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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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    起泡剂对气泡大小和疏水矿物浮选性能的影响

    Gül?ah GüVENBerivan TUN??.Beste AYDINGülay BULUT...
    2280-2299页
    查看更多>>摘要：起泡剂通过防止气泡合并来抑制气泡长大，从而产生稳定的泡沫。气泡和粒子的碰撞概率随着气泡的减少而显著增大。在相同体积系统中，大气泡分布产生的气泡较少，小气泡分布产生的气泡较多。本研究旨在将两相体系的泡沫表征参数与三相体系的煤和滑石粉浮选行为相关联。为此，用甲基异丁基碳醇(MIBC)、异辛醇(2乙基己醇)、松油、Dowfroth 250泡沫剂研究单起泡剂体系和双起泡剂体系对气泡聚集的抑制作用。根据单起泡剂的结果，在最低临界聚集浓度为6×10-6时，异辛醇的气泡最小，Sauter平均直径为0。80 mm。通过混合起泡剂Dowfroth 250和松油，气泡尺寸显著减小到0。45 mm。在煤浮选中，单起泡剂和多起泡剂共混物的回收率最高，在两相体系中气泡尺寸最小，但在滑石浮选中没有发现这种关系。

    浮选起泡剂混合物气泡尺寸煤和滑石浮选

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    不同地应力条件下水耦合装药爆破性能研究

    周子龙王振程瑞山蔡鑫...
    2300-2320页
    查看更多>>摘要：水耦合装药爆破是一种很有前途的高效破岩技术。本文利用LS-DYNA建立了双孔水耦合装药的数值模型，并通过岩石爆炸试验对其进行了标定，以检验其性能。首先，对水耦合装药爆破和空气耦合装药爆破诱发的岩体裂隙扩展情况进行了比较。结果表明，水耦合装药爆破比空气耦合装药爆破更适合深部岩体的破碎。此外，还研究了岩石性质、水耦合装药系数和炮孔连接角度对地应力作用下水耦合装药爆破的影响。结果表明，岩石性质和水耦合装药系数对等轴地应力和非等轴地应力作用下水耦合装药爆破诱发的岩体破碎和裂隙扩展有很大的影响。然而，改变炮孔连接角度只会影响非等轴地应力条件下岩体的破碎裂纹和扩展，而在等轴地应力作用下几乎没有影响。最后，提出了考虑上述因素的计算公式，为不同地应力条件下的水耦合装药爆破破岩提供了设计建议。

    水耦合爆破地应力水耦合装药系数岩石类型炮孔连接角度

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    爆破引起的深埋岩石隧道动态应力集中和破坏特征

    赵瑞陶明向恭梁王少锋...
    2321-2340页
    查看更多>>摘要：本文利用复变函数法和杜哈梅尔积分法对直墙拱隧道(SWAT)周围的动态应力集中系数(DSCF)进行了理论求解，分析了波长、入射角和爆破上升时间对DSCF分布的影响。理论结果表明，动态扰动导致垂直方向的压应力集中和入射方向的拉应力集中。随着波长和上升时间的增加，应力集中的幅值有先上升后收敛的趋势。此外，利用LS-DYNA和显式隐式转换方法求解了一系列三维有限元模型，评估了不同初始应力状态对隧道围岩动态破坏的影响。结果表明，围岩的破坏受静态最大主应力方向和动态扰动方向的显著影响。在静载荷和爆破载荷的耦合作用下，隧道周围的破坏更容易发生在动静应力集中重合区。总结了岩石隧道在不同方向的静应力和爆破扰动作用下的破坏模式，并提出了相应的建议支护体系，结果揭示了深埋岩石隧道破坏和动态触发岩爆的机理。

    应力波散射动态应力分析岩质隧道动态破坏分析

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    基于统一强度理论的深埋隧道围岩爆破致裂范围评估

    李亮陈嘉骏赵炼恒何可培...
    2341-2364页
    查看更多>>摘要：深埋隧道围岩的爆破致裂可能导致地下涌水和岩体坍塌，存在重大安全隐患。然而，现有关于围岩爆破致裂范围的理论研究通常忽略了中主应力和地应力的影响。为准确评估深埋隧道围岩的爆破致裂范围，本文以炮孔空腔膨胀的两阶段Jones-Miller绝热方程为基础，建立了围岩位移与裂隙半径的动力控制方程;并基于统一强度理论推导了围岩应力、位移和裂隙半径的理论解析式。参数分析表明，在爆破荷载作用下，围岩的粉碎区范围与地应力、中主应力和孔壁压力呈正相关，与泊松比和不耦合系数呈负相关，随剪胀角取值的改变而呈现非单调特性。与粉碎区相比，破裂区范围分别在剪胀角、泊松比、孔壁压力和不耦合系数影响下的变化趋势一致，而在地应力或中主应力影响下呈现相反的变化趋势。随地应力从0增大至70 MPa，围岩爆破致裂范围的变化速率和围岩振速峰值的衰减速率逐渐减缓。本文研究成果可为深埋隧道钻爆工程实际中围岩裂隙范围的控制与安全评估提供理论指导。

    深部钻爆围岩裂隙统一强度理论中主应力地应力空腔膨胀剪胀特性

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    考虑结晶岩粒径效应及拉压强度比的强度准则

    张乘菡纪洪广姜鹏由爽...
    2365-2378页
    查看更多>>摘要：细观结构对岩石的宏观力学性能具有显著的影响。作为一种由矿物颗粒胶结而成的材料，结晶岩的颗粒形貌特征是影响其强度的主要因素。目前绝大多数强度准则没有考虑岩石颗粒特征差异引发的强度变化，并且经典的线性准则具有高估抗拉强度、存在奇异点等缺陷。针对上述不足，提出了一种考虑岩石粒径效应的分段式强度准则。采用一段椭圆曲线构建拉剪区方程，引入角隅函数修正偏平面上包线形态，基于对试验数据的归纳将线性和指数型两种考虑粒径效应的修正函数引入所提出的准则，并完成了相应的有限元算法的开发工作。通过与试验数据的对比，验证了模型的准确性和适用性。

    结晶岩粒径效应强度准则拉压强度比有限元算法

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    考虑脆延转化特性的深部岩石热-力损伤的本构模型

    封陈晨王志亮王建国卢志堂...
    2379-2392页
    查看更多>>摘要：为了研究深部岩石高温条件下的损伤力学特性及构建考虑外载荷和温度影响的含损伤本构模型，本文先分析了岩石损伤和变形机理，借助材料力学畸变能理论和损伤力学理论，建立了常温下岩石损伤本构模型。接着，通过耦合荷载损伤变量和热损伤变量，推导出深部岩石的损伤演化方程，并构建了基于耦合损伤变量和裂纹起裂阈值的深部岩石热-力损伤本构模型。最后，根据应力-应变曲线的极值特征确定模型参数，将模型预测结果与大理岩、砂岩和花岗岩等的试验结果进行比较。结果表明本文所建模型与试验数据吻合较好，且在三轴压缩条件下也有较强适用性，可反映温度对深部岩石力学性能的劣化特性及围压环境下的峰后脆延性转化特征。相关研究成果可为岩石脆性材料本构关系的进一步研究和工程应用提供参考。

    岩石裂纹起裂阈值热-力耦合统计损伤模型畸变能理论

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    动态法向位移作用下粗糙节理面剪切力学特性及摩擦滑动响应

    朱强尹乾陶志刚何满潮...
    2393-2410页
    查看更多>>摘要：为了确保深部工程建设的安全和减轻地质灾害，全面了解在高法向荷载和强约束条件下岩石节理面的动态摩擦特性是至关重要的。本研究对在动态法向荷载作用下的粗糙岩石节理面进行了剪切实验，探究了在不同初始法向荷载、法向荷载加载频率和法向荷载加载幅值下节理面的剪切行为。实验结果表明，峰值/谷值剪切力随初始法向荷载和法向荷载加载频率的增加而增加，但随法向荷载加载幅值的增加先升高后降低。动态法向荷载可以增加或减少剪切强度，本研究中更高的法向荷载加载频率会引起摩擦增强。初始法向荷载和法向荷载加载频率的增加导致剪切后节理面的粗糙度系数(JRC)值减小。通过线性回归分析发现，摩擦能量耗散与峰值剪切力之间存在正相关，而剪切后节理面表面粗糙度与峰值剪切力之间呈现负相关。本研究有助于更好地理解岩石节理在动态干扰下的滑动响应和剪切力学特性。

    动态法向位移剪切强度变化相位滞后现象黏滑

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    基于Logistic函数的层状砂岩单轴压缩全过程损伤本构模型

    刘冬桥郭允朋凌凯李杰宇...
    2411-2430页
    查看更多>>摘要：层理结构面影响工程岩体力学性质和稳定性。为研究层理倾角对岩石变形力学特性、破坏模式和损伤演化过程的影响，对7种不同层理倾角的层状砂岩开展单轴压缩试验。综合考虑砂岩层理倾角效应与荷载耦合作用，建立基于弹性模量衰减法的Logistic损伤演化模型，并结合损伤力学理论与有效介质理论引入考虑初始压密非线性变形特征的分段本构模型。研究结果表明:随着层理倾角从0°增加到90°，砂岩峰值强度和弹性模量均呈现先大幅降低、后增加再降低的趋势，对应破坏模式由劈裂型张拉破坏变为剪切滑移破坏，再变为劈裂张拉破坏;不同层理倾角砂岩均大致经历了初始损伤保持、损伤逐渐开始、损伤加速增长及损伤减速终止四个阶段;基于Logistic函数建立的理论损伤模型能够很好地模拟和预测层状砂岩损伤演化全过程;理论本构模型曲线与试验数据吻合度高，能够较好地模拟层状砂岩单轴压缩变形破坏全过程;本文所建模型形式简洁，参数较少，参数确定过程简单且物理意义明确。研究成果可为层状岩石力学理论和保证岩石工程安全提供参考。

    层状砂岩单轴压缩损伤演化Logistic函数本构模型

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    非对称高地应力环境下深埋软岩隧道支护设计方法

    郑可跃施成华赵前进雷明锋...
    2431-2445页
    查看更多>>摘要：受长期地质构造运动的影响，中国西南地区的深部地应力是复杂的。隧道穿越非对称高地应力环境下的岩层时，会发生严重的非对称挤压大变形。既有研究未涉及确定这类隧道支护时机和支护刚度的设计方法。本研究分析了非对称主应力环境下高地应力深埋软岩隧道开挖卸荷的力学响应，推导了形变压力特征曲线和松动压力特征曲线的解析解，进一步基于收敛约束理论，建立了非对称高地应力环境下考虑形变压力和松动压力的深埋软岩隧道支护设计方法，明确了第二层钢拱架的支护时机和支护参数。将研究提出的设计方法应用于玉磨铁路万和隧道，现场监测数据显示，采用本设计方法优化后支护方案对控制非对称高地应力环境下深埋软岩隧道的挤压变形有较好的效果，现场应用情况表明设计优化后隧道的二次衬砌可以正常施工。

    非对称地应力高地应力深埋软岩隧道形变压力松动压力支护时机方法

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    酸效应下坚硬石灰岩改造及强度弱化的影响因素研究

    侯鸣晓黄炳香赵兴龙焦雪杰...
    2446-2466页
    查看更多>>摘要：顶板灾害是制约煤矿安全生产的重要因素，酸效应可改造岩体结构以弱化宏观强度特性，是坚硬石灰岩顶板控制的有效途径。本研究分析了各因素对石灰岩反应特性和力学特性的影响。结果表明:电离后产氢能力更强的酸(pKa<0)对灰岩矿物颗粒的破坏作用更为突出。当pKa从-8。00增加到15。70时，石灰岩的单轴抗压强度和弹性模量分别增加了117。22%和75。98%。酸浓度对石灰岩影响主要表现为矿物晶体的溶蚀行为，大规模酸作用产生的晶体缺陷会引发石灰岩强度的劣化，经15%浓度酸化改造后的强度可降低59。42%。酸化时间对石灰岩影响具有阶段性，在前期复分解反应阶段(60 min内)的表现最为明显。酸化石灰岩强度损伤关键在于酸-岩反应体系中氢离子参与程度，基于AHP法得到酸类型、酸浓度和酸化时间对强度影响的权重分别占24。30%、59。54%和16。16%。研究结果为煤矿坚硬石灰岩顶板酸化控制提供了理论支撑。

    坚硬顶板酸效应结构改造强度弱化影响因素

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