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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

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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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    长壁放顶煤工作面沿空巷道的变形破坏机理

    王浩森何满潮王炯王瑞...
    1542-1559页
    查看更多>>摘要：本文利用物理和数值模型研究了长壁放顶煤工作面沿空巷道的变形和破坏机理.物理模型实验表明,长壁放顶煤工作面沿空巷道的变形破坏过程可分为四个阶段:初始变形阶段Ⅰ(相邻工作面后方-47～45 m)、快速变形阶段Ⅱ(45～150 m)、变形稳定阶段Ⅲ(150～240 m)和压实稳定阶段Ⅳ(工作面后方240 m外).值得注意的是,长壁放顶煤工作面沿空巷道围岩的大变形主要发生在快速变形阶段Ⅱ和变形稳定阶段Ⅲ.这主要是由沿空巷道上方的侧向悬臂梁结构旋转下沉过程中产生的应力集中造成的.因此,本文提出了一种创新方法,使用顶板预裂技术来优化巷道顶板结构,控制长壁放顶煤工作面沿空巷道围岩的大变形并自动留巷.数值模拟和现场应用表明,使用顶板预裂自动留巷技术后,长壁放顶煤工作面沿空巷道实体煤帮的支承压力、顶底板变形量和两帮变形量分别降低了6.49%、79.25%和60%.因此,顶板预裂自动留巷技术可以有效控制长壁放顶煤工作面沿空巷道的围岩大变形.本文所提出的长壁放顶煤工作面顶板预裂自动留巷技术可以为厚及特厚煤层综放工作面使用切顶卸压无煤柱自成巷技术提供参考.

    物理模型实验变形机理沿空巷道顶板预裂

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    酸性矿井水环境中矸石胶结充填体的强度演化及劣化规律

    赵永辉郭育霞冯国瑞
    1560-1573页
    查看更多>>摘要：矸石胶结充填开采是一种重要的充填开采方法,然而,酸性矿井水会严重影响矸石胶结充填体的强度.在本研究中,将矸石胶结充填体试件分别置于不同环境(空气、水、硫酸溶液、硫酸与荷载耦合)中,测试了不同龄期试件的抗压强度、电阻率及超声波波速,监测了加载过程中试件的声发射能量数值,同时结合扫描电镜和X衍射分析不同龄期充填体的微观结构.结果表明,1)空气中与水中养护的充填体抗压强度的增长趋势随龄期的增加而逐渐减缓.硫酸溶液中的充填体强度在前90天大于空气及水中养护的充填体强度.硫酸溶液与荷载耦合作用下充填体的强度随龄期的下降速率比单一硫酸溶液作用的较为缓慢;2)不同龄期矸石胶结充填体电阻率与超声波波速与强度有较好的对应关系.受侵蚀后矸石胶结充填体的破坏形式较为多样,且在加载不同阶段表现出不同的声发射能量特征,可以将声发射能量激增作为充填体的破坏前兆;3)侵蚀产物前期填充充填体内部孔隙,提高了其强度,后期会导致充填体膨胀开裂,强度降低.施加40%应力强度比的荷载会抵抗硫酸溶液的侵蚀.本文研究结果可以为充填体的耐侵蚀设计提供参考.

    酸性矿井水矸石胶结充填体劣化规律电阻率超声波波速声发射能量微观结构

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    水压-氯盐侵蚀耦合作用下膏体充填材料力学性能实验研究

    李宗蓄尹大伟柳慧敏谭毅...
    1574-1591页
    查看更多>>摘要：在膏体充填开采中,煤矸石-粉煤灰胶结充填材料(CGFB)可有效控制地表沉降.CGFB在被注入采空区后会受到水压影响和氯离子侵蚀.因此,研究水压和氯离子侵蚀对CGFB性能的影响对于实现有效的绿色开采至关重要.将CGFB试样在0、0.5、1.5或3.0 MPa的氯化钠溶液中浸泡15天,通过单轴压缩试验、声发射信号监测、数字散斑应变测量、扫描电子显微镜和X射线衍射研究了试样的力学性能和劣化机理.结果表明,随着浸泡压力的增加,试样单轴抗压强度先增大后减小.当浸泡压力从0 MPa增加到1.5 MPa时,平均单轴抗压强度增加了43.5%.当浸泡压力从1.5 MPa增加到3.0 MPa时,平均单轴抗压强度下降18.9%.此外,水压会促进氯离子进入CGFB 内部并产生弗里德尔盐.较高的水压-氯盐耦合作用增加了CGFB的孔隙率,与0 MPa样品相比,3.0 MPa 样品的孔隙率增加8.2%.高水压作用下,膏体充填体内部孔隙裂纹发育贯通,力学性能劣化,其密实度与抗压强度下降.

    水压氯盐侵蚀煤矸石-粉煤灰充填变形局部化带声发射信号细观形貌

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    珊瑚骨料种类和混杂纤维对珊瑚混凝土强度与断裂性能的影响

    王振波刘伟康左建平韩宇栋...
    1592-1607页
    查看更多>>摘要：海水珊瑚骨料混凝土(SCAC)由珊瑚礁砂石、海水等海洋地域性原材料与胶凝材料混合制备而成,在海洋国家的国防和基础设施建设中展现出缩短工期、降低成本、减少能源消耗的优势.但SCAC 性脆易裂,珊瑚骨料的制约作用随着混凝土强度等级的提高而更加显著.本文探究了两种不同类型的珊瑚骨料对SCAC性能的影响,并将柔性的聚乙烯醇(PVA)纤维和刚性的钢纤维混杂,以期提升SCAC的强度、韧性与断裂性能.结果表明,含低强珊瑚骨料的SCAC抗压强度比含高强珊瑚骨料的SCAC抗压强度降低了30.8%(从55.6降至38.5 MPa),掺入纤维可以在一定程度上缓解骨料自身缺陷对SCAC强度的影响.此外,提出了一种新的本构模型来描述SCAC的应力-变形关系,模型预测结果与试验数据吻合较好.相比于不掺纤维的对照组,掺入0.1%、0.2%和0.3%PVA纤维的SCAC的断裂能分别提高了10%、49%和88%.在纤维用量相同时,混杂纤维组的断裂能比单掺纤维组高46%.

    海水珊瑚骨料混凝土混杂纤维珊瑚骨料强度应力-应变曲线断裂性能

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    稻壳灰在充填体强度发展中的贡献机理

    张钦礼刘宾冯岩郭力...
    1608-1618页
    查看更多>>摘要：因稻壳灰含有极高含量的非定形二氧化硅,目前常被研究人员用做水泥基建筑材料中的辅助胶凝材料.首先,本文以灰砂比、质量浓度以及稻壳灰的添加量为变量,分析稻壳灰含量对充填体力学特性的影响.然后,利用电镜扫描分析稻壳灰含量对充填体的微观结构的影响.最后,通过计算火山灰活性指数和火山灰强度贡献率来分析稻壳灰含量在充填体强度发展中的贡献机理.结果表明,提高稻壳灰含量可以有效增强充填体的相关力学特性.此外,充填体早期强度贡献来源于稻壳灰的填充效应,而影响充填体长期强度的主要因素为火山灰效应.

    充填体稻壳灰无侧限抗压强度火山灰效应填充效应

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    基于改进分形方法的齿面磨损故障直齿轮啮合特性分析

    刘子濛常成胡昊东马辉...
    1619-1636页
    查看更多>>摘要：考虑实际的轮齿表面微观形貌,建立了轮齿间相互作用的三维分形接触模型.结合轮齿承载接触分析方法,考虑轮齿间摩擦力的影响,建立了直齿轮副的时变啮合刚度模型,并通过有限元方法进行了验证.结合Archard磨损模型,考虑齿面粗糙度和摩擦力的影响,分析了齿面磨损故障状态下直齿轮副的啮合特性和磨损深度,同时分析了摩擦力和分形参数对时变啮合刚度和磨损深度的影响.摩擦力导致节线处的时变啮合刚度发生突变.当直齿轮副处于双齿啮合时,摩擦因数的增加和分形维数的降低导致磨损深度的增加和时变啮合刚度的降低.时变啮合刚度随分形维数的变化呈线性变化.分形维数对时变啮合刚度和磨损深度的影响随着磨损周期的增加更为明显,超过了摩擦因数对其的影响.

    直齿轮啮合特性分型接触齿面摩擦力磨损故障

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    腔静脉滤器困难性回收Nomogram个体化预测模型

    于姗姗谢佳怡薛碧晨徐宏博...
    1637-1645页
    查看更多>>摘要：腔静脉滤器是为预防深静脉血栓脱落导致致命性肺栓塞而设计的装置,在滤器回收过程中常出现不同程度的技术困难,需借助辅助器械和静脉通路.建立有效的预测模型提前预测滤器回收困难程度有助于术前规划、沟通和术中高效配合.本文回顾性分析2011年1月至2020年12月在中南大学湘雅三医院进行的477例腔静脉滤器回收病例,其中顺利回收344例,困难性回收137例(包括35例回收失败).运用单因素与多因素logistic回归分析筛选困难性回收的相关风险因素,再构建Nomogram预测模型并用ROC曲线验证模型的准确性,其中2011年1月至2017年12月病例资料为训练队列,2018年1月至2020年12月资料为验证队列.单因素分析结果显示滤器是否贴壁、滤器是否穿透腔静脉、滤器与血管长轴之间夹角、实际使用时间与建议置入时间比值、是否规律抗凝是腔静脉滤器困难性回收的风险因素,在此基础上进一步使用logistic多因素回归分析显示,滤器是否贴壁、滤器是否穿透腔静脉、是否规律抗凝是预测腔静脉滤器困难性回收的独立风险因素.将上述三种风险进一步构建Nomogram预测模型,内部验证评价AUC值为0.819,外部验证评价AUC值为0.817;内部验证和外部验证的校准曲线均提示模型能有效预测困难性回收风险.构建腔静脉滤器困难性回收Nomogram图预测模型的纳入变量在术前易于获得,模型具有较好的预测效果和较低的泛化误差,可为血管介入医生在腔静脉滤器回收治疗决策提供重要依据.

    诺模图下腔静脉滤器回收单变量和多变量逻辑回归分析校准曲线分析医院信息系统

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    岩石组构、地应力与流体黏度对鄂尔多斯盆地长73陆相页岩水力裂缝扩展的影响规律

    郭鹏李晓李守定赫建明...
    1646-1658页
    查看更多>>摘要：页岩油是原油增储上产的重要领域.由于储层结构致密、超低渗透,页岩油工业开发需要对储层进行大规模压裂改造.与海相页岩储层相比,鄂尔多斯盆地长73陆相页岩油储层矿物成分与岩石组构差异较大,力学非均质性较强.陆相页岩油靶层选取和高效压裂改造需要明确页岩力学行为和水力裂缝扩展规律.对长73陆相页岩进行了原位X-ray CT力学试验和三轴水力压裂试验.分析了岩石组构、地应力差和流体黏度对水力裂缝垂向扩展的影响规律.结果表明,岩石组构对陆相页岩的力学行为和破坏过程有显著影响.陆相页岩水力裂缝的垂向扩展受垂向应力差和流体黏度的共同控制.当垂向应力差较小时,黑色页岩中原生弱面显著抑制了水力裂缝的垂向扩展.随着垂向应力差的增大,黑色页岩裂缝体积呈线性增加趋势,而纹层型页岩裂缝体积呈先增大后减小趋势.增大压裂液黏度可减弱层面的阻碍作用,促进水力裂缝垂向扩展.

    陆相页岩力学行为水力裂缝岩石组构地应力流体黏度

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    基于顶点中心有限元算法的重力场矢量和重力梯度张量高精度模拟

    童孝忠孙娅黄基文柳建新...
    1659-1670页
    查看更多>>摘要：密度非均质性引起的重力异常由三维泊松方程控制,而目前大多数正演模拟方法都依赖于其积分解和以单元为中心的数值方法.当利用重力位计算重力场时,这些数值策略将不可避免地失去准确性.为了缓解这一问题,本文提出了一种高效、准确的高阶顶点中心有限元方法来模拟三维重力异常.首先,通过具有六面体网格的顶点中心有限元来建立正演算法,并选用ILU-BICGSTAB迭代方法求解大型对称稀疏线性方程组.其次,为了获得重力位的一阶导数和二阶导数,采用了高阶拉格朗日插值技术.最后,采用三维立方体密度模型测试了顶点中心有限元算法的准确性,并利用薄垂直矩形棱镜模型和实测模型测试了算法的灵活性.数值结果表明,高阶顶点中心有限元算法能获得高精度的重力场矢量和重力梯度张量.与精确积分解和顶点中心算法相比,高阶顶点中心有限元格式在模拟三维重力异常方面表现出更高的效率和准确性.同时,相较于单元中心数值解,高阶顶点中心有限元算法在模拟三维重力异常表现出更高的效率和准确性.

    重力异常三维泊松方程顶点中心有限元算法数值模拟ILU-BICGSTAB迭代法

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    真三轴多面快速卸荷岩爆多余能量特征实验研究

    李杰宇刘冬桥何满潮杨劲松...
    1671-1686页
    查看更多>>摘要：利用自主研发的真三轴岩爆实验系统,进行了一系列真三轴高压加载下水平方向不同快速卸荷面数的滞后性岩爆实验.基于能量理论,实验研究了不同卸荷面数下的岩爆储能特征、多余能量(ΔE)、多余能量释放速度(EERR)以及AE裂纹演化特征.实验得出了以下主要结论:1)岩爆的发生相较于岩石单轴加载静态破坏,主要是由于多余能量ΔE的产生,多余能量ΔE取决于岩石在岩爆前所存储的弹性应变能、峰后设备输入的能量以及残余弹性应变能,随着卸荷面数的增加,ΔE逐渐减小,但多余能量释放速度EERR却增大,导致岩爆现象变得更为剧烈;2)在真三轴高压加载条件下进行快速卸荷,会使应力应变曲线出现卸荷平台,卸荷损伤主要以张拉破坏为主,并主要集中在临空面附近,随着卸荷面数的增加卸荷损伤逐渐增大;3)在砂岩的损伤演化过程中,拉伸裂纹占据主导地位,而在最终临近岩爆阶段,剪切裂纹曲线的斜率大于拉伸裂纹,表明剪切裂纹是导致试样失稳破坏的关键因素.

    真三轴岩爆实验多余能量多余能量释放速度快速卸荷裂纹演化

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