岩石损伤统计本构模型及其参数确定的研究

利用连续损伤理论和统计强度理论,建立了完整模拟岩石破裂全过程的损伤统计本构模型。在所建立的损伤统计本构模型的基本方程中,引入岩石应力应变全过程曲线特征参量,并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件,解决了传统方法求解本构方程中参数的难点,同时提高了精度。基于取自某边坡工程的砂岩所进行的三轴压缩试验实测结果,对所建立的岩石损伤统计本构模型进行了验证,验证了所建的模型是合理的。     

隧道围岩分类模糊评判改进模型及应用

围岩分类对于隧道设计和施工起着决定性的作用。提出的围岩分类改进模型，应用模糊理论使评价指标定量化，且在确定评价因子权重时采用了带信任度的德尔斐法，有效地降低了个人主观判断给其带来的偏差。     

单轴压缩下煤岩损伤研究

根据前人对煤岩的实验研究,采用岩石强度随机统计分布假设,建立了能够较好的反映煤岩单轴压缩状态下的初始压密段和残余强度的分段损伤本构方程,并且给出了其中参数的确定办法。利用刚性实验机进行了煤岩单轴压缩实验,对应力-应变曲线与损伤的关系进行了分析。利用实用复合形法对所提的损伤本构方程进行了参数求取。拟合结果表明理论和实验结果符合较好。     

冲击破坏条件下煤的强度型统计损伤本构模型与分析

为研究冲击作用下煤体破坏特征,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统对取自苇町矿的煤样进行了不同冲击载荷条件下的动态冲击试验,分析了煤在冲击载荷条件下的动态力学特性。试验结果表明煤是一种典型的率相关材料,弹性模量和抗压强度均随应变率的增大而增大。根据岩石力学的强度理论和统计损伤理论,建立了煤的强度型统计损伤本构模型,给出了模型参数的确定方法,验证了模型的正确性。对比分析了元件型统计损伤本构模型和强度型统计损伤本构模型的优劣,分析确定了强度型统计损伤本构模型的准确性与合理性。研究结果表明:强度型统计损伤本构模型结构简单,引入参数少,物理意义清晰,能够有效地描述煤体冲击破坏过程中的动态力学性质;相较于元件型统计损伤本构模型,利用强度型统计损伤本构模型拟合的相关性系数更高,与试验结果保持了很好的一致性,具有更好的普适性。     

鱼雷罐砖衬上工作层热应力研究

为了研究热冲击对鱼雷罐砖衬工作层的破坏作用 ,使用有限元法分别计算了在鱼雷罐受铁和倒铁过程中的单砖热应力和工作层整体热应力分布。根据计算结果推测出的应力危险区域与实际破损形貌对比 ,两者基本吻合。在温度场与热应力场分析的基础上 ,探讨了既可减小铁水温降又可降低热冲击应力的措施     

基于汽车故障统计分析的备件需求预测

运用SPSS软件对某型汽车故障的实际数据进行处理和统计分析,研究了汽车故障发生的规律以及与备件的关系,认为可用4种典型模型对汽车的故障分布进行描述。在确定故障分布类型及参数的基础上,结合整车保有量的历史数据,建立了备件需求预测模型。实例验证了这种方法的准确性高于传统方法,并且在计算机的辅助下可以方便操作。     

基于实测的采场回采质量综合评价方法及应用

针对传统采场回采质量评价中存在如何准确获取相关的技术经济指标和建立合适的数学评价模型困难的现实,提出了基于采场实测的模糊数学综合评价方法。运用CMS三维探测成果准确计算获得采场回采过程中的贫化、损失等技术参数,并结合矿山信息系统提供的回采经济指标,构建起了评价指标体系;对各指标进行归一化处理和确定权重值,运用拓展最小二乘方最优准则和模糊数学理论建立起了采场回采质量评价模型。实际应用表明,获取的评价指标参数能准确反映采场回采的实际情况,所建立的评价模型能较有效地实现对采场回采质量的定量化评价,从而为回采质量管理提供了一种新的方法。     

防爆胶轮车发动机动力性研究及试验

针对现有矿用防爆胶轮车在巷道内运行过程中存在动力不足和燃油不充分问题，提出利用动力学理论模型和试验相结合的方法，分析最佳动力性、油耗及其能效。首先根据实际工况进行了发动机的选型，再利用MATLAB软件中的线性回归法得出最理想的四阶拟合曲线方程，建立了发动机的数学模型。基于该模型搭建了防爆胶轮车动力系统模型并对爬坡度、加速度和经济性进行了分析。最后进行了动力性试验，将试验得出的万有特性曲线与仿真对比研究。试验结果表明：该型号发动机转速1800r/min时为最佳经济性及动力性区域，最低油耗为222g/kW·h，由此建立的发动机数学模型及胶轮车动力系统模型是准确的，为后续的发动机研究和整车动力匹配奠定了基础。     

高应力区岩石统计损伤本构模型及能量耗散研究

为了反映高应力区岩石变形破坏全过程,通过引入双参数抛物线型Mohr强度准则,建立适用于高应力区岩体的微元强度度量方式,并假定由该度量方式得到的微元强度服从幂函数概率密度分布,结合连续损伤理论,考虑损伤变量修正,建立一个新的适用于高应力区岩体的统计损伤本构模型。以高应力区英安岩为验证对象,进行常规三轴压缩试验,依据岩石应力-应变曲线特征,给出模型参数确定方法。引用基于线性Mohr强度准则而建适用于浅部低应力水平岩石的相关统计损伤模型,利用该模型和本文所建模型对英安岩试验数据进行验证,对比试验曲线和理论曲线,证明本文所建模型的可行性。分析高应力区岩石的损伤累积和能量耗散,从能量的角度证明损伤修正系数的正确性,分析岩石变形破坏过程中的能量变化规律,体现本文所建模型的合理性。     

矿井环境中混凝土材料腐蚀损伤演化与机理分析

通过试验模拟地下复杂环境中混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环耦合作用下混凝土受力特点和损伤演化,测试和分析了不同腐蚀时期混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、质量和超声波速的变化及加载受荷过程中应力应变曲线变化,运用损伤力学,对腐蚀损伤进行多指标全面评价。分析受荷过程中腐蚀损伤对混凝土应力-应变关系的影响。结合腐蚀时间和应变对混凝土损伤扩展的影响,建立受蚀混凝土的受荷损伤模型。采用环境扫描电镜（ESEM）和X射线衍射（XRD）分析受蚀混凝土的微观结构演化。试验结果表明：① 混凝土受到硫酸盐侵蚀和干湿循环耦合作用,抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的经时变化规律大致相同,均呈现先增大后减小,其中劈拉强度和抗折强度对侵蚀引起的损伤更加敏感,劣化更加明显。通过数据回归得到以各性能指标为损伤变量的混凝土腐蚀损伤演化方程,得到不同损伤因子之间的线性函数关系;② 随着腐蚀环境的长期作用,腐蚀损伤混凝土试件峰值应力减小,峰值应变增加,弹性模量和峰值变形模量均有所降低。通过数学模型将腐蚀损伤和受荷损伤统一起来,表征混凝土受到的环境腐蚀、荷载及损伤之间的作用关系;③ 腐蚀产物钙矾石和石膏的膨胀作用和硫酸钠的结晶压在试件内部形成微破裂,随着腐蚀的加剧,微破裂逐渐增多和扩展。     

基于模糊综合模型的尾矿库水工结构采动影响评价

为定量分析尾矿库水工结构设施受采动的影响和损害,针对水工构筑物的岩体地基的力学问题,即坝基岩体承载稳定性评价的重要力学计算点进行了探究。在对尾矿库水工结构设施进行论述后,对坝基岩体承载稳定性进行了公式推导计算及力学分析,分析了尾矿库坝基滑移而造成失稳的3种形式;并对尾矿坝体的深层滑动滑面倾向上游和滑面倾向下游的情况进行了受力分析和力学公式推论。此外,以尾矿库损害造成的各类影响结果为基础,建立了模糊综合评价模型,提出相应的建议和合理措施。结果表明,模糊综合模型对于尾矿库水工结构设施采动影响评价及损害防护探究是合理的,同时也为某尾矿库水工结构设施采动影响评价及损害的治理方案和策略制定提供了可靠的定量分析依据。     

论煤矿区生态环境的自修复、自然修复和人工修复

煤炭开采不可避免导致矿区生态环境的破坏,过去大多数研究和实践都是侧重人工修复,如何区分和合理选择及应用自修复、自然修复和人工修复,对经济合理地修复矿区环境具有重要意义。在阐述矿区生态修复概念的基础上,分别对人工修复、自然修复和自修复及其相互关系进行了讨论和分析,提出成本效益型矿区生态环境修复战略。研究表明:对矿区损毁的生态环境通过人工或自然的力量恢复的过程分别称之为人工和自然修复;生态系统的自修复、自我修复都是依靠自然界自身的力量,统称为自然修复。矿区生态环境的自修复是指采矿驱动力在对地表生态环境造成损毁的过程中,又自动修复部分生态损毁的现象和过程。基于开采沉陷学原理,揭示了煤矿区自修复的机理。矿区生态修复应该首先根据损毁的自然条件,分析是否存在自修复和自然修复的可能性并尽可能发挥自修复和自然修复的作用以节约修复成本;科学划分自修复、自然修复和人工修复的区域并采用相应的修复对策;对生态脆弱区尤其要重视自修复和自然修复,尽量减少人工修复,最终实现生态系统的自然演替和平衡。     

煤炭企业的安全经济效益分析

结合煤炭企业实际,以安全减损效益为主对煤矿安全投入的经济效益进行了定性分析,构造了煤矿安全投入效益的数学函数并对其性质作了分析,描绘出了煤矿安全投入效益的理论变化曲线.以河南省煤炭企业为例,选取了吨煤安全投入、事故发生起数和死亡人数等安全指标,运用相关性分析、回归性分析等方法对煤矿安全投入与经济效益的关系作了定量分析.分析表明,煤矿安全投入存在着“最佳安全投入”范围,在该范围内安全投入经济效益是非常明显的.     

基于损伤统计本构模型的煤层冲击倾向性研究

针对目前国内煤层冲击倾向性指标存在的问题,基于煤岩应变强度理论、煤岩微元强度服从Weibull随机统计分布的假设和连续介质损伤力学理论,采用单轴压缩下煤岩损伤统计本构模型,用最优化方法确定该模型的关键参数,同时分析了各参数的物理意义,进而给出了冲击能指数和弹性能指数的理论计算方法,并提出了最大损伤速率和反应动态破坏时间的动态损伤应变新指标。数值试验和现场试验结果表明：采用最优化方法确定该模型参数能更好地拟合煤岩应力-应变全过程曲线;修正后与新提出的冲击倾向性指标理论计算方法合理可行,物理意义明确,能很好地反映煤层的冲击倾向性,为深入研究煤层冲击倾向性的本质提供了一种新的思路。     

基于生态足迹修正模型的矿业城市生态承载力研究

为进一步改善生态足迹模型,提高模型评价的精确性,对生产可能性曲线进行了分析.分析表明,经济发展和科技进步对生态承载力具有促进作用,从而改善了区域生态赤字.引入社会经济系统指数改进生态足迹模型,并以抚顺市为例进行验证,通过验证修正模型精确度提高了7.3%.研究结果表明：基于改进后的生态足迹模型,1985-2005年抚顺市人均生态承载力增长缓慢;人均生态足迹增长快速,从2.29 hm²增至4.33 hm²,增长了89.08%,其中1995-2000年人均生态足迹增长率最大,达到年均10.47%;人均生态赤字逐年加剧,2005年达到-3.35 hm²;人均生态足迹构成以化石能源用地、草地、耕地为主,2005年化石能源用地比重达到79.04%;万元GDP所消耗的生态足迹从12.57 hm²下降为2.49 hm².     

采空区矿柱——顶板体系灾变的流变力学分析

为研究采空区顶板—矿柱体系的稳定性,并确定其稳定时间,采用Hooke-Kelvin-kelvin模型,运用薄板理论和流变力学理论,建立了采空区顶板—矿柱体系的流变力学模型。以此模型为基础,推导出了采空区顶板沉降的微分方程,并根据顶板边界的破坏条件,求解出了采空区顶板—矿柱体系的稳定时间,并将求解结果与现场实际监测数据进行对比分析,验证了该模型的合理性与可靠性。研究表明:矿柱的流变变形是采空区顶板—矿柱体系失稳的重要原因,该流变力学模型可运用于现场的采空区的稳定时间预测,也可用于指导采空区进行及时有效的支护、充填等工作。     

熵视角下的矿业城市生态可持续

矿业城市是生态可持续研究的典型区域,本文以典型矿业城市河北省武安市为例,对武安市2005~2013年的生态足迹进行测算,结合信息熵的研究理论,构建矿业城市生态系统可持续发展评价模型,研究结果显示:1武安市面临的生态赤字问题严重,人均生态赤字由2005年的8.713hm2/人增加至2009年的10.322hm2/人,而后逐渐减小,2013年为8.847hm2/人;2熵视角下的生态系统的健康性与活力性呈良性发展;3经济发展对生态环境的压力逐渐减小,经济生态成本降低,整体朝向可持续方向变化。该研究分析矿业城市发展与对自然生态的需求,可以为我国矿业城市土地利用变化机理研究和生态可持续性评价提供一定依据。     

基于无人机遥感的开采沉陷耕地质量评价及复垦建议

针对我国东部高潜水位矿区煤炭开采造成耕地减产绝收及生态破坏等问题,以东滩煤矿开采沉陷耕地玉米作物为例,利用无人机多光谱影像和田间同步实测数据,采用经验模型法建立了开采沉陷耕地玉米叶面积指数反演模型并进行了耕地质量评价。结果表明：引入红边波段的归一化植被指数（red-red edge normalized difference vegetation index,RRENDVI）构建的幂函数模型为最优模型,其R2=0.756,RMSE=1.125,模型具有较高的精度和可靠性。通过该模型对研究区玉米叶面积指数（leaf area index,LAI）进行反演,得到玉米LAI分布图。根据研究区玉米及当地正常生长玉米的LAI均值,并结合实际沉陷积水情况,构建了沉陷耕地质量评价规则,将开采沉陷耕地分为五等,根据各等级地块损毁程度分别提出了划方平整、挖深垫浅等复垦建议。分析结果对于小范围沉陷耕地损毁监测、耕地质量评价及复垦工作具有一定的参考价值。     

损伤岩体破碎块度分布的预测

就损伤岩体爆破破碎规律和块度分布预测的几个问题进行了分析研究。基于概率论推导出爆破块度分布分形维数的计算模型。并得了了与以往不同的一个结论为爆破块度分布的预测提供了理论上的依据。     

深部砂岩力学特性试验与本构模型

为深入探究岩石强度劣化特性对深部开采工程稳定性的不利影响。以红庆梁深立井工程为背景,对现场砂岩岩样开展不同围压条件下三轴压缩试验,结合Mohr-Coulomb强度理论研究了砂岩应力-应变、强度与变形等特征;基于岩石损伤变量服从Weibull分布的特点,推导出砂岩损伤软化本构模型,探讨了模型参数F_0和m与围压的函数关系,结合模型参数对模型的影响及砂岩应力-应变曲线变化特点,采用非线性拟合方法对模型参数进行修正,最后得到修正的损伤软化本构模型;利用FLAC~(3D)对修正后的本构模型数值求解,将理论计算结果与砂岩全应力-应变曲线对比验证;通过构建马头门硐室围岩数值模型对修正后本构模型进行工程应用,并分析了数值计算结果的合理性。结果表明:①砂岩变形参数对围压敏感度较低,强度参数受围压影响较大,不同围压条件下,当应力达到峰值后,砂岩呈现出明显的应变软化特性;②通过FLAC~(3D)数值验证结果可知,损伤软化模型理论计算应力-应变曲线与试验曲线高度吻合,说明模型具有较高的真实性,能反映砂岩在复杂应力状态下的破坏全过程;③利用数值模拟方法对深部马头门硐室围岩与支护结构破坏规律分析表明,在拱顶及拱肩位置较易出现塑性剪切破坏,并且与实际工程中支护结构破坏位置及范围基本相同。