄土的湿陷是多次发生的,先期湿陷性较大、后期湿陷性较小,渠基黄土湿陷性具有多阶段特征。 展开更多
关键词 长距离输水渠道 原状黄土 湿陷性 含水率 微观结构 损伤
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粗粒料力学特性的应力路径大型真三轴试验研究
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作者 姜景山 左永振 +3 位作者 程展林 潘家军 黄鑫 占飞杰 《岩土力学》 北大核心 2026年第3期755-766,815,共13页
粗粒料的力学特性表现出显著的应力路径依赖性,然而,目前开展复杂三维应力路径的大型真三轴试验研究还相对较少。为研究应力路径对粗粒料变形和强度特性的影响,开展了等小主应力σ3、等中主应力系数b(等σ3等b)与等平均正应力p、等中主... 粗粒料的力学特性表现出显著的应力路径依赖性,然而,目前开展复杂三维应力路径的大型真三轴试验研究还相对较少。为研究应力路径对粗粒料变形和强度特性的影响,开展了等小主应力σ3、等中主应力系数b(等σ3等b)与等平均正应力p、等中主应力系数b(等p等b)两种应力路径的大型真三轴各向等压固结排水剪切试验。结果表明,应力路径对粗粒料的应力-应变关系产生显著影响,随着中主应力系数b的增大,等σ3等b应力路径下应力-应变曲线逐渐升高变陡,体缩变形逐渐增大,而在等p等b应力路径下应力-应变曲线逐渐降低变缓,体应变先压缩后膨胀,且体应变速率和体胀变形均逐渐增大。中主应力系数b从0增大至0.25时,中主应变由膨胀变形逐渐转变为压缩变形;当中主应力系数b从0.25增大到1.00时,中主应变均为压缩且压缩变形逐渐增大。应力路径对粗粒料的强度也有明显影响,随着中主应力系数b的增大,等σ3等b应力路径下强度逐渐增大,而等p等b应力路径下强度则逐渐减小。破坏内摩擦角随中主应力系数b的增大而增大,且等p等b应力路径的破坏内摩擦角高于等σ3等b应力路径的破坏内摩擦角,固结应力较低时破坏内摩擦角更大。中主应力系数从0增大到0.75时,破坏应力比逐渐减小且减幅递减,固结应力较低时破坏应力比更高。当中主应力系数在0.75~1.00之间变化时,破坏应力比基本保持恒定。应力路径对粗粒料三维应力状态下的变形和强度特性均有重要影响,正确认识应力路径对粗粒料力学特性的影响对于科学实施土石坝工程具有重要意义。 展开更多
关键词 粗粒料 大型真三轴试验 力学特性 应力路径 平均正应力 中主应力
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循环荷载下精轧螺纹钢抗浮锚杆锚固性能原位试验研究
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作者 闫楠 白晓宇 +3 位作者 杜焕龙 孙淦 刘俊伟 张明义 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期360-375,共16页
依托青岛市某深基坑工程,进行3根精轧螺纹钢抗浮锚杆的现场拉拔破坏性试验,研究多循环荷载作用下精轧螺纹钢抗浮锚杆的荷载传递机制与锚固特征。研究结果表明,在本试验条件下,精轧螺纹钢抗浮锚杆在循环荷载作用中表现出显著的弹性特征,... 依托青岛市某深基坑工程,进行3根精轧螺纹钢抗浮锚杆的现场拉拔破坏性试验,研究多循环荷载作用下精轧螺纹钢抗浮锚杆的荷载传递机制与锚固特征。研究结果表明,在本试验条件下,精轧螺纹钢抗浮锚杆在循环荷载作用中表现出显著的弹性特征,其荷载-位移关系呈现典型的滞回曲线形态,且卸载阶段具有较高的变形恢复能力。锚杆杆体轴力作用范围主要在孔口以下10.0 m范围内;在相同荷载下,锚杆杆体轴力随锚固深度的增加而逐渐衰减;在相同锚固深度处,随荷载及循环次数增加,锚杆杆体轴力增大,且杆体轴力零值点的位置逐渐向锚杆深部转移。锚杆杆体的剪应力整体呈先增大后减小的趋势,剪应力峰值随荷载水平以及循环次数的增加而向杆体深部移动。 展开更多
关键词 精轧螺纹钢筋 抗浮锚杆 循环加载试验 锚固性能 轴力 剪应力
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水平场地动力离心试验孔压增量模型与液化阈值研究
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作者 王永志 逯屹腾 +3 位作者 汤兆光 周燕国 孙锐 张雪东 《应用基础与工程科学学报》 北大核心 2026年第1期175-187,共13页
孔压增量模型是表征地震荷载下可液化土体孔压增长过程和解析不同因素贡献作用的一种重要工具,可有效支撑工程性态抗震设计对场地液化风险量化评估的发展需求.针对现有孔压增量模型的普遍问题和液化阈值影响因素认识需求,提出了包含4个... 孔压增量模型是表征地震荷载下可液化土体孔压增长过程和解析不同因素贡献作用的一种重要工具,可有效支撑工程性态抗震设计对场地液化风险量化评估的发展需求.针对现有孔压增量模型的普遍问题和液化阈值影响因素认识需求,提出了包含4个状态项的动态孔压发展预测增量模型,并结合2组标准砂和珊瑚土动力离心模型试验,探讨了峰值和残余2种数据拾取方法对预测结果的影响,评价了不同土体场地液化风险预测的可靠性与适用性.研究结果表明:建立的增量模型能有效实现收敛,适用于任意荷载,并能反映土体、荷载、状态等多参数贡献作用,预测的超静孔压增长速率、时程与实测十分吻合.增量模型采用峰值和残余孔压2种数据拾取方法求解常系数,预测获得的超静孔压增长过程与实测存在差异,采用残余法获得的稳定孔压比与实测存在偏差,采用峰值法预测的液化触发阈值和稳定孔压比均与实测基本一致.增量模型对于标准砂和珊瑚土2类水平场地预测的不同土体、埋深、荷载条件下超静孔压增长过程和稳定孔压比与实测吻合良好,揭示了2种土体超静孔压增长与液化触发阈值的差异,证明了增量模型的准确性和适用性. 展开更多
关键词 动力离心试验 孔压增量模型 孔压比增长 液化阈值 收敛性 适用性
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基于室内载荷试验的模拟月壤承载力研究
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作者 高辉 邢书婷 +4 位作者 张宇欣 方小红 谭松成 肖龙 段隆臣 《矿业研究与开发》 北大核心 2026年第1期1-9,共9页
我国未来将实施载人登月,并在月球表面建立永久基地,实现月球矿产资源的开发和利用。为了解决月面建造过程中月壤承载力确定的问题,提出采用小尺寸室内载荷试验推演大尺寸基础下模拟月壤容许承载力和沉降量的方法。首先,使用直径为6 cm... 我国未来将实施载人登月,并在月球表面建立永久基地,实现月球矿产资源的开发和利用。为了解决月面建造过程中月壤承载力确定的问题,提出采用小尺寸室内载荷试验推演大尺寸基础下模拟月壤容许承载力和沉降量的方法。首先,使用直径为6 cm、8 cm、10 cm的圆形载荷板对相对密实度为78%的模拟月壤进行平板载荷试验,得到模拟月壤的实测荷载-沉降(p-s)曲线,通过对该曲线的拟合获得模拟月壤的初始切线模量和极限承载力,采用切线模量法建立模拟月壤的切线模量与其初始切线模量、受到的附加应力和极限承载力的关系,进而依据沉降计算理论计算任意尺寸基础下的p-s曲线,通过小尺寸载荷试验的结果验证,计算的p-s曲线和实测的p-s曲线吻合。其次,依据该方法计算大尺寸基础下的p-s曲线,并通过极限承载力和沉降控制方法对大尺寸基础下的容许承载力进行综合表征。对大尺寸的圆形、方形基础下的模拟月壤承载力分析结果表明,随着基础的尺寸增大,两种载荷板下模拟月壤的容许承载力均增大;相同尺寸方形基础下的模拟月壤承载力比圆形基础下的大。从计算的p-s曲线中可知,所取的容许承载力对应的模拟月壤的沉降量满足要求。按照常规载荷试验中圆形载荷板的直径为30 cm,推测出本次试验所用的模拟月壤的容许承载力为122 kPa。提出的模拟月壤容许承载力的确定方法可为月球基地建造及矿产资源开发过程中月壤承载力的确定提供一种途径和思路。 展开更多
关键词 模拟月壤 载荷试验 承载力 切线模量
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固碳轻质土制备方法与物理力学性能研究
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作者 刘松玉 张翔 +3 位作者 蔡光华 袁振扬 安景峰 陈光伟 《岩土工程学报》 北大核心 2026年第1期15-23,共9页
为减少碳排放、探寻岩土工程的二氧化碳(CO_(2))利用技术,基于氧化镁(MgO)碳化固化原理,提出了一种固碳轻质土(carbon sequestration lightweight soil,C-LS)原理,该原理采用MgO和渣土替代水泥作为固化材料、CO_(2)替代空气发泡,将MgO... 为减少碳排放、探寻岩土工程的二氧化碳(CO_(2))利用技术,基于氧化镁(MgO)碳化固化原理,提出了一种固碳轻质土(carbon sequestration lightweight soil,C-LS)原理,该原理采用MgO和渣土替代水泥作为固化材料、CO_(2)替代空气发泡,将MgO、粉质黏土、水和CO_(2)泡沫按一定比例混合后形成密度<1 g/cm3的C-LS。通过无侧限抗压强度、扫描电镜和热重等宏微观试验,研究了不同MgO掺量、设计湿密度、水固比与碳化养护条件对C-LS的流值、凝结时间、干密度、强度、碳化产物及固碳能力的影响规律。结果表明:随MgO掺量和湿密度增加,C-LS流值和凝结时间减小,抗压强度提高,同时其固碳量提高。确定了C-LS的最优配比,在自然养护下,其28 d强度可满足高速公路路堤填筑和其它填筑材料要求,在外部加速碳化条件下,C-LS强度可进一步提高。根据C-LS强度与碳化产物产量及固碳量的内在联系,研究揭示了C-LS强度形成微观机理。C-LS技术能大量消耗CO_(2)和工程渣土,为岩土工程固碳利用提供了崭新的技术途径。 展开更多
关键词 C-LS MGO 二氧化碳泡沫 制备方法 物理力学特性
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压实膨润土水化膨胀力的跨尺度理论预测模型
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作者 陈永贵 李泽垚 +2 位作者 孙曌 叶为民 王琼 《岩土工程学报》 北大核心 2026年第4期708-718,共11页
压实膨润土是高放废物深地质处置理想的缓冲回填材料,其水化膨胀力是缓冲性能评价的重要指标。为理论解析具有多重孔隙结构压实膨润土的膨胀力产生和发展机制,开展针对其水化膨胀力跨尺度传递的理论建模。首先依据压实膨润土的颗粒特征... 压实膨润土是高放废物深地质处置理想的缓冲回填材料,其水化膨胀力是缓冲性能评价的重要指标。为理论解析具有多重孔隙结构压实膨润土的膨胀力产生和发展机制,开展针对其水化膨胀力跨尺度传递的理论建模。首先依据压实膨润土的颗粒特征和结构特点为土体结构划分微结构元,并计算微结构元的等效物理力学参量;其次基于最小能量、最大熵等原理,求解土体完全水化时微结构元的分布概率;然后在颗粒-微结构元、微结构元-土体间膨胀力传递关系的力学分析基础上,建立微观力学参数与宏观膨胀力之间的联系,从而形成完整的膨润土水化膨胀力跨尺度理论预测模型。同时,以高庙子膨润土为研究对象,通过开展不同干密度、温度条件下宏观土体水化膨胀试验,对理论模型进行适用性检验。结果表明,预测值与试验结果之间的误差不超过16%,模型适用性较好。理论模型诠释了膨润土膨胀力跨尺度传递机制,为膨润土跨尺度结构性研究提供了新思路,可用于支持中国高放废物深地质处置库工程屏障系统的设计和性能评估。 展开更多
关键词 压实膨润土 膨胀力 跨尺度 理论模型 结构性研究
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融合先验物理知识和可解性分析的导热系数集成学习预测模型
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作者 王琼 田升奎 +3 位作者 刘观仕 苏薇 刘宜春 叶为民 《岩土力学》 北大核心 2026年第2期674-690,共17页
水热参数本构关系的精确获取是多场耦合研究的核心前提。然而,由于其多尺度的影响因素和高度非线性的响应模式,模型难以准确刻画因素间耦合效应、传热路径和传输机制,建立可靠的参数模型面临着诸多挑战。提出了一种融合先验物理知识与... 水热参数本构关系的精确获取是多场耦合研究的核心前提。然而,由于其多尺度的影响因素和高度非线性的响应模式,模型难以准确刻画因素间耦合效应、传热路径和传输机制,建立可靠的参数模型面临着诸多挑战。提出了一种融合先验物理知识与可解性分析的水热参数集成学习模型(physics-informed ensemble learning,简称PIEL)。以土体导热系数λ为范例,综合评估PIEL模型输出结果的精度、鲁棒性和物理一致性,并结合沙普利加性解释(Shapley additive explanations,简称SHAP)与部分依赖图(partial dependence plots,简称PDPs)可视化PIEL模型决策过程的敏感性、响应模式和耦合效应。结果表明:集成学习模型精确捕捉了导热系数复杂的非线性耦合关系,预测精度较传统模型提升至3~6倍;融合先验传热知识的PIEL模型有效避免了纯数据驱动模型违背物理规律的输出,决策结果的物理一致性显著提升。采用麻雀搜索算法优化的融合知识的极端梯度提升模型(physics-informed extreme gradient boosting,简称PXGBoost),展现出最佳的精度和鲁棒性;SHAP和PDPs可视化的敏感性、响应模式和耦合效应与先验传热知识基本吻合,验证了PIEL决策过程的物理一致性。基于累计SHAP值识别的最优预测因子显著优于传统参数分析,构建的简化模型的计算效率和精度更高。融合先验物理知识和可解性分析的PIEL模型可为岩土参数预测提供一种有效途径,也为人工智能赋能的水热模拟提供支持。 展开更多
关键词 导热系数 物理知识 可解释性分析 集成学习 物理一致性
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岩石正交裂隙内浆液驱替动水机制研究
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作者 李博 唐敏 +3 位作者 刘蓉蓉 谢雨施 邹良超 石振明 《岩土力学》 北大核心 2026年第1期337-348,共12页
裂隙是岩体内渗流的首要通道,裂隙岩体内的注浆封堵是一个由裂隙网络内浆液-水两相驱替控制的过程。鉴于裂隙网络由诸多交叉裂隙连接构成,研究浆液在交叉裂隙内的驱替机制对裂隙岩体工程注浆设计具有重要意义。采用三维重构技术,建立3D... 裂隙是岩体内渗流的首要通道,裂隙岩体内的注浆封堵是一个由裂隙网络内浆液-水两相驱替控制的过程。鉴于裂隙网络由诸多交叉裂隙连接构成,研究浆液在交叉裂隙内的驱替机制对裂隙岩体工程注浆设计具有重要意义。采用三维重构技术,建立3D打印的透明粗糙正交裂隙模型并开展室内注浆可视化试验,观测注浆过程中浆-水竞争渗流规律及界面演化特征;基于COMSOL Multiphysics软件建立正交裂隙注浆数值模型,通过试验和数值结果对比验证模型,进而研究不同浆-水流速比、进出口组合等因素对浆-水驱替过程的影响。结果表明:动水条件下注浆开始后注浆压力随时间呈非线性增大,浆液首先沿优势渗流通道驱替水,在完成主要动水驱替后压力趋于稳定;交叉口处串流混合越充分,出口端的浆液体积分数越接近;优势渗流通道越显著,浆液的驱替效果越好;裂隙表面粗糙度显著影响注浆压力,采用传统的平行平板模型将低估注浆压力达30%以上。 展开更多
关键词 交叉裂隙 注浆 Herschel-Bulkley模型 动水 驱替
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含缺陷砂岩轴压能量本构关系的离散元模拟研究
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作者 郭永成 陈冰 +1 位作者 李建林 邓华锋 《高压物理学报》 北大核心 2026年第3期61-75,共15页
为探究单轴压缩下缺陷砂岩的能量演化和力学行为,通过离散元法数值模拟,分析了不同岩桥倾角和岩桥距离对缺陷砂岩的影响,结合能量耗散建立了损伤本构方程。结果表明:岩桥倾角和岩桥距离显著影响缺陷砂岩的力学响应和破坏机制,大倾角(60&... 为探究单轴压缩下缺陷砂岩的能量演化和力学行为,通过离散元法数值模拟,分析了不同岩桥倾角和岩桥距离对缺陷砂岩的影响,结合能量耗散建立了损伤本构方程。结果表明:岩桥倾角和岩桥距离显著影响缺陷砂岩的力学响应和破坏机制,大倾角(60°、90°)促进裂纹沿最大主应力方向扩展,而小倾角(0°、30°)增加剪切裂纹比例,导致不同的破坏形态;弹性模量和抗压强度随岩桥倾角和岩桥距离的变化呈“U”形非线性特征。能量演化规律对岩桥倾角具有依赖性,总能量和耗散能量随岩桥倾角的增加先降低后升高,并在90°时达到最大。岩桥距离对能量的影响随岩桥倾角的变化而变化,当岩桥倾角小于45°时,能量随岩桥距离的增加而减少,当岩桥倾角大于45°时,能量随岩桥距离的增加先增加后减少。弹性能耗比的三阶段特征可作为缺陷砂岩失稳的预测指标。基于耗散能理论构建的能量耗散损伤本构模型能够准确地描述不同岩桥参数下缺陷砂岩的变形和破坏行为。该模型在实际工程中具有重要的应用潜力,但需要针对具体应力条件进行调整以优化预测准确性。研究结果可为岩土工程的灾害防治提供理论参考。 展开更多
关键词 单轴压缩 缺陷砂岩 离散元方法 裂纹演化 能量本构
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内置裂隙几何特征对类岩试样力学特性影响试验研究
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作者 蒋力帅 吴琦 +3 位作者 高明涛 杨一鸣 吴朝磊 李皓哲 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期12-25,共14页
深部巷道围岩力学性质软弱,赋存大量尺寸不一、形态复杂的内置裂隙,严重影响着围岩的力学性质。为探究内置裂隙的开度、直径及形状对岩体强度破坏特性的影响,利用砂型3D打印技术制备了含不同几何特征内置裂隙的类岩试样,对其开展单轴压... 深部巷道围岩力学性质软弱,赋存大量尺寸不一、形态复杂的内置裂隙,严重影响着围岩的力学性质。为探究内置裂隙的开度、直径及形状对岩体强度破坏特性的影响,利用砂型3D打印技术制备了含不同几何特征内置裂隙的类岩试样,对其开展单轴压缩试验,并结合声发射监测技术,对比分析不同几何特征下类岩试样的响应规律。研究结果表明:内置裂隙可显著改变试样强度、破坏特性及声发射特性;裂隙直径对单轴抗压强度影响最显著,裂隙直径大的试样强度低于裂隙直径小的试样;裂隙形状与裂隙直径对破坏特性影响明显,直径40 mm矩形裂隙试样会出现一段应力“平台期”,且该阶段内振铃计数水平持续较高。 展开更多
关键词 内置裂隙 砂型3D打印 裂隙几何特征 强度破坏特性 声发射特性
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不同倾角岩体裂隙溶蚀模式与渗透率演化规律
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作者 李凯 胡冉 +2 位作者 张亚楠 杨志兵 陈益峰 《岩土力学》 北大核心 2026年第3期993-1006,共14页
岩体裂隙中反应性流体渗流诱发的溶蚀过程对岩土工程安全具有重要影响,而由溶液密度差异所诱发的重力效应下,倾斜裂隙介质的溶蚀机制尚不明确。通过孔隙尺度数值模拟与可视化试验相结合的方法,系统探究了不同倾角裂隙溶蚀模式及渗透率... 岩体裂隙中反应性流体渗流诱发的溶蚀过程对岩土工程安全具有重要影响,而由溶液密度差异所诱发的重力效应下,倾斜裂隙介质的溶蚀机制尚不明确。通过孔隙尺度数值模拟与可视化试验相结合的方法,系统探究了不同倾角裂隙溶蚀模式及渗透率演化规律。结果表明:倾斜裂隙溶蚀过程中,溶液密度差异诱发的浮力对流会形成“漩涡”流动结构,其中沿裂隙长度方向的浮力对流主导溶蚀通道发育,而垂直方向影响可忽略。通过引入理查森数建立了溶蚀模式判据:当理查森数R_(iⅡ)>10时属浮力对流主导模式,倾角增大促进虫洞发育并降低突破注液量;当理查森数R_(iⅡ)≤10时属强制对流主导模式,其溶蚀形态由注入流速控制,呈现紧凑溶蚀、虫洞溶蚀和均匀溶蚀3种模式。在此基础上,建立了考虑重力效应的最佳注入流速的理论模型,实现不同倾角下裂隙介质最佳注入流速的准确预测。研究成果为可溶岩区地下工程渗流控制提供了理论依据,对CO_(2)地质封存、地浸采矿等工程的安全评估具有重要指导意义。 展开更多
关键词 浮力对流效应 倾斜裂隙 溶蚀模式 渗透率演化 最佳注入流速
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