非线性地球化学动力学

非线性地球化学动力学的研究主要包括五个方面：①地球化学非线性反应动力学;②矿物沉淀、结晶与生长的非线性动力学;③流体流动－反应耦合的非线性动力学;④力学－化学耦合的非线性动力学;⑤地球化学循环的非线性动力学或非线性全球动力学。分别总结了上述五个方面的研究进展,讨论了地球化学非线性动力学研究中存在的问题和今后的发展方向。     

矿井开采中的非线性动力学特性

采用现代非线性科学中的分叉、混沌、分形和自组织理论,对矿井开采过程中的典型动力学现象进行了研究,分析了这些现象的非线性机制,指出了矿井开采系统中的非线性动力学行为,对矿井灾害的防治和指导矿井采掘活动具有积极意义。     

岩溶矿井煤层底板突水的非线性动力学模型

根据多年来的科研生产实践,应用非线性科学理论建立了非线性动力学模型,并考察了模型的动力学行为,发现煤层底板隔水层力学失稳(突水)早期阶段有明显的应力失调现象。利用煤层底板应力、应变监测资料,通过非线性动力学模型计算,可预测煤层底板突水问题是否发生。      

基于条分法的滑坡位移非线性动力学模拟方法

滑坡的位移变化是一种非线性的过程,并在各种因素的影响和作用下表现出各种动力学特征。本文在传统的条分法的基础上,采用离散无模型的思想,提出一种滑坡位移非线性动力学模型的方法。最后给出了几种合理的模拟结果。     

开挖过程的非线性理论分析

本文从岩土介质力学非线性和变形破坏过程自组织非线性的角度对开挖过程岩土体非线性行为进行了探讨。以此为依据,分析了岩土从微观破坏、滑移面形成、直至整体变形破坏全过程的自组织发生机理,在此基础上,建立了伴随开挖过程岩土体变形破坏的非线性动力学描述方程。     

基于神经网络理论的河道水情预报模型

河道水流运动过程特别是洪水演进过程是一个复杂的非线性动力学过程,鉴于神经网络具有很强的处理大规模复杂非线性动力学系统的能力,本文将神经网络理论用于河道水情预报的研究,以期识别水流运动变化过程与其影响因子之间的复杂非线性关系,为河道水情预报提供了一条新的途径。在此基础上建立了螺山站洪水预报的非线性动力学模型,通过分析研究得出近年来特别是1998年长江中游出现的小流量高水位现象与螺山汉口河段累计淤积有关并得到螺山站水位变化与河床淤积之间的定量关系。     

滑坡灾害系统非线性动力学研究

从非线性动力学的观点出发、以滑坡的时间序列数据为基础，研究了滑坡灾害系统的动力学特征：相空间特征及其吸引子。建立了滑坡灾害系统的非线性动力学模型。通过对这一典型滑坡事例－新滩滑坡的预测表明：在一定时间尺度内，其趋势预监测情况吻合良好。最后的Ａ．Ｎ．Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵分析给出了新滩滑坡确定性预测的时间尺度为１．８年。     

隧道变形失稳过程的非线性动力学分析与破坏判据研究

隧道变形失稳过程与破坏判据研究是地下工程的热点与难点之一。运用协同学与混沌动力学,分析了隧道变形失稳过程的非线性动力学演化特征,并将其划分为平衡、非平衡线性、非平衡非线性等3个演化阶段;从系统分析的角度,研究了整个隧道系统的涨落关联机制,建立了隧道变形失稳的动力学演化模型。在此基础上,分别给出了大数据量（≥3 000）与小数据量（ 3 000）条件下稳定性演化过程的动力学判别准则。结合隧道变形失稳的阶段性特征,建立了其破坏的混沌动力学判据。将以上研究应用于广州地铁某立体交叉隧道的稳定性分析中,验证了该动力学演化模型与判据的合理可靠性,对隧道稳定性状态的判别具有一定指导意义。     

滑坡灾害系统非线性动力学研究

从非线性动力学的观点出发，以滑坡的时间序列数据为基础，研究了滑坡灾害系统的动力学特征：相空间特征及其吸引子。建立了滑坡灾害系统的非线性动力学模型。通过对这一典型滑坡事例－新滩滑坡的预测表明：在一定时间尺度内，其趋势预监测情况吻合良好。最后的Ａ．Ｎ．Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵分析给出了新滩滑坡确定性预测的时间尺度为１．８年。     

地学分形研究中值得注意的几个问题

以扇形沉积体的分形研究为例,针对分形理论在地学应用领域中存在的一系列值得注意和深入探讨的问题,如分形的层次、尺度及线性无标度区、分维数测定方法的选择、分形动力学与分形重构、构造分形Ｄｓ与结构分形Ｄｔ的关系、分形模拟和预测等、进行了分析和讨论,并强调指出,在地学领域中基于非线性动力学理论和非线性数学方法基础之上的扮形动力学模拟具有重要的理论和实际意义。     

土的量化记忆模型及其参数确定

土的真非线性分析要求追踪应力-应变历史,寻求滞回圈上应力-应变的瞬时切线模量。由于地震荷载的随机性,实际土体的应力-应变历史轨迹非常复杂。基于传统模型的骨架曲线和滞回圈表达式进行这类分析的难度很大。作者介绍的量化记忆模型是为土的动力真非线性分析提出的,它是将单调加载情况下呈非线性变化的切线模量量化,记忆为一种分段线性分布的几何结构,并通过对这种结构加以变换,以描述循环加载情况下具有滞回特性土料的动应力-应变关系。在试验的基础上,运用非线性最小二乘法,确定了量化记忆模型中的 , , , , , 6个参数,并将量化记忆模型生成的应力-应变关系曲线与试验曲线进行了比较。结果表明,量化记忆模型是有效可行的。     

A Research on Fractal Dimension and Nonlinear Dynamic Model of Xintan Landslide，China

ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｒａｃｔａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄＮｏｎｌｉｎｅａｒＤｙｎａｍｉｃＭｏｄｅｌｏｆＸｉｎｔａｎＬａｎｄｓｌｉｄｅ，ＣｈｉｎａＺｈｏｕＣｕｉｙｉｎｇ；ＴａｎｇＬｉａｎｓｈｅｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅ，...     

A numerical model for nonlinear large deformation dynamic analysis of unsaturated porous media including hydraulic hysteresis

A numerical model based on the theory of mixtures is proposed for the nonlinear dynamic analysis of flow and deformation in unsaturated porous media. Starting from the conservation laws, the governing differential equations and the finite element incremental approximations suitable for nonlinear large deformation static and dynamic analyses are derived within the updated Lagrangian framework. The coupling between solid and fluid phases is enforced according to the effective stress principle taking suction dependency of the effective stress parameter into account. The effect of hydraulic hysteresis on the effective stress parameter and soil water characteristic curve is also taken into account. The application of the approach is demonstrated through numerical analyses of several fundamental nonlinear problems and the results are compared to the relevant analytical solutions. The effects of suction, large deformations and hydraulic hysteresis on static and dynamic response of unsaturated soils are particularly emphasized.     

土体动非线性黏弹性模型及其ABAQUS软件的实现

基于土的动应力-应变关系--Davidenkov骨架曲线,采用破坏剪应变幅上限值作为分界点,对Davidenkov骨架曲线进行了修正,即当剪应力值大于破坏剪应力值时,土体产生破坏,土体的动剪切模量采用破坏后的动剪切模量;参考Mashing法则,构造了修正后的Davidenkov骨架曲线土体加卸载对应的应力-应变滞回圈曲线。基于ABAQUS软件的操作平台,开发了土体动弹塑性本构模型的子程序。选择南京某个典型软弱场地为研究对象,首先输入余弦加速度时程曲线,然后选取一条强震加速度记录作为基岩输入地震动,对不同峰值加速度水平下该场地的地震反应进行了二维有限元非线性分析,计算结果验证了所建模型的准确性和可用性。     

覆盖层上土石坝非线性动力响应分析的地震波动输入方法

较多已建和待建的土石坝直接修筑于覆盖层上,合理描述土石坝与覆盖层之间的动力相互作用对大坝抗震安全评价至关重要。基于等效荷载和人工边界的地震波动输入方法能较好地反映出结构-地基之间的相互作用并得到了广泛应用。等效荷载和人工边界参数在均质线弹性地基条件下易于获得,而对于覆盖层地基,土体动力非线性特性给求解带来很大困难。鉴于此,首先根据覆盖层侧向边界的位移模式,发展了能高效、精确地获取多向地震动垂直入射时均质或成层覆盖层自由场非线性动力响应的简化模型;结合能动态实时获取地基材料参数的非线性人工边界,发展了一套覆盖层上土石坝非线性动力响应分析的地震波动输入方法。算例表明,发展的地震波动输入方法可大大减小计算网格量,并能较好地反映覆盖层对地震动频谱特性的影响且具有较高的精度。     

力幅突变激扰作用的岩石边坡动力敏感性研究

动载荷作用引起岩石边坡失稳破坏,尤其力幅突变激扰作用对边坡稳定影响很大。对动、静载荷作用下岩石力学性质进行了分析,建立了岩石边坡非线性运动方程,分析了岩石边坡动力变形模型及非线性动力响应,得出当扰动频率增加到一定程度,滑体振幅突然增加,产生向上突跳并随力幅的增加继续增加;反之,当力幅较大并逐渐减小时,滑体振幅也随之减小,当扰动的振幅减小至一定程度,滑体振幅突然降低,产生向下突跳减小。对初始条件和力幅突变激扰对岩石力学非线性振动系统的影响进行了分析,得到初始条件的微小变化可引起系统响应的巨大差异,当振幅A极小时,线性系统的振荡很弱,它对非线性系统的作用也很弱,整个系统的运动便可看作两运动的独立叠加。当振幅A再加大到使其幅值超过非线性系统三奇点之间的间隔时,系统可以在这些奇点之间来回跃迁振荡,从而运动复杂化,随振幅A的增加,系统从倍周期运动向混运动变化,研究结果可为岩石边坡的动力稳定提供指导。     

层状地基-非线性结构系统地震响应特性分析

根据从系统能量导出的地震动力方程,采用渐近解析法对层状地基 非线性结构系统的地震响应进行了分析,给出了共振区的振幅-频率以及相位-频率的解析公式,并对地基参数的不同取值,给出了一系列相应的计算结果。进而根据计算结果分析了地基参数对结构地震响应特性的影响,讨论了共振区畸变、振幅的分叉和突变现象以及“路径”效应等非线性动力特性。分析结果表明,同一类别地基的参数变化对结构的动力特性有显著的影响,按现行抗震设计方法对层状地基 非结构系统进行抗震分析时,可能产生较大的偏差,需考虑相互作用和非线性特性,以使设计参数更合理和优化。     

Evolutionary nature of structure formation in lithospheric material: universal principle for fractality of solids

Destruction of geomaterials and geomedia material, as well as general brittle and ductile materials, have been treated theoretically and experimentally using the general approach of nonlinear dynamic systems. The process of destruction in loaded solids (inelastic deformation, damage accumulation, fracture) is presented as a space-time evolution of a nonlinear dynamic system, which allows interpreting all deformation and fracture within the limits of a single theory. The space-time hierarchies of nonlinear systems were found out to undergo collective effects and self-organization. The experimental and theoretical studies of the evolution of loaded solids revealed their universal fractality and showed brittle fracture and plastic deformation to be self-similar processes at different scales, for which scaling parameters have been estimated. The evolution of inelastic strain and destruction of solids is modeled numerically in terms of hierarchic systems.     

非线性水驱曲线

本文以Ａ油田的开发动态数据为基础，依据冯文光教授提出的非线性水驱曲线模型，首次将混沌动力学非线性反演理论引入水驱曲线研究之中，用非线性理论求取Ａ油田非线性水驱曲线参数，建立非线性水驱曲线方程     

可液化地基上地铁车站结构地震反应特征有效应力分析

采用Byrne简化的Martin-Finn振动孔压增量模型描述土体的液化特性,采用Davidenkov黏弹性本构模型描述土体的非线性特性,建立了可液化地基-地铁车站结构非线性静、动力耦合相互作用的二维分析模型,采用动力有效应力分析方法对可液化地基上两层三跨岛式地铁车站结构的地震动反应进行了数值分析,并与动力总应力方法分析的结果进行对比,结果表明：地铁车站结构两侧及底部邻近位置的土体较易液化,地基土的液化对地下结构邻近地表的加速度反应有明显的影响,且在地基土液化的影响下地下结构有明显上浮的趋势,并呈现出中部上凸的变形特征,地下结构的破坏型式为上层顶板和底板两端的受拉破坏、下层底板边跨跨中的上拱弯曲破坏、中柱的受压破坏、侧墙底端的弯曲破坏。