岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅰ):模型建立及其数值求解程序

在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求解。其次,以上述研究为基础根据岩石处于弹塑性状态时渗透系数动态演化公式,建立岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型,并给出三场耦合情况下的数值求解迭代方法。针对耦合模型中涉及参数较多且不易测定的问题,基于差异进化算法原理建立智能反分析方法,对耦合模型中的损伤参数进行反演。最后,利用C++语言编制相应的岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合程序和参数反演程序,利用所编程序进行以下计算:(1)对智能反分析程序的性能、正确性进行分析,对比不同差异策略、交叉因子、变异因子的反演精度和收敛速度。(2)分别采用弹性模型和弹塑性损伤模型进行隧道围岩位移场、应力场的计算。(3)不考虑力学作用的情况下进行孔隙水压力、渗流量的计算。(4)采用所建耦合模型计算得到隧道围岩应力场、渗流场以及损伤场的相互影响规律。研究结果表明,基于差异进化算法的智能反分析程序能够较好地解决耦合模型中损伤参数不易确定的难题,为实际工程中获得不易测定的计算参数提供了有效的方法,同时所建立的耦合模型通过应力、渗流和损伤的相互作用更能够真实地反映出岩石材料的宏观破坏现象,所编计算程序能够模拟地下水渗流场、应力场、损伤场之间的耦合特性,为受地下水影响严重的工程建设提供了方法,研究结论为后期对实际隧道工程进行耦合计算奠定基础。     

西藏高原干旱半干旱区土壤分形特征及其应用

通过对西藏高原干旱半干旱区4种土地利用类型的土壤全样和层样采集与测定,运用土壤粒径的质量分布原理,计算出它们的分形维数。并分析其与土地利用方式、土壤肥力的关系。同时还探讨了土壤分形维数在剖面不同深度的纵向变化。结果表明:i.土壤分形维数不仅可以反映土壤质地的均一程度,而且可以间接反映自然环境变化和人类活动对土壤理化性质的影响。ii.土壤肥力与土壤分形维数有显著的相关性。当土壤颗粒组成分形维数Dp<2.65和微团聚体组成分形维数Da<2.44时,土壤肥力最佳。iii.Dp值和Da值随深度呈波状变化,峰值出现的深度与土地利用方式和人类活动密切相关。     

西秦岭天水地区新阳—元龙韧性剪切带构造变形特征及其地质意义

西秦岭北缘新阳—元龙韧性剪切带作为西秦岭造山带与北祁连造山带之间的区域韧性构造边界,带内构造样式复杂多样,多期构造叠加,不同部位韧性变形强度不同,兼具左行、右行剪切特征,但以右行为主,宏观构造显示由NNE向SSW斜向逆冲特征,且多被后期构造改造。EBSD组构分析结果显示,石英C轴优选方位指示非共轴变形,显示明显的中温柱面a-中低温菱面-低温底面组构的右行剪切及不太明显的低温底面组构(偶见中低温组构)左行剪切特征;方解石C轴组构显示e1双晶滑移与r1平移滑动,兼具左行、右行剪切特征。组构特征反映该剪切带可能经历了中温—中低温—低温、以右行韧性走滑为主并曾出现过左行逆冲的复杂变形过程,综合分析推断该韧性剪切带经历了低绿片岩相—高绿片岩相—低角闪岩相韧性变形环境。区域对比分析认为,新阳—元龙韧性剪切带响应古生代构造演化的构造变形记录主要为2期:一是志留纪天水—武山洋闭合导致大规模NNE-SSW向的陆-弧或陆-陆碰撞逆冲造成的左行逆冲剪切变形;二是晚泥盆世—早石炭世秦祁结合部位强烈的大规模右行走滑拼贴运动形成的右行剪切变形和反"S"构造样式。     

基于多算法参数优化与SVR模型的白水河滑坡位移预测

滑坡预测对于减轻地质灾害的危害十分重要,但对科学研究却很有挑战性。基于变形特征和位移监测数据,建立了三峡库区白水河滑坡的时间序列加法模型。在模型中,累计位移分为3个部分:趋势、周期和随机项,解释了由内部因素（地质环境,重力等）、外部因素（降雨,水库水位等）、随机因素（不确定性）共同作用的影响。在对位移数据进行统计分析后,提出了一个3次多项式模型对趋势项进行学习,并利用多算法寻优的支持向量回归机（SVR）模型对周期项进行训练与预测。结果表明,在预测精度上,基于时间序列与遗传算法-支持向量回归机（GA-SVR）耦合的位移预测模型要明显优于网格寻优（GS）以及粒子群算法（PSO）优化的支持向量回归机模型。因此,GA-SVR模型在滑坡位移预测方面可以得到较好的应用。在“阶跃型”滑坡位移预测中,GA-SVR将具有广阔的应用前景。     

渤海西岸一次极端大风的特征和成因分析

利用NCEP-FNL资料、FY-4卫星红外云图资料、雷达资料和自动站资料,对2021年4月15日渤海西岸由大尺度冷空气和中尺度对流系统共同作用形成的极端大风进行特征和成因分析。结果表明：(1)FY-4卫星红外云图云顶亮温表现出指状特征,雷达反射率因子表现为两个弱回波带在渤海西岸合并加强为一条带状回波,随着系统东移由带状回波演变为弓状回波。(2)上冷下暖的不稳定层结为锋面触发对流提供有利环境条件,在径向速度图上出现较大范围速度模糊和中层径向辐合。(3)此次大风过程具有雷暴大风和冷空气大风混合的大风特征,大风成因是由大尺度冷空气产生的动量下传、大尺度变压风、梯度风以及中尺度雷暴冷池出流共同导致的。     

头足类眼睛的研究综述

头足类是现存最古老的海洋生物之一,为视觉性动物,视觉在它们的捕食、避敌、求偶、交配等活动中发挥了重要作用。在长期的进化过程中,头足类的眼睛为它们带来了视觉上的强大优势。目前国内关于头足类眼睛的研究较少,主要集中于头足类眼睛视网膜的研究,国外的研究则主要集中于头足类眼睛的结构特点和一些视觉特性,本文对头足类眼睛的形成、形态、结构、视敏度变化、偏振光敏感性、趋光性及眼外光感受器——感光囊进行了论述。综合分析认为,除鹦鹉螺外,头足类的眼睛发达,虽然它们的眼睛保留了无脊椎动物无法识别颜色这一特性,但已经具备了形成物像,进行屈光和光调节的完善而精细的系统结构,分辨率高,甚至还具有一些高等脊椎动物所不具备的功能,同时还有眼外光感受器——感光囊进行辅助作用。因此,和它们的分类地位一样,头足类的眼睛一定程度上也处于海洋动物由低等进化到高等的一个过渡型的地位。此外,本文也对目前头足类眼睛研究进展的问题和未来研究方向进行了总结和展望。希望可以引起国内外同行的重视,并为相关研究提供借鉴和参考。     

基于机器学习与可靠度算法的围岩动态分级方法及其工程应用

为了实现公路隧道建设过程中掌子面前方围岩质量的准确、快速评价,在传统岩体分级BQ方法基础上,基于机器学习与可靠度算法提出了一种隧道施工过程中围岩动态分级方法。机器学习工具选取为最小二乘支持向量机(LSSVM),并通过细菌觅食算法(BFOA)对其参数进行优化选取,以此构建分级指标组与围岩级别之间的非线性映射关系,其中分级指标组是由地质超前预报结果、掌子面强度回弹值等易于在施工过程中获取的参数形成。而且对于某些分级指标获取过程中可能存在的随机性问题,引入可靠度理论加以修正,通过机器学习结果构建可靠度计算的功能函数,最终得出具有概率意义的围岩分级结果。将所述方法应用于甄峰岭隧道现场,根据计算结果对部分区段进行了设计变更,通过自动化监测数据证明了变更方案的适用性。结果表明,所述分级方法可有效实现施工过程中围岩动态分级计算,为隧道建设的动态设计过程提供了一种新思路。     

基于改进局部安全度的爆破作用边坡稳定性分析

由于边坡滑动是渐进破坏的过程,研究其局部安全程度有重要意义。建立了改进的局部安全度(ZSI)计算方法,可统一表征局部岩土体弹性、塑性和破坏不同阶段的稳定状态,通过静力边坡的离心加载数值试验分析,验证了ZSI指标有效性。对爆破影响的边坡进行时程动力数值模拟,获得了不同爆破参数下边坡局部安全指标分布模式。结果表明,随着爆破荷载幅值、孔隙水压和荷载作用时间的增加,ZSI的负值区域逐渐增大,滑动面也不断延伸和贯通;振速增大区局部集中在滑动体,破坏区域主要集中在爆源附近和滑动面;爆破作用下孔隙水压对边坡滑动面破坏影响最为明显,而爆破作用时间对边坡爆源附近破坏影响最为明显。文中研究方法和结论对于深入认识爆破作用边坡的渐进破坏机制有积极的意义。     

基于DE-FEM隧道反分析可视化平台研究及应用

针对传统反分析优化容易限于局部最小化以及反分析数据不直观等问题,引进一种新的全局智能优化算法（DE）,与应力回映的弹塑性非线性有限元（FEM）相结合,实现围岩弹塑性参数快速识别。基于可视化类库（VTK）对单元应力、应变和节点位移等结果数据进行图像显示,从而实现了隧道施工反分析EEOS高性能可视化平台。在介绍算法原理、程序设计基础上,介绍该系统在某工程的应用情况。应用表明,该平台计算收敛快速、识别精度高、结果直观,为隧道工程反分析提供了科学高效的途径。     

西藏日喀则市查孜地热田地质构造特征与形成机制

查孜地热田位于冈底斯-念青唐古拉断块隆起区之当惹雍错-许如错南北向地堑区,区内岩浆岩分布较为广泛,活动性断裂较为发育,拥有形成地热的良好地质条件。结合区域地质背景和地热田地质及地球物理场的研究成果,分析了查孜地热田地热资源的形成背景、赋存条件和分布规律。研究表明,地热田的热储层为古近纪古-始新统火山岩。大气降水及融雪水的入渗补给为地热水提供了丰富的水源,活动性断裂构成了地热水深循环的通道,广泛分布的岩浆岩体为地热水提供热能来源,本区地下热水的成因类型可划归为岩浆岩-构造断裂型。