基于重整化群方法的红层软岩损伤破坏逾渗阈值研究

逾渗现象广泛存在于大自然中,当物体中起决定性作用的关键变量变化至某一阈值时,其状态发生突变,此时关键变量的临界值称为逾渗阈值。岩石在水的作用下的损伤破坏过程中存在着逾渗现象,可通过重整化群的方法来研究。本文针对华南地区广泛分布的红层软岩,探讨了其在损伤过程中的逾渗现象与破坏的本质关联。通过对典型红层软岩的微观结构分析,概化出红层软岩的骨架构件和胶结物构件,建立红层软岩的重整化群模型的基本单元,将基本单元进行组合,建立出红层软岩的重整化群模型。根据重整化变换规则,推导计算出其逾渗阈值。研究表明:当红层软岩在荷载条件下的破坏临近逾渗阈值时,其内部结构发生大量破坏,软岩内部从无序损伤突变为有序损伤,继之损伤破坏加剧,由稳定破坏向非稳定破坏突变,最终导致其失稳破坏。研究对揭示红层软岩损伤破坏机理具有重要意义。     

颗粒大小对颗粒材料力学行为影响初探

利用一种特殊颗粒材料-玻璃珠进行了一系列室内直剪试验,研究颗粒大小对颗粒材料力学行为的影响。试验一共考虑了3条近乎平行的级配曲线和4种颗粒摩擦情况：干燥状态、水浸润状态、水淹没状态和油浸润状态。试验结果表明,颗粒大小对颗粒材料的力学行为有显著影响,剪胀性随着粒径的增大而增强。为考虑颗粒大小对剪胀性的影响,提出了一种新的剪胀关系式。在该剪胀关系式中,剪胀系数为依赖于颗粒大小和颗粒摩擦等颗粒基本性质的变量。试验研究同时表明临界状态摩擦角随着颗粒大小的增加而增加。此外,从颗粒细观运动的角度提出了颗粒滑动的功能模型,推导出了功能方程,并以此揭示了颗粒大小对临界状态摩擦角影响的细观机制。     

基于实体建模的三维地层构造

以三维实体模型为基础,提出了三维地层实体模型,给出了三维实体地层模型的体系数据结构和几何拓扑结构,完整描述了三维地层模型。给出了地层模型的构造过程,并讨论了地层缺失、倒转等的特殊地质状况的构模处理方法。三维地层实体模型是完整,全面的地层模型,比基于多层网格和三棱柱体元的地层模型具有更多的优点。     

基于ANSYS与OpenGL的高速公路结构物仿真建模及三维地层地表修剪方法

现代三维视景建模与仿真技术在高速公路工程选线、施工以及运营管理中具有良好的应用前景。结构物的仿真建模以及能反映施工前后地表形态变化的三维地层模型研究是高速公路信息化中的重要问题。介绍了一种借用ANSYS有限元分析软件提取结构物三维模型表面几何信息的简便方法;结合OpenGL纹理贴图技术,实现了结构物的仿真建模;针对结构物施工后对地表形态改变较大的问题,提出利用结构物表面数据对三维地层模型地表网格进行修剪的方法--地表网格竖直投影修剪法。把上述方法应用到广东省某高速公路高边坡的三维视景仿真建模中,结果表明,边坡的仿真模型较逼真。三维地层模型修剪后的地表形态与真实情况接近,验证了方法的合理性、可靠性。     

基于改进BP网络算法的隧洞围岩分类

围岩分类对指导地下工程的设计和施工具有非常重要的意义.引入人工神经网络的方法, 进行隧洞围岩分类, 在传统BP算法的基础上, 通过改进学习算法、优化传递函数和网络结构进行神经网络方法优化.采用附加动量法和学习速率自适应调整的策略改进学习算法, 使得当误差大于上临界值时, 则降低学习率, 当误差小于下临界值时, 则适当提高学习率, 这样可加快网络的训练速度, 确保网络的稳定性; 通过引入调整学习率参数, 使得传递过程更加敏感, 加快了传递函数的收敛速度, 提高了训练函数的计算精度; 通过给定隐含层节点模型的取值范围, 对网络结构进行优化, 提高了泛化精度.将改进的BP网络模型应用于广东省东深供水改造工程的隧洞围岩分类中, 分类结果与根据《水工隧洞设计规范(SL279-2002) 》的分类结果完全一致, 表明该方法具有良好的工程实用性.      

三维地层的三棱柱剖分与土方计算

三维地层剖分算法是实现地层三维可视化与土方计算的重要基础。采用三棱柱体建模方法构造三维地层,分析任意平面切割三棱柱的不同情形,得出了针对三棱柱地层的剖分算法;提出了以切割面为分界面,将单个三棱柱剖分成多个小三棱柱的三角投影分割法--将三棱柱顶面、底面及切割截面按一定规则进行合理三角化划分,使划分后三角形在水平面上的投影相重合;将该3层三角形组合成以切割面为分界面的2层小三棱柱,从而完成剖分。土方计算中首先给出开挖体的边界控制方程,根据该控制方程所限定的内边界得到开挖区域,结合上述剖分算法,对该区域内所有小三棱柱体积求和,得到开挖土方量。将以上算法应用到广东省某重大水利工程中,实现了基坑模拟开挖及其土方计算。     

基于GIS的重大工程地基基础模块设计的关键问题研究

基于GIS（geographical information system）平台开发地基基础设计计算模块是重大工程信息化管理系统的重要研究内容之一,它可以有效利用数据库的动态数据,提高设计计算的效率,从而为工程的设计施工提供技术支撑。研究以岩土力学知识及相关行业设计规范为基础,以MAPGIS地理信息系统为开发平台,采用数据库技术、C＋＋编程技术等信息技术,探讨了桩基设计、复合地基设计、洞室围岩支护设计以及边坡加固设计计算的若干关键问题与可视化实现。该模块可自动调用动态数据库的数据对桩基、复合地基、洞室支护等进行设计计算,对边坡稳定性问题进行分析;并可供数据存储及查询。结合广东省内的重大工程--东深供水改造工程的GIS系统开发,提出了地基基础模块的功能设计与实现方法,阐述了模块设计中的几个关键问题,将研究结果应用于该工程中,取得了较好的效果。     

岩石变形破坏的熵突变过程与破坏判据

在岩石的变形破坏过程中,当进入不稳定的破裂发展阶段之后,系统不断调整结构抵抗外力的扰动,裂纹向局域集中的有序方向发展,应变能不断耗散,并以应变能的耗散为媒介,使系统与外扰动所追加的负熵流产生能量流通,也使系统熵值和系统的维数逐次降低,这一阶段岩石系统远离平衡态,岩石的破坏是系统熵的突变过程。基于这一认识,并在验证应变能分布与结构块度分布模式的一致性的基础上,推导出包含了结构因素和能量分布的熵表达式;对熵表达式进行平衡分析获得局部突变的分岔集,得到了岩石局部破坏的熵折迭突变破坏准则;同时,探讨了熵表达式所表征的结构有序度的尖点突变性,解出岩石系统的分岔集,这个分岔集就是岩石系统熵突变的整体破坏准则。     

红层软岩模型试验相似材料的配比试验研究

相似模型试验是研究红层软岩工程性质的重要手段之一,其试验结果的可靠性依赖于相似材料的正确选择与合理配比。针对红层软岩遇水极易软化的特性,在传统相似材料配比基础上添加生石灰,采用正交设计方法开展了相似材料配比试验,以骨料中铁粉与钡粉质量比例、铁粉与钡粉总质量中铁粉的质量比例、石膏质量、生石灰质量为4个因素,每个因素设置了5个取值水平,共制作25组、610个试样。每组试样均测试了其软化系数、密度、无侧限单轴抗压强度、抗拉强度及黏聚力与内摩擦角等物理力学参数,并研究了这些参数随上述4个因素取值水平的不同而变化的规律。最后,基于上述结果,配制了3种典型的软岩相似材料,并分别开展了真实软岩材料的饱水软化平行对比试验。研究结果表明：（1）根据配比方案所配相似材料物理力学参数可基本满足软岩相似模型试验的要求;（2）相似材料物理力学参数变化规律明显,便于通过调节其配比模拟不同软岩材料;（3）三组对比试验中相似材料饱水软化系数与真实软岩具有较高吻合度。