Experimental studies on the shear resistance of original coal-shale joint

Purpose. Experimental study and theoretical modeling of the shear resistance of original coal-shale joint. Methods. A two-segment model was developed to describe the shear resistance-shear displacement curves obtained from the direct shear tests of eight coal-shale joints by letting the two segments of the fitting curve pass through the peak point of each curve. Findings. The two-segment model well describes the shear resistance variation of the coal-shale joints during the shear process, and there exist good relationships between the fitting parameters and the shear testing parameters. The initial slope of the softening part of the shear resistance – shear displacement curve can help to predict whether the coal pillar will burst drastically when it fails. Moreover, the normal displacement was very small in the pre-peak range which indicates that the complete detachment of original coal-shale joint surfaces has not occurred before the peak. Originality. Direct shear tests were conducted on original coal-shale specimens for the first time, and a two-segment model is developed to describe their shear resistance-shear displacement curves. The initial slope of the softening part of the shear resistance – shear displacement curve is proposed to predict the burst tendency of coal pillar. Different from unbonded rock joints, the detachment of the original coal-shale joint occurs just after the peak. Practical implications. The conclusions may have some help to understand the shear resistance mechanism of original coal-shale joint and to provide some new ideas of maintaining coal pillar stability.Мета. Експериментальне дослідження та теоретичне моделювання опору зсуву початкового шару вуглистого сланцю. Методика. Розроблено модель для опису кривих опору зсуву й зсувного зміщення, отриманих у результаті випробувань на прямий зсув восьми шарів вуглистого сланцю. Модель включає два сегменти апроксимуючої кривої, що проходять через вищі точки описуваних кривих. Результати. Запропонована модель достовірно описує зміну опору на зсув шарів вуглистого сланцю в про-процесі зсуву, при цьому визначено наявність тісного зв’язку між параметрами апроксимації та параметрами випробування на зсув. За початковим нахилом кривої в частині ослаблення опору зсуву й зсувного зміщення можна передбачити, чи відбудеться значне руйнування цілика вугілля при його обваленні. Нормальне зміщення є незначним у передпіковому діапазоні, що свідчить про те, що в цей час не відбувається повного відриву поверхонь шару вуглистого сланцю. Наукова новизна. Випробування на прямий зсув проводилися вперше на зразках початкового вуглистого сланцю. Двохсегментна модель була розроблена спеціально для опису кривих опору зсуву та зсувного зміщення досліджуваних шарів. За початковим нахилом кривої в частині ослаблення опору зсуву й зсувного зміщення можна передбачити характер руйнування цілика. На відміну від незв’язаних шарів породи, відділення початкового шару вуглистого сланцю відбувається після пікових значень досліджуваних кривих. Практична значимість. Висновки можуть допомогти зрозуміти механізм опору зсуву в первісному шарі вуглистого сланцю й окреслити нові підходи до збереження стабільності вугільного цілика.Цель. Экспериментальное исследование и теоретическое моделирование сопротивления сдвигу первоначального слоя углистого сланца. Методика. Разработана модель для описания кривых сопротивления сдвигу и сдвигового смещения, полученных в результате испытаний на прямой сдвиг восьми слоев углистого сланца. Модель включает два сегмента аппроксимирующей кривой которые проходят через высшие точки описываемых кривых. Результаты. Предлагаемая модель достоверно описывает изменение сопротивления на сдвиг слоев углистого сланца в процессе сдвига, при этом определено наличие тесной связи между параметрами аппроксимации и параметрами испытания на сдвиг. По начальному наклону кривой в части ослабления сопротивления сдвигу и сдвигового смещения можно предсказать, произойдет ли значительное разрушение целика угля при его обрушении. Нормальное смещение незначительно в предпиковом диапазоне, что свидетельствует о том, что в это время не происходит полного отрыва поверхностей слоя углистого сланца. Научная новизна. Испытания на прямой сдвиг проводились впервые на образцах первоначального углистого сланца. Двухсегментная модель была разработана специально для описания кривых сопротивления сдвигу и сдвигового смещения исследуемых слоев. По начальному наклону кривой в части ослабления сопротивления сдвигу и сдвигового смещения можно предсказать характер разрушения целика. В отличие от несвязанных слоев породы, отделение первоначального слоя углистого сланца происходит после пиковых значений исследуемых кривых. Практическая значимость. Выводы могут помочь понять механизм сопротивления сдвигу в первоначальном слое углистого сланца и обозначить новые подходы к сохранению стабильности угольного целика.The authors gratefully acknowledge funding by China National Natural Science Foundation (51109076) and the key scientific and technological project of Henan Province (152102210316)

Mesoscopic Kondo effect of a quantum dot embedded in an Aharonov-Bohm ring with intradot spin-flip scattering

We study the Kondo effect in a quantum dot embedded in a mesoscopic ring taking into account intradot spin-flip scattering $R$. Based on the finite-$U$ slave-boson mean-field approach, we find that the Kondo peak in the density of states is split into two peaks by this coherent spin-flip transition, which is responsible for some interesting features of the Kondo-assisted persistent current circulating the ring: (1) strong suppression and crossover to a sine function form with increasing $R$; (2) appearance of a "hump" in the $R$-dependent behavior for odd parity. $R$-induced reverse of the persistent current direction is also observed for odd parity.Comment: 7 pages,6 figures, to be published by Europhys. Let

Coexistence and competition of multiple charge-density-wave orders in rare-earth tri-telluride RTe3

The occurrences of collective quantum states, such as superconductivity (SC) and charge- or spin-densitywaves (CDWs or SDWs), are among the most fascinating phenomena in solids. To date much effort has been made to explore the interplay between different orders, yet little is known about the relationship of multiple orders of the same type. Here we report optical spectroscopy study on CDWs in the rare-earth tri-telluride compounds RTe3 (R = rare earth elements). Besides the prior reported two CDW orders, the study reveals unexpectedly the presence of a third CDW order in the series which evolves systematically with the size of R element. With increased chemical pressure, the first and third CDW orders are both substantially suppressed and compete with the second one by depleting the low energy spectral weight. A complete phase diagram for the multiple CDW orders in this series is established.Comment: 7 pages, 4 figures, 1 tabl

Relationship between the gamma-ray burst pulse width and energy due to the Doppler effect of fireballs

We study in details how the pulse width of gamma-ray bursts is related with energy under the assumption that the sources concerned are in the stage of fireballs. Due to the Doppler effect of fireballs, there exists a power law relationship between the two quantities within a limited range of frequency. The power law range and the power law index depend strongly on the observed peak energy $E_p$ as well as the rest frame radiation form, and the upper and lower limits of the power law range can be determined by $E_p$. It is found that, within the same power law range, the ratio of the $FWHM$ of the rising portion to that of the decaying phase of the pulses is also related with energy in the form of power laws. A platform-power-law-platform feature could be observed in the two relationships. In the case of an obvious softening of the rest frame spectrum, the two power law relationships also exist, but the feature would evolve to a peaked one. Predictions on the relationships in the energy range covering both the BATSE and Swift bands for a typical hard burst and a typical soft one are made. A sample of FRED (fast rise and exponential decay) pulse bursts shows that 27 out of the 28 sources belong to either the platform-power-law-platform feature class or the peaked feature group, suggesting that the effect concerned is indeed important for most of the sources of the sample. Among these bursts, many might undergo an obvious softening evolution of the rest frame spectrum.Comment: Accepted for publication in The Astrophysical Journa

Anisotropic Magneto-conductance of InAs Nanowire: Angle Dependent Suppression of 1D Weak Localization

The magneto-conductance of an InAs nanowire is investigated with respect to the relative orientation between external magnetic field and the nanowire axis. It is found that both the perpendicular and the parallel magnetic fields induce a positive magneto-conductance. Yet the parallel magnetic field induced longitudinal magneto-conductance has a smaller magnitude. This anisotropic magneto-transport phenomenon is studied as a function of temperature, magnetic field strength and at an arbitrary angle between the magnetic field and the nanowire. We show that the observed effect is in quantitative agreement with the suppression of one-dimensional (1D) weak localization

Boundary effect on CDW: Friedel oscillations, STM image

We study the effect of open boundary condition on charge density waves (CDW). The electron density oscillates rapidly close to the boundary, and additional non-oscillating terms (~ln(r)) appear. The Friedel oscillations survive beyond the CDW coherence length (v_F/Delta), but their amplitude gets heavily suppressed. The scanning tunneling microscopy image (STM) of CDW shows clear features of the boundary. The local tunneling conductance becomes asymmetric with respect to the Fermi energy, and considerable amount of spectral weight is transferred to the lower gap edge. Also it exhibits additional zeros reflecting the influence of the boundary.Comment: 7 pages, 6 figure