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关键词： 回采工作面   倾斜煤层   渗流场   演化规律   防治水  

摘要： 倾斜煤层与近水平及缓倾斜煤层相比,开采时覆岩垮落与运移特性存在显著差异。为解决多水源补给条件下矿井水害防治难题,本文以贺西矿2418回采工作面为工程背景,针对倾斜煤层长壁综放开采工艺,综合采用相似材料模拟试验、数值仿真计算与现场原位监测相结合的方法,系统探究采动覆岩内“裂隙场−应力场−渗流场”的耦合演化机制。研究结果表明:随工作面推进,覆岩裂隙高度先渐进增长至峰值后趋于稳定,倾斜方向上裂隙发育呈“上部>中部>下部”的非均匀特征;倾向剖面上顶底板垂直应力呈非对称分布,顶板应力释放区偏于中上部,底板应力释放区集中于中下部;采动裂隙贯通形成导水通道,驱动含水层水体向采空区渗流,导致顶底板孔隙压力降至负值,且该低压渗流区随回采持续向深部扩展。基于上述规律,提出适配不同水源的分级水害防治技术体系,为相似地质条件下倾斜煤层安全高效开采提供理论依据与工程参考。

关键词： 捕食者-食饵模型   交错扩散   双Allee效应   Turing不稳定   Hopf分支  

摘要： 研究一类具有双Allee效应的修正Leslie-Gower捕食者-食饵交错扩散模型.首先,利用线性化算子的特征值理论分析了常数稳态解的稳定性,进而给出了交错扩散产生Turing不稳定的条件;其次,以捕食者的内禀增长率为分支参数得到了Hopf分支存在的条件,并讨论了Hopf分支周期解的分支方向和稳定性;最后,通过数值模拟对理论结果进行验证和补充.结果表明,交错扩散可以促进模型Turing不稳定的产生,而且适中的双Allee效应阈值有利于两种群稳态共存.

关键词： 冻融循环   裂隙砂岩   破裂模式   围压效应  

摘要： 目的为明晰裂隙砂岩在冻融-围压耦合环境下的力学响应,开展冻融循环与围压条件对裂隙砂岩力学性质及破坏机制的影响研究。方法以灰砂岩为研究对象,制备完整、单裂隙和交叉裂隙试样,分别经历0,30,60,90次冻融循环。在单轴及5,10 MPa围压条件下开展压缩试验,获取应力-应变曲线并提取闭合应力、起裂应力和峰值应力等参数。结合裂纹分布和破坏形态,对比不同试样在冻融-围压条件下的力学演化特征。结果随着冻融次数增加,3类试样的特征应力均下降,整体刚度减弱。完整试样初期损伤明显,后期趋于稳定;单裂隙试样表现为初期快速扩展、后期缓慢发展;交叉裂隙试样因裂隙相互作用,损伤最为复杂。低围压下裂纹类型多样、破坏复杂,高围压下裂纹模式由剪切向剪切-拉伸复合转变。冻融作用加剧了交叉点应力集中效应,单轴条件下破坏更趋向拉伸或解体,三轴条件下低围压表现为拉-剪复合。结论冻融循环与围压共同决定裂隙砂岩的力学演化,冻融作用显著削弱强度并促进裂纹贯通,围压一定程度上延缓劣化并抑制拉伸裂纹。与完整试样相比,交叉裂隙试样峰值强度和特征应力的衰减幅度更大,其裂隙更易产生多向扩展并形成贯通网络,进而放大了裂隙岩石对冻融损伤与荷载作用的敏感性。研究成果可为寒区隧道施工、边坡稳定性评价及灾害防控提供理论参考。

关键词： 路堑高边坡   锚杆框架   桩板墙   参数优化   强度折减法   现场监测  

摘要： 为优化坡积土深路堑桩锚联合支护设计参数,依托某高速公路的典型坡积土深路堑段,采用强度折减有限元法系统研究锚固参数与桩板墙参数对边坡稳定性的影响规律。通过对比四种支护方案的安全性与经济性,确定最优支护组合,并借助现场监测数据验证数值结果的可靠性。结果表明:边坡安全系数随锚杆长度和桩身长度增加呈正相关增长,但增长速率逐渐减缓,最终趋于稳定。锚固角度25°时锚杆的水平与竖向分力协同作用最优,安全系数达到峰值。锚杆间距与桩间距的增大会导致安全系数非线性降低。工程推荐采用分级第一级6m、第二级9m,结合20m桩长方案,可在保障边坡稳定的同时又可保证经济合理。

关键词： 不确定时变时滞   鲁棒稳定性   Lyapunov稳定理论   Schur补引理  

摘要： 阐述一类不确定时变时滞系统的鲁棒稳定性分析。通过构造Lyapunov泛函，并结合Lyapunov稳定性理论与Schur补引理，给出了系统鲁棒稳定的充分条件。

关键词： 应力-渗流耦合   渗透特性   软弱夹层   力学行为   声发射  

摘要： 为研究含软弱夹层砂岩在应力-渗流耦合作用下的力学行为和渗透特性,开展完整岩样和含软弱夹层岩样三轴渗流声发射试验,研究了不同渗透压下不同夹层倾角砂岩的宏观力学特性、渗透特性和破裂演化与声发射特征参数之间的关系。结果表明:1)与完整岩样相比,相同渗透压下含软弱夹层砂岩峰值强度均有不同程度降低且随着软弱夹层倾角的变化呈“U”形分布,随着渗透压等级(0、1.0、1.5和2.0 MPa)的提高,岩样峰值强度呈线性衰减;2)岩样的破坏模式分为沿软弱夹层滑动破坏和竖向剪切破坏,随着渗透压的增大含软弱夹层岩样重力-倾角效应增强;3)各渗透压下完整岩样和0°、30°倾角夹层岩样渗透率均经历下降、平稳、骤升骤降和上升4个阶段,作为主要透水通道的软弱夹层在应力渗流耦合作用下持续被压缩,导致45°和60°倾角夹层岩样渗透率整体处于下降趋势,软弱夹层破碎前后渗透率出现短暂性波动,但全过程渗透率均低于初始渗透率,90°倾角夹层岩样渗透率经历降低、骤升骤降和上升3个阶段;4)相同渗透压等级下,岩样的初始渗透率随倾角的增加而提升,随着渗透压的增强,各岩样的初始渗透率均呈现不同程度的增长,且夹层倾角越大初始渗透率增幅越显著;5)整个加载过程声发射计数活动分为3个阶段,分别为平稳期、快速增长期和峰后发展期,声发射峰值计数随夹层倾角呈增—减—增的“N”形变化趋势。

关键词： 隧道工程   碳质板岩   崩解特性   力学性能  

摘要： 在隧道建设期间,层状岩石结构易于引发拱顶坍塌、初期支护开裂等问题,因此对层状岩石力学特征进行深入剖析具有重大的工程实用价值。碳质板岩作为层状变质岩中的一种典型岩体,层间胶结程度差且易破碎,这将导致隧道掘进穿越碳质板岩时发生严重的结构损伤,岩体强度大幅度下降,力学性能发生变化。目的为了剖析碳质板岩的力学特性,明晰碳质板岩的崩解机理,方法以碳质板岩为研究对象,开展静态崩解试验、单轴压缩试验、三轴压缩试验,分析不同含水状态、不同层理面角度影响下板岩的力学性能,并讨论岩样变形破坏模式和崩解机理。结果结果表明:(1)干燥状态试样峰值强度更高,峰值前曲线变化趋势近似线性关系,塑性破坏突然,干燥试样弹性模量比自然及饱和条件试样的高。峰值强度后试样(干燥、自然)表现出不同程度的脆性跌落现象,而饱和状态下试样峰值(23.02 MPa)后强度仍可维持(21 MPa左右)。(2)多次崩解循环后弱风化板岩崩解程度较低,水分子进入岩体导致胶结键破坏并促使形成碎块状是中风化岩崩解的原因;全风化及强风化板岩吸水膨胀同时产生不均匀应力推动岩样完全崩解。结论研究结果可为类似条件下软岩隧道施工大变形和破坏的控制提供参考。

关键词： 花岗岩   集成学习   随机森林   抗压强度预测   特征重要性分析  

摘要： 目的针对传统岩石抗压强度参数测试方法耗时长、成本高等问题,提出一种基于集成学习的花岗岩单轴抗压强度预测方法。方法利用电子万能试验机对不同工况条件下花岗岩试样进行轴向压缩试验,结合试验数据和前人研究,构建多工况条件下花岗岩单轴抗压强度数据集,选用6种不同的算法模型(随机森林、梯度提升树、自适应提升、K近邻、神经网络、支持向量回归),基于集成学习框架建立多工况条件下花岗岩单轴抗压强度预测模型,采用多种评价指标对模型的性能进行综合对比分析,最后对模型的输入特征进行特征重要性分析。结果结果表明,花岗岩的单轴抗压强度受多种工况条件影响变化显著,构建的集成学习模型均表现出良好的预测效果,集成学习模型的综合性能由大到小排序为:随机森林算法模型、梯度提升树算法模型、自适应提升算法模型。最后通过特征重要性分析,各特征相对重要性由大到小排序为:加热温度、不同地质条件、加热-浸水循环次数、浸水温度、浸水时间、冷却方式、传热溶液pH。结论集成学习算法模型中RF模型的综合性能优于其他2种模型,特征重要性分析得出高温对花岗岩的单轴抗压强度影响最显著,该模型为多工况条件下花岗岩的单轴抗压强度预测提供了一种新思路。

关键词： 未胶结钙质砂   强度-剪胀特性   内摩擦角   应力-应变响应   三轴试验   经验公式  

摘要： 为了实现紧急情况下对钙质砂抗剪强度指标的快速准确估算,采用三轴排水试验研究了未胶结钙质砂的强度-剪胀特性,通过改变试样相对密实度与有效围压,分析了影响未胶结钙质砂内摩擦角的因素,并提出了能够准确预测未胶结钙质砂峰值内摩擦角与剪胀角的经验公式。试验结果表明:钙质砂峰值内摩擦角、剪胀角受相对密实度影响显著,基于试验数据修正的公式参数,能提高未胶结钙质砂峰值内摩擦角与剪胀角预测的可靠性,峰值内摩擦角预测误差基本小于25%,经验公式可用于固结后相对密实度范围在31%~83%之间、应力峰值处的平均有效正应力范围在100~1600 kPa之间的未胶结钙质砂试样抗剪指标快速估算。

关键词： 采煤机   导向滑靴   导向间隙   接触碰撞   机身稳定性  

摘要： 为研究采煤机导向滑靴在不同导向间隙及煤层倾角下的接触碰撞及稳定性,提出一种利用直线倾斜程度进行碰撞检测的新方法。采用Lankarani-Nikravesh模型描述接触点的碰撞力,建立截割载荷力学模型和含间隙的采煤机导向滑靴碰撞动力学模型,通过数值模拟研究导向滑靴与销排间的相对运动及各碰撞点的穿透量,分析导向间隙和煤层倾角对碰撞接触特性的影响规律。结果表明:导向滑靴与销排之间会发生单点、2点或3点碰撞;碰撞点处的碰撞力幅值随着单侧导向间隙的增大呈现先增大后减小的现象;随着煤层倾角的增大,各点碰撞力均值逐渐增大,且在达到特定倾角后逐渐降低,最大碰撞力峰值为3.265×10^(3) kN;不同煤层倾角下导向滑靴与销排单侧导向间隙合理推荐范围为1.9~2.2 mm。研究揭示了间隙与倾角对导向滑靴与销排碰撞冲击的影响,为智能化采煤装备的结构参数优化、复杂倾角工况下的动态间隙自适应调控提供数据依据与理论支撑,为采煤机的安全性和稳定性研究提供指导。