2024年, 第43卷, 第06期　
刊出日期：2024-12-15

  

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  采空区遗煤自燃“三带”及有害气体分布数值模拟

  拜云龙, 惠双琳, 李慧刚, 崔文利, 王钊, 孙维吉

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 641-647.

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  为探究采空区遗煤自燃“三带”分布及采空区内有害气体分布情况，利用“Fluent+UDF”对陕西韩家湾煤矿213109工作面采空区“三带”分布、流场特性开展数值模拟研究。采空区被认为是多孔介质，多孔介质孔隙度、多孔介质区域黏滞阻力和惯性阻力、遗煤氧化耗氧量、有害气体涌出量等参数通过用户自定义方程计算。研究结果表明：工作面及采空区遗煤可划分为散热带、氧化带、窒息带；以氧浓度0.07≤C≤0.18为氧化带指标时，从进风巷侧到回风巷侧，氧化带宽度由23 m扩大到40 m，最终在回风巷侧缩减至13 m，回风巷侧氧化带范围小于进风巷，窒息带区域最大。随着高度的增加，氧化带区域整体向进风巷入口方向移动，覆盖区域先增大后减小。
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  基于破坏接近度的深基坑稳定性研究

  姚家李, 姚华彦, 成潇博, 张占荣, 张燕

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 648-655.

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  为探究深基坑在开挖过程中的变形与破坏规律，并实现对基坑安全性的定量评估，采用FLAC3D数值模拟软件，结合破坏接近度理论，对基坑开挖过程中土体应力状态进行系统分析，精确量化基坑周边土体的损伤程度及其影响范围。研究结果表明：基坑围护结构的变形呈现出明显的“两端较小、中部较大”的特点；而地表沉降则表现为典型的“凹槽”形态；利用破坏接近度指标可以直观地反映岩土体在施工期间的破坏进程及发展趋势，区分不同区域受到的影响程度。研究结论为量化分析基坑施工风险提供理论参考。
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  大直径嵌岩基桩极限承载力判定的对比研究

  程凌刚, 刘冈朋, 白江涛, 杨波, 张鑫

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 656-661.

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  为判定大直径嵌岩桩基础极限承载力，采用桩基础竖向静载荷试验方法、桩基础承载力理论和泛函数分析方法，构造嵌岩桩系统的势能函数、比能函数，提出嵌岩桩极限承载力判定的比能对比法，即当桩端应力超过嵌岩段桩周岩体的极限抗剪强度时，嵌岩桩达到极限承载状态。研究结果表明：嵌岩桩基础极限承载力与嵌岩深径比、岩体强度呈正相关关系，比能对比法可以客观判定嵌岩桩基础极限承载力。研究结论为大直径嵌岩桩基础极限承载力判定提供新的方法。
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  冻融循环作用下聚丙烯纤维混凝土抗拉性能及孔隙结构特征

  程功, 程亚丽, 赵立财, 周飞

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 662-670.

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  为提高冻融环境下混凝土的力学性能，通过劈裂抗拉试验、核磁共振试验（NMR）研究不同聚丙烯纤维掺量及冻融循环次数下混凝土的抗拉性能及孔隙结构的发展情况。研究结果表明：聚丙烯纤维掺量与混凝土的劈裂抗拉强度、峰值拉应变正相关，冻融循环次数与劈裂抗拉强度呈负相关关系，与峰值拉应变正相关，混凝土孔隙体积与冻融循环次数正相关，与聚丙烯纤维掺量负相关；建立聚丙烯纤维掺量、冻融循环次数与劈裂抗拉强度的关系式；对混凝土劈裂抗拉强度影响最大的孔径为(100,500]μm，其次为(500,1 000]μm孔径，(10,100]μm孔径的影响较小。研究结果为改善冻融环境下混凝土的性能提供理论支撑。
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  改性超细水泥基注浆材料裂隙注浆扩散规律研究

  周军霞, 张学奇, 牛佳斌, 张玉, 郭文敬, 杨瑾怡

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 671-681.

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  针对注浆材料性能较差的问题，制备高性能改性超细水泥基注浆材料。为探究改性超细水泥基注浆材料在裂隙中的扩散规律，以光滑平板裂隙和注浆材料为研究对象，建立静水条件下的二维对称模型和动水条件下的三维裂隙平板模型并开展数值模拟，推导浆液扩散方程，分析不同注浆速率下浆液在裂隙中流动的扩散峰面及压力场变化规律。研究结果表明：在静水条件下，随着扩散距离的增大，浆液压力损失逐渐增大；在动水条件下，浆液压力损失与浆液黏度成正相关关系，与扩散距离成二次函数关系，与时间、屈服应力和裂隙开度成负相关关系；水头压力不变时，注浆速率越大，浆液扩散半径越大，压力场越大，注浆封堵效果越好；浆液压强衰减的幅度在顺水方向变化最大，在逆水方向变化最小。研究结果为现场注浆施工工艺提供理论参考。
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  老化条件下基于分子模拟的SBS改性沥青自愈合性能研究

  曹佃光, 张伟, 张伟光, 祝铭阳

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 682-691.

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  为研究老化对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青自愈合能力的影响，建立SBS改性沥青分子模型，并通过计算玻璃化转变温度、内聚能密度、溶解度参数验证其合理性。在此基础上，建立SBS改性沥青自愈合模型，评价不同老化条件下SBS改性沥青的自愈合性能。研究结果表明：常温条件下，沥青老化和SBS老化均会降低SBS改性沥青的自愈合能力，其中，沥青老化对SBS改性沥青自愈合能力的影响较大，SBS老化对改性沥青自愈合能力的影响较小。与“基质沥青+SBS”自愈合模型相比，“老化沥青+老化SBS”自愈合模型的裂纹修复时间明显延长。对沥青进行再生恢复是改善老化后沥青混合料裂纹修复性能的关键。研究结果为优化道路沥青材料的开发设计提供理论参考。
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  基于Weibull分布的水稳碎石基层损伤本构模型研究

  王广胤, 孙海霞, 王书鹏, 张科

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 692-698.

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  为探究水稳碎石半刚性基层的力学性能，采用理论分析和实验的方法，构建在单轴压缩载荷作用下水稳碎石基层损伤本构模型，并借助7 d无侧限抗压试验对该损伤本构模型进行验证，分析不同龄期的水稳碎石以及掺赤泥橡胶粉水稳碎石累积损伤的扩展过程。研究结果表明：随着掺入赤泥橡胶粉以及龄期的增加，损伤本构模型的损伤因数η不断增大，分布参数m和F0减小，有效地抑制了损伤发展。本构模型理论曲线与试验曲线的拟合度较高，研究结果可为后续的水稳碎石基层相关计算提供参考。
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  海水-冻融共同作用下透水混凝土性能损伤及寿命预测

  闫希雯, 王学志, 辛明, 贺晶晶

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 699-710.

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  为提高海水-冻融共同作用下透水混凝土的性能，采用正交试验方法，研究海水-冻融共同作用下矿渣（GBFS）替代率、羟丙基甲基纤维素（HPMC）掺量和聚丙烯塑料钢纤维（PPTF）掺量对透水混凝土宏观性能和微观结构的影响，运用NSGM(1,N)模型预测透水混凝土在海水-冻融共同作用后的相对动弹性模量。研究结果表明：当GBFS替代率为20%,HPMC和PPTF掺量分别为0.15%、0.5%时，透水混凝土的抗海水-冻融侵蚀性能最佳；海水侵蚀产生的膨胀性物质会加快裂缝的延展，PPTF的支撑锚固作用能够抑制裂缝的产生和延伸；NSGM(1,N)模型预测精度的检验指标a在[-3,2）内，平均相对误差为II级误差，可用于相对动弹性模量的长期预测。
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  基于改进多层压实法的沉桩施工离散元分析

  张云鹤, 徐益飞, 肖春红, 杨体旺

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 711-718.

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  为从细观层面深入研究沉桩施工对地基土位移及应力的影响规律，对地基土的细观参数进行标定并利用离散元法开展沉桩施工数值模拟。研究结果表明：沉桩会导致桩周土体侧移和隆起。随着沉桩深度的增加，桩周土体隆起范围不断扩大，地基土中的接触力以及桩端阻力均不断增大，且增长速度先快后慢。沉桩施工对桩周土体的横向应力影响较大，最大横向应力出现位置与沉桩深度密切相关。随着地基土与桩体水平距离的增大，沉桩施工对桩周土体竖向应力的影响逐渐减弱。研究成果为桩基础工程施工与离散元模拟提供参考。
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  科尔沁沙地不同生态系统土壤钾素分布特征分析

  雷泽勇, 陈伟, 王巍凝

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 719-725.

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  为探究沙地不同生态系统土壤钾素的分布特征，采用农业化学常规方法与单因素方差分析法，分析科尔沁沙地森林、农田、草地和裸地生态系统土壤的全钾、速效钾含量。研究结果表明：土壤速效钾含量均随土层深度的增加逐渐减少，0～10cm土层土壤速效钾含量从春季至秋季逐渐减少，森林土壤速效钾素含量最大；森林幼龄林林分生长可促进土壤钾素的积累，过熟龄林林分生长会抑制土壤钾素的积累；与裸地相比，农田、草地土壤全钾含量的最大值分别提高了61.82%、51.71%；随着植物的生长，森林、农田和草地生态系统土壤的钾素含量逐渐减少，裸地土壤的钾素含量随时间无明显变化。研究结果为沙地退化生态系统的恢复与治理提供理论依据。
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  绝热和非绝热演化的简并快进标定理论

  杨青, 刘忠菊, 李宏, 张亚楠

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 726-732.

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  为快速精确地控制复杂量子系统的演化，以简并的四能级量子系统为例，采用快进标定方法，得出不同状态下的加速势。在绝热演化过程中，将快进标定方法与无跃迁量子驱动方法融合，并应用于简并量子系统，得到简并量子系统的反绝热快进哈密顿量的一般形式。研究结果表明：快进态下的布居数转移时间相比标准态明显缩短，证明了快进标定方法在简并量子系统中的有效性。融合法中绝热项中的正则化项形式与简并无跃迁量子驱动哈密顿量形式完全对应，可有效提升系统的演化速率。研究结论为复杂量子系统控制和量子信息处理提供理论支撑。
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  基于量子万有引力算法的多能联合系统优化调度

  吴凯槟, 邱泽晶

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 733-741.

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  为提高风光火一体化系统中风光资源的消纳水平和降低综合运营成本，提出一种多目标优化调度方法。构建以经济收益最大化、新能源消纳最大化及输出波动最小化为目标的多目标优化调度模型，提出量子启发式增强的万有引力算法，通过引入量子旋转门、自适应步长及突变概率来提升算法的搜索效率与精度，增强全局搜索能力。通过仿真验证该模型的有效性。研究结果表明：该方法在保障系统安全的前提下，显著提升了系统的经济性和环保性，全年可增加收益2.33亿元，减少碳排放34.42万吨，节约标准煤12.94万吨。
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  基于自高斯与通道注意力的重塑卷积高光谱图像分类算法

  谭云飞, 李明, 罗勇航, 文贵豪, 石超山

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 742-751.

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  针对传统卷积受限固有的网络结构，缺乏建立远程依赖关系的能力和分类精度较差等问题，提出一种基于自高斯与通道注意力的重塑卷积高光谱图像分类算法（RC-LSGA）模型。RC-LSGA模型首先采用卷积层提取浅层空间信息的特征，再使用通道注意力机制增强光谱特征，然后通过LSGATransformer模块和重塑卷积分支对全局-局部特征信息进行提取，最后将获得的特征输入分类器实现分类。RC-LSGA模型能够有效区分不同波段信息，对PU、SA和LK数据集中类别识别的平均准确率分别达到98.20%、99.33%和99.46%。实验结果表明，在训练样本数量有限的情况下，RC-LSGA模型性能优异，在分类任务中实用价值较高。
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  融合残差注意力机制的深度可分离UNet泥石流堆积扇分割

  宋昕, 王保云, 朱双颖

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 752-760.

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  为解决传统机器学习方法在泥石流堆积扇识别中的精度低、效果差的问题，提出一种基于深度学习的残差注意力可分离UNet算法（RAMS-UNet）。该算法在编码部分采用VGG16主干网络进行特征提取，加深网络层次；在跳跃连接部分引入改进的注意力机制，强化信息传递；在解码部分使用深度可分离卷积和密集连接块，进一步增强空间和通道上的信息表达能力。研究结果表明：与其他算法相比，RAMS-UNet算法对泥石流堆积扇的分割精度更高，m IoU、m PA、PA和F1指数等评价指标均显著提升。RAMS-UNet算法突破了传统方法在泥石流堆积扇识别中的局限性，为泥石流灾害评估提供了更加精准的信息支持。
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  基于改进YOLOv5的内河道船舶检测方法研究

  丁飞, 张祥林, 刘明君

  辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2024, 43(06): 761-768.

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  为解决内河航道通航时船舶相互遮挡导致的错检和漏检问题，提出一种基于改进YOLOv5模型的内河道船舶检测方法。该方法采用C2f模块以捕捉和融合多尺度特征，增强低级特征的语义信息；引入Shuffle Attention模块强化特征表示，使模型能够聚焦于信息量更大的区域，并有效抑制无关特征；同时，采用Wise-IoU损失函数，有效防止低质量锚框产生有害梯度，加速模型的优化过程。研究结果表明：改进后模型的平均精度mAP_@0.5达到98.9%,m AP_@0.5:0.95达到79.1%，较原YOLOv5模型分别提高了1.2和2.8个百分点。此外，针对数据集中的6种船舶分别进行实验，实验结果显示各种船舶的检测精度均有提升，其中内河航道常见的矿砂船的mAP_@0.5提升了1.5个百分点，mAP_@0.5:0.95提升5.9个百分点。研究结论为内河道船舶检测提供了可靠的技术支持。