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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
正式出版
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    不同注浆工艺下土钉的现场拉拔试验

    李煜张升叶新宇刘玮...
    2690-2700页
    查看更多>>摘要：针对传统注浆工艺下土钉注浆控制难、抗拔性能不佳的问题，开展不同注浆工艺的土钉现场抗拔对比试验，探究传统注浆工艺、改进式压密注浆工艺以及分步改进式压密注浆(预注浆+改进式压密注浆)3种工艺下土钉抗拔性能及荷载传递规律，并将多节泡土钉抗拔力现场试验结果与理论模型计算结果进行对比分析。研究结果表明:注浆工艺对土钉的抗拔力影响显著，改进式压密注浆工艺和分步改进式压密注浆工艺下的土钉抗拔力是传统注浆工艺下的2倍以上，且拉拔初期的硬化现象更明显;改进式压密注浆工艺下土钉的轴力在节泡段变化显著，节泡端抗力占总抗拔力的75%左右;分步改进式压密注浆工艺下土钉轴力后段变化趋势与改进式压密注浆工艺下的土钉轴力变化趋势相似，其前段变化趋势与传统注浆工艺下土钉轴力的变化规律一样，呈线性减小，土钉端反力与侧摩擦力基本相等，且出现抗拔力软化时对应的拉拔位移最大;在3种注浆工艺下，土钉侧摩擦力都是靠近拉拔端最先屈服，且直径越大的节泡段提供的侧摩擦力越大。抗拔力理论模型能够基本反映不同注浆工艺下土钉在现场应用的抗拔规律，可为多节泡土钉的现场应用提供理论参考。

    土钉注浆工艺多节泡土工织物抗拔力

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    降雨入渗下非饱和土边坡浅层破坏机制分析

    王骜洵蒋函静许帅徐永福...
    2701-2711页
    查看更多>>摘要：通过孔隙表面分维描述土的孔隙结构，应用分形模型确定非饱和土的水力特性。选取基质吸力变化分布作为评价指标，通过二维渗流计算获取降雨-蒸发循环作用下非饱和土边坡的扰动程度和大气影响深度。进一步分析土的孔隙表面分维、进气值和饱和渗透系数及降雨强度与非饱和土边坡的浅层破坏形式的相关性。研究结果表明:降雨-蒸发循环作用引起的边坡土层的基质吸力变化比体积含水率的变化显著;土的孔隙表面分维、进气值和饱和渗透系数均与大气影响深度呈正相关，降雨强度影响较小;基质吸力可以作为边坡扰动程度和大气影响深度的评价指标;非饱和土边坡浅层破坏形式受土的孔隙表面分维、进气值和饱和渗透系数控制，与降雨强度相关性低。本研究可为非饱和土边坡浅层破坏及相关工程地质问题研究提供参考。

    孔隙表面分维非饱和土浅层破坏降雨入渗

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    高速铁路铺设CRTS Ⅲ型板式无砟轨道地段的路基冻胀限值

    魏绍磊肖宏王宏阁王阳...
    2712-2726页
    查看更多>>摘要：我国冻土地区高速铁路分布广泛，路基冻胀对高速铁路无砟轨道结构损伤影响较为突出，危害行车安全。但是目前尚未建立针对铺设CRTS Ⅲ型板式无砟轨道地段的路基冻胀控制限值。本文基于车辆-轨道耦合动力学理论和混凝土塑性损伤理论，考虑混凝土结构损伤和车轨相互作用，建立车辆-无砟轨道-冻胀路基静动力分析模型，分析路基冻胀对CRTS·型板式无砟轨道结构的损伤和车辆动力性能指标的影响。综合静、动力控制指标，提出一种针对冻胀变形的分级控制限值;分别考虑轨道结构层间离缝和结构损伤、钢轨垂向动位移、乘车舒适性和行车安全性等多项控制指标，将路基冻胀限值划分为5个区域。研究结果表明:路基冻胀作用于轨道板中部时损伤和离缝量出现极值;结构损伤和车辆动力学响应均随波长减小和波峰增大而呈增大趋势，且均对波长的影响更为敏感。可以根据不同分区的冻胀限值保障车辆运营安全，为冻土区无砟轨道养护维修提供参考。

    高速铁路路基冻胀限值CRTSⅢ型板式无砟轨道车辆-轨道耦合动力学混凝土塑性损伤

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    盾构隧道内堆载对基坑开挖引起的隧道上浮量的控制效果研究

    魏纲周烨波王哲翁家华...
    2727-2736页
    查看更多>>摘要：基坑开挖会引起下卧盾构隧道产生上浮，隧道内堆载可以有效控制上浮量。本文采用两阶段方法，推导隧道内堆载措施下基坑开挖引起的盾构隧道上浮量计算公式。首先，基于影像源法计算基坑开挖坑底隆起引起的隧道附加应力，采用能够考虑土质条件的方法计算得到隧道内堆载引起的隧道附加应力，叠加得到总的附加应力;其次，采用转动与错台协同模型计算得到隧道受力与变形;使用Midas有限元软件对具体工况进行三维建模，并将隧道纵向隆起量数值模拟结果与公式计算结果进行对比。研究结果表明:本文方法计算结果与有限元模拟结果较吻合，验证了本文方法的合理性;假设基坑开挖长度为L，最佳堆载范围为距离堆载中心±L/3范围内，超出最佳范围时堆载控制效果减弱;土体内摩擦角对隧道变形影响较大，土体内摩擦角越小，堆载对隧道变形的控制效果越好。

    基坑工程盾构隧道隧道内堆载影像源法附加应力

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    深基坑爆破减振孔作用下围护桩结构减振效应研究

    任颖博蒋楠周传波姚颖康...
    2737-2750页
    查看更多>>摘要：基坑开挖爆破过程中振动荷载易对围护桩结构造成影响，临近围护桩结构预设爆破减振孔是重要控制手段。为评价爆破减振孔作用下围护桩结构的减振效应，以武汉地铁7号线巨龙大道站基坑爆破工程为背景，通过现场振动监测分析获得围护桩结构顶部振动速度;利用LS-DYNA软件建立基坑爆破数值计算模型，在结合现场监测数据验证计算模型及参数可靠性的基础上，采用控制变量法设计减振孔参数组合计算方案，计算分析各参数对减振效应的影响规律;提出围护桩结构稳定性的安全判据，在最优减振孔减振方案下，分析围护桩结构动力响应特征，并实现其现场工程应用检验。研究结果表明:减振孔的减振效应与减振孔的孔径、孔深、孔距和排数都存在相关性，其中减振孔的孔深、孔距和排数对减振效应的影响较大，而减振孔孔径对减振效应的影响较小;围护桩结构爆破振动速度安全判据为26。10 cm/s;以孔径为100 mm、间距为0。2 m、孔深为0。7 m的双排梅花型减振孔为优化设计方案，在此方案下，围护桩上最大振速为25。57 cm/s，小于爆破振速安全判据。

    振动控制围护桩减振孔减振效应安全判据

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    考虑真实颗粒形状的尾矿动力特性离散元研究

    江春林王光进王琦
    2751-2762页
    查看更多>>摘要：土体材料由大量单个颗粒组成，颗粒形态对于土体的宏细观力学性质有直接的影响。通过显微观测，考虑颗粒形态效应，对尾矿颗粒进行一系列离散元模拟。通过CT扫描与图像处理技术，研究3组不同围压下真实颗粒试样与圆颗粒试样的液化特征。研究结果表明:尾粉砂颗粒多以粒状和片状形式存在，以边边接触和面面接触为主。离散元试样在液化时会出现"连通带"现象。在不同围压下，圆颗粒试样的动孔压表现为"快—平稳"，动应变发展均呈现"喇叭状"，而真实颗粒试样的动孔压则由低围压时的"快—平稳"变为高围压时的"快—平稳—慢"发展模式，动应变发展则由低围压时的"喇叭状"变为高围压时的"号角状"。2种试样所表现出的孔隙率、配位数与能量发展变化均有所不同。

    颗粒形状显微观测尾矿材料力学性质离散元模拟

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    基于声发射频谱的次生胶结岩体加卸载损伤特性

    朱凌崔圣华裴向军孙平贺...
    2763-2779页
    查看更多>>摘要：斜坡岩体裂隙中广泛存在后期次生胶结物，地震过程中次生胶结岩体极易发育密集微裂纹。开展单轴静荷载和加卸载试验，通过声发射频谱演化特征研究荷载条件下次生胶结物对岩体微裂纹扩展过程的影响。研究结果表明:静荷载下小尺度裂纹、微小裂纹、沿晶裂纹和穿晶裂纹贯穿整个试验过程，低频高频信号对应的大尺度裂纹主要产生在不稳定扩展阶段，加卸载条件下声发射主频演化类型受到次生胶结物面积的影响，次生胶结物对岩体损伤起主要控制作用，降低了造成岩体损伤的应力阈值，加卸载作用下次生胶结物与岩石性质差异造成的非协调变形是造成损伤的根本原因。

    次生胶结岩体加卸载声发射频谱渐进损伤

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    硫酸盐环境下BFFC侵蚀试验及强度预测模型

    罗如平周宇航朱碧堂余金...
    2780-2791页
    查看更多>>摘要：开展不同纤维掺量的玄武岩纤维增强泡沫混凝土(BFFC)在硫酸盐环境下的侵蚀试验，探究BFFC的破坏形式、无侧限抗压强度、质量及微观结构的演变特性。根据试验结果提出不同纤维掺量及硫酸盐循环侵蚀次数下BFFC无侧限抗压强度的预测模型。研究结果表明:纤维体积掺量为0。18%、0。36%、0。48%、0。60%的BFFC无侧限抗压强度分别比无纤维掺入的混凝土抗压强度提高了58%、85%、88%、94%，BFFC合理纤维掺量约为0。36%;在质量分数为10%的硫酸盐溶液中，BFFC试件进行干湿循环试验的侵蚀稳定时间约为15 h;BFFC无侧限抗压强度和质量随着侵蚀循环次数增加均表现为先增长后衰减的趋势;纤维体积掺量为0、0。18%、0。36%、0。48%、0。60%的BFFC试块经过30次循环时的质量损失至原始质量的55%、60%、70%、72%、80%，其强度降低至初始强度的35%、40%、42%、48%、50%。

    玄武岩纤维增强泡沫混凝土抗侵蚀性干湿循环强度预测模型微观结构

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    富氢富氧调控的甲烷预混火焰结构和排放特性

    张玮杰左睿烨胡光亚李德立...
    2792-2800页
    查看更多>>摘要：基于单头部钝体旋流模型燃烧器，以H2、O2和CO2为添加剂对甲烷空气预混火焰(CH4/air)进行调控，探究其对火焰结构、火焰稳定性和排放特性的影响规律。对各个掺混气进行变量控制和工况设计，利用数码相机和OH基平面激光诱导荧光技术测量火焰结构，利用Testo340烟气排放仪测量烟温及污染物CO和NOx排放量。研究结果表明:H2和O2掺混使火焰更加紧凑并增强燃烧强度，而CO2添加对此具有调节作用，它使火焰分布更宽，燃烧强度降低。O2掺混促成富氧燃烧之后，CO和NOx排放量均明显增加，不利于排放特性优化。相比之下，H2掺混在降低CO排放的同时能基本不影响NOx排放水平，同时以CO2替代N2虽然会提高CO排放，但可大幅降低NOx排放。H2和CO2掺混的影响具有较好的互补性，两者结合是实现甲烷稳定低排放燃烧调控的有效方法。

    燃烧调控富氢燃烧富氧燃烧CO排放NOx排放

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    冶金渣气系统中Marangoni-热毛细对流的数值模拟

    王计敏陈喜汪彬彬吴玉喜...
    2801-2812页
    查看更多>>摘要：高品质钢材制造与钢铁在高温熔池冶炼过程中渣/金/气界面流动传热等物理机制息息相关。考虑熔池向外界散热和渣气相界面变形，耦合熔渣表面张力随温度变化，建立高温矩形浅熔池内渣气流动传热模型，运用CLSVOF方法考察冶金渣气系统的界面Marangoni效应。研究结果表明:熔池内热毛细对流远强于Marangoni对流，热毛细对流显著影响冶金渣气系统的温度场分布和流场结构，贡献率约占96%。随着水平壁面温差增加，Marangoni-热毛细对流增强，相界面变形加剧，熔渣温度均匀性提高约0。018%/K，但是相界面附近壁面耐火材料腐蚀情况更加严重。

    冶金渣气系统Marangoni-热毛细对流水平壁面温差CLSVOF数值模拟界面变形表面

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