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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
收录年代

    Extra-iNet:一个针对文本预测的解释抽取框架

    段俊文贾智豪蒋晗丁效...
    3342-3353页
    查看更多>>摘要：提出一种自解释句子抽取框架(Extra-iNet)，该框架仅依赖于粗粒度的任务级标签，从输入文档中抽取部分句子，指导文档标签的预测，并为预测结果提供人类可读的解释。该框架利用卷积神经网络编码输入句子，将预测解释性句子的抽取和表征整合在同一模块，采用强化学习和门控机制2种策略抽取解释子集，并由此推导出Hard Extra-iNet和Soft Extra-iNet 2种变体模型。分别在情感分析任务和累计超额收益预测任务上对模型的预测能力和解释能力进行验证。研究结果表明:相比于基线，模型在情感分析任务上的F1(精度与召回率的调和平均数)平均提高了15。5%，在累计超额收益预测任务上的准确率平均提高了3。7%;模型抽取的结果与人类标注的结果高度一致。Extra-iNet框架可以有效地从文档中抽取解释性句子，可推广应用于不同领域的文本预测任务。

    可解释预测强化学习深度神经网络情感分析累积超额收益

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    硬岩小净距隧道先行洞的爆破振动响应规律

    陈璐曹洪涛周子龙曾铃...
    3354-3367页
    查看更多>>摘要：隧道爆破施工时，爆破破岩产生的振动效应对近邻隧道结构稳定性影响较大。为提高隧道爆破施工的安全性，基于广西某双线硬岩小净距隧道爆破开挖工程，通过现场爆破振动监测，分析后行洞爆破开挖时爆破振动的传播规律与质点峰值振动速度的分布特征，并利用有限元软件LS-DYNA建立相应的数值模型，探索近邻先行隧道径向和轴向上质点峰值振动速度演化特征及分布规律，基于最大主应力原则，构建近邻隧道爆破振动安全判据。研究结果表明:对后行隧道爆破开挖时，水平径向的振动波对近邻隧道的影响起主导作用;在爆心距相同的情况下，隧道未开挖侧的爆破振动衰减速度比已开挖侧的小;近邻隧道迎爆侧边墙、拱脚和底脚是主要受扰动区，边墙的质点峰值振动速度最大，在施工中应当加强边墙的监测和防护。基于近邻隧道质点峰值振动速度与拉应力内在联系的回归分析，并考虑混凝土的动态抗拉强度，建议将本隧道爆破施工的质点峰值振动速度阈值确定为15。7 cm/s，以保证依托工程近邻隧道支护结构的安全。

    近邻隧道质点振动峰值速度爆破振动时空响应

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    建筑固废再生骨料单颗粒压碎试验与近场动力学模拟

    肖源杰侯可华文俊王小明...
    3368-3383页
    查看更多>>摘要：建筑固废再生骨料颗粒形状复杂、强度低且极易发生破碎。为了准确了解建筑固废再生骨料颗粒在单轴压缩荷载作用下的颗粒破碎行为，开展再生骨料单颗粒压碎试验，并在准确表征再生骨料颗粒三维形貌的基础上对单颗粒破碎进行近场动力学模拟。研究结果表明:碎石、红砖和砂浆这3种再生骨料的单颗粒破碎强度均较好地满足Weibull分布，但离散性较大，不同粒径组的平均Weibull模量在1。3～1。8之间，其中，砂浆与红砖颗粒的破碎强度远低于碎石颗粒的破碎强度，且离散性比碎石颗粒的大;借助近场动力学理论可以有效地模拟真实形状再生骨料颗粒在单轴压缩荷载作用下的破碎过程;对于不同形状种类的再生骨料颗粒破碎强度，块状颗粒的最大，盘状颗粒的次之，而条状颗粒的最小;颗粒材料与形状对颗粒破碎后所形成的碎片的数量与形状具有明显的影响，对于不同材料再生骨料颗粒，碎石颗粒产生碎片较少，而红砖颗粒产生碎片分布更加均匀;对于不同形状再生骨料颗粒，条状颗粒倾向于沿颗粒中、短轴平面断裂为少量碎片，块状与盘状颗粒则倾向于产生交叉裂纹，最终破碎并产生较多碎片。

    建筑固废颗粒破碎Weibull分布数值模拟近场动力学

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    基于纤维-骨料细观分布的自密实钢纤维混凝土单调和循环压缩性能研究

    雷明锋胡子威刘凌晖扎西草...
    3384-3399页
    查看更多>>摘要：自密实钢纤维混凝土(SFRSCC)压缩性能表现和内部组分含量及分散状态均具有显著关联。为探究这种关联特性，定制不同组分配比的SFRSCC拌合物来浇筑制备棱柱体试块，并分别开展单调及循环压缩实验探索其压缩性能特性研究;随后截取每组试块的数个特征截面，采用粗骨料面积占比来描述粗骨料含量，将钢纤维含量及分散情况量化为Voronoi增韧面积统计值，并结合实测数据建立压缩力学特性和内部组分含量及分布特性之间的关联。参考上述关联特性，建立SFRSCC单调和循环压缩弹塑性损伤本构性能曲线方程。研究结果表明:粗骨料含量的增长提高了基体弹性模量和峰值强度，但骨料胶结难以抑制宏观裂缝的非稳定扩展;纤维数量的增加可减小钢纤维的增韧区域面积，从而能够延缓峰后塑性变形的累积，控制宏观裂缝生成，这种增韧效应和Voronoi增韧面积呈负相关，与增韧效率系数呈正相关;在自密实工艺下，钢纤维数量增加会抑制粗骨料含量的增长，需平衡Voronoi面积和粗骨料面积占比以满足增韧与增强需求。建立的SFRSCC单调和循环压缩弹塑性损伤本构性能曲线方程可实现不同组分分布下SFRSCC结构局部压缩性能的可靠分析。

    钢纤维自密实混凝土钢纤维分布粗骨料分布Voronoi面积循环受压弹塑性损伤

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    重载铁路桥梁体外预应力筋加固性能研究

    宋力陈岩刘冉蒋丽忠...
    3400-3415页
    查看更多>>摘要：运营提载会导致重载铁路桥梁损伤累积和刚度退化加剧，对重载铁路预应力混凝土桥梁进行加固可以改善桥梁的受力状况，提高桥梁承载能力。为了研究重载铁路桥梁体外预应力筋加固的性能，分别制作重载铁路24 m超低高度预应力混凝土梁的未加固足尺试验模型与体外预应力筋加固足尺试验模型，并开展200万次疲劳试验与疲劳后静力试验。建立未加固预应力混凝土梁与体外预应力筋加固预应力混凝土梁的精细化有限元模型，通过试验与有限元分析，研究加固前后重载铁路预应力混凝土梁的静力与疲劳性能，揭示加固前后梁体挠度和应力变化规律，并分析不同轴重列车作用下加固预应力混凝土梁的力学性能。研究结果表明:重载铁路桥梁外加预应力筋的加固效果良好，疲劳试验中加固梁刚度退化幅度、跨中挠度、梁内预应力筋应力、梁底及下翼缘混凝土应力显著比未加固梁的小;在33 t轴重列车与1。2倍中等荷载(ZH)轴重作用下，外加预应力筋加固的24 m超低高度预应力混凝土梁的适应性良好，预应力混凝土梁挠度与应力响应均符合规范要求。研究结果可为重载铁路桥梁的设计、养护、维护与加固提供基础与参考。

    重载铁路桥梁加固技术预应力混凝土梁疲劳试验有限元分析

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    岩石类材料直接拉伸破坏的FDEM数值模拟

    徐浩然刘平刘泉声曹学...
    3416-3425页
    查看更多>>摘要：有限元-离散元耦合算法(FDEM)在岩石裂纹扩展模拟中广泛应用，尤其在直接拉伸模拟中用于参数校核。然而，模拟结果通常受到拉伸速率和网格尺寸的影响。本文首先阐述FDEM基本原理;然后，建立直接拉伸数值计算模型，探究拉伸速率、网格尺寸及高径比对破坏模式和力学参数的影响;最后，给出直接拉伸模拟中建议采用的拉伸速率和网格尺寸。研究结果表明:随着拉伸速率增加，试样抗拉强度、破坏程度和峰值应变率增加，而平均弹性模量减小;在较低拉伸速率下(v≤0。01 m/s)，试样仅产生1条主拉伸裂缝;当拉伸速率较高时，有分支裂缝出现在主拉伸裂缝上侧。网格尺寸对抗拉强度、峰值应变率和平均弹性模量的影响较小，但对破坏模式和破坏程度的影响较显著。随着高径比增加，试样的抗拉强度、破坏程度和峰值应变率增大，但平均弹性模量呈相反趋势，并且高径比对破坏程度的影响较为显著。建议在直接拉伸模拟中使用0。01 m/s的拉伸速率，并将网格尺寸限制在1。5 mm以内。

    直接拉伸模拟有限元-离散元耦合算法拉伸速率网格尺寸高径比

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    锚杆支护吸能调控效应理论解析与数值模拟

    孟庆彬辛学奎宋子鸣程争民...
    3426-3440页
    查看更多>>摘要：为揭示锚杆的支护吸能调控效应及巷道围岩能量场分布规律，采用理论分析、数值模拟方法研究了锚杆支护巷道围岩能量分布特征。首先，采用经典的弹塑性理论及能量守恒定律，分析了支护巷道围岩弹性变形能、耗散能和外力功之间的关系，给出了锚杆吸能表达式;其次，基于有限差分FLAC3D软件及内嵌的Fish语言编程，开发了能量单元模块，模拟揭示了锚固体的预应力扩散和释能特性;再次，通过单元网格遍历循环的方式计算了巷道围岩中各岩体单元的能量，获得了巷道围岩总变形能、弹性变形能和耗散能的数值及分布特征;最后，揭示了开挖与锚杆支护条件下巷道围岩能量场分布规律，从能量调控角度确定了锚杆合理的长度、间排距等支护参数。研究结果表明:锚杆主要以提高围岩体力学参数及转化吸收能量的方式来调控巷道围岩能量场的分布和耗散特征;随着锚杆间排距缩小和锚杆长度增大，巷道围岩最大耗散能密度呈降低趋势。

    锚杆支护吸能调控理论解答FLAC3D数值模拟能量模型

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    基于试验数据库的UHPC梁抗剪承载力计算方法

    邱明红晏班夫李钊姜远根...
    3441-3456页
    查看更多>>摘要：为研究钢筋UHPC梁的抗剪承载力计算方法，首先，建立了钢筋UHPC梁的抗剪试验数据库;然后，以此为基础对法国NF P18-710规范、瑞士SIA 2052指南、日本JSCE—2006指南、GB 50010-2010规范、JGJ/T 465-2019规范和DBJ 43/T 325-2017规程中的抗剪承载力计算公式进行评估和分析;最后，修正了法国NF P18-710规范的抗剪承载力公式。研究结果表明:各规范公式均不同程度地保守估计了钢筋UHPC梁的抗剪承载力，其中无腹筋UHPC梁的各规范ξm为1。71～2。71，有腹筋UHPC梁的各规范ξm为1。52～2。09;国外规范中，法国NF P18-710规范的ξm分别为1。52～1。71，预测结果误差最小且安全储备较合理;与法国NF P18-710规范预测结果相比，瑞士SIA 2052指南的ξm为1。70～1。95，预测结果更为保守;日本JSCE—2006指南对于无腹筋UHPC梁预测结果与法国NF P18-710规范相比较为接近，而对于有腹筋梁预测结果偏差较大;国内规范中，GB 50010-2010规范的预测结果最为保守，ξm为2。13～2。71;JGJ/T 465-2019规范和DBJ 43/T 325-2017规程在GB 50010-2010规范基础上考虑了钢纤维对抗剪承载力的影响，预测精度有所提高。其中，JGJ/T 465-2019规范的ξm为1。59～1。74，DBJ 43/T 325-2017规程的ξm为1。66～1。81。基于规范计算模型误差分析，提出了考虑剪跨比影响的UHPC基体抗剪承载力系数和考虑钢纤维影响的钢纤维抗剪承载力系数的取值方法，修正了法国NF P18-710规范的抗剪承载力计算公式，可较好地预测钢筋UHPC梁的抗剪承载力。

    桥梁工程抗剪承载力试验数据库超高性能混凝土梁计算公式误差分析

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    基于计算机视觉的深部软岩巷道变形破裂特征试验研究

    赵万勇李元海于恒徐晓华...
    3457-3468页
    查看更多>>摘要：巷道破裂围岩大变形是深部煤炭开采过程中围岩稳定性控制的难点。针对该问题，本文通过大比例相似模型试验，采用自主研发的计算机视觉量测系统进行围岩全场精细化变形测量和破裂识别表征，探究了深部巷道围岩的碎胀变形演化特征。研究结果表明:裂隙的数量、长度和面积发育演化可分为径向裂隙发育和环向裂隙发育2个阶段;巷道围岩变形存在位移变化不一致现象，径向裂隙发育阶段以竖向位移为主，环向裂隙发育阶段以水平位移为主;在荷载作用下，有无支护结构巷道围岩均会发生剪切破坏，支护结构能够有效限制剪切破坏后围岩块体相互滑移错动，减小巷道的碎胀变形;深部巷道围岩变形破裂演化具体表现为巷道围岩沿结构面发生剪切破坏，产生径向裂隙切割围岩体;随荷载增加，围岩块体发生错动滑移，产生环向裂隙进而产生碎胀变形。

    深部巷道模型试验计算机视觉碎胀变形裂隙演化

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    动静荷载下煤岩体应力波传播与衰减特征

    金志豪李远栾亚伟王春晓...
    3469-3479页
    查看更多>>摘要：首先，采用霍普金森压杆(SHPB)试验系统对短试样(长度为50 mm)和长试样(长度为300 mm)煤岩开展多种应变率和不同传播距离的冲击试验，并将应变片粘贴在长试件的不同位置;其次，结合自主研发的干耦合式超声波测试系统开展多应力水平和多频率的超声波测试试验;最后，揭示应力波在煤岩传播过程中的能量损失规律以及高频波与低频波的衰减规律。研究结果表明:在冲击试验中，入射、反射及透射应力波峰值均随应变率增加而增大，但由于应变率增加时波频率增加，高频波在穿越微观结构面时更易衰减，透射系数随应变率增加而呈线性减小;透射波在传播距离300 mm以内衰减较快，衰减量达30%，透射波随距离增加大致而呈现指数形式的衰减规律;超声波由于振动幅值小且频率高，在传播过程中距离达到75 mm时迅速衰减，之后的衰减幅度逐渐趋于平缓。高频率更易与煤体的细观结构发生相互作用而被吸收，致使高频波随传播距离衰减更快，频率与波幅值衰减呈线性关系。

    应力波超声波煤岩体波传播冲击荷载霍普金森压杆

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