孙浩
- 作品数：43 被引量：251H指数：10
- 供职机构：北京科技大学土木与环境工程学院金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中央高校基本科研业务费专项资金中国博士后科学基金更多>>
- 相关领域：建筑科学矿业工程天文地球理学更多>>
- 卸荷条件下花岗岩力学特性分析被引量：5
- 2019年
- 岩体工程中的开挖会不可避免地与岩体卸荷相关联。以花岗岩为试验材料,通过室内试验研究线性卸荷条件下花岗岩的破裂特征,其表现为径向快速扩容及塑性特征的增强。在室内试验的基础上,基于PFC(particle flow code)颗粒流程序,采用平节理模型FJM(flat joint model)模拟花岗岩卸荷条件下的力学特性。鉴于实际工程中岩体的开挖大部分为非线性卸荷,文中运用一种新的'应力/时步'卸荷方式,能够方便地完成非线性卸荷的模拟。数值模拟结果表明,在加轴压卸围压的条件下花岗岩试样损伤严重,承载能力急剧下降,无残余强度,随着初始围压的增加,破坏形式由劈裂过渡为剪切破坏,卸荷速度越快,裂纹扩展越慢。研究结果可为岩石卸荷条件下的力学行为分析以及实际工程提供借鉴。
- 金爱兵刘佳伟赵怡晴赵怡晴孙浩魏余栋
- 关键词：花岗岩卸荷岩体力学特性数值模拟
- 不同冷却条件对高温砂岩物理力学性质的影响被引量：16
- 2020年
- 岩石工程可能会经受高温环境。岩石高温后冷却方式的不同往往会导致岩石物理力学性质产生重大变化,这对岩石工程的稳定性、渗透性等都会产生重要影响。采用核磁共振(MRI)、电镜扫描(SEM)和单轴压缩试验对100、300、500、600、800℃5种不同温度砂岩经两种不同冷却方式(自然冷却和水中冷却)后的孔隙率、孔径分布、峰值强度、峰值应变、应力-应变关系以及微观结构变化等进行研究。试验结果表明:自然冷却时,高温砂岩强度并非随温度升高而持续降低,而水冷却会导致砂岩强度持续降低,且降低幅度远超自然冷却;500℃可以看作不同冷却方式对砂岩孔隙率影响的临界值,超过500℃,水冷却方式会导致孔隙率急剧增长,大孔径(Ф>10μm)孔隙所占比例也高于自然冷却,因此,高温砂岩工程采用水冷却方式(如隧道着火后用水灭火)要充分考虑由此可能带来渗透危害;SEM测试表明,当温度T>500℃时,水冷却对裂纹的增宽和扩展产生促进作用;当温度达到800℃时,水冷却砂岩孔洞变大,裂隙更加发育,并贯通连成网络,这会导致透水性大幅提高,同时,这也是该温度水冷却导致强度急剧降低的原因之一。
- 金爱兵王树亮魏余栋孙浩孙浩
- 关键词：砂岩孔隙核磁共振电镜扫描
- 基于DIC技术的3D打印节理试件破裂机制研究被引量：18
- 2020年
- 为了准确表征不同角度预制节理岩石在单轴压缩下的变形破坏模式,基于3D打印技术制作了节理模型用于模拟岩体中的结构面,通过水泥砂浆的浇筑得到含不同角度预制节理的岩石试件并进行单轴压缩试验,同时采用数字图像相关技术(DIC)观测、分析试验过程中试件裂纹产生、扩展以及贯通过程。结果表明:随着预制节理从0°增加到90°,试件强度与峰值应变均呈现先降低后升高的变化趋势,0°和45°试件弹性模量相对于完整试件有所降低。基于DIC检测结果,0°、30°、45°及60°试件裂纹皆从预制节理尖端部位起裂,各角度试件的起裂应力与试件强度变化规律一致。各角度试样起裂时在剪应力控制下以剪切翼型裂纹形式起裂,0°与45°试件裂纹在扩展过程由剪切发展为张拉型裂纹,30°和60°试件以剪切裂纹形式贯穿始终,90°试件从底部起裂并最终表现为张拉破坏。研究还发现,下翼起裂角θ2和上翼起裂角θ1之间存在明显的线性正相关关系,关系式为θ2=0.828 6θ1+12.185,且起裂应力大小变化与峰值应力变化一致,皆随节理角度的增加先减小后增大。
- 金爱兵王树亮王本鑫孙浩孙浩
- 关键词：3D打印单轴压缩
- 基于不均匀块度分布的崩落矿岩流动特性被引量：1
- 2022年
- 为揭示不均匀块度分布条件下的崩落矿岩运移演化机理,开展矿岩散体流动特性物理与数值试验研究。从放出体形态变化规律和矿岩散体空隙率、平均配位数及其概率分布等方面对不同块度级配和堆积体系下的崩落矿岩流动特性进行了量化研究。结果表明:在所研究的不同散体块度级配取值范围内,散体平均粒径越大,则放出体最大宽度越大;矿岩散体堆积体系的空隙率随高度的增大而增大,颗粒平均配位数均随高度的增大而减小。颗粒平均配位数的概率分布符合高斯分布,峰值范围内的颗粒平均配位数约为7-11;随着散体堆积状态由自然堆积向密实堆积转变,散体堆积体系结构的各向异性程度变大,放矿所得放出体形态由倒置水滴形转变为正置水滴形,放出体最大宽度变小。研究结果可为建立基于矿岩颗粒体系结构特征的统一放出体形态表征模型提供有力支撑。
- 孙浩朱东风金爱兵金爱兵
- 关键词：放矿崩落矿岩流动特性
- 等效晶质模型及岩石力学特征细观研究被引量：20
- 2015年
- 基于颗粒流理论与颗粒流程序,采用颗粒体模型与光滑节理模型,构建具有岩石矿物细观结构特征的等效晶质模型。通过室内试验与计算结果的对比分析,验证等效晶质模型在岩石力学特征研究中的适宜性与可靠性;同时,从细观角度深入揭示岩石在加载条件下的破裂机制与强度特性。主要研究结果如下:(1)在单轴拉伸条件下,岩石近似与加载轴向相垂直的宏观断裂面,主要由相邻晶质体边界上的黏结张拉破坏构成;(2)在单轴压缩或低围压三轴压缩条件下,岩石近似与加载轴向相平行的宏观断裂面,主要以相邻晶质体边界上黏结张拉破坏为主,导致岩石产生宏观劈裂破坏;(3)在高围压三轴压缩条件下,与加载轴向呈一定夹角贯通岩石内部的宏观断裂面,主要以晶质体内张拉破坏以及相邻晶质体边界上黏结张拉、剪切破坏构成,导致岩石产生宏观剪切破坏;(4)对于类似于花岗岩的硬脆性岩石而言,采用等效晶质模型可再现岩石较低的单轴抗拉与单轴抗压强度比值,且其强度特性采用Hoek-Brown强度准则描述更为合理。
- 周喻高永涛吴顺川严琼孙浩
- 关键词：岩石力学颗粒流理论颗粒流程序力学特征
- 基于AttentionR2U-net的岩石(体)关键节理智能识别与参数提取
- 2024年
- 针对岩石(体)表面复杂节理网中关键节理的智能识别与参数提取问题,提出一种基于AttentionR2U-net网络与节理几何特征模型耦合识别的方法.在R2U-net网络的基础上引入注意门(attentiongate)改进网络,通过定性与定量的方法对边坡节理图像和混凝土、龟裂土、常见脆性岩石裂隙图像的识别结果分别作准确性及泛化能力检验;利用AttentionR2U-net网络耦合节理几何特征的方法识别关键节理,提取原始节理和关键节理的几何参数并对其迹长、面积及倾角作差异性分析.研究结果表明:针对岩石(体)节理识别,本文算法的Dice相似系数从U-net网络的0.965提升至0.990,且明显优于传统算法,故本文算法在岩石(体)节理识别上具有更强的可靠性与优越性;针对混凝土、龟裂土和大理岩、花岗岩、砂岩等脆性岩石裂隙的识别,本文算法的Dice相似系数均在0.953以上,故本文算法具有较强的泛化能力.与原始节理网络相比,关键节理网络优势迹长由0.732m显著增大至1.835m,节理倾角分布形式和优势倾角组均不变,优势迹长和倾角的节理占比均显著增大.
- 孙浩代宗晟金爱兵金爱兵
- 基于DIC的含3D打印起伏节理试样破裂特性及损伤本构被引量：2
- 2022年
- 受地质构造的影响,岩体工程中经常赋存起伏结构面(如扭转皱褶),由于形态复杂,目前起伏节理岩体的破裂及损伤本构研究仍不充分.采用3D打印技术制作不同倾角的起伏节理模型,通过单轴压缩试验和数字图像相关技术(DIC)对起伏节理试样的力学及破裂特性进行研究,并基于断裂力学原理,首次提出采用DIC位移场求解节理尖端应力强度因子(SIF:一型SIF,K_(Ⅰ);二型SIF,K_(Ⅱ))进而探究损伤本构特性的思路.结果表明:通过分析最小强度确定了起伏节理对试样的损伤上限为46.6%,起伏节理试样单轴强度对倾角的敏感性大于平直节理试样;起裂发生在峰值应力附近,破裂过程可分为破裂路径上微裂隙的产生和同步贯通,破裂模式表现为多条裂隙张剪组合模式;峰前SIF随荷载增加而增加,峰后同一荷载下KII>KI,节理左右两端均匀以剪切裂隙形式扩展;起伏节理对试样的损伤与倾角呈正弦关系,节理和荷载对试样的总损伤与应变均大致呈“S”型曲线.
- 王本鑫金爱兵赵怡晴孙浩孙浩
- 关键词：应力强度因子损伤本构
- 基于无人机摄影测量的露天矿边坡数值模拟被引量：28
- 2021年
- 数值模拟是露天矿山边坡稳定性分析的常用方法,边坡模型构建是数值模拟的基础,地形测量的准确性对于边坡稳定性分析精度具有十分重要的影响。近年来,低空低速小型无人机(UAV)被广泛应用于地质调查中,为复杂条件下地形快速测量提供了一种可行的方法。针对露天矿山边坡坡形更新快、地形复杂、人工测量困难的情况,采用搭载单镜头小型无人机,对露天矿山边坡进行低空摄影测量,并通过飞行试验,对比研究了无人机搭载镜头旋转角度对边坡测量精度的影响,最终得到高精度边坡数字高程模型(DEM),并通过Surfer、Rhino等软件转化为三维FLAC模型,实现从无人机测量到三维数值模型的快速建立。得到以下可供参考的研究结论:在目标边坡坡度小于45°时,无人机搭载镜头旋转角度不同对边坡测量精度有较大影响,当镜头旋转角度介于70°~90°时,获得的测量精度较高;与人工测量相比,无人机摄影测量获得的边坡坡形更符合真实边坡实际坡型;无人机航拍照片经过PhotoScan、Surfer、Rhino等软件的转化,能够快速建立三维数值模型,并获得更好的数值模拟计算结果,满足边坡稳定性分析需要。
- 金爱兵陈帅军赵安宇孙浩张玉帅
- 关键词：无人机摄影测量矿山边坡数值模拟
- 基于Voronoi块体模型的砂岩力学特性研究
- 2021年
- PFC软件中球形颗粒和平行黏结接触模型(PBM)被广泛应用于岩石力学特性模拟研究.然而,球形颗粒和PBM存在两个明显缺陷:球形颗粒与岩石材料的晶粒形状相差较大;无侧限抗压强度与抗拉强度之比(压拉比)偏低.基于此,以山西吕梁地区典型砂岩为例,通过Voronoi剖分建立刚性块体数值试样,并使用软化黏结接触模型(SBM)对砂岩试样进行模拟分析.研究结果表明,基于刚性块体和SBM的数值模拟相较于传统基于球形颗粒和PBM的数值模拟而言,主要具有3个优点:与球形颗粒试样相比,刚性块体间自锁效应增大,刚性块体模型间的配位数明显提高,更能模拟真实砂岩的晶粒形状和晶粒间力学行为;软化黏结模型能模拟出砂岩更大的压拉比,更能真实表征砂岩在多应力路径下的力学特性;采用基于刚性块体和SBM的数值模型能够真实反映砂岩典型的剪切破坏模式.
- 孙浩陈帅军金爱兵金爱兵
- 关键词：砂岩
- 不同加载速率下的矿岩劈裂破坏特性试验研究被引量：1
- 2023年
- 为研究不同加载速率对矿岩劈裂破坏特性的影响,基于数字图像相关(DIC)技术开展矿岩巴西劈裂试验,从抗拉强度、能量演化和水平应变分布等方面分析铁矿石及其围岩在不同加载速率下的劈裂破坏特性。研究结果表明:1)矿岩抗拉强度均随加载速率的增加而增大,其中,围岩抗拉强度随加载速率增大而呈线性增大,而铁矿石抗拉强度先急剧增加后缓慢增加,与加载速率呈幂函数关系。2)随着加载速率增加,矿岩内部总能量和弹性应变能均增大,耗散能则呈下降趋势。加载速率增大后的铁矿石弹性能相比于围岩提升25.78%,岩爆危险性高,合理减缓开采进度可确保矿产开采安全。3)铁矿石和围岩的水平应变随加载速率变化的规律相似,即当加载速率为0.02 kN/s时,铁矿石和围岩应变带从中部向两端延伸,而在高加载速率下,铁矿石和围岩的应变带由两端向圆盘中部汇合;4)不同加载速率变化对矿岩破裂结果的影响不同,当加载速率较低时(0.02 kN/s),矿岩表面水平应变均呈现正态分布,而当加载速率增加后,矿岩端部水平应变突出,且铁矿石相比于围岩更早产生由加载速率变化引起的端部应变集中倾向。
- 金爱兵朱东风孙浩陈帅军姚宝顺
- 关键词：矿岩加载速率抗拉强度
