纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料損傷破壞特性
為了推進(jìn)綠色礦山發(fā)展，提高礦山固廢資源化利用能力和應(yīng)用領(lǐng)域，本書(shū)以礦山尾砂和纖維膠結(jié)材料為研究對(duì)象，采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料的損傷破壞特性進(jìn)行系統(tǒng)研究。主要內(nèi)容包括纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料力學(xué)特性分析及能量演化特征、不同灰砂比纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料初始微觀結(jié)構(gòu)、基于聲發(fā)射技術(shù)纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料的細(xì)觀破壞機(jī)理和損傷演化過(guò)程、基于高斯混合移動(dòng)平均濾波法的纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料裂紋分類、基于數(shù)字圖像方法的纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料表面損傷演化特征、纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料的損傷模型及單軸壓縮下不同纖維作用下尾砂膠結(jié)材料數(shù)值模擬等。
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1999.09——2003.06 河南理工大學(xué) 采礦工程 獲學(xué)士學(xué)位
◆ 2003.09——2006.01 江西理工大學(xué) 采礦工程 獲碩士學(xué)位
◆ 2008.09——2011.01 北京科技大學(xué) 工程力學(xué) 獲博士學(xué)位
◆ 2015.10——2017.12 中南大學(xué) 礦業(yè)工程 博士后2021.07——至今 生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心 部門室主任、教授
◆ 2006.03——2021.07 江西理工大學(xué) 任專業(yè)教師，助教、講師、副教授、教授礦業(yè)工程（礦山固廢綜合利用及生態(tài)環(huán)境修復(fù)、環(huán)境污染防控及政策、工程巖體監(jiān)測(cè)及穩(wěn)定性）獲省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)科技論文獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。Editorial Advisory Board Member of Cambridge Scholars Publishing（劍橋?qū)W者出版社編委會(huì)委員）、國(guó)家土壤污染防治先行區(qū)建設(shè)指導(dǎo)幫扶專家、農(nóng)業(yè)面源污染治理與監(jiān)督指導(dǎo)專家、國(guó)家礦山安全監(jiān)察局專家、多個(gè)省份科技專家?guī)鞂＜遥弧吨袊?guó)有色金屬學(xué)報(bào)》中、英文版第一屆青年編委、《礦冶》、《有色金屬（礦山部分）》等期刊青年編委；中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)礦山采動(dòng)損害與生態(tài)修復(fù)專業(yè)委員會(huì)第一屆委員會(huì)副主任委員，中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)環(huán)境保護(hù)專委會(huì)第八屆委員會(huì)委員、中國(guó)冶金礦山企業(yè)協(xié)會(huì)安全應(yīng)急產(chǎn)業(yè)工作委員會(huì)委員。
目錄
前言
1 緒論1
1.1 尾砂膠結(jié)材料研究背景及意義2
1.1.1 尾砂膠結(jié)材料研究背景2
1.1.2 尾砂膠結(jié)材料研究意義3
1.2 尾砂膠結(jié)材料研究現(xiàn)狀5
1.2.1 纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料5
1.2.2 尾砂膠結(jié)材料力學(xué)性能7
1.2.3 尾砂膠結(jié)材料破壞機(jī)制8
1.2.4 尾砂膠結(jié)材料損傷特性9
1.3 聲發(fā)射技術(shù)在尾砂膠結(jié)材料中的應(yīng)用10
1.4 數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)在尾砂膠結(jié)材料中的應(yīng)用11
參考文獻(xiàn)12
2 纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料力學(xué)特性及能量演化特征18
2.1 纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料試驗(yàn)19
2.1.1 試驗(yàn)材料19
2.1.2 試樣制備23
2.1.3 試驗(yàn)設(shè)備及過(guò)程25
2.2 不同纖維作用下尾砂膠結(jié)材料力學(xué)特性26
2.2.1 強(qiáng)度規(guī)律26
2.2.2 破壞機(jī)制27
2.2.3 韌性機(jī)理30
2.2.4 比能特征33
2.3 不同灰砂比聚丙烯腈纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料能量耗散37
2.3.1 能量耗散機(jī)理37
2.3.2 能量耗散特征39
2.4 不同灰砂比玻璃纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料能量演化特征41
2.4.1 能量演化規(guī)律41
2.4.2 能量分布規(guī)律44
參考文獻(xiàn)46
3 不同灰砂比纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料初始微觀結(jié)構(gòu)49
3.1 掃描電鏡和核磁共振試驗(yàn)50
3.1.1 掃描電鏡和核磁共振設(shè)備50
3.1.2 橫向弛豫時(shí)間51
3.2 不同灰砂比聚丙烯腈纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料微觀結(jié)構(gòu)52
3.2.1 微觀結(jié)構(gòu)特征52
3.2.2 初始孔隙分布規(guī)律54
3.3 不同灰砂比玻璃纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料微觀孔隙特征58
3.3.1 孔隙分布特征58
3.3.2 孔隙分形特征61
參考文獻(xiàn)68
4 尾砂膠結(jié)材料細(xì)觀破壞機(jī)理及聲發(fā)射特性70
4.1 纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射試驗(yàn)71
4.1.1 聲發(fā)射設(shè)備71
4.1.2 聲發(fā)射程序71
4.2 聲發(fā)射參數(shù)選取72
4.3 不同纖維作用下尾砂膠結(jié)材料的聲發(fā)射特性74
4.3.1 不同纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射特征74
4.3.2 不同纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料損傷變量與比能演化77
4.4 不同灰砂比聚丙烯腈纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射特性78
4.4.1 聚丙烯腈纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射特征78
4.4.2 灰砂比對(duì)尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射特性的影響83
4.5 不同灰砂比玻璃纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料的聲發(fā)射特性84
4.5.1 玻璃纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射時(shí)序演化特征84
4.5.2 玻璃纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射分形特征91
參考文獻(xiàn)98
5 纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料空間定位損傷演化過(guò)程100
5.1 不同纖維作用下尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射參數(shù)特性101
5.1.1 聲發(fā)射能量計(jì)數(shù)時(shí)序演化特征101
5.1.2 能量計(jì)數(shù)特性及損傷模式104
5.2 不同纖維作用下尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射定位空間損傷演化106
5.2.1 聲發(fā)射定位原理106
5.2.2 聲發(fā)射定位損傷演化109
5.2.3 聲發(fā)射b值特征112
參考文獻(xiàn)115
6 基于分形維數(shù)和b值的尾砂膠結(jié)材料破裂演化118
6.1 分形理論和聲發(fā)射b值119
6.1.1 分形維數(shù)基本概念119
6.1.2 分形維數(shù)計(jì)算方法120
6.1.3 聲發(fā)射b值基本概念121
6.1.4 聲發(fā)射b值計(jì)算方法121
6.2 不同纖維作用下尾砂膠結(jié)材料關(guān)聯(lián)維數(shù)和b值計(jì)算122
6.2.1 關(guān)聯(lián)維數(shù)及相空間維數(shù)的確定122
6.2.2 振幅和RA值分形特征的確定123
6.2.3 關(guān)聯(lián)維數(shù)和b值計(jì)算結(jié)果125
6.2.4 裂紋演化規(guī)律129
參考文獻(xiàn)130
7 單軸壓縮作用下纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料裂紋分類134
7.1 基于RA-AF分析的尾砂膠結(jié)材料裂紋模式識(shí)別136
7.1.1 裂紋常規(guī)分類136
7.1.2 無(wú)纖維尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射參數(shù)RA-AF規(guī)律137
7.1.3 纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料聲發(fā)射參數(shù)RA-AF規(guī)律138
7.2 基于高斯混合模型的尾砂膠結(jié)材料裂紋分類140
7.2.1 高斯混合模型140
7.2.2 期望最大化算法141
7.2.3 移動(dòng)平均濾波法144
7.2.4 GMM運(yùn)算結(jié)果及規(guī)律145
參考文獻(xiàn)152
8 纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料表面損傷演化特征155
8.1 數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)基本原理和計(jì)算156
8.2 數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)測(cè)試157
8.2.1 數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)157
8.2.2 數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)程序157
8.3 不同灰砂比聚丙烯腈纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料宏觀破壞158
8.3.1 單軸壓縮下尾砂膠結(jié)材料宏觀破壞特征158
8.3.2 尾砂膠結(jié)材料表面裂隙監(jiān)測(cè)點(diǎn)橫向位移變化160
8.3.3 聚丙烯腈纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料表面應(yīng)變?cè)茍D特征162
8.4 不同灰砂比玻璃纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料表面損傷演化165
8.4.1 玻璃纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料表面應(yīng)變?cè)茍D特征165
8.4.2 尾砂膠結(jié)材料表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化171
參考文獻(xiàn)176
9 不同纖維作用下尾砂膠結(jié)材料損傷特征及模型177
9.1 損傷變量的定義178
9.2 不同纖維作用下尾砂膠結(jié)材料損傷本構(gòu)模型180
9.2.1 纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料損傷本構(gòu)模型180
9.2.2 理論模型曲線與試驗(yàn)曲線182
9.2.3 纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料損傷發(fā)展曲線184
9.3 聲發(fā)射累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)與損傷本構(gòu)模型的耦合關(guān)系185
9.3.1 聲發(fā)射累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)與應(yīng)變的耦合關(guān)系185
9.3.2 聲發(fā)射累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)與應(yīng)力的耦合關(guān)系186
9.3.3 耦合關(guān)系模型驗(yàn)證187
9.4 聲發(fā)射累計(jì)能量與損傷變量的關(guān)系189
9.4.1 考慮損傷能量耗散率的修正損傷本構(gòu)模型189
9.4.2 損傷變量與應(yīng)變的關(guān)系曲線191
9.4.3 聲發(fā)射累計(jì)能量與損傷變量的關(guān)系曲線193
參考文獻(xiàn)195
10 不同灰砂比尾砂膠結(jié)材料損傷特征及模型198
10.1 不同灰砂比尾砂膠結(jié)材料損傷模型建立199
10.1.1 傳統(tǒng)損傷本構(gòu)模型推導(dǎo)199
10.1.2 傳統(tǒng)損傷本構(gòu)模型修正201
10.1.3 聲發(fā)射參數(shù)與損傷本構(gòu)模型的耦合關(guān)系模型204
10.2 不同灰砂比尾砂膠結(jié)材料損傷模型驗(yàn)證207
10.2.1 傳統(tǒng)損傷本構(gòu)模型驗(yàn)證207
10.2.2 修正損傷本構(gòu)模型驗(yàn)證210
10.2.3 聲發(fā)射參數(shù)與損傷本構(gòu)模型的耦合關(guān)系驗(yàn)證211
10.3 不同灰砂比尾砂膠結(jié)材料損傷模型討論214
10.3.1 模型參數(shù)影響214
10.3.2 損傷演化特征218
參考文獻(xiàn)220
11 單軸壓縮下不同纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料數(shù)值模擬221
11.1 不同纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料數(shù)值模型221
11.1.1 模型尺寸及網(wǎng)格劃分222
11.1.2 模型材料參數(shù)222
11.1.3 模型本構(gòu)關(guān)系的選擇及加載方式223
11.1.4 單軸數(shù)值模型223
11.2 單軸壓縮下纖維增強(qiáng)尾砂膠結(jié)材料數(shù)值模擬結(jié)果224
11.2.1 單軸壓縮過(guò)程中應(yīng)力分布特征224
11.2.2 單軸壓縮過(guò)程中加載方向位移變化228
11.2.3 單軸壓縮過(guò)程中塑性區(qū)分布229
11.2.4 單軸壓縮過(guò)程中位移-應(yīng)力曲線230
參考文獻(xiàn)231
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