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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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    水-瓦斯耦合作用下煤岩抗压特性劣化试验研究

    吕科江宁尹大伟孟书宇...
    477-495页
    查看更多>>摘要：闭坑高瓦斯矿井中煤岩体在水和瓦斯的劣化作用下力学特性劣化,这将直接影响其稳定性和安全性.为研究水-瓦斯耦合作用下煤岩抗压特性,基于水-岩-气耦合试验系统,开展了浸泡环境下的全水浸(EW)、半水浸半气浸(WG)及全气浸(EG)煤样和干燥(CZ)煤样的单轴压缩试验,分析了煤样抗压强度及变形破坏特征,并从煤样浸泡前后的组分、宏观结构及破裂断口细观特征的角度,揭示了水-瓦斯耦合作用下煤岩的宏观、细观劣化机制.结果表明,在三种浸泡条件下,煤样抗压强度较干燥煤样均降低,EG组、WG组和EW组煤样抗压强度分别降低了18.92%、38.31%和53.45%,三种浸泡条件下煤样破坏模式由干燥煤样的剪切破坏转变为剪切-拉伸混合式破坏,破坏程度也随之增大,煤样由脆性破坏转变为塑性破坏,导致浸泡后煤样局部化带范围和错动程度增大;煤样在三种浸泡环境中劣化效果主要表现为:1)水和瓦斯的侵入导致煤样内部黏土矿物分解和析出,与CZ组相比,EG组、WG组和EW组煤样平均黏土矿物含量分别降低了3.8%、28.85%和45.94%,煤样孔隙结构发生改变;2)各组煤样浸泡后表面出现劣化效应,EG组表面孔隙发育程度劣于EW组,且EW组煤样表面出现剥落现象,WG组煤样水浸部分孔隙发育程度要胜于气浸部分;3)水和瓦斯的劣化作用使煤样内部孔隙结构发生改变,EW组、WG组和EG组煤样破裂断口平均孔隙率较CZ组分别增加了706.84%、362.95%、147.47%.在三种浸泡环境下煤样初始承载结构被破坏,降低了煤样破坏前储存能量的能力,破坏后煤样内部的剩余弹性能降低,耗散能增加,声发射累计振铃计数降低.上述研究对于认识闭坑高瓦斯矿井中煤岩体的稳定性具有一定的参考意义.

    水-瓦斯耦合废弃矿井抗压特性劣化特性

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    基于LCEM-GFEM方法爆炸载荷作用下含缺陷岩体损伤机理研究

    陈勇王应朋杨玉贵孙文凯...
    496-510页
    查看更多>>摘要：在爆破作业过程中,岩体缺陷对裂纹扩展具有显著影响.本研究基于全局有限元方法的局部黏结单元(LCEM-GFEM)方法构建数值模拟模型,研究爆破作用下含缺陷岩体的损伤演化和裂纹扩展模式.通过引入能量传递系数,定量分析了缺陷形态对应力波传播和衰减的影响.结果表明,缺陷形态对岩体的损伤特性和裂纹扩展具有显著影响.随着平行缺陷夹角的增加,爆破诱发的裂缝与衍生裂缝的合并路径从缺陷末端转移到了缺陷中间,能量传递系数增加,分形维度减小.随着平行缺陷之间的水平距离增加,平行缺陷之间的裂缝数目和能量传递系数相应减少.随着垂直缺陷之间的垂直距离增加,穿过缺陷C的主水平裂缝长度增加,能量传递系数和分形维度也增加.研究结果可为受到爆破荷载作用下含缺陷岩体的损伤特征提供指导.

    缺陷岩体LCEM-GFEM方法裂纹扩展Cohesive单元分形理论

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    含外圈剥落和不对中的齿轮-转子-轴承系统振动分析

    徐宏阳赵翔马辉罗忠...
    511-525页
    查看更多>>摘要：轴承套圈的不对中和剥落是影响齿轮-转子-轴承系统振动特性的典型误差和故障.为了研究外圈不对中和剥落对系统的耦合影响,有必要对含不对中和剥落的齿轮-转子-轴承系统振动特性进行分析.首先,考虑外圈不对中和剥落,计算了轴承的五自由度非线性恢复力.然后,基于轮齿承载接触分析(LTCA)方法,计算了啮合刚度并且建立了直齿轮副的动力学模型.在此基础上,基于切片法建立了花键的等效刚度模型.最后,通过将轴承的恢复力模型、直齿轮副的动力学模型和花键的等效刚度模型与转子系统的有限元模型耦合,建立了齿轮-转子-轴承系统的动力学模型.分析表明,只有剥落位于承载区时,才会对轴承接触力、接触角和系统振动特性产生影响.外圈的不对中导致轴承的承载区范围增大,并使得剥落对系统产生影响的概率增加.

    球轴承不对中剥落振动特性齿轮-转子-轴承系统

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    大断面隧道初期支护中纵向连接与拱架联合承载效应

    陈红宾江贝蒋宇静陈清作...
    526-541页
    查看更多>>摘要：针对大断面隧道初期支护拱架在承载时易发生平面外失稳的问题,本文通过开展单拱架全比尺试验和考虑纵向连接的拱框架结构的数值试验以及现场对比试验,对纵向连接与拱架组成的拱框架结构进行优化研究,使其横向上有足够承载能力、纵向上有较高稳定性.研究结果表明,单个拱架的破坏模式是局部面外失稳导致整体承载力丧失,考虑纵向连接的拱框架结构的平面内承载力和平面外稳定性都得到增强.通过调整纵向连接间距和拱架间距也可以调整初期支护拱框架结构和喷射混凝土的内力分担比,以充分发挥初期支护的承载能力,但纵向连接间距应小于1500 mm,拱架间距也应小于1200 mm.因而,在不改变初期支护现有结构形式的前提下,通过合理地布设纵向连接与拱架形成的具有空间承载效应的拱框架结构,不仅可以保证初期支护的承载能力,而且还提高施工效率和经济效益.研究成果可指导大断面隧道初期支护结构设计.

    大断面隧道初期支护拱框架结构拱架纵向连接承载效应

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    基于分叉传递矩阵法的多跨连续刚构桥桥墩有效长度系数

    康厚军郭忠张晓宇苏潇阳...
    542-557页
    查看更多>>摘要：桥墩的有效长度系数对桥墩的稳定性和强度十分重要.为解决桥墩的稳定性问题,本文建立了一种便于采用传递矩阵法求解的新颖力学模型,并基于该方法计算了多跨连续刚构桥的有效长度系数.首先,建立n跨刚构桥的一般力学模型,并利用传递矩阵法推导了其在考虑自重荷载情况下的平面内稳定特征方程,进而求得弹性屈曲载荷和有效长度系数,并将其与有限元法得到的结果进行对比,从而验证所提理论和方法的正确性.其次,研究了用碳纤维增强聚合物和超高性能混凝土加固桥墩时,桥墩有效长度系数的变化规律.最后,探讨了边跨与中跨之比、桥面梁刚度以及桥墩刚度对桥墩有效长度系数的影响.结果表明,增强整体结构刚度比增强局部刚度对提高稳定性更有效,桥梁边跨和中跨跨度对有效长度系数的影响较大.同时,还观察到碳纤维增强聚合物加固高度改变时,桥墩有效长度系数变化曲线产生了独特的双峰效应.

    有效长度系数面内稳定性桥墩传递矩阵法刚构桥

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    基于大变形升阻锚索深埋巷道围岩稳定性控制研究

    孟波尹乾靖洪文刘盛东...
    558-575页
    查看更多>>摘要：研发了一种新型大变形升阻锚索支护结构,通过串联6个壁厚5 mm含环形V槽的直管型钢结构实现锚索吸能让压,吸能率为44.55 J/g.拉拔试验结果表明新型锚索极限变形量(221.58 mm)与普通传统锚索相比增加了4.87倍,具有大变形、增阻及高吸能等优良性能.通过离散元UDEC程序的二次开发,模拟了新型大变形增阻锚索支护阻力-变形曲线的双弹性阶段.采用新型锚索对深埋巷道围岩支护效果数值模拟结果表明,与无支护及传统锚索支护相比,顶板下沉量分别减小了88.33%与74.64%,稳定状态下最大主应力峰值分别减小了23.15%与18.34%,塑性区厚度分别减小了37.50%与62.50%.最后将新型大变形增阻锚索成功应用于真实巷道,两帮最大收敛变形量约为300 mm,实现了较好的支护效果.

    大变形增阻吸能结构锚索稳定控制工程应用

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    管幕预筑法施工引起的地表沉降:顶管群施工顺序的影响

    杨松松章定文汪淼徐敬民...
    576-588页
    查看更多>>摘要：以太原火车站下穿隧道为例,研究了封闭管幕预筑隧道在顶管阶段的地表沉降特征.首先采用数值模拟分析了3类顶管顺序,从上向下、上下同时施工和从下向上的9种工况,顶管施工顺序引起的地表沉降特征.数值模拟结果表明采用从上向下的顶管施工顺序引起的地表沉降量最小,为12 mm;采用从下向上的顶管施工顺序引起的地表沉降量最大,为25 mm.通过大尺寸模型试验对数值模拟结果进行了验证,模型试验结果与数值模拟结果一致,从上向下的顶管施工引起的地表沉降最小,从下向上顶管施工顺序引起的地表沉降最大.基于数值模拟与模型试验结果,确定了太原火车站北隧道的顶管群施工顺序,现场监测结果表明选择的施工方案满足沉降要求.研究结果表明,在顶管施工阶段相邻顶管之间会形成微土拱,隧道上方相邻管道之间的微土拱将组合成大的管土拱结构,可以减少隧道下方和两侧顶管阶段引起的地表沉降.因此,考虑隧道上方管土拱结构的顶管施工顺序可以减小下方顶管施工引起的地表沉降.

    管幕预筑法顶管施工顺序管间土拱结构地表沉降

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    开挖作用下滑剪破坏下盘边坡扰动范围计算及稳定性评价方法

    秦辉汤华尹小涛程谞...
    589-601页
    查看更多>>摘要：滑剪破坏型下盘边坡是矿山工程中经常出现的一种顺层边坡,具有突发性强、破坏范围广的特点.如何快速、准确地确定开挖塑性扰动区并评估其稳定性对边坡安全控制至关重要.本文首先通过数值模拟揭示了该类边坡的破坏模式和特征.然后,根据其破坏模式,建立了描述开挖扰动区的数学方程.最后,提出了一种计算下盘边坡开挖扰动区和稳定性的力学截断新方法(MTM).主要结果有,MTM方法考虑岩体单轴抗压强度,计算过程无需一般极限平衡方法需要的多次循环迭代,计算过程简便.MTM方法可以准确地表征扰动区,计算得到的极限边坡高度、扰动厚度和安全系数与数值模拟结果较吻合,且评价结果比数值模拟更安全.扰动区的最大厚度决定了锚索锚固端的深度,分区是为了指明加固的重点范围.该方法为下盘边坡的工程施工和监测提供指导.

    下盘边坡滑剪破坏失效机制力学截断法扰动区稳定性分析

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    薄煤层N00工法巷道顶板控制机理及分区补偿支护技术

    杨军刘奔王亚军张俊...
    602-620页
    查看更多>>摘要：薄煤层N00工法的提出,革新了传统的煤矿开采模式、关键技术与装备系统,并取得了成功应用.而新开采模式下的巷道围岩控制技术尚不完善,为实现薄煤层N00工法巷道顶板结构的安全稳定,考虑其工艺流程和顶板变形特点,将巷道划分为超前硐室、垮落成巷两个阶段.并基于Hoek-Brown非线性岩体强度破坏准则,确定了巷道顶板不同阶段的锚杆/索预紧力的计算公式,提出了巷道顶板锚杆/索预紧力及长度设计方法.此外,结合数值模拟研究了不同阶段巷道顶板锚杆/索支护作用机理及不同锚杆/索支护组合对围岩应力分布的影响,揭示了锚杆/索支护关键参数对顶板稳定性的影响机制.最后,综合理论与数值模拟分析结果,提出了分区补偿支护技术,确定了锚杆/索预紧力、长度及选材的设计原则,该技术在现场取得了良好的应用效果.

    N00工法沿空留巷上限法支护设计数值模拟

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    基于切削能密度的岩体强度-裂隙随钻识别方法

    高红科王琦马凤林江贝...
    621-635页
    查看更多>>摘要：岩体强度与裂隙参数是反映工程岩体质量的基本参数,其准确获取是进行地下工程围岩分级与支护合理设计优化的前提.传统的岩体强度测试方法需要对现场围岩取芯并运至实验室测试,测试结果难以反映工程现场环境下的岩体力学性质,而对于岩体强度与裂隙参数的原位测试方法研究较少.本文基于能量守恒定律,建立了岩石切削能密度与随钻参数的关系式,构建了岩体等效强度随钻反演模型(ES-DP模型),系统开展了岩体数字钻进试验.结果表明,相对于传统测试方法,岩体等效强度随钻测试结果平均差异率为2.4%,验证了ES-DP模型对岩体等效强度测试的有效性.在此基础上,建立了岩体裂隙参数随钻识别模型,与实际测量结果相比,该模型测得的岩体裂隙位置与宽度平均精度分别为1.8和1.6 mm,测试精度较高.基于上述研究,本文提出了一种岩体强度-裂隙随钻识别方法,为实现地下工程围岩强度参数与结构特征的原位实时测试提供了新方法.

    切削能密度等效强度结构特征随钻识别原位测试

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