为研究再生骨料掺量对混凝土碳化性能的影响,用不同再生骨料质量取代率为0、30%、50%的再生混凝土(分别记为RC0、RC30 和RC50)分析不同取代率下混凝土碳化深度、抗压强度的影响规律,运用扫描电镜分析再生混凝土界面微观形貌在不同碳化时间下的变化,通过显微硬度仪对界面过渡区的显微硬度数值进行检测和分析,探讨碳化作用下再生混凝土微观结构与宏观性能的关系.结果表明:再生骨料掺量越大抗压强度越低,再生混凝土碳化深度越深;通过对比不同类型界面过渡区的抗碳化能力得出,老骨料老浆体界面>骨料新浆体界面>老浆体新浆体界面;再生骨料取代率30%的混凝土界面结构更密实;再生混凝土的微观结构与其宏观性能呈规律性变化,用界面过渡区宽度的变化表征宏观性能的规律更为准确.说明碳化对不同再生骨料掺量混凝土的界面结构优化效果不同,再生骨料掺量越大的混凝土抗碳化性能越差,且用微观结构的变化可以很好地解释宏观性能的变化.
为研究地震作用下岩石动态开裂的复杂问题,基于最大周向应力准则,考虑非奇异应力三分量及地震作用,推导出了适用于地震作用下的裂纹扩展角度判据;采用霍普金森拉杆试验结果对修正裂纹扩展角度判据可靠性进行验证,针对验证过程中样本数较少的情况,基于贝叶斯理论,开发了岩石领域小样本问题后验分布估计程序,并采用该程序进一步验证修正裂纹扩展角度判据的可靠性.结果表明:在霍普金森拉杆试验中,MCTS试样可以通过施加位移约束,实现可控模式复合比的复合型加载;最大周向应力判据、修正最大周向应力判据对霍普金森拉杆试验中的MCTS试样裂纹扩展角度预测值平均误差分别为1.6°、1.37°;以试验值、最大周向应力判据预测值、修正最大周向应力判据预测值为基础数据运行Gibbs算法分别进行十万次迭代,求得这三种情况下的裂纹扩展角度均值分别为50.64°、48.96°、49.45°,修正最大周向应力判据与最大周向应力判据相比,其预测误差由3.32%降低到了2.35%,表明其在地震作用下具有良好的适用性.研究对地震作用下的边坡危岩减抗震设计及其风险控制具有重要意义.
为了探究平均粒径和粗糙度对砂-玻纤网格布界面剪切特性的影响,开展了5 种平均粒径砂(D50)和4 种粗糙接触面(Ra)的直剪试验.根据直剪试验结果得到平均粒径和粗糙度影响下抗剪强度-位移曲线、轴向位移-剪切位移曲线,并且通过示意图分析砂体的剪缩剪胀现象及抗剪强度的变化.结果表明:在砂剪切中,多为剪缩现象,随着D50 的增加,抗剪强度增大,内摩擦角增大,黏聚力为0 kPa,当D50大于0.54 mm时,抗剪强度增长较快;在砂-玻纤网格布界面剪切中,多为先剪胀后剪缩现象,随着D50的增加,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均增大;随着Ra的增加,抗剪强度总体增大,黏聚力和内摩擦角均增大,当Ra大于0.16 mm时,抗剪强度增长缓慢;在砂-玻纤网格布界面剪切中,砂颗粒与格栅界面咬合,使得界面上不可移动的颗粒增多,剪切面范围增加,导致抗剪强度增大.该成果以期丰富砂-结构物界面剪切特性研究.
采用动力三轴仪器测试了压实黄土的动力强度和累积塑性应变发展规律,并分析了不同应力状态下(循环应力比和固结应力比)孔隙水压力与累积能量耗散关系的演化特征.深入了解频率、土体含水率以及压实度对其动力性能的影响机理,旨在揭示不同应力加载条件下,压实黄土能量耗散的差异,特别关注高含水率状态下黄土试样的能量耗散率,以提供对路基性能劣化的有效预测和控制方法.结果表明:频率和土体含水率的增大均引起动力性能劣化,提高压实度对动力性能的优化效果显著.黏滞累积能量耗散以及塑性能量耗散均会影响黄土孔隙水压黄土的增长型式,其中循环应力比(CSR)较小时,黏滞累积能量耗散的影响更显著,而CSR达到0.28 时,总累积塑性能量耗散更为凸显;固结应力比(Kc)下则表现孔隙水压力始终依赖总累积塑性能量耗散的变化;通过参数引入和归一化分析,构建了不同CSR和Kc 影响下的压实黄土孔隙水压力增长的能量预测模型.不同固结应力比引起压实黄土的能量耗散差异显著,且高含水率状态的黄土试样表现出更大的能量耗散率.因此,有必要对压实黄土的含水率进行控制,避免行车动载作用下超静孔隙水压力过大导致的路基性能劣化,所建立的能量预测模型能够有效地描述压实黄土的变形破坏特征.
针对面向声学煤矿传感技术的高性能无铅压电材料铌酸钾钠(KNN),外加力场是调控其电学性能的重要手段之一.为研究高压条件下KNN的压电性能变化规律,采用基于密度泛函的第一性原理计算方法研究了不同压力下KNN的晶格常数、相结构能量、电子结构、介电性能和压电性能,系统研究不同压力下KNN压电性能的变化机理,确定其最佳的压力工作点.结果表明:随着外加压力从0 增加至21 GPa,KNN晶胞内晶格常数减小(原子间距离减小),电子结构中的能带带隙先减小后增大,电子结构电子云重叠程度增大和原子间静电作用增强.在外加压力15～18 GPa范围内,KNN从三方相R相转变为正交相O相,此时R相和O相自由能差值低,自由能分布更平坦,晶格在外场下更容易发生形变,NbO-6 八面体也更容易发生畸变从而增强KNN压电性能.在外加压力为15 GPa下的KNN具有优良的介电性能和最大的压电性能e33 =7.2 C/m2,有利于提升声学煤矿感知技术从而充分保障煤矿井下工作面安全高效生产.
采空区孔隙率分布对采空区气体流动具有重要影响.为研究错层位采空区孔隙率对瓦斯流动规律的影响,以镇城底矿22202 错层位巷道布置工作面为工程背景,通过理论研究推导错层位采空区孔隙率分布的数学模型,建立错层位采空区孔隙率分布三维空间函数,分析错层位巷道布置形式对采空区孔隙率分布的影响;运用FLUENT模拟揭示了错层位与传统巷道布置工作面及采空区浅部区域瓦斯运移变化规律;通过现场实践,进行瓦斯浓度的监测.结果表明:相较于传统工作面,错层位采空区孔隙率呈现"一高一低"不对称U形分布特征,巷道布置差异对采空区整体瓦斯分布影响较小,但对工作面及回风侧采空区浅部流场有较大影响;其次错层位工作面存在的起坡段,增加了采空区漏风风阻,减少了采空区漏风量,提高了工作面通风效率且回风巷位于煤层顶板利于瓦斯排放,可有效解决工作面上隅角瓦斯超限问题.错层位巷道布置能有效降低工作面瓦斯积聚浓度,可充分保障工作面安全高效生产.
为研究黄土高边坡在蠕变作用下长期稳定性问题,以支党河特大桥的黄土高边坡为研究对象,开展天然状态下黄土蠕变剪切试验,利用数值模拟方法模拟高边坡治理和未治理两种情况,分析2,5,10,30,50 和70a边坡塑性区和位移场分布特征.结果表明:随着剪应力的增大,蠕变速率先减小后增大,试件进入等速蠕变阶段所需的时间越长;坡体开挖治理前在蠕变作用下塑性区持续发展,至30a后基本保持稳定,在2～30a间位移量持续增大,坡体发生加速蠕变,位移量最大达到63.6 cm,坡体发生失稳破坏;开挖治理后塑性区面积明显减小,从10a开始出现新的塑性区,直至发展到30 a,之后保持稳定,在2～30a间位移量最大27 cm,蠕变至70a位移量几乎不变,坡体也未发生失稳破坏.利用蠕变模型与数值模拟相结合的方法可为高边坡稳定性研究提供思路.
随着"陆上丝绸之路新经济带"的实施和西部资源开发的深人推进,交通、能源基础设施互联互通成为优先建设领域,寒区岩土工程建设的数量及规模将大幅增加,冻融灾害防治成为亟待解决的关键问题.
为降低地震对城市地下综合管廊内部管道运营安全的影响,利用三维有限元数值模拟对围岩-管廊体系进行模态分析,提出新型减隔震支架和减隔震支墩设计方案,对围岩-管廊体系、围岩-管廊-支架体系和围岩-管廊-支墩-管道体系进行动力时程分析,并对减隔震支架进行室内抗震性能试验.结果表明:围岩-管廊体系前十阶固有频率位于3.5～6.1 Hz间,与地震波频率接近,地震作用下容易出现共振;管廊横截面上部及底部棱角处动载荷均超过40 MPa,中上部位移变形超过30 mm,受地震作用影响大;地震作用下,减隔震支架最大位移较普通支架降低55%,且较大位移持续时间明显缩短;最大应力较普通支架减小26%,且最大应力由支架根部移至支架斜撑位置;减隔震支墩支撑管道最大位移较普通支墩降低 9.97%,且管道位移相位后移;最大应力较普通支墩降低约24%;减隔震支架极限抗拉承载力为普通支架的2.39 倍,极限抗压承载力为普通支架的4.53 倍,抗震性能显著优于普通支架.新型减隔震装置的抗震性能及承载力明显优于传统装置,可有效降低地震对管线安全的影响.
单一的预测方法在不同方面各有优劣,为了提高碳排放交易价格预测的精确度,从智能算法出发提出ARIMA-SSA-LSTM组合碳排放交易价格预测模型.该模型通过结合非线性规划局部搜索的优势和遗传算法全局搜索的优势使用非线性规划遗传算法分配差分整合移动平均自回归(ARIMA)模型和麻雀搜索算法优化后的长短时记忆(LSTM)模型(SSA-LSTM)的权重,通过加权得到最终的碳排放交易价格预测结果.运用ARIMA-SSA-LSTM组合模型,ARIMA模型,LSTM模型和SSA-LSTM模型分别对湖北省与广东省碳排放交易价格进行短期和长期预测.实证结果表明,相比单一的ARIMA模型、LSTM模型、SSA-LSTM模型,ARIMA-SSA-LSTM组合模型三个预测精度评价指标均为最小,碳排放交易价格预测精度最优.相比于传统ARIMA模型,机器学习LSTM模型具有更精确的预测结果,并且趋势预测更优.引入智能算法后,权重分配结果更加准确,LSTM模型的预测性能得到提升,印证了智能算法在碳排放交易价格预测领域的有效性.
为获取符合工程实际的设计参数,研发一种荷载与干湿循环协同作用下土的直剪试验装置与方法,采用图像处理系统,提出了考虑表面裂隙和侧面裂隙下土的裂隙率计算方法,分析了荷载与干湿循环协同作用下红黏土抗剪强度指标及裂隙演化规律,建立了抗剪强度指标与裂隙率、压实度的关系.结果表明:红黏土在荷载与干湿循环协同作用下,黏聚力随干湿循环次数增加在前3 次降低显著,后趋于稳定;随上覆荷载增加先显著增加,后缓慢增加;内摩擦角随干湿循环次数和上覆荷载变化总体在10°范围内波动;表面和侧面裂隙都随着干湿循环次数的增加而不断发育,其中表面裂隙在10 kPa时裂隙宽度达到最大,且大、中裂隙发育最明显,同时侧面裂隙由环向裂隙向纵向裂隙发展;裂隙率随压实度的增大而降低,随干湿循环次数增加而增加,随上覆荷载增加先增加后降低,在上覆荷载为 10 kPa时达到最大,黏聚力、内摩擦角与裂隙率、压实度的关系可以用二元非线性函数关系来拟合.此研究可为获取符合工程实际的红黏土设计参数提供参考.
为研究江南造山带北缘双桥山枕状基性熔岩的成因,用基性熔岩岩性特征、地球化学方法分析枕状基性熔岩的成因及地质意义.结果表明:双桥山地区位于江南造山带中段北缘出露为新元古代双桥山群,岩枕成群分布;基性熔岩贫碱、富钠,Na2 O/K2 O比值较高,稀土元素的含量中等,轻重稀土分馏程度较弱,具微弱负铕异常,高场强元素钕和钽相对于镧微弱亏损,且大部分样品出现一定程度的锶负异常,属典型的细碧岩,与典型的洋中脊玄武岩具有一定差异;岩浆来源于亏损地幔,受到地壳流体的交代,形成环境并非典型的大洋环境,而是陆壳基础上形成的弧后小洋盆.研究认为向东可与赣北德安彭山出露的蛇绿混杂岩带、庐山垅中地区的细碧角斑岩组合、赣北都昌县程浪蛇绿混杂岩带及皖南的歙县含蛇绿岩的新元古代洋壳对比,向西可与湘北益阳冷家溪群中的基性枕状熔岩相连,指示江南造山带具有多岛弧拼接、多缝合的特点.
为了明确鄂尔多斯盆地中东部中侏罗统延安组沉积时期的古环境特征,利用泥岩样品进行微量元素和稀土元素等分析测试,对测试结果进行统计分析,结合古植物和孢粉组合等特征,对盆地中东部延安期的古环境进行恢复重建.结果表明:锶、硼、相当硼、镓、锂、镍、Sr/Ba、B/Ga、Rb/K2 O和Th/U的数值说明延安期水体主体为淡水-半咸水环境;Fe2+/Fe3+、Ni/Co、V/Cr、V/(V +Ni)、U/Th、δU和Cu/Zn的数值反映延安期主要存在弱还原弱氧化-氧化的沉积条件;通过对比延安组和直罗组Sr/Cu、Mg/Ca、Rb/Sr、FeO/MnO、Al2 O3/MgO和Sr/Ba的数值,结合古植物和孢粉组合特征,认为从早侏罗世富县期到中侏罗世延安期,再到中侏罗世直罗期,鄂尔多斯盆地中东部经历了炎热半干旱半湿润—温暖湿润—炎热半干旱半湿润的气候变化过程.研究成果对于恢复中侏罗世延安期盆地沉积格局、重建古地理及成藏研究具有重要意义.
针对现有的带式输送机煤量检测方法会受到井下昏暗环境的影响,识别精度不高的问题,提出一种适用于井下环境的带式输送机煤量检测方法.基于深度图像的获取不受井下昏暗环境影响的特点,以深度相机获取的不同煤量深度图像为研究对象,对其进行滤波处理以滤除干扰信息并增强特征信息,提出一种DID-CNN识别网络对滤波后的煤量深度图像进行特征提取,并最终将煤量分为3 个不同类别作为检测结果,该结果可用于胶带机带速的分级调控.结果表明:所提出的煤量检测模型的准确率达到99.3%,模型的F1 分数为0.991,平均检测每张图片的时间为0.024 3 s.基于深度图像的带式输送机煤量检测方法可以有效消除井下昏暗环境对煤量检测造成的干扰,具有较高的检测精度和较快的处理速度.该方法可为提高带式输送机运输效率、实现节能降耗以及延长设备使用寿命等方面提供支持.
烧变岩裂隙发育、富水性强,严重威胁露天矿山采剥安全生产及其边坡稳定.为确定露天矿烧变岩高边坡隔水煤岩柱宽度,以新疆昌吉某露天矿北帮烧变岩高边坡为研究对象,通过构建坡体开挖卸荷的驼峰分布力学模型,将坡体卸荷松弛区域划分为拉裂区和压剪区两部分,分析了边坡后缘拉裂区裂隙的最大扩展深度;以卸荷松弛带宽度表征塑性剪切滑动面位置,推导了弹塑性条件下边坡浅表部破碎带与卸荷松弛带宽度的理论计算公式,进而确定了塑性滑动面位置及形态.结果表明:边坡后缘裂隙临界扩展深度随边坡倾角的增大而增大;卸荷松弛带宽度随岩石强度参数的增大而减小,随岩层埋深的增大而增大;北帮边坡后缘裂隙临界扩展深度为9.42 m,火烧区水位线处卸荷松弛带宽度为6.94 m;坡体潜在滑面安全系数均大于设计评价标准值;确定了北帮烧变岩高边坡的隔水煤岩柱留设安全宽度为 36 m,为该矿的安全高效生产提供了技术保障.
为了优化阻塞裂隙的水力冲刷工艺参数,采用物理试验和理论分析相结合的方法,建立了水流作用下颗粒起动有效作用流速数学模型,研究了水流作用下裂隙内不同形状颗粒的起动方式和颗粒起动临界流速随颗粒粒径、流体密度和裂隙高度的变化特性.结果表明:近圆颗粒和椭球颗粒主要以滚动方式起动,扁平颗粒以滑动方式起动;颗粒起动临界流速随颗粒粒径的增大呈现对数增大的变化规律,随流体密度的增大呈减小的变化规律;进一步地,由于颗粒起动有效作用流速与裂隙高度的增大呈负相关的变化规律,因此颗粒起动临界流速随裂隙高度的增大而增大.为提升阻塞裂隙的水力冲刷效果,应采用的方法是增加流体介质的密度,促使裂隙内更多的沉积颗粒发生起动.此外,当水力冲刷工艺运用至裂隙发育的地带时,应该适当提高水力冲刷工艺的注水量,提高堵塞裂隙的水力冲刷工艺效果.
为了探究非正式组织视角下煤矿工人不安全行为的影响因素,修正传统人的因素分析与分类系统模型,以非正式组织环境层和社会网络关系层为切入点,将组织影响、不安全监督、不安全行为作为前提条件,关联程度、依赖关系划分为煤矿工人非正式组织一级致因层;对煤矿工人不安全行为的影响因素进行辨识,运用DEMATEL法确定各个因素在系统中的地位和相互作用影响程度;对系统各个因素的相互影响程度进行有效评估,得到非正式组织视角下煤矿工人不安全行为影响因素,构成非正式组织视角下煤矿工人不安全行为影响因素框架.结果表明:组织氛围中心度是影响煤矿工人不安全行为的最重要的影响因素;未纠正问题原因度是系统中最容易作用、影响其他因素的因素;强连接、弱连接、依赖关系组成的社会网络关系是煤矿工人不安全行为的重要影响因素.通过调节煤矿工人非正式组织环境层、社会网络关系层,实现对煤矿工人不安全行为的科学管控,为企业安全管理体系提供了新的管理思路和管理办法.
昆北地区早古生代花岗岩记录了东昆仑造山带古特提斯造山带的构造演化的重要信息.选择柴达木盆地西南缘昆北早古生代花岗岩进行了详细的年代学、地球化学和锆石Lu-Hf同位素研究.结果表明:花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为430±1.05 Ma,形成时代为早志留纪;岩石具有高硅(SiO2 =70.0～71.9wt%)、高碱(Na2 O + K2 O =7.09～7.58wt%)、A/CNK = 1.03～1.11 的特征,属于弱过铝质高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩;岩石富集Rb、Th、Pb等大离子亲石元素,亏损镍、钛、磷等高场强元素,具有明显的铕负异常(Eu/Eu∗ =0.49～0.52);岩石具有富集的锆石Lu-Hf同位素,其εHf(t)=-11.47～-0.36,对应的二次模式年龄为2.1～3.1 Ga,表明其起源于中元古代成熟地壳的黑云母脱水部分熔融.综合区域地质背景以及岩石地球化学特征,认为黑云母花岗岩是由于昆北地体和柴南地体碰撞后阶段,地壳物质在伸展减薄背景下发生脱水部分熔融形成的.
电极结构对低压、微间隙放电击穿特性有一定影响,为了揭示本安开关变换器电容输出短路放电机理,系统研究了电极曲率半径与击穿电压之间的关系.以电极结构对微间隙放电击穿规律为研究目标,围绕针电极曲率半径,采用坐标变换法求解曲率半径与电场分布及击穿电压之间的数学关系.基于该数学表达式及流体-化学动力学理论,提出了低压、微间隙条件下综合考虑场增强因子及曲率半径的二维轴对称针-板电极几何模型,通过研究曲率半径对电子数密度、电场畸变程度的影响,阐明曲率半径对空气放电击穿特性的影响规律,并结合微纳程控放电试验平台进行试验验证.结果表明:针电极表面电子数密度增加越快,电荷积聚效应越显著,阴极表面更易形成场致发射从而击穿间隙产生放电;相同电极间距下,曲率半径越小,畸变电场强度越大,击穿电压越低,当电极间距小于等于8μm时,曲率半径对电场畸变的影响程度大;当电极间距大于8μm时,电极间距对电场畸变的影响起主导作用.研究得出曲率半径与电极间距共同影响电场分布,为进一步揭示微间隙放电机理提供理论参考.
为研究城市地铁运行过程中潜在坍塌、火灾、水害等工程灾变对地铁空间安全性的影响,基于Fluent软件研究了多灾变条件下风速场、压力场、温度场的响应规律,揭示了多场响应机制,并提出相应的防控措施.结果表明:坍塌区域后方风速和风压减小;火灾发生后地铁空间风速和风压显著下降,火源与出风口之间温度急剧上升,升温 10K以上的区域半径超过 10 m;水灾发生后地铁空间风速和风压升高,温度降低,越靠近出风口温度越低,最高降温2K左右,但地铁边界处可降温15 K.地铁空间多灾变响应机制在于:坍塌导致地铁空间内形成风障,堵塞通风路径;火灾导致空气发热膨胀,在背风向形成不均匀分布;水灾使得地铁空间总体减小,风速、风压升高,而水的低温特性及风流作用导致环境温度出现不同的降低幅度.对于坍塌事故,需要及时清除坍塌区域,减少通风阻力;对于火灾事故,应重点防控灾变发生后温度的升高;对于水灾事故,在排水时应重视地铁空间温度的变化.研究结果对地铁灾变机制分析及现场救援具有理论价值.
