蔡鑫
- 作品数：14 被引量：86H指数：6
- 供职机构：中南大学资源与安全工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划湖南省自然科学基金更多>>
- 相关领域：建筑科学矿业工程理学机械工程更多>>
- 基于矿柱失稳风险分析的采空区关键矿柱重定义与辨识
- 2024年
- 采空区大规模坍塌是地下矿山典型灾害之一,采空区内关键矿柱失稳是其发生的重要诱因。为精准辨识采空区内的关键矿柱,基于采空区矿柱群连锁失稳机制与风险理论,完善采空区关键矿柱基本概念,并创新提出一种基于矿柱失稳风险分析的关键矿柱识别方法,主要包含以下步骤:(1)通过现场调研或经验估计,获得采空区矿柱强度分布特征,进而构建采空区矿柱强度概率密度函数;(2)引入应力扩散最大距离公式,计算各矿柱承载应力,从而获得各矿柱的失稳概率;(3)假定任意矿柱率先失稳,通过矿柱应力动态更新迭代方法,计算单矿柱失稳诱发柱间应力传递与矿柱群系统失稳特征;(4)利用采空区矿柱群承载面积损失率指标定量表征单矿柱失稳致灾性(单矿柱失稳诱发采空区坍塌灾害的严重程度);(5)联合矿柱失稳概率及其致灾性,确定各矿柱失稳风险值,取失稳风险值最高矿柱为采空区关键矿柱。将提出方法应用于Fetr6矿区进行验证,结果表明,该方法所需参数较易获取,计算过程简单,物理意义明确,较传统安全系数法结果更科学、合理,有望在实际工程中取得广泛应用。
- 蔡鑫黄涯帅周子龙周子龙臧海智陈璐陈璐付俊王运敏
- 关键词：采矿工程采空区失稳概率
- 基于改进迭代求解的双孔洞围岩应力场解析研究
- 2023年
- 针对含双孔洞岩体应力迭代求解计算过程中多余面力的求解难题,提出新的理论解析方法。通过引入最优化技术,直接进行不同坐标系和平面中孔洞边界坐标点的变换,无需在求解过程中引入逆映射函数,避免了逆映射函数求解造成的误差。随后,以双拱形孔洞为例,对不同布局下的孔周应力场进行求解与分析,并利用数值模拟对理论求解结果进行验证。研究结果表明:采用所提出的方法可以精确获得双孔洞周边应力分布,显著降低求解难度;在单轴压缩条件下,孔洞体系的初始萌生裂纹为孔洞顶底板拉应力集中区域形成的拉伸裂纹,但最终破坏表现为双孔洞间的贯通破坏;不同连接角的双孔洞体系峰值应力与压应力集中系数呈线性相关关系,说明双孔洞岩石的破坏取决于孔洞边界的压应力集中程度。
- 蔡鑫陈立业周子龙谭力海阳俊
- 关键词：复变函数方法共形映射数值模拟
- 曲面层状介质考虑折射效应的声发射源定位（英文）被引量：6
- 2020年
- 为了解决现有声发射源定位算法对多层曲面介质定位结果不准确的问题,提出一种新的考虑折射的声发射源定位算法。利用复合形算法求解得到声发射源坐标,采用断铅试验验证新算法的准确性。新算法定位结果的绝对距离误差小于3 mm,比传统算法有较大的提高。运用数值试验进行定位精度影响因素分析。结果表明,新算法的声发射源定位精度不受层状介质波速比的影响,但测量波速的准确性对定位精度有影响。这些均说明新算法能够在两层曲面介质比如常规三轴压缩测试中得到准确的声发射源位置。
- 周子龙周静蔡鑫芮艺超陈连军王海泉
- 关键词：声发射
- 双矿柱体系变形破坏及承载特性的试验研究被引量：4
- 2017年
- 为揭示外部载荷作用下矿柱体系的力学响应特性,开展单矿柱及双矿柱试样组的压缩试验,监测并分析矿柱变形破坏过程中的荷载、变形及声发射信息。研究表明:单矿柱压缩过程中,随着裂纹演化,其承载能力逐渐弱化,当其不足以承担外部荷载时,试验机储存的弹性能将迅速释放并导致矿柱突然破坏;相同力学性能矿柱组压缩过程中,两矿柱基本能均匀承载,协调变形且几乎同时丧失承载能力;不同力学性能矿柱组压缩过程中,低强度矿柱先出现裂纹,承载能力缓慢下降,与此同时荷载向高强度矿柱转移,当高强度矿柱出现宏观滑移时,双矿柱试样组整体随之丧失承载能力;单个矿柱的承载能力、应力状态及外部荷载与能量环境均对双矿柱体系的整体稳定有着显著的影响;进行地下矿床开采时,在设计常规矿柱基础上预留高承载能力边界矿柱,将能有效预防矿柱群大规模突发性失稳灾害。
- 周子龙陈璐赵源董陇军杜雪明蔡鑫
- 关键词：采矿工程数字散斑极限承载
- 单轴载荷下不同含水率砂岩力学和红外辐射特征被引量：16
- 2018年
- 为揭示水对砂岩受力和红外辐射特性影响,开展不同含水率砂岩的单轴压缩试验,并进行红外辐射监测。研究结果表明:随着含水率增加,砂岩的单轴压缩强度、弹性模量逐渐降低,说明水对岩石的力学性质起到了一定的"软化"作用;含水率对砂岩红外辐射特性影响较大,砂岩含水率越高,其从初始时刻到最高应力时刻的升温幅度越大;含水率越高的砂岩试样表面平均红外辐射温度(AIRT)随时间变化的波动越小,温度随应力增加而增加的趋势越明显;含水岩石在临破裂前红外热像变化较平稳,没有温度异常,而对于干燥岩石,其临破裂前表面平均红外辐射温度突然增大,出现较明显的高温异常条带。
- 周子龙熊成蔡鑫赵源李夕兵杜坤
- 关键词：岩石力学红外辐射含水率
- 高应力隧道爆破研究现状与展望被引量：2
- 2023年
- 在山区开展路网建设时,常需以隧道的方式穿越不同海拔的高山或丘陵,以致掌子面围岩处于不同的地应力条件。目前,我国山地隧道的掘进仍以钻爆法为主,而深部高应力隧道爆破开挖时,往往存在破岩效果差、炮眼利用率低、超欠挖严重、围岩损伤大等问题,严重影响深部隧道的安全高效施工。本文首先介绍我国深埋高地应力隧道工程的分布及建设情况,分析隧道爆破破岩机理,并从裂纹扩展、卸载扰动、爆破损伤及爆破振动等方面,探讨高应力岩体的爆破响应特征。随后,从掏槽爆破、轮廓光面爆破及爆破振动控制3个方面归纳我国高应力隧道爆破技术发展现状。最后,从爆破力学基础理论、爆破参数的动态调整、钻爆智能一体化、地应力的调整与利用及爆破灾害的评估与防治技术5个角度对高应力隧道爆破技术的发展进行展望。
- 陈璐周子龙高山蔡鑫王少锋聂森林曹洪涛
- 关键词：高地应力隧道开挖爆破方法
- 双轴加卸载条件下含D型孔洞方块砂岩破坏特性
- 2023年
- 为了揭示深部岩体在复杂应力条件下的强度与破裂特性,构建含不同倾角的D型孔洞砂岩数值试样,并通过单轴压缩试验验证其可靠性;开展双轴加卸载条件下含D型孔洞砂岩破裂过程数值模拟研究,综合考察其力学参数特征以及裂纹扩展特性。研究结果表明:在单轴压缩下,试样峰值强度和弹性模量随孔洞倾角的增大先降低后升高然后再降低,试样最终出现由孔洞左右两侧2条裂纹不断延伸形成的斜向剪切破坏;对于同一倾角孔洞砂岩试样,试样的双轴压缩强度、双轴加卸载强度、单轴压缩强度依次递减;随孔洞倾角增大,试样双轴加卸载破坏时的侧向应力总体呈现下降趋势;D型孔洞倾角对试样的峰值强度影响较小,但对试样裂纹的起裂应力影响较明显;在双轴加卸载条件下,含D型孔洞砂岩的破坏形式较复杂多样,总体呈现出单向剪切、X形剪切和Y形剪切共3种剪切破坏模式。
- 皮滋滋周子龙王少锋景岳蔡鑫
- 关键词：砂岩数值模拟
- 基于SHPB实验的岩石峰后动态行为研究（英文）被引量：10
- 2017年
- 运用改进的SHPB实验系统开展岩石动态力学试验,借助高速摄影仪和动态应变仪组成的同步测量装置研究岩石在冲击荷载下的破坏过程和内在机制。结果表明:在峰后阶段,尽管岩样已经产生了可见的裂隙但仍能保持很好的应力平衡状态。岩样被劈裂成条状后依然能承受一定的外应力并保持两端的应力平衡。同时,进一步的颗粒流数值模拟显示,岩石的破坏过程可以用微观破裂的演化来描述。剪切裂隙总是最先出现并在外部应力下降到一定水平时停止增长。然而,拉伸裂隙在岩样所受应力接近其强度峰值时出现,并对最终的破坏形态起决定性的影响。
- 周子龙赵源江益辉邹洋蔡鑫李地元
- 关键词：岩石动力学裂隙演化颗粒流程序
- 不同应变率下干、湿岩石的强度特性（英文）被引量：19
- 2016年
- 水和加载条件对岩石材料的强度有很大的影响,但高应变率下饱水岩石的动态特性研究仍十分缺乏。通过对干燥和饱水砂岩进行压缩试验,发现:干燥和饱水砂岩的动态压缩强度都随着应变率的增加而增大,且饱水岩石表现出更强的率相关性。引入干燥岩石强度与饱水岩石强度的比值(水影响因子WAF)来描述不同应变率下水对岩石压缩强度的影响。在静态压缩条件下WAF约为1.38,随着应变率的增加WAF不断减小。当应变率达到190 s^(-1)时,WAF减小至0.98,表明高应力率时饱水岩石的压缩强度可以大于干燥岩石的压缩强度。进而,基于滑移裂纹模型,讨论了水和应变率对岩石特性的双重影响,为实验结果提供了较好解释。
- 周子龙蔡鑫赵源陈璐熊成李夕兵
- 关键词：岩石应变率
- 硬岩隧道TBM施工中的典型掘进破岩难题与对策被引量：2
- 2023年
- 全断面岩石掘进机(TBM)在硬岩、极硬岩隧道掘进过程中存在岩爆灾害、滚刀磨损、低掘进速率等典型掘进破岩难题,严重影响隧道的安全高效施工。因此,查明产生这些典型难题的原因并提出相应的对策至关重要。本文首先从岩石硬度、单轴抗压强度、岩石脆性及耐磨性等角度分析了隧道硬岩的相关特征,并阐明了其对各典型掘进破岩难题的影响规律。随后结合国内外隧道施工案例提出了相应的对策:岩爆灾害可采用岩爆监测和岩爆防控相结合的方法进行预防和治理;滚刀磨损通过优化滚刀参数、改良刀圈材料、涂覆刀圈涂层以延长其使用寿命;掘进速率低的难题可通过优化滚刀布置设计、增加刀盘推力及扭矩、增设辅助破岩手段等措施改良。最后,从TBM与隧道围岩的相互作用机理、TBM隧道施工信息化建设、TBM掘进智能控制和优化决策等方面对未来硬岩隧道的掘进提出了几点展望。
- 周子龙董晋鹏王少锋蔡鑫蔡鑫
- 关键词：硬岩TBM岩爆掘进速率
