摘要：为研究高温与尺寸效应耦合作用下的砂岩巴西劈裂特性,分别对经过25、200、400、600、800和1000℃高温处理后的标准砂岩试件进行巴西劈裂室内试验,并基于颗粒流软件开展不同尺寸高温砂岩巴西劈裂数值模拟,研究砂岩巴西劈裂强度及其劣化规律、孔隙率增加相对于裂纹扩展贯通的滞后性规律.研究结果表明:(1)在25~1000℃的温度范围和50~100 mm的直径范围内,温度与尺寸效应对砂岩巴西劈裂强度均有显著影响,且尺寸效应影响程度更大.在加热过程中,由于岩石内部首先发生热膨胀,然后在热应力作用下产生损伤,因此砂岩劈裂强度先有所增大,在400℃之后持续降低,劈裂强度下降约34.66%~35.10%;随着尺寸增大,岩石内部积聚的能量释放产生大量微裂隙,导致砂岩试样劈裂强度降低,下降约55.61%~56.99%.(2)砂岩巴西劈裂强度劣化幅值与其直径之间满足负指数函数关系,可用于预测不同尺寸高温砂岩的巴西劈裂强度.(3)砂岩在巴西劈裂过程中的孔隙率增加相对于裂隙扩展贯通滞后的荷载差值随温度升高以及尺寸增大而增大;考虑两因素的耦合作用,尺寸效应对荷载差值的影响程度随温度的升高而降低,温度对荷载差值的影响程度随砂岩尺寸的增大而降低.研究成果对火灾后顶板维护,初步预测顶板强度具有一定参考意义,也可为核废料处理、地热资源开发和深井工程等涉及高温和尺寸变化的岩体工程设计提供有益参考.

摘要：深部高能级、大体量的工程灾害频发,难以预测和有效控制,而地应力是采矿工程、岩土工程和石油开采工程优化设计与动力灾害防治的重要依据。在分析深部地应力场时,现场测量理论与方法的局限性、原位保真取芯技术的困难性、地质条件的复杂性等因素都增加了对工程区域地应力场的认知与解释难度,影响了地应力判断结果的准确性。鄂尔多斯上海庙矿区是我国最大的胶结软岩质深部开采煤矿之一,主采煤层埋深超过1000 m,温度分布局部差异性明显。区域各岩层历经多次构造运动,其断层及褶皱分布较多,水文地质条件复杂,岩溶水及孔隙水量大。鉴于上述众多因素对地应力场的耦合作用复杂、机理不明,决定了掌握地应力场分布状态需从多角度多方面分析研究。为此,首先介绍了几组适应于深部地应力场分布规律的边界载荷形式,并提出了一种新的深部地应力场非线性优化的算法——多元渐进迭代寻优算法,该方法能够保证高精度、快速获得全局最优解,十分适用深部复杂地应力场的反演与重构。其次,采用理论分析、现场测量及室内试验等方法,系统分析了深部地温分布规律,推导出深部非连续构造邻域内的温度分布解析解,并获得了矿区的地温资料、岩体热力学参数、软化系数及测点应力数据等。最后,基于研究区域的地质条件,构建了深部三维地质模型,考虑深部多场耦合特征、非连续构造特征及复杂地层属性特征等,反演重构出该区域的地温场及地应力场分布状态,其计算结果与实测值及现场地质资料等数据相吻合。

摘要：为研究碱-盐复合激发大掺量矿渣充填胶凝材料的力学特性,设计不同石膏与熟料质量比的充填胶结体强度实验。利用XRD,SEM和TG-DSC等手段,研究净浆试样水化产物种类、微观形貌及质量损失率;基于室内实验研究成果,开展新型充填胶凝材料工业化应用研究。研究结果表明:当复合激发剂掺量为15%、石膏和熟料质量比为1:4,充填体3 d抗压强度最大为1.05 MPa;当复合激发剂掺量为20%、石膏和熟料质量比为3:2,充填体28 d抗压强度最大为8.61 MPa。石膏促使浆体中钙矾石(缩写为AFt)的生成,但掺量过大则影响早期胶凝物质的生成量,后期浆体中水化硅酸钙凝胶(缩写为C-S-H)的钙硅比由1.804降低到1.559,可保证结石体后期钙矾石的持续生成;3 d龄期净浆试样质量损失率从大到小依次为T7,T9和T6,28 d龄期净浆试样质量损失率依次为T9,T7和T6;综合可见,针对大掺量矿渣充填胶凝材料,合理的石膏掺量有助于提高充填体早期强度;但当石膏掺量较大或熟料掺量少时,胶结体早期强度低但有利于后期强度的提高。当熟料质量分数为12%,石膏为3%,矿渣为85%时,充填体3 d抗压强度为2.7 MPa,7 d抗压强度为5.1 MPa,28 d抗压强度达到10.6 MPa,满足金川矿山对充填体强度的要求。

摘要：梁柱连接处的节点是钢框架结构的一个重要组成环节,半刚性端板连接节点由于其良好的力学性能,被广泛应用于钢结构建筑领域.采用焊接连接的H型钢梁、柱半刚性端板连接计算方法相对较成熟,在H型钢梁、柱半刚性端板连接节点的弯矩-转角简化全曲线的形式与计算方法的基础上进行改进,提出了方钢管柱-单轴对称梁半刚性端板连接的弯矩-转角曲线计算方法.通过改变节点域加强区的厚度、端板厚度和螺栓直径,利用有限元分析得到不同节点的弯矩-转角曲线,与简化曲线计算结果进行比较,证明了简化曲线计算方法能很好的计算节点弯矩-转角曲线上各重要参数,具有一定的准确性和可行性,且曲线线性阶段与有限元数值计算结果吻合良好,满足结构设计要求.

摘要：本文根据航站楼结构的特点与可能遭遇爆炸的危险程度,合理确定大跨度钢结构抗爆关键构件的可能部位.通过对爆炸当量、爆炸距离与结构构件损伤程度关系的研究,确定关键构件及其相邻构件的损伤情况.采用多尺度模型对破坏严重的构件进行模拟,考察航站楼结构在爆炸作用下的抗倒塌性能.分析结果表明:箱形钢柱的损伤程度主要与爆炸距离和爆炸当量有关,迎爆面的变形远大于背爆面.柱顶斜撑杆的损伤程度与爆炸冲击波的入射角关系密切.通过多尺度模型,可以采用壳单元准确模拟构件在爆炸荷载作用下的损伤情况.由于大跨度结构的竖向构件具有较大的冗余度,爆损后仍然具有一定的残余承载力,可以有效抑制整体结构变形的发展.

摘要：为了克服现有信号处理算法对地质雷达直耦波和噪声滤除的不足,基于KL变换和小波变换进行算法融合设计,提出一种适用于地质雷达信号滤波的小波域KL变换方法。采用电磁波时域有限差分法模拟雷达检测过程,并基于理想无噪声的雷达仿真信号设计验证实验,通过与KL变换方法、小波阈值去噪方法的对比,对小波域KL变换方法的滤波效果进行定量分析和评价。实验结果表明:小波域KL变换对于直耦波的辨识能力较强,用于地质雷达信号直耦波的去除可以取得理想的效果;在采用KL变换和小波变换滤除噪声时,去噪信号的信噪比分别为10.16和15.12,而小波域KL变换对应的结果为18.34,对于噪声的滤除具有更好的效果;同时,小波域KL变换滤波结果对小波函数和分解层数的敏感度较低,对于深部噪声信号的辨识能力亦较强。基于地质雷达实测数据的测试结果同样验证了小波域KL变换方法在实际工程应用中的良好性能。

摘要：随着矿产资源开采深度的不断增大,地应力、地温和孔隙水压随之显著增大,岩石的非线性力学行为更加凸显.针对高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂问题,构建了流固损伤耦合效应力学分析模型,分析了流固耦合条件下深竖井开挖围岩有效应力,探讨了孔隙水压及地应力场对围岩损伤破裂演化的作用机制.研究结果表明:孔隙水压及孔隙水压梯度越大围岩损伤破裂区面积越大,围岩损伤破裂区面积随围岩渗透率的减小逐渐增大并趋于稳定;地应力场对围岩破裂形态具有重要控制作用,最大水平主应力与最小水平主应力差异较小时,围岩损伤破裂区集中在最小水平主应力方向,以剪切损伤为主,最大水平主应力与最小水平主应力差异较大时,在最大水平主应力方向上会产生拉伸损伤破裂区.值得关注的是,由于孔隙水压的存在,最大有效水平主应力与最小有效水平主应力之间的比值增大,即围岩发生拉伸破坏的风险增大.本文研究表明,竖井选址和设计过程中应避开构造应力大、孔隙水压大的区域,从而保障井筒施工安全.

摘要：为了考察设防烈度对钢筋混凝土框筒结构受力性能、材料用量的影响,在充分调研了目前我国100 m以上已建或在建超高层建筑的基础上,选择150~300 m范围内钢筋混凝土框架—核心筒办公类超高层作为代表性研究对象,建立了12个不同烈度、不同高度下的计算模型,详细分析了其结构的周期比、剪重比、刚重比、地震作用和风荷载影响等结构受力性能以及结构的用钢量、混凝土用量随设防烈度的变化情况.研究结果表明,对于济南恒大国际金融中心工程,随着设防烈度的提高,结构自振周期减小,扭转周期滞后于平动周期,扭转效应减小,而结构剪重比明显增加;低烈度地区结构受重力二阶效应的影响较大,整体稳定性成主要安全控制因素;地震作用的影响随设防烈度的增加而增大;6度区建筑超过200 m后,用钢量明显增加,而8度区用钢量随建筑高度呈线性增长;6度和7度区单位面积混凝土用量接近,而8度区混凝土用量增幅约为19%左右,所以设防烈度对结构工程材料用量影响显著.

摘要：提出确定超长结构行波效应视波速的实用方法,并对视波速的影响因素进行了深入分析。建立可以同时考虑桩基础水平刚度和转动刚度的多点激励计算模型,并以带有大跨度屋盖的多层超长航站楼为研究对象,对结构在沿长边方向地震行波作用下的位移、楼层剪力和构件内力等进行了全面分析。计算结果表明,视波速主要与基岩剪切波速、震源深度和震中距有关,基岩剪切波速越快、震中距越小、震源深度越深,则视波速越大。多点激励得到的楼层水平剪力小于一致激励,随着视波速降低,多点激励与一致激励下的楼层剪力之间的差异进一步加大。沿长边方向激励时,视波速和基础刚度的变化对下部楼层的层间位移角影响显著;沿短边方向激励时,视波速对上部楼层的层间位移角影响较大,但基础刚度对其影响较小。对称结构在平行于地震传播方向进行多点激励时,结构不发生扭转;在垂直于地震传播方向进行多点激励时,结构出现明显的扭转效应。沿长边方向多点激励时底部楼层部分框架柱内力增大,沿短边方向多点激励时各楼层均有少量框架柱内力起控制作用;随着视波速增大,框架柱内力逐渐减小;考虑基础刚度后,框架柱内力可显著降低。多点激励对大跨度屋盖部分杆件起控制作用;随着视波速降低,大跨度屋盖杆件内力逐渐减小,基础刚度的影响可忽略不计。

摘要：近直立特厚煤层的地质与开采条件与一般煤层差异较大,冲击地压防治形势严峻.本文综合采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究了近直立特厚煤层动静载力源分布特征,提出了应力调控防冲方法,揭示了其防冲机制,并进行了工程应用.结果表明:近直立特厚煤层主要受水平构造应力作用,水平应力通过工作面两侧的顶底板岩层传递至煤层中,并在巷道上下方形成静载集中区;近直立特厚煤层顶底板岩层难以发生破断,然而顶底板岩层破裂释放能量可形成强动载扰动;动载扰动作用于巷道上下方静载集中区并与集中静载叠加可诱发冲击地压.据此,提出了弱化工作面两侧顶底板岩层和下方煤体的应力调控防冲方法,其防冲机制为:弱化顶底板一方面可弱化岩体传递水平应力的能力进而降低巷道上下方的静载集中,另一方面可降低岩体静载集中进而减弱岩体破裂导致的动载强度;弱化煤体可进一步降低巷道下方静载集中并将静载集中区向深部转移.对近直立特厚煤层现场实施的防冲措施进行了优化设计并确定了关键参数,应用表明,工作面高能级微震事件减少了143~178起、微震事件总能量降幅达90%,未发生冲击显现,工作面冲击危险性显著降低,证实了方法的有效性.研究成果可为近直立特厚煤层冲击地压防治提供支撑.