弹性范围内不同加载速率下的波速特征及能耗分析

为了探究不同加载速率下波速-应力的变化规律以及能量损耗特征, 采用硬岩材料大理岩进行了单轴压缩下弹性范围内不同加载速率下的试验研究, 测试了加载速率对波速以及能量的影响规律。结果表明, 加载速率的变化不会影响波速-应力之间的总体变化规律, 波速-应力依然符合线性关系, 但低加载速率和高加载速率下的线性关系显现不明显; 不同应力条件下加载速率-波速曲线呈现了3个阶段, 分别为压密-弹性过渡阶段、弹性阶段和弹性-损伤过渡阶段, 整体上加载速率对波速的影响不大; 大理岩在不同阶段吸收的总能量较为稳定, 弹性能在压密-弹性过渡阶段和弹性阶段较为稳定, 而在弹性-损伤过渡阶段出现缓慢的减小, 耗散能在整个阶段都出现了明显的减小。     

基于改进的RS-TOPSIS模型的岩爆倾向性预测

针对目前岩爆倾向性中预测模型权重确定存在不足导致模型精度不高的现状，为更准确地预测岩爆倾向性，提出综合运用粗糙集理论中的代数观和信息观，确定属性最优权重，并修正岩爆倾向性与评价指标之间的关系，建立岩爆等级理想点矩阵。根据岩爆发生条件，选取岩石脆性指数、切应力指标和弹性应变能指数3项指标作为岩爆判别指标，以国内外20组典型岩爆数据为样本，建立改进的粗糙集—理想点法（RS-TOPSIS）岩爆倾向性预测模型，并应用该模型对玲珑金矿等工程实际进行了岩爆倾向性预测。结果表明：改进后样本预测精度相比于改进前有了显著提高，所建立的模型对实际工程的岩爆倾向性预测效果良好，预测结果更准确。     

红砂岩单轴压缩试验的率效应研究

利用MTS 322试验机对均质红砂岩进行了低加载（应变）率范围内不同量级的单轴压缩试验，考察了加载率对压缩强度、切线弹模和破坏应变的率效应影响规律。试验过程中采用位移控制加载，对应的加载量级分别为0.12，1.2，12，120 mm/min。研究结果表明：位移控制加载率与试样实际加载率、应变率之间均存在良好的线性关系。不同加载速率下岩石材料的单轴压缩强度、切线弹模随着加载率的增加呈现增加趋势，单轴压缩强度增加了11%，切线弹模增加了13%，率效应显著。通过试验数据发现，破坏应变与应变率（加载率）之间无相关性，不具有率效应规律，故强度准则应该是应力准则而不是应变准则。     

不同受力维度下红砂岩失稳评判指标研究

为了研究不同受力维度下岩石峰值应力、峰值应变与失稳的关系，分别对红砂岩进行一维、二维、三维受力条件下的单轴抗压试验、变角板剪切试验和直接剪切试验以及三轴压缩试验。试验结果显示：单轴压缩试验中，峰值应力和峰值应变变异系数分别为6.61%和9.36%；变角板剪切试验中，峰值应力和峰值应变平均变异系数分别为5.69%和19.81%；直接剪切试验中，峰值应力和峰值应变平均变异系数分别为4.32%和14.74%；三轴压缩试验中，峰值应力和峰值应变平均变异系数分别为6.03%和7.44%。上述研究表明：当红砂岩处于一维和三维受力状态时，峰值应力和峰值应变均可以作为评判红砂岩是否失稳的指标，但峰值应力比峰值应变作为评判指标的可靠性更高；当红砂岩处于二维受力状态时，只有峰值应力能作为评判红砂岩是否失稳的指标。上述研究规律不仅对评判室内试验中岩石是否失稳具有重要意义，而且对评判岩土工程中岩石是否处于安全状态提供理论依据。     

破损铝电解槽阴极钢棒的冲击回波法检测

电解槽的寿命及修复关系着整个电解铝行业的经济效益,是不容忽视的技术问题。为能对破损电解槽进行及时修复从而延长电解槽寿命,提出应用冲击回波法对电解槽破损状况进行评估。首先利用数值模拟方法探讨了冲击回波激振源特性对应力波脉冲宽度及应力峰值的影响,得出激振源直径D与脉冲宽度tc呈线性相关：tc=0.004D,且与应力峰值(P)呈指数相关P=2e~8D^{1.928 8},而冲击速度v不改变脉冲宽度tc,但与应力峰值P呈线性相关：P=0.0751v-0.068 6。进而基于数值分析结果,运用冲击回波法检测破损电解槽中的阴极钢棒,通过对检测结果的时频域分析,得出了阴极钢棒的破损状况及位置,并与刨槽后真实的阴极钢棒对比。结果表明：冲击回波法能很好地实现电解槽破损部位的定位,可为电解槽寿命评估与修复提供参考。     

小样本岩土参数概率分布的正交多项式推断方法

实际工程中的岩土参数往往是小样本情况,利用经典概率分布(如正态分布、对数正态分布、贝塔分布、威布尔分布等)推断其最优概率类型时,存在样本分布区间不匹配、限定范围选择和单峰值概率分布函数无法反映参数随机波动性等三个未解决的基本问题。为此,选取了五种不同取值区间,利用10组小样本岩土参数的实测样本,以勒让德多项式和第二类切比雪夫多项式对岩土参数的概率分布函数进行推断,利用K-S检验法对所得的概率分布函数进行检验。通过区间取值匹配、拟合检验值和累积概率值的比较,提出了以3?原则为基础,同时考虑偏度进行调整的积分区间确定标准。研究结果表明:以有限比较法原理确定最优概率分布的阶数,所得最优概率分布能够反映小样本数据的随机波动;而且正交多项式推断方法所得概率分布函数的检验值均小于传统分布的检验值,说明所得分布更加符合岩土参数的实际情况。     

基于波速测量的岩石储能量化表征方法研究

为了定量化表征岩石储能，选择3类典型岩石（强度较低的红砂岩、中等强度的大理岩和坚硬的花岗岩），在弹性区间内对其压缩载荷（或应力）与纵波波速之间的随动关系进行测试研究，并根据其应力—应变特征曲线，计算出应力与存储能量之间的定量关系，建立以应力为桥梁的“波速—应力—储能”的定量化表征方法。结果表明：在3种典型岩石弹性阶段内，其纵波波速与压缩应力均呈现出明显的线性关系；压缩应力与岩石储能之间基本符合复合幂指数关系；根据卸载波速—应力、应力—弹性储能所建立的模型，可以得到卸载波速与弹性储能之间的对应函数关系，实现了用波速定量化表征岩石储能的目的，即获得了一种较为可行的用波速定量化表征岩石储能的测试技术方法。测试结果还表明：硬岩比软岩更适合采用此方法来定量化表征存储的能量，其精度和准确度更高。     

毫秒微差爆破技术在深部缓倾斜薄矿体安全强采中的应用研究

针对深部缓倾斜薄矿体开采生产能力小、效率低、安全性差、技术难度大等难题,依据毫秒微差爆破机理,利用非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA对连续段毫秒微差爆破、跳段毫秒微差爆破和瞬间爆破方式进行了数值模拟对比分析,提出了一种适用于深部缓倾斜薄矿体的安全强采技术——浅孔多段毫秒微差爆破技术。通过对几种爆破方式在爆破岩块碰撞和爆破震动等方面的比较分析,优选出跳段毫秒微差爆破方法并应用到湘西金矿深部采场开采中。现场工业试验结果表明,新方法比传统方法在生产能力、生产效率、炸药单耗、回采周期、矿石块度、安全性等方面具有明显的技术经济优势,具有良好的推广应用价值。     

岩石压缩特性的率效应与动态增强因子统一模型

为了研究岩石材料在"静态-准静态-动态"范围内压缩特性的率效应,同时也为了克服现有静态和动态加载方法中试样尺寸存在差异的不足,在综合分析静力试验消除端部效应和动力试验试样受力平衡的基础上,统一采用φ25 mm×50 mm的圆柱形细花岗岩试样,分别利用INSTRON液压伺服试验机和SHPB冲击试验机,进行"静态-准静态-动态"范围内的压缩试验,获得压缩强度、峰值应变和切线模量随加载率(应变率)增加的变化规律。利用获得的实验数据也研究了应变率与加载率之间的关系,结果表明两者(分别取对数)之间存在很好的线性函数关系。为了描述岩石材料从低到高加载率(应变率)范围内的率效应,提出一种基于率效应的动态增强因子统一模型,之后分别以应变率和加载率作为基本参数,考察该模型对压缩强度、切线模量和峰值应变的适用性。研究结果表明,基于加载率效应的动态增强因子模型可以很好地描述压缩强度和切线模量的率效应规律。     

金刚石–SiC/Al复合材料的构型设计与导热性能

以SiC和镀钨金刚石增强体为原料制备预制体,通过气压浸渗技术在800 ℃,5 MPa条件下制备金刚石–SiC/Al复合材料。利用扫描电镜、红外热成像仪、激光导热仪等对复合材料性能进行分析,研究SiC和金刚石的含量与粒径比对复合材料构型的影响,从而优化复合材料导热性能。结果表明:在相同的SiC粒径下,金刚石体积分数的增加将使复合材料的导热性能明显提升。当金刚石体积分数为30%时,含F100 SiC的复合材料导热性能最佳,其热导率为344 W/(m?K)。当金刚石体积分数相同,粒径比从0.07增大到0.65时,复合材料导热性能依次提升;且在金刚石体积分数为15%时,复合材料的热导率增幅最大,从174 W/(m?K)增大到274 W/(m?K),增长了57%。通过改善金刚石–SiC/Al复合材料中增强体的含量和粒径比可以调控复合材料构型,充分发挥复合材料的导热潜力。