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中南大学学报（英文版）
中南大学学报（英文版）

黄伯云

月刊

2095-2899

zngdxb@mail.csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学内

中南大学学报（英文版）/Journal Journal of Central South UniversityCSCDCSTPCD北大核心EISCI
查看更多>>《Journal Central South University of Technology》（即《中南大学学报（英文版）》ISSN 1005-9784,CN43-1231/TD）是国家教育部主管、中南大学主办的以材料、选矿、冶金、化学化工、机电、信息、地质、采矿、土木等专业学科为主的科技期,1994年创刊,双月刊。自2007年第1期起与世界著名德国科技出版集团施普林格(Springer-Verlag)联合出版。本刊已被《科学引文索引》（SCI-E）；《EI Compendex》(即EI核心版)；《化学文摘》；《金属文摘》；《铝工业文摘》等知名检索刊物收录：
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    基于随钻参数的岩石强度预测与可钻性识别

    王少锋吴毓萌蔡鑫周子龙...
    4036-4051页
    查看更多>>摘要：快速获取岩石力学参数和准确识别岩石可钻性是指导不同规模钻进工程(钻井、钻孔)和岩石开挖工程安全施工的重要前提.基于4次微钻实验采集的281组钻进参数和岩石力学参数建立数据库.数据库中的随钻参数包括钻进力(F)、扭矩(T)、转速(N)和钻进速度(V),以此计算出比能(SE)和可钻性指数(Id).以这些参数为输入参数,采用拟合回归分析和机器学习回归方法预测岩石的单轴抗压强度.此外,根据岩石单轴抗压强度(UCS)、抗拉强度(BTS)、磨蚀指数(CAI)和硬度(HL),通过TOPSIS-RSR方法实现岩石可钻性分类,利用机器学习分类方法感知和识别岩石可钻性.在预测和识别过程中,比较不同方法的精度,确定最优模型.研究方法和结论可为岩石强度的实时原位测量和地层可钻性识别提供新途径,为提高岩石钻进和开挖效率、保障施工安全提供依据.

    随钻测量(WMD)强度预测可钻性分类可钻性识别机器学习TOPSIS-RSR方法

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    不同微波加热时间处理下花岗岩力学性质及脆性的实验研究

    苏晓丽李地元周奥辉张晨曦...
    4052-4065页
    查看更多>>摘要：微波加热引起的岩石强度减弱和脆性降低对于提高硬岩破碎效率具有重要意义.本研究对不同微波加热时间(0 s,60 s,120 s,180 s,240 s,300 s)处理后的花岗岩进行了单轴压缩试验和微观形貌分析.结果表明,当以5.4 kW的微波功率辐照120 s时,花岗岩的力学性质发生了显著变化.结合声发射(AE)数据,确定了试样在单轴压缩过程中的裂纹起裂应力和损伤应力阈值,并发现它们随着加热时间的延长而线性减小.根据微观分析,花岗岩在微波加热下的强度弱化行为归因于微裂纹密度的增加.加热120 s后,晶间裂纹的张开导致裂纹密度增加了0.6%,300 s处理后微波诱导热裂纹的发展使裂纹密度增加到了8.62%.微波处理后花岗岩的脆性显著降低,主要表现在应力阈值水平的降低以及由拉伸向剪切破坏模式的转变.定量的脆性指标,特别是基于起裂应力的脆性指标也证明了岩石的脆性和微波处理时间有较好的负相关性.

    微波加热声发射应力阈值脆性微裂纹

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    连续型和阶梯型不均匀沉降作用下建筑结构响应的数值分析

    焦辰江由爽纪洪广
    4066-4081页
    查看更多>>摘要：在采矿活动频繁的地区,建筑物不均匀沉降和矿震经常发生.这种现象可归因于采矿活动造成的地基变形和内力的重新分布,这往往导致建筑物结构受到严重破坏.露天矿关闭后边坡的长期变形导致了周围建筑物的不均匀沉降.针对这些问题,本文提出了四种非均匀沉降模型,并分析了不同建筑模型的静动力响应特性.数值模拟结果表明,阶梯沉降框架-剪力墙结构在静力分析中表现出较好的性能,而连续沉降框架结构在安全评价中缺乏足够的支撑.此外,小于3.0M的矿震对附近建筑物的影响可以忽略不计.研究结果可为矿山工业城市建筑沉降和矿山震害分析提供参考.

    不均匀沉降结构响应数值模拟静力分析动力性能

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    冷热交变花岗岩的力学与损伤特性研究

    彭康任基王元民罗松...
    4082-4096页
    查看更多>>摘要：为研究冷热交变岩石的力学性能和损伤演变规律,对冷热交变后的花岗岩进行单轴压缩试验和巴西劈裂试验,利用声发射监测和电镜扫描技术分析花岗岩加载过程中的声发射信号特征和试样破坏后的微观形态特征.结果表明,在不同冷热交变次数下,花岗岩的抗压强度与抗拉强度都明显降低,且两者呈显著的线性关系.在单轴压缩条件下,花岗岩的破坏模式以轴向劈裂破坏和剪切破坏为主;在巴西劈裂条件下,随着热处理温度的升高,花岗岩的破坏表现为径向破坏、径向弧形破坏和沿弱结构平面的混合破坏.两种实验条件下试样破坏过程中的声发射计数变化与应力-应变曲线变化基本一致.归一化累积声发射计数可以较好地反映试样加载过程中的损伤演变特征.试样的初始损伤随着温度和冷热交变次数的增加而增加,导致花岗岩在加载过程中的损伤率持续增长.此外,基于力学参数定义了三个损伤变量,其中基于抗拉强度的损伤变量对冷热交变次数最为敏感.

    单轴压缩巴西劈裂岩石损伤声发射扫描电镜冷热交变

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    坚硬基本顶切顶沿空留巷关键技术:典型案例研究

    朱恒忠文志杰许磊何富连...
    4097-4121页
    查看更多>>摘要：坚硬基本顶切顶沿空留巷产生的采空区悬顶、遗煤自燃发火和巷道围岩破坏是影响无煤柱开采安全高效的难题.为解决上述难题,本文提出了三向聚能预裂爆破装置、阻燃水泥毯采空区封堵技术和巷道围岩随态控制策略.建立了三向聚能预裂爆破的力学模型,三向聚能预裂爆破装置可促使岩体沿三个方向产生裂纹,减少悬顶产生.为防止采空区遗煤自燃,发明了阻燃水泥毯采空区封堵技术.该技术不仅考虑了切顶预裂爆破过程中矸石垮落的时空特征,而且实现了采空区快速密闭.监测结果表明采空区内一氧化碳、氧气和瓦斯浓度分别显著下降至0、3.0257%和0.0899%.根据切顶巷道围岩破坏时空特征,提出了考虑分阶段和分区域的随态控制策略,靠近切顶帮和实体煤帮的顶底移近量分别为115 mm和104 mm,两帮移近量为88.7 mm,巷道破坏得到有效控制.三项关键技术为坚硬基本顶切顶沿空留巷实践提供了有益借鉴.

    沿空切顶留巷三向聚能预裂爆破装置阻燃水泥毯围岩随态控制策略效果分析

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    抑制多模态梁振动的时变边界方法

    王嘉惠刘静潘光
    4122-4137页
    查看更多>>摘要：柔性梁结构是水下航行器的常见部件,其模态振动传递会损害部件服役寿命和系统工作精度.常见的抑制梁振动的方法有吸振、阻尼和主动控制等.控制的难点在于低频抑振和拓宽有效抑制频带.而常见的抑振方法的应用需要获取准确的结构参数和激励参数,对于非完备参数条件系统的适用性不足.本文基于时变边界结构的能量传递特性,提出了一种针对模态振动抑制的时变边界方法.该方法可同时抑制多阶共振,而不必针对每阶振动特性进行额外设计.首先,建立时变边界梁的动力学模型,采用时域分段解析法计算时变边界梁的瞬态振动,并与有限元法的结果进行对比验证了该方法的正确性.然后,通过时变边界梁和固定边界梁的结果对比验证了时变边界方法对共振的抑制效果.最后,分析初始条件、阻尼、时变范围和时变频率等参数对时变边界方法抑振效果的影响,发现阻尼可消耗由模态振动分散至其他频域的能量,时变边界所对应的谐振频率变化范围越大时,对共振峰值的抑振性能越好,并由此得到了时变位置优化区域.

    时变边界方法多模态振动抑制边界控制频域能量分散

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    一步水热法合成多孔氧缺陷镍铝双金属氢氧化物及其高电容存储

    刘少波赵勇峰李恒月阳军亮...
    4138-4148页
    查看更多>>摘要：层状双金属氢氧化物(LDH)由于具有层状结构、丰富的氧化还原活性中心和金属离子间的协同作用被认为是超级电容器的理想电极之一.然而,低的比电容和较差的循环稳定性极大地限制了它们的规模化应用.本文采用简单的一步水热法在泡沫镍上制备层状镍铝双金属氢氧化物(NiAl-LDH),并通过不同的反应物浓度控制其电荷存储能力.研究发现反应物浓度对NiAl-LDH的形貌、结晶度和负载密度有明显调节作用.优化后的NiAl-LDH(Ni1Al1-LDH)具有丰富氧缺陷的多孔纳米片结构,该结构紧密包覆在高导电性泡沫镍表面,促进了离子和电子的转移,有效提高了Ni离子的氧化还原活性,从而提高了能量储存能力.作为超级电容器电极,Ni1Al1-LDH在电流密度为1 A/g时的比电容为1958.1 F/g.在100 mV/s的扫速下,经过1000次持续充放电循环,电容保持率高达108.7%.

    超级电容器电容层状镍铝双金属氢氧化物多孔纳米片氧缺陷

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    用人工神经网络混合元启发式优化技术分析不可压缩黏性流体在收敛和发散通道中的流动:一种智能方法

    ASLAM Muhammad NaeemRIAZ ArshadSHAUKAT NadeemALI Shahzad...
    4149-4167页
    查看更多>>摘要：本文采用人工神经网络(ANN)与进化算法(特别是阿基米德优化算法(AOA)和水循环算法(WCA)相结合的方法)对非线性磁流体动力学(MHD)的Jeffery-Hamel问题,特别是收敛和发散通道中的拉伸/收缩问题进行了数值研究.这种组合技术被称为ANN-AOA-WCA.将基于复杂非线性磁流体动力学Jeffery-Hamel问题的偏微分方程转化为速度和温度的非线性常微分方程系统,我们建立了基于人工神经网络的适应度函数来求解非线性微分问题.随后,采用了一种新的AOA和WCA结合方法(AOA-WCA)来优化基于神经网络的适应度函数,并确定了神经网络的最优权值和偏差.为了证明提出混合方法的有效性和多功能性,探索了一系列雷诺数、通道角和可拉伸边界值的MHD模型,从而开发了两种不同的情况.ANN-AOA-WCA的数值结果与参考解(NDSOLVE)非常接近,NDSOLVE与ANN-AOA-WCA的绝对误差约为3.35×10-8,对可拉伸收敛和发散通道的理解特别关键.此外,为了验证ANN-AOA-WCA技术,我们对150多个独立运行进行了统计分析,以获得适应度值.

    人工神经网络阿基米德优化水循环算法拉伸/收缩表面收敛或发散通道

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    各向异性黏土中的深基坑开挖单撑失效数值模拟研究

    仉文岗胡鑫芸章润红陈春霞...
    4168-4181页
    查看更多>>摘要：近年来,随着基坑建设深度需求的不断增大,多道支撑式支护体系的使用大幅增长,而结构局部连接失效导致内支撑体系渐进失效破坏的案例时有发生.针对该工程问题,以往的研究通常将土体理想化,忽略了土体力学特性存在各向异性的特征,导致计算结果存在一定的偏差.本文基于天津某地铁车站基坑项目,采用NGI-ADP土体本构模型考虑土体的各向异性,建立三维有限元模型模拟不同初始位置单撑失效(OSF),通过荷载转移率和荷载增加率这两个指标,量化单撑失效后基坑支撑系统的受力变化.分析结果表明:土体的各向异性对支撑轴力的影响不容忽视;同一道支撑的不同初始位置单支撑失效后,基坑支撑的轴力响应是相似的;单撑失效后,在失效支撑附近荷载传递存在就近现象,主要在竖直方向上传递大幅荷载.

    单撑失效深基坑各向异性NGI-ADP模型有限元分析

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    深埋隧道围岩破裂的微震定位综述

    唐世斌刘艳晖徐浩然陈希茂...
    4182-4196页
    查看更多>>摘要：本文旨在综述深埋隧道工程中微震定位技术的原理和研究进展.首先,综述了微震定位的主要方法和影响定位精度的主要因素,包括波速模型、微震信号传播路径、目标函数、迭代算法、传感器的阵列,以及微震波的到时拾取等.然后,通过分析这些因素对微震定位结果的影响程度,探讨各方法的优缺点,以及提高定位精度的方法和措施.通过对传感器阵列布置优化的探讨,为工程中岩体的破裂监测提供理论指导.最后,通过对本文进行简要总结,提出未来微震定位研究方向的展望.

    微震定位深埋隧道微震监测定位算法

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