击振条件下围岩松动圈试验研究

为精确掌握巷道围岩松动圈的范围，合理优化巷道锚杆支护参数，通过自研测力锚杆对巷道围岩松动圈进行测试，得到巷道围岩各部位松动圈变化范围为：顶部、紧邻顶部、起拱部位及直墙部位巷道松动圈厚度均值分别为1 070 mm、985 mm、997 mm及970 mm;巷道平均围岩松动圈为1 016 mm,属于中等围岩松动圈。基于数值模拟软件Flac^3D对试验所得松动圈值进行验证，二者所得结果接近，验证了试验结果的准确性。     

一种块体–颗粒–杆件的耦合方法及其在隧道支护模拟中的应用

为了模拟隧道开挖过程中边帮的失稳垮塌过程以及锚杆对隧道的支护过程,提出了一种基于罚弹簧的块体–颗粒–杆件的耦合方法。该耦合方法基于连续–非连续的数值模拟方法（CDEM）,采用离散颗粒簇表征隧道周边松动圈以内的破碎岩体,采用块体单元表征松动圈以外的完整岩体,采用杆件单元描述锚杆及锚索等杆系类支护结构,采用插值耦合的方式实现杆件单元与离散颗粒及块体单元间力与位移的传递,从而实现高应力环境下隧道开挖失稳过程的模拟及支护效果的评价。颗粒与块体之间采用1根法向线性弹簧及2根切向线性弹簧进行耦合,法向弹簧引入拉伸断裂本构,切向弹簧引入Mohr–Coulomb脆性断裂本构。杆件与颗粒及杆件与块体之间的耦合模式基本一致,包含1根沿着杆件轴向的罚弹簧S_gn及1根垂直于杆件轴向的罚弹簧S_gs,S_gn主要用于描述杆件与围岩之间的拉拔效应及推压效应,S_gs则主要用于描述杆件与围岩之间的侧向挤压效应。圆形盾构隧道弹性场分析、预应力锚杆加固矩形巷道模拟、全长连接锚杆对岩块的锚固作用分析、以及碎裂岩体中的隧道开挖支护效果分析等案例,证明了本文所述块体–颗粒–杆件耦合算法的准确性及合理性。      

基于松动圈理论的破碎岩体锚杆支护参数确定及应用

锚杆支护计算理论的选取直接影响巷道围岩支护效果。针对锦丰金矿巷道围岩破碎条件,进行巷道围岩松动圈测试;根据松动圈测试结果确定选用组合拱理论为锦丰金矿锚杆支护计算理论,计算确定锦丰金矿巷道支护参数;并进行现场支护试验,同步监测锚杆受力情况,最终确定锦丰金矿巷道支护最优参数为:锚杆间距1.2 m,锚杆排距1.2 m,锚杆长度2.4 m。工程应用结果表明:通过松动圈大小确定锚杆支护计算理论,可以使选取的支护理论更贴近矿山实际,对其他矿山的锚杆支护参数设计具有指导意义。     

K2ZrF6含量对ZrH1.8表面微弧氧化阻氢膜层的影响

采用微弧氧化技术在ZrH_1.8表面制备阻氢膜层,研究在Na₅P₃O₁₀-NaOH-Na₂EDTA电解液体系中K₂ZrF₆含量对膜层组织结构和阻氢性能的影响。借助场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)分析膜层的微观结构和物相组成。采用涂层测厚仪对膜层的厚度进行测量,通过真空脱氢实验表征膜层的阻氢性能。相比未加入K₂ZrF₆时,电解液中添加适量K₂ZrF₆有助于改善膜层的表面质量,减少膜层中微孔和裂纹等缺陷的出现。XRD分析表明,不同K₂ZrF₆浓度时ZrH_1.8表面微弧氧化制备的膜层均主要由m-ZrO₂,t-ZrO₂和少量c-ZrO₂相组成。膜层厚度和氢渗透降低因子(PRF)随K₂ZrF₆浓度的增加均呈先增大后减小趋势,当K₂ZrF₆为4g·L^-1时,膜层的厚度最大为68.7μm,PRF最大为13.1,且膜层中大尺寸缺陷较少,添加K₂ZrF₆制备的陶瓷膜的阻氢性能均得到提高。K₂ZrF₆添加剂的加入可以使ZrH_1.8表面微弧氧化膜层的厚度增大,致密性增强,进而阻氢性能提高,膜层表面质量也得到改善。     

A7085铝合金Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展及其数值模拟

为探究不同加载角度下A7085铝合金Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展机理,在MTS疲劳试验机上采用紧凑拉伸剪切试件（CTS）对A7085铝合金进行不同加载角度的疲劳实验;用有限元分析计算不同裂纹扩展长度的裂纹尖端应力强度因子,通过七点递增多项式法对数据进行处理,计算出A7085铝合金Paris公式中的参数C和m.结果表明不同加载角度的裂纹基本沿着与外载荷垂直的方向扩展,裂纹扩展路径近似为一条直线,裂纹扩展角测量结果基本符合最大环向拉应力理论;Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹一旦发生扩展,Ⅱ型应力强度因子K_Ⅱ所占比例急剧减小,Ⅰ型应力强度因子K_Ⅰ不断增大,此后K_Ⅱ远远小于K_Ⅰ,有效应力强度因子（K_Ⅰ和K_Ⅱ的组合）基本等于K_Ⅰ,相当于裂纹扩展主要受Ⅰ型应力强度因子控制,研究结果有助于对Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展机理的理解.      

基于Flac~(3D)数值模拟的软弱岩体联合支护机理研究

为解决矿山深部高应力破碎岩体巷道围岩变形严重、施工风险高、使用周期短等问题,以安徽某铁矿为例,通过现场调研、理论分析、Flac3D数值模拟及在线监测相结合的方法,针对深部-440m中段进路开挖后支护困难的问题,提出了锚网喷注联合支护技术,在探究高性能预应力锚杆、金属网、喷射混凝土及注浆补强联合作用机理的基础上,对其施工关键技术难题开展了系统研究,并通过围岩松动圈测试及围岩表面位移监测等方法对联合支护效果进行评价。研究结果表明:深部进路开挖后,顶板竖直位移为1 183.8mm,竖向应力达到15.85MPa,围岩变形破坏严重,单一支护措施无法满足安全高效采矿作业的要求,锚网喷注联合支护技术将锚杆、金属网、喷射混凝土、注浆等多种支护手段充分结合,形成复合支护结构,扩大了支护体系的承载范围,锚喷网注联合支护作用下的围岩松动圈面积仅为原来的48.8%,围岩顶板竖向位移为385.6mm,与原顶板竖向位移相比降低了66.1%,围岩稳定性显著提高,是使深部软弱围岩形成长期稳定整体的有效手段。     

激发药剂在矿渣基胶结材料中速凝早强机理试验研究

以尾砂、矿渣基胶结材料为原材料,研究水玻璃、NaOH、Na₂SO₄、Al₂(SO₄)₃ 4种无机盐激发药剂在不同掺量下的速凝早强效果,并解释其早强机理。研究发现：4种激发药剂在一定的添加范围内,充填体试块的抗压强度随龄期的增长而增大。掺量0.5%的NaOH早强效果最好,掺量1.0%的Na₂SO₄效果次之,掺量0.5%的Al₂(SO₄)₃对后期强度增长作用最明显,水玻璃效果最差。同时考虑到实用性、经济性,复合使用Na₂SO₄和Al₂(SO₄)₃添加到尾砂胶结充填体试块中,综合性能较好。研究结果可有效提高充填体早期强度,为矿山进行充填体结构及强度优化设计提供科学参考依据。     

CO2分压对N80油管钢在CO2驱注井环空环境中应力腐蚀行为的影响

使用恒应变试样浸泡试验、表面分析技术和电化学测试技术研究了CO₂分压对N80钢在模拟CO₂驱注井环空环境中应力腐蚀行为的影响。研究结果表明:CO₂分压对腐蚀速率的影响存在一个拐点,环境温度为25 ℃时拐点约为1 MPa。当CO₂分压小于1 MPa时,由于腐蚀产物膜（FeCO₃）成形较慢,覆盖率低,随CO₂分压的增高,N80钢的自腐蚀电流密度快速增大;当CO₂分压大于1 MPa时,腐蚀产物膜能以较快的速率成形,覆盖率高,CO₂分压的进一步增高反会使得N80钢的腐蚀电流密度降低。CO₂溶于模拟环空溶液中会使溶液pH持续下降,促使N80油管钢在环空环境下发生应力腐蚀开裂。N80钢在CO₂注入井环空环境中的应力腐蚀开裂机制是阳极溶解和氢脆共同作用的混合机制。应力腐蚀裂纹在萌生阶段局部阳极溶解作用（点蚀）为主导,该作用下CO₂分压为1 MPa时应力腐蚀裂纹最易萌生;在应力腐蚀裂纹生长阶段氢脆作用更强,这种作用导致CO₂分压更高时应力腐蚀裂纹更容易生长,应力腐蚀敏感性进一步提高。      

基于改进XGBoost算法的深部巷道松动圈智能预测研究

深部巷道爆破开挖后由于爆炸冲击和原位应力动态卸载耦合作用,围岩内不可避免地产生松动圈,进而影响结构的稳定性,因此对松动圈厚度进行超前预测显得非常重要。依托多座地下矿山松动圈测试作为研究对象,共获取300组有效数据样本。采用4种主流的超参数优化算法,即遗传算法(GA)、灰狼优化算法(GWO)、粒子群优化算法(PSO)和樽海鞘算法(SSA)对XGBoost算法进行优化,并以此构建4种松动圈预测混合模型。采用R²、RMSE、MAE和MAPE指标对预测模型的性能进行对比分析,并开展松动圈厚度参数的敏感性分析。最后,将最优的PSO-XGBoost模型应用于地下矿山运输巷道进行工程验证。结果表明：在群体规模分别为90、70、60和100时,GA-XGBoost、GWO-XGBoost、PSO-XGBoost和SSA-XGBoost模型取得了最佳的预测表现。其中,PSO-XGBoost模型在训练集和测试集中的相关系数分别为0.9244和0.8787,具有最佳的预测性能。相比基准模型(XGBoost、RF、SVM和LightGBM),优化后模型松动圈的预测精度和性能均得到显著提升...     

金属氧化物陶瓷涂层高温阻氘渗透性能研究

采用射频磁控溅射方法在316L不锈钢表面沉积了Al₂O₃,Cr₂O₃,Y₂O₃和ZrO₂(8%Y₂O₃)4种单层氧化物陶瓷涂层。选用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对4种氧化物陶瓷涂层相组成、微观组织结构进行表征,结果表明,Al₂O₃涂层为非晶态,其他3种氧化物陶瓷涂层均为晶体结构,且涂层沉积致密,无明显微观缺陷产生。采用气相氢渗透装置对各涂层的氘渗透性能进行测试,结果表明,受氧化物中金属离子与氧的结合能的影响,在973 K@80 kPa氢渗透压下,厚度约为250 nm的Al₂O₃,Cr₂O₃,Y₂O₃和ZrO₂(8%Y₂O₃)涂层氘渗透阻挡因子(DPRF)分别为103,46,112和256,表明4种氧化物陶瓷涂层均具有良好的阻氘渗透性能,其中Y₂O₃陶瓷涂层阻氘渗透性能最好。因此,以Y₂O₃陶瓷涂层为例,研究厚度对涂层阻氘渗透性能的影响,在涂层厚度为139~251 nm范围内,氘渗透激活能和D-PRF随着涂层厚度的增加而线性增大。随着Y₂O₃涂层厚度增加,氘渗透量减少,阻氘渗透性能提高。     

被盖层分隔储层油源断裂输导油气有效时期厘定方法及其应用

为了准确研究含油气盆地被盖层分隔储层油源断裂在油气成藏中的作用，在被盖层分隔储层油源断裂输导油气机理及有效时期研究的基础上，通过断裂停止活动时期、断裂开始破坏泥岩盖层封闭能力时期和断裂填充物开始封闭时期确定出油源断裂输导油气时期，利用源岩地化特征确定出源岩排烃时期，将二者叠合建立了一套被盖层分隔储层油源断裂输导油气有效时期的厘定方法。应用结果表明:在测线L2处F1油源断裂向东一段储层输导油气有效时期相对较长，为5.3 Ma，较有利于油气在东一段储层中运聚成藏（目前构造高部位尚未钻探）；在测线L8处F1油源断裂向东一段储层输导油气有效时期相对较短，为2.4 Ma，且主要为断裂填充物输导油气，不利于油气在东一段储层中大规模运聚成藏，和F1油源断裂在测线L8附近东一段虽已发现油气，但规模有限一致。该方法可有效用于厘定被盖层分隔储层油源断裂输导油气有效时期。      

2-(2-苯并咪唑基)-6-甲基吡啶铜(Ⅰ) 铁(Ⅱ) 异双核配合物的合成与表征

以1, 1′-双(二苯基膦) 二茂铁(dppf)、2-(2-苯并咪唑基)-6-甲基吡啶(Hbmp) 和[Cu (CH₃CN)₄](ClO₄) 作为起始原料,合成得到一个铜(Ⅰ) 铁(Ⅱ) 杂金属双核配合物[Cu (Hbmp)(dppf)](ClO₄)(1). X-射线单晶衍射结果表明:配合物1是一个铜(Ⅰ) 铁(Ⅱ) 异双核配合物,其中铜(Ⅰ) 离子以四配位方式,分别与2个氮原子和2个磷原子相连接形成一个变形的四面体构型,而铁(Ⅱ) 离子镶嵌在2个环戊二烯基之间构成一个交错式夹心饼干构型.配合物1在355~460 nm有一个弱的低能量宽吸收峰,来源于铜(Ⅰ) 离子到Hbmp配体的金属到配体电荷转移跃迁(MLCT),含有一些dppf到Hbmp的配体到配体电荷转移跃迁(LLCT).      

AOD氧化期渣对镁钙质炉衬侵蚀的影响

利用扫描电镜对镁钙砖反应层进行能谱分析,研究了120t AOD氧化期渣碱度(CaO/SiO₂-1.0～3.1)及渣中TFe(5.0%～20.0%)、MgO(1.7%～12.0%)、Cr2O3(8.0%～30.0%)对镁钙质炉衬侵蚀的影响。结果表明,氧化期渣碱度和渣中TFe含量是镁钙质炉衬侵蚀的重要影响因素,增加炉渣碱度(CaO/SiO₂≥3),降低渣中TFe含量(≤15%)可明显减少对炉衬的侵蚀。渣中含4%～12%MgO、15%～30%Cr₂O₃时对炉衬侵蚀的影响较小。     

横观各向同性岩体中深埋圆形巷道的位移解析解

自然界中具有层状构造的沉积岩约占陆地面积的2/3,而中国占到77.3%,许多变质岩也具有显著的层状构造特征,所以在采矿工程中遇到大量的层状岩体稳定性问题。对于层状岩体,在力学上可将其处理成横观各向同性体。根据横观各向同性弹性力学的平衡方程、物理方程和几何方程,推导了横观各向同性岩体在极坐标系下的相容方程,得到了二向不等压应力条件下横观各向同性岩体中深埋圆形巷道的位移解析解。虽然在推导中假设巷道横断面平行于各向同性面,但位移解析解表明,围岩径向位移不仅与各向同性面上的弹性模量和泊松比有关,而且与垂直各向同性面方向的弹性模量和泊松比有关。     

Mg对Zn--11%Al合金镀层凝固组织及合金层生长的影响

将工业纯铁分别在510℃的Zn-11% Al、Zn-11% Al-1.5% Mg、Zn-11% Al-3% Mg和Zn-11% Al-4.5% Mg合金熔池中进行不同时间的热浸镀,使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪等仪器设备,研究Mg含量对Zn-11% Al合金镀层凝固组织和镀层中Fe-Al合金层生长的影响.结果表明:Zn-11% Al合金镀层凝固组织由富Al相和Zn/Al二元共晶组成;随着Zn-11% Al-x% Mg合金中Mg含量的增加,合金镀层的凝固组织中逐渐出现Zn/Al/MgZn₂三元共晶、块状MgZn₂相和Al/MgZn₂二元共晶.四种合金镀层中合金层主要由Fe₂Al₅Zn_x和FeAl₃Zn_x相组成,合金层的厚度随浸镀时间的增加而增加,Mg含量的增加使Fe-Al合金层生长速率指数和生长速率降低.在Zn-11% Al合金镀层中Fe-Al合金层形成的初期,可形成致密稳定的Fe-Al化合物层;热浸镀120 s后,扩散通道的移动使Fe-Al化合物层失稳破裂.Zn-11% Al-x% Mg合金中Mg元素可明显推迟液Zn进入镀层中Fe-Al合金层的时间,使Fe-Al合金层更加稳定和致密.      

S32101双相不锈钢热轧中厚板氧化铁皮显微分析

摘要：采用EPMA、WDS和XRD对S32101双相不锈钢中厚板表面氧化铁皮显微结构进行研究，同时采用称重法测定出氧化增重曲线。结果表明：S32101双相不锈钢氧化铁皮厚度分布不均匀，氧化增重的平方值与氧化时间基本成直线关系。氧化铁皮外层物相为Fe2O3和Fe3O4，内层物相主要为FeCr2O4，局部区域存在MnCr2O4和NiCr2O4。结合热力学计算，得出了S32101双相不锈钢氧化铁皮形成的过程。     

Fe-Cu-Nb-Si-B快淬带的组织、磁性及微区力学性能

采用单辊熔体快淬法制备宽6~8mm、厚30~40μ_m的Fe_78.3Cu_0.6Nb_2.6Si_9.5B₉合金薄带.其直流磁性能为:饱和磁感应强度B_s=1.06T,剩磁B_r=0.39T,矫顽力H_c=3.53A/m,最大磁导率μ_m=2.43mH/m;交流磁性能为:铁损P_0.5T/1kHz=22.2W/kg,P_0.2T/100kHz=864W/kg,对应的有效磁导率μe分别为833和1225.场发射高分辨扫描电镜观察发现,不同工艺参数制备的快淬带因晶化程度不同,对应的断口形貌特点也不同,非晶相和纳米晶复合的合金带断口可见镜面区和雾状区、周期性褶皱、河流状花样等,而晶化接近完全的合金带呈沿晶断裂.纳米力学探针研究表明,非晶相和纳米晶复合的合金带的微区硬度和弹性模量低于晶化接近完全的合金带.基于Luborsky法,利用自行设计的装置测量断裂应变,对材料的韧性进行半定量分析.      

超临界机组T91钢管蒸汽侧氧化膜特征和脱落机制的分析

通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对超临界机组571.5℃蒸汽服役28 800 h的T91钢（/%:0.10C,0.35Si,0.43Mn,7.85Cr,0.81Mo,0.24V）Φ90 mm×10 mm管材氧化膜的成分、相组成、形貌和脱落机制进行了分析和研究。结果表明,T91钢氧化膜厚度约为307.3μm,呈现多层复杂结构,扩散层为Cr₂O₃和基体晶粒的混合物,内氧化层为FeCr₂O₄,中间氧化层为FeCr₂O₄和Fe₂O₄的混合物,外氧化层为Fe₃O₄和Fe₂O₃。FeCr₂O₄和Fe₃O₄的界面处存在大量孔洞,在热应力作用下,外氧化层极易开裂和脱落。