智能矿山

• 基于改进混合A^*算法的地下无人铲运机智能路径规划

  杜青炎;任助理;马宏超;

  矿山无人铲运机自主定位导航是井下采矿装备智能化程度评价的重要指标，其中路径规划是铲运机自主行走的重要组成部分。而目前井下铲运机的规划路径多以巷道中心线为基础或难以执行，本文提出了一种适用于地下矿采场无人铲运机的混合A~*算法进行出矿点到卸矿点的全局路径规划。首先分析了井下铲运机的运动模型，确定其路径规划参考点及车辆本身的数学结构关系，简化路径规划问题复杂度；其次针对铲运机作为非完整约束机器人，从栅格地图中当前点到目标点启发式函数构建以及子节点扩展方法两个方面设计了混合A~*算法进行全局路径规划方法；最终采用地下矿采场中常见的五种巷道交岔口场景进行了路径规划试验分析，证明了以Dubins曲线、Reeds-Shepp曲线以及A~*算法的启发式函数值中最大值作为该节点启发式函数的值进行混合A~*算法搜索更新较为合理，能得到可以行驶的优化路径。为进一步推进井下铲运机无人化提供了理论基础，保证了规划路径的可执行性。

  2023年02期 v.75 1-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 1564K]
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• 电动铲运机无损智能化改造及应用实践

  甄文昊;张元生;吕潇;王宝生;张元清;朱铭;

  为了解决矿山采空区矿石回收利用及在恶劣环境下消除作业人员直接接触危险危害隐患等，远程遥控采矿技术应运而生，开展其相关研究和工程应用对于促进我国地下金属矿山安全、经济、高效开采意义重大。通过对山特维克LH514E电动铲运机进行无损化改造，在未破坏原车线路的同时，实现了远程遥控行走和出矿，可随时切换遥控远程和本地手动控制，达到本质安全，现场工程应用效果良好，出矿效率达到人工出矿的85%,智能化改造后装备利用率提高30%以上，同时对其他型号铲运机无损改造提供了借鉴意义。

  2023年02期 v.75 13-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 862K]
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• 金徽矿业郭家沟铅锌矿智能矿山系统建设

  张雄天;齐飞祥;张军奎;马炳德;

  我国正处在矿业3.0向矿业4.0转型的重要时期，推进绿色矿山和数字化矿山建设已成为矿业转型升级的必由之路。以金徽矿业郭家沟铅锌矿为研究对象，将移动互联网、物联网、云计算、大数据技术、虚拟化技术等信息技术应用于矿山的生产及管理过程中，对矿山地质板块、采矿板块、安全管控等方面进行了智能化升级改造，实现了矿业开发互联化、物联化、数字化、感知化和智能化，从而确保矿山安全生产，提高矿山生产效率，最终实现无人矿山、安全矿山、智慧矿山。取得了明显的经济、社会效益的同时，也为同类型矿山进行智能化升级改造提供了参考和借鉴。

  2023年02期 v.75 19-25+34页 [查看摘要][在线阅读][下载 962K]
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采矿工程

• 某矿采场稳定性分析及结构参数优化

  张绍周;苏之品;陈玉明;

  某矿为薄层状矿体，矿体之间存在以泥质粉砂岩为主的软弱夹层，采场稳定性较差，不利于矿山安全生产。课题组应用3D-σ软件对矿区采场建立三维模型，对2种开采方案、3种采场结构参数进行数值模拟，计算和分析采场回采过程中矿岩体的应力、位移、塑性区及安全率的分布状况，判断采场的稳定性。数值模拟计算结果表明：采场和中段之间均留2 m的连续间柱和顶柱是非常有必要的，抑制顶板变形破坏有明显的作用，但是仍然无法控制采场顶板的破坏；在采场内留2 m×2 m点柱的条件下，点柱间的矿块跨度控制在6 m以内能保证顶板的稳定。通过安全率回归方程计算得出：在满足安全率大于1.15时，点柱间矿块的合理跨度应小于6.027 m。同时为提高采场矿石的回采率，综合考虑最终确定点柱间的矿块跨度为6 m,能达到安全与经济的有效平衡，研究成果为该矿山的安全生产提供理论性指导。

  2023年02期 v.75 26-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 2006K]
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• 基于AWSST和GCV的矿山微震信号联合降噪新方法

  冯小鹏;袁于思;张磊;

  由于露天矿山开采环境的复杂性和各异性，传感器采集得到的微震信号包含大量的噪声干扰，为了获得更加准确的微震信号特征，提出了基于自适应同步压缩小波变换(Adaptive Synchrosqueezing Wavelet Transform, AWSST)和广义交叉验证(Generalized Cross-Validation, GCV)的联合降噪方法，从而对微震事件定位和判断开挖过程中岩体状态提供可靠的数据保障。首先在自适应小波变换(Adaptive Wavelet Transform, AWT)的基础上，对每个尺度中的小波系数进行阈值化处理，利用GCV方法自动确定每个成分的最佳阈值水平，达到去除噪声的目的。然后，通过同步压缩变换(Synchrosqueezing Transform, SST)的后处理操作，在时频平面对小波变换系数进行二次重分配，从而提升时频表达的能量聚集性。最后，应用于微震信号的降噪处理，并与现有的时频分析方法进行比较，结果表明提出的联合去噪方法降噪效果更好、时频分析的分辨率更高。

  2023年02期 v.75 35-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 881K]
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• 基于拟静力法的露天矿山预裂爆破孔网参数优化设计

  杨润基;谢东武;周建伟;

  以拟静力法为核心，采用FLAC3D数值模拟技术对某露天矿山的预裂爆破孔网参数及爆破效果进行了优化分析，研究目的旨在分析该矿山的合理的预裂参数、保证边坡的稳定性，为矿山的安全生产做出重要贡献。此次研究以室内力学试验为基础，试验得出岩石的物理力学性质，岩石的物理力学参数转化为岩体的物理力学参数，并参照相关规范对爆破的振动进行了静力转化，为数值计算提供基本数据。研究结果显示，当装药量为18 kg时，边坡的安全系数为1.75,但是边坡的位移和水平最大主应力相对较大，且最大水平应力超过了岩体的极限抗拉强度，爆破后边坡存在大量危石冒落的风险；当单孔装药量优化为14 kg时，边坡的安全系数为1.92,不仅边坡的安全系数显著增加，且相邻边坡上位移集中的位置发生了转移，相邻边坡中没有位移相对集中的现象，同时相邻边坡和爆破边坡的坡面水平拉伸应力显著上移，仅仅在边坡的上部存在拉伸破坏的现象，边坡中下部均没有产生拉伸应力集中的现象，保证了预裂爆破效果，同时为相似矿山的预裂爆破提供了理论基础和科学依据。

  2023年02期 v.75 43-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 613K]
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矿山环境

• 秦岭山区矿山岩质边坡生态重建基材配比研究

  徐翔;宋飞;麻若楠;李浩然;姚淼;

  厚层基材配比是厚层基材喷射植被护坡技术的关键问题，为了对秦岭山区矿山岩质边坡进行生态重建，通过设计正交试验简化基质筛选过程。选取水泥含量、草炭含量、复合肥含量和保水剂含量作为正交试验的试验因素，植物出苗率和总生物量作为考察指标，分析各因素对植物出苗率和总生物量的影响程度，在此基础上归纳出适宜黑麦草生长的基材配比。试验数据分析表明，各因素对出苗率的影响程度为水泥>复合肥>保水剂>草炭，对总生物量的影响程度为草炭>水泥>保水剂>复合肥，综合分析确定最优基材配比为水泥含量9%、草炭含量8%、复合肥含量0.15%～0.3%、保水剂含量0.3%～0.7%。最后通过室内抗冲刷试验验证基材喷播初期的抗冲刷特性，表明该基材配比能够满足秦岭山区岩质边坡生态复绿工程需求，为厚层基材基质开发提供新思路。

  2023年02期 v.75 48-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 478K]
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• 基于RS和GIS的朝阳县矿区生态环境评价

  刘泽昊;蔡湘文;魏玺;

  利用Landsat 8 OLI遥感影像、ASTER卫星DEM数据，提取了朝阳县地形坡度、植被覆盖度信息，运用层次分析法确定了地质安全隐患、区域重要程度、土地损毁程度等12个评价指标权重，根据相关规范确定评价指标等级，建立矿区生态环境评价模型。运用网格法将研究区分为若干个评价单元，将评价指标进行赋值、叠加，确定各个矿区评价分值，依据评分将研究区分为影响严重区、较重区、较轻区与无影响区4个区域。研究表明：1)矿区生态环境影响严重区主要分布在朝阳县北部铁矿区和西南部锰矿区，该区域地质灾害隐患较严重，矿区地质环境复杂，开采破坏程度严重，生态环境影响严重。2)朝阳县生态环境影响最为集中区域为朝阳县北部矿区，该区域为群采区，开发强度高，开采时间长，形成严重的生态环境问题。3)矿山开采导致的土地损毁问题较为突出，不同土地类型的损毁面积占全县采矿用地面积的41.6%,矿区生态修复潜力较大。识别与分析朝阳县矿区生态环境问题，为朝阳县生态修复规划提供理论支撑，对后续矿山生态修复措施研究，绿色矿山建设工作的开展有着重要的意义。

  2023年02期 v.75 55-61+70页 [查看摘要][在线阅读][下载 707K]
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安全工程

• 基于瞬态渗流作用下的堆浸场边坡稳定性分析

  王亮;崔松军;闻磊;王飞飞;

  堆浸场长期在喷淋液喷淋作用下，一直处于饱和非饱和的状态，其边坡稳定性与其他类型的边坡稳定性有很大的区别。采用专业渗流场分析软件Geo-Studio开展了基于瞬态渗流场作用下的稳定性分析，并推荐了堆浸场最大堆置高度。研究结果表明：1)在长期喷淋液作用下，降雨对边坡稳定性仅产生一定程度上的影响，安全系数降低较小。2)随着堆浸场堆高增加，边坡安全系数逐渐下降，增加到120 m时，可满足许用安全系数。3)随着喷淋液不断的喷淋，逐渐在堆浸场内部形成渗流场，主要是从堆浸场顶部向下部渗流，形成的水位线不断下降。喷淋第35 d左右，喷淋液渗流到堆浸场的底部。随着堆高增加，边坡部分散体物料受喷淋液影响逐渐减小。

  2023年02期 v.75 62-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1953K]
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• 考虑高程放大效应的边坡动力稳定性分析

  郭飞;侯克鹏;

  为了在进行露天边坡动力稳定性分析时，准确计算拟静力法中的等效静荷载，采用考虑振速高程放大效应的经验拟合公式进行等效静荷载计算，探索高程放大效应对边坡动力稳定性的影响。以某露天矿山为背景，使用ANSYS/LS-DYNA建立数值计算模型，分别对使用萨道夫斯基公式和考虑高程效应的经验公式下的振速预测值、等效静荷载和边坡稳定性进行分析。研究结果表明，多级台阶边坡存在振速高程放大效应，且高程效应出现在靠近坡面的顶缘位置；通过考虑高程效应的经验公式预测的质点峰值振速相比于萨道夫斯基公式更加合理，并且能较准确地反映高程放大效应。通过考虑高程效应的经验公式计算所得安全系数大于萨道夫斯基公式所得值，但较后者更加精确，计算结果更加可靠。研究可增强边坡稳定性评价结果的可靠性，为边坡岩体动力稳定性评价提供一种新方法。

  2023年02期 v.75 71-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 582K]
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• 高密度电法在尾矿库排洪隧道注浆效果检测中的应用

  杨帆;孙华芬;侯克鹏;曹念;褚占杰;

  注浆效果的优劣直接影响着施工的质量进而影响着工程项目的整体安全和效能，对注浆效果进行检测具有重要意义。但是由于注浆施工区域特有的隐伏性，注浆效果难以轻易检测或者评价效果不佳无法为施工提供可靠的参考。以头石山尾矿库排洪隧道脱空注浆加固施工为例，分析了高密度电法的工作原理，布置方式及操作流程，介绍了使用高密度电法对一期注浆效果进行检测分析，取得了良好的应用效果。结果表明：高密度电法能快速、有效的在较大范围内对隧道注浆效果进行检测，把关施工质量，为后续施工提供参考。

  2023年02期 v.75 79-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 945K]
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• 排土场边坡不同成因及动力稳定性分析的优化设计研究

  高庆;杨润基;卢许佳;谢东武;

  松散体形成的排土场的边坡稳定性一直以来是科学界广泛关注的话题，因为根据排土场的堆积方式不同其所造成的边坡的应力-应变形态也不同，产生边坡滑坡的风险也存在差异。为了详细研究松散体堆积形成的排土场边坡的稳定性，采用室内岩石力学试验、FLAC3D数值分析法对3种不同堆积方式(压坡式、覆盖式和混合式)下形成的边坡展开研究，并以研究的各边坡的安全系数、最大剪应变、边坡的水平位移和最大主应力等数据为基础，构造判断矩阵，对3种不同堆积方式形成的边坡进行优选决策分析，经过多条件综合考虑，最终得出排土场采用压坡式排料形成的边坡整体稳定性最佳。

  2023年02期 v.75 84-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 700K]
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• 某高尾矿坝考虑渗流作用下的抗震性能分析

  王云庆;王铭明;李连强;刘云韩;汪菊;王艺颐;

  渗流作用和地震作用是影响尾矿坝稳定的主要因素。以云南省某尾矿坝为研究背景，基于Geo-studio软件考虑初始渗流场的影响，研究尾矿坝渗流作用下的稳定性，以及地震作用下的动位移与加速度、液化区域与震时的关系、坝坡抗震稳定性、震后永久位移及地震作用下浸润线的变化。结果表明：尾矿坝在渗流-应力分析中处于稳定状态。在地震作用下，尾矿坝的水平位移沿着坝高向上不断增大，最大水平位移分布在堆积坝顶部。初期坝顶和堆积坝顶加速度放大倍数分别为1.67和1.87倍。液化区域主要分布于堆积坝浅层区域。尾矿坝震后永久变形量较小，不会发生整体滑塌，但震后浸润线位置较震前显著提高，考虑增设排渗措施防止发生渗流破坏。

  2023年02期 v.75 91-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 972K]
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• 某露天矿山破碎岩体高陡岩质边坡稳定性的数值模拟研究

  张莹;王旭阳;林智勇;

  露天矿山高陡岩质边坡的稳定性严重威胁着矿山的安全生产，尤其是对于地质条件复杂、地层分布不均匀且节理裂隙发育的变质岩和侵入岩形成的破碎带发育的边坡更是如此。为确保某矿山的安全生产，通过力学试验的方法确定了岩石的物理力学性质，通过Hoek-Brown强度准则将岩石的力学性质转化为岩体的力学性质并对岩体的质量进行了评价。同时，采用FLAC3D数值模拟技术将高陡岩质边坡进行数值研究。结果表明：终了边坡的安全系数为1.31,边坡总体上处于稳定状态，但是通过对边坡中部的最大主应力分析可知，边坡中部随着开采的进行，可能存在冒落、垮塌或滑坡的风险，针对边坡存在的风险提出了预防措施。研究为矿山的安全生产提供了科学指导，同时为相似矿山的边坡处理提供了科学依据。

  2023年02期 v.75 100-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 490K]
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• 刚果(金)地区长时效干湿循环下的露天采场滑坡机理研究

  崔松军;王飞飞;宋洪勇;虞捷;王亮;朱自强;葛汝豪;

  为了研究露天采场边坡在长时效干湿循环下的滑坡灾害产生原因和滑坡形成机理，以刚果(金)某露天采场滑坡为研究对象，分析了滑坡产生原因及形成机理。依据现场分析结果与相关规范，制定了多种滑坡治理方案，并通过极限平衡分析方法验证了治理方案的可行性。结果表明：1)岩石力学强度低、节理发育较强、岩石整体破碎等为滑坡形成内因；长时效干湿循环、采场爆破等为外因，在内因与外因综合作用下造成了坡体滑坡灾害。2)滑坡灾害形成主要有3个过程：坡体卸荷回弹变形-坡体蠕滑变形-节理剪切面拉裂-贯通。3)推荐采用坡面角45°削坡减载方法对并段后的垮塌滑坡处边坡进行治理。采用极限平衡分析验证了方案的可行性。研究结果为矿山边坡滑坡治理设计及施工提供了依据，并取得良好效果。

  2023年02期 v.75 106-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 675K]
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• 降雨对矿山碎石土堆积体边坡稳定性影响

  杨宗耀;任东兴;王豪;赵海堂;吴鑫;

  降雨形成的坡面流和渗流对排土场边坡的稳定性会产生一定影响。利用数值模拟技术，对西藏某铁矿排土场碎石土堆积体进行流固耦合计算，研究7天连续降雨对碎石土边坡的稳定性影响，得到以下结论：1)基于气象记录的最大降雨强度138 mm/d,在连续7天的降雨条件下，未对碎石土边坡造成明显的稳定性影响，安全系数从降雨前1.73降低至第4天的1.65后保持不变，最终安全系数远大于规范要求；2)饱和区首先在碎石土堆积体坡顶后缘和坡脚位置形成，随后基岩坡表局部也形成饱和区，在第4天表层的饱和区连通，湿润峰和饱和区随即逐渐向下扩散移动。表明前期渗流以沿坡表向下方向为主，后期以竖直向下为主；3)对碎石土堆积体各个部位的监测表明，此层中从未形成暂态饱和区，坡脚区域的饱和度大于坡顶后缘区域，两处均大于坡体其它区域。

  2023年02期 v.75 112-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 638K]
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• 基于正交试验的巷道支护参数优化研究

  马胜杰;侯克鹏;孙华芬;朱志岗;牛向东;李睿;王新振;

  巷道支护参数选择的合理性和科学性是保障其长期稳定的关键。以某铜矿巷道为研究背景，在工程地质条件研究的基础上，利用3DEC离散元软件构建了矿山巷道的三维数值模型，设计了3因素3水平L_9(3~3)支护参数的正交试验方案，获取了在不同参数条件下的变形规律和支护效果。通过对巷道支护参数优化以及经济合理性比较分析，确定了较优的巷道支护参数，即锚杆直径28 mm、长度1.75 m、间排距1.2 m, C20混凝土喷射厚度100 mm。采用极差分析方法对影响巷道稳定各因素的敏感性进行分析，从巷道顶板沉降和侧帮水平变形不同角度分析，得到的巷道支护参数因素的敏感性不同。研究结果在一定程度上为矿山巷道支护提供了技术参考，同时对处于类似地质条件下的矿山巷道支护具有一定的参考价值。

  2023年02期 v.75 118-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 792K]
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• 某矿露天坑改建排土场后稳定性分析及评价

  刘金龙;

  排土场是露天矿山的重要组成部分，其稳定性问题是露天矿安全生产最为关注的安全问题之一。根据某露天矿实际情况，为减少占地资源，提出将露天坑改设为排土场的方案。通过FLAC~(3D)数值软件进行改建后排土场的稳定性模拟分析，探究改建后的安全性及方案的可行性。研究结果表明，露天坑改建排土场具有较强的可行性，具备突出的社会效应和经济价值；除解决了矿山中排土场的用地问题，节约大量土地，同时为矿山复垦奠定了基础；对比模拟计算结果，考虑自重及地下水条件的安全系数为1.5,考虑自重、地下水及爆破振动影响的安全系数为1.31,均满足三级排土场的稳定性要求。本文为露天坑改建排土场的可操作性提供了可借鉴的技术方案。

  2023年02期 v.75 125-130+148页 [查看摘要][在线阅读][下载 781K]
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矿山地质

• 云南蒙自白牛厂银多金属矿区断裂带方解石脉原位U-Pb年代学

  夏庆元;范茂煌;李鑫;

  形成于浅部地壳的脆性构造通常记录了地壳浅层构造变形过程，对其精确的年代学限定一直是构造地质研究的难点。近年来，方解石U-Pb定年技术在地质年代学领域迅速发展，通过脆性构造变形同构造方解石矿脉的U-Pb定年可以用于精确限定脆性构造变形事件的时代。为了限定区域构造变形历史，针对蒙自白牛厂内的对门山矿段的同构造方解石脉进行了LA-ICP-MS U-Pb年代学研究，并获得了两期可靠同位素年龄，分别为(80±20)Ma和(36±7.8)Ma,这两期年龄是对该矿区断裂带年龄的首次报道，且与区域上的构造事件和岩浆事件基本吻合。结合前人的研究表明，该区域燕山期和喜山期分别存在着至少一期断裂构造运动，其中(80±20)Ma在拉张环境下产生的断层及破碎带是成矿流体运移富集的有利场所。

  2023年02期 v.75 131-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 1624K]
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• 藏南隆子县界米拉金矿地质特征及成矿作用初探

  吴志山;何世军;郑杰;沈开和;李宝;陈德贵;陈文庆;刘阳;

  藏南界米拉金矿位于山南市隆子县，区域成矿条件优越，工作程度低。为进一步了解本区金矿地质特征及成矿作用，指导区内下一步地质找矿，通过界米拉矿区野外调查、勘探、综合研究等方法，在区内共发现Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号3条金矿脉，铅矿脉1条，地质找矿效果较好，下步找矿潜力较大；初步认为该矿区的成矿作用为：1)碳泥质成分高的岩性对金(锑)具有较强的吸附作用，造成区内上三叠统涅如组一段、二段及五段对金元素有一定的优选性；2)火山活动带来了丰富的矿源，使局部地层矿物质金元素富集，形成初始矿源层；3)碰撞造山运动形成了大量近东西向褶皱及逆冲推覆构造，这些构造裂隙为成矿提供了空间，伴随着区域低温动力变质作用，形成成矿流体，使得研究区内成矿元素得到进一步迁移和富集；同时通过地质、物探、化探等综合资料，结合典型矿床研究，建立了区内主要矿床类型的地质-地球物理-地球化学等多元信息找矿标志，成矿作用的研究及找矿标志的建立具有一定的创新性和实用性，为下一步的地质找矿提供依据和方向。

  2023年02期 v.75 141-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 921K]
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其他

• 低温条件下含水率对岩石力学特性的影响分析

  王兵强;

  在冻土地区，当岩石孔隙度较高时，冻结引起的岩石强度明显增加，因此有必要对其机理进行深入研究。通过研究孔隙水对低温条件下饱水岩石力学性质的影响，在-170°C至室温范围内，对凝灰岩和砂岩进行了单轴压缩试验和间接拉伸试验，并结合扫描电子显微镜试验观察岩石的微观结构。研究发现并总结了孔隙水对岩石低温强化机理的影响规律。岩石强度的强化被认为是由孔隙水冻结引起的荷载分布效应和孔隙水冻结后引起的冰强度增加之间的相互作用引起的。本研究将宏观岩石力学与微观岩体结构相结合，为冻土地区岩石力学研究提供了一定的参考。

  2023年02期 v.75 149-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 686K]
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