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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：
正式出版
收录年代

    高地应力下扇形孔爆破损伤特性分析及优化设计

    张双侠刘志祥杨小聪熊帅...
    1887-1899页
    查看更多>>摘要：深部岩体具有高地应力的特征,给传统爆破开采方式带来了技术难度大、效率低、成本高等问题.为克服这些困难,采用LS-DYNA软件对扇形中深孔爆破过程进行数值模拟,研究地应力大小对岩体爆破损伤特性的影响.结合矿山实际开采条件,设计爆破试验方案.结果表明:在地应力作用下,岩石质点振动速度峰值和单元有效应力降低,爆破过程中的最大能量降低.使用响应面法,得到最小抵抗线和孔底距对力学响应的影响,并对其进行优化分析.孔底距为2.48 m,最小抵抗线为1.6 m时,获得了最佳的爆破成本和效果.本研究可为深部开采遇到的扇形孔爆破难题提供解决方案.

    高地应力扇形孔爆破数值分析响应面法

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    安全智能采矿:大数据时代的若干探索与挑战

    董陇军王剑王加闯王宏伟...
    1900-1914页
    查看更多>>摘要：为进一步完善采矿学学科体系,针对传统采矿学理论与方法上存在的不足,立足于学科建设高度,积极推进采矿学学科理论的研究与课程内容体系的基本建设,本文开展了安全智能采矿学的建立研究.首先,根据采矿学发展进程以及国内外智能采矿的发展现状,提出了安全智能采矿学的概念,并分析了其学科内涵与学科属性.其次,从学科建设角度提出安全智能采矿学学科基础与学科任务,并构建了学科内容体系.最后,本文提出了安全智能采矿学面临的十大挑战,讨论了安全智能采矿学的未来研究任务与应用前景.安全智能采矿学的创建,是大数据时代下信息化采矿工程学科发展的必然趋势,可为安全智能采矿学学科的发展注入生机与活力.

    采矿学采矿工程安全智能采矿学学科建设内容体系

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    球形和不规则粗颗粒流化行为相间相互作用实验和CFD模拟研究

    肖遥孙伟彭建韩海生...
    1915-1931页
    查看更多>>摘要：流态化技术已广泛应用于选矿过程中粗颗粒(>74 μm)的分离和回收.研究表明,流体动力学条件和相间相互作用是颗粒运动的主要影响条件.本文主要研究碰撞系数和阻力模型对液固流化床流体动力学行为的影响.为此,使用欧拉-欧拉方法,在计算中考虑了球形和不规则的粗颗粒;使用Gibilaro、Gidaspow、Huilin-Gidaspou和Syamlal-O'Brien方程获得曳力.此外,利用颗粒体积分数和床层膨胀比的实验数据对提出模型进行了评估.研究了3个恢复系数(0.85、0.90和0.99)和4个镜面系数(0.01、0.10、0.50和0.99)对颗粒流化行为的影响.结果表明,对于球形和不规则颗粒,Gidaspow和Hulin-Gidaspow模型在预测床层膨胀率和颗粒体积分数上与实验数据具有良好的一致性.最后,当恢复系数为0.90且镜面系数为0.10时,模拟结果与实验结果最为接近.研究结果提高了对粗颗粒在液固流态化中行为的认识,为进一步研究三相浮选过程提供有用的信息.

    流态化实验数值模拟相间相互作用多相流不规则粗颗粒

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    考虑时变效应的车载作用下超宽混凝土自锚式悬索桥性能退化预测

    周广盼杜爱祥王明洋范进...
    1932-1947页
    查看更多>>摘要：为了研究混凝土收缩徐变效应和环境温度变化对车辆荷载作用下超宽混凝土自锚式悬索桥受力性能的影响,以目前中国最宽的混凝土自锚悬索桥——湖南路大桥为背景开展分析.首先,建立桥梁整体精细化有限元模型,并结合现场荷载试验的实测数据进行验证.其次,预测不同服役龄期时桥梁的结构状态.最后,分析主要构件力学响应的演化规律.研究结果表明,主梁的支座类型对响应的变化趋势有着显著影响.超宽主梁的剪力滞效应和车轮局部效应较为显著.在升温20℃和标准车辆荷载作用下,桥梁服役30年后主塔的最大位移为0.033 m.此外,中跨跨中主梁底板大部分区域的纵向拉应力超过5 MPa.桥梁服役10年后,在偏心车辆荷载作用下,主梁道路中心线处挠度和主梁边缘处挠度之间的差值达到0.07 m.本文研究成果可为类似超宽混凝土自锚式悬索桥的健康监测和安全评价提供重要依据.

    自锚式悬索桥超宽混凝土梁性能退化预测车辆荷载混凝土收缩徐变温度变化

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    黄原胶生物聚合物固化红黏土力学行为及强化机制

    翁之宇俞缙邓永锋蔡燕燕...
    1948-1963页
    查看更多>>摘要：红黏土不良的岩土特性会诱发工程病害,而大量使用水泥、石灰等传统无机固化材料处理红黏土会对生态环境造成不可逆的影响,有必要探索低环境影响材料用以提升红黏土的工程力学性能,经固化的红黏土既可充当工程材料运用,又满足绿色可持续发展需求.目前,黄原胶(XG)生物聚合物被视为一种极具挖掘潜力的环境友好型土壤稳定材料,具有优异的假塑性、安全性和稳定性等特性.本文为了系统地探究黄原胶生物聚合物对红黏土的固化效用及强化机制,在不同黄原胶掺量和养护龄期条件下,对固化后的红黏土开展了无侧限抗压强度试验、不固结不排水剪切试验、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)及X射线衍射(XRD)测试.结果表明,在1.5%最佳掺量和28 d标养下,XG有效提升了红黏土的宏观力学性能,固化体的抗压强度和粘聚力分别提高了93.31%和79.47%;引入Duncan-Chang本构模型并进行修正,建立了适用于描述黄原胶生物聚合物固化红黏土应力-应变关系的数学模型,计算结果与试验结果一致性较好;黄原胶生物聚合物通过与红黏土和水分子之间的离子键作用,在固化体微观结构演化过程中产生显著的胶结和充填效应,最终形成致密的复合材料基体.

    土壤固化红黏土黄原胶生物聚合物力学行为强化机制

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    基于离散元的砂土在不同应力路径和剪切模式下的强度和临界状态行为

    朱旻奕龚国斌张雪夏骏...
    1964-1980页
    查看更多>>摘要：本文通过离散元模拟的方法研究了砂土在不同轴对称应力路径和剪切模式下的强度和临界状态行为.其中,应力路径包括轴向压缩和轴向拉伸,而剪切模式包括常规三轴和恒定平均应力三轴.试样分为松砂和密砂两种,初始围压范围控制在100～900 kPa.当轴向应变(绝对值)接近45%时,所有样品均达到临界状态.模拟结果表明在相同围压下,偏应力的临界状态值是唯一的,与初始密度无关,但与应力路径有关:临界状态下轴向压缩的偏应力通常大于轴向拉伸的偏应力.应力比在临界状态下的值与剪切模式和围压均无关,但取决于应力路径.在围压一定的条件下,摩擦角在临界状态下具有唯一性,且不受剪切模式、应力路径和初始密度的影响,这表明Mohr-Coulomb准则(在轴对称条件下等效于Matsuoka准则)是有效的临界状态强度准则.在围压和剪切方式一定的条件下,孔隙率在临界状态下的值与初始密度无关.在临界状态下,不同试样机械配位数的差异是由平均应力的变化所引起的.

    离散元轴对称应力路径剪切模式砂土临界状态破坏准则

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    斜入射波扰动对岩石层裂的影响

    王世鸣王嘉琪熊咸瑞陈正红...
    1981-1992页
    查看更多>>摘要：为了研究应力波斜入射作用下岩石的层裂特征,采用颗粒流程序(PFC)模拟了霍普金森压杆(SHPB)层裂试验.选用的试样斜截面角度分别为30°,45°和60°,分析了在5.2 m/s,5.6 m/s和6.2 m/s冲击速度下斜入射波对岩石层裂破坏的影响,并与90°截面试样进行比较.结果表明,当斜截面角度大于45°时,应力波遇斜截面直接反射成拉伸波,且拉伸波与压缩波交替出现,一旦反射拉伸波超过试样某一位置的抗拉强度,试样在该处发生拉伸破坏.当斜截面角度小于45°时,反射波在斜截面内与入射波多次叠加,诱使试样斜截面先发生层裂.此外,基于纵波传播理论,还推导了30°斜截面的应力函数,得出斜截面可能发生层裂的位置,与模拟结果吻合良好.

    霍普金森压杆(SHPB)斜截面层裂波叠加数值模拟

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    加载路径和饱和度对砂岩电阻和声发射响应特征的影响

    贾蓬王琦伟钱一锦王茵...
    1993-2003页
    查看更多>>摘要：岩石破坏过程的声发射监测常存在信号平静期,给岩石的破坏失稳预警带来极大的困难.为了研究利用电阻监测声发射平静期内岩石损伤发展的可行性,本文对干燥和含水饱和度为40%、70%和100%的砂岩岩样分别开展单轴加载、分级加载和增幅循环加卸载试验,研究加载路径和饱和度对砂岩电阻和声发射响应特征的影响.结果表明,饱和度的增加不仅会显著降低砂岩的强度,还会削弱声发射信号的活跃度.随着饱和度的增加,声发射平静期也逐渐增加,在加载-卸载条件下尤为明显.此外,在含水砂岩的增幅循环加载-卸载试验中声发射出现了Felicity效应.电阻的变化与岩石内部损伤发展具有很好的对应关系,可以有效反映声发射平静期内干燥和含水砂岩内部亚临界裂纹随时间的发展.

    声发射电阻滞后破坏亚临界裂纹Felicity效应

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    实时高温下花岗岩节理剪切力学性能及节理面损伤特征

    李杨杨党金铭张士川沈宝堂...
    2004-2017页
    查看更多>>摘要：花岗岩节理被认为是提升增强型地热系统(EGS)储层渗透性能的研究对象.花岗岩节理长期处于高温环境中,研究实时高温环境下花岗岩节理剪切行为是解决EGS储层渗透性能提升问题的关键和基础.为此,本文借助岩石剪切伺服试验机及力-热-水耦合剪切试验盒开展了实时高温下花岗岩节理直剪试验.结果表明:花岗岩节理抗剪强度及剪切刚度均随温度升高呈连续劣化趋势,主要划分为两个阶段:缓慢降低阶段(30～200℃)和快速降低阶段(200～400℃).高温加剧了花岗岩节理表面凸体的剪切破坏,导致节理面剪胀变形随温度的升高而逐渐减小,且减小幅度随法向应力的增加而增大.温度与法向应力间的耦合协同作用加剧了花岗岩节理面的损伤,随温度及法向应力的增加(10 MPa、30℃至30 MPa、400℃),花岗岩节理面剪切损伤面积占比增加了21.41%.高温加剧花岗岩节理表面凸体剪断是节理面粗糙度随温度升高而降低的主要原因.

    岩石力学花岗岩节理实时温度抗剪强度损伤面积

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    冻结粗粒砂岩和中粒砂岩的力学行为及能量演化机制

    屈永龙杨更社奚家米倪万魁...
    2018-2034页
    查看更多>>摘要：复杂地应力和低温环境条件下白垩系弱胶结红砂岩的力学特性和变形本质是西北地区冻结井筒工程安全建设的关键.通过低温单轴和三轴压缩试验,研究了不同低温、不同围压条件下饱和白垩系粗粒砂岩和中粒砂岩的强度和变形特性,查明了冻结砂岩加载变形过程中的能量演化规律和影响因素,并基于扫描电镜(SEM)揭示了两种砂岩的微观结构特征.结果表明:冻结白垩系砂岩的应力-应变关系呈应变软化型,其受温度、围压和岩性的影响显著,具有明显的孔隙压密变形阶段;冻结砂岩的三轴压缩强度随着温度和围压的增加分别呈非线性减小和增大规律,且各因素之间相互影响.两种砂岩的弹性模量随着温度的降低而非线性增大,但泊松比的变化与之相反.此外,冻结白垩系弱胶结红砂岩的总应变能、弹性能和耗散能具有不同的演化规律,揭示了冻结砂岩的变形破坏内部机制;基于能量比提出了冻结砂岩的损伤因子,评价了两种冻结砂岩的损伤力学特征.最后,从宏观物理特性和微观结构特征等多角度解释了两种砂岩力学和能量特性差异的内在原因.研究成果将为我国寒区矿山建设和深部地下工程的稳定性控制提供理论依据.

    冻结砂岩低温力学特性能量演化内部机制

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