岩石材料裂纹扩展的改进近场动力学方法模拟

在传统键基近场动力学模型的基础上,提出可以反映岩石类材料应力-应变变化特点的改进型模型,弥补了传统近场动力学模型在模拟岩石类材料时无法反映岩石内应力随应变先增加再减小最后破坏这一特性的不足。运用改进型模型,对含有单裂纹试件在不同预制裂纹角度及拉伸荷载条件下的裂纹扩展过程进行了数值模拟,分析了开裂角度在不同预制裂纹角度及拉伸荷载条件下的变化。结果表明：预制角度及拉伸荷载对开裂角度都有影响,在试件周围拉荷载接近的情况下会获得较小的开裂角,并且在拉荷载一定的条件下开裂角会有先增加后减少的规律。同时模拟了含裂纹岩石在单轴压缩条件下的裂纹扩展情况,将数值模拟的结果与室内试验的结果对比,验证了所提出新模型的有效性。所提出的新模型可以较好地模拟岩石类材料在拉荷载条件下的力学特性,在岩石数值模拟方面有着较为广泛的应用前景。     

基于声学测试和摄像技术的单裂隙岩石裂纹扩展特征研究

为研究裂隙岩石破坏强度及裂纹扩展特征,采用MTS岩石力学试验机对单裂隙岩石进行单轴压缩试验,同步进行声发射、声波及摄像测试,研究裂隙岩石应力应变行为、声波及声发射特征与裂纹扩展、聚结的变化关系。结果表明,起裂应力、峰值强度及模量随裂隙倾角α变化一致,均先减小后增大,起裂应力和强度受α影响较大;裂纹间断性加速扩展引起的应力转移和释放(应力降),导致裂隙岩石应力-应变曲线呈阶梯状上升;应力降伴随着能量释放、刚度劣化和AE振铃计数的激增,随着α的增大,首次应力降和振铃计数陡增对应的应力逐渐增大,且振铃分布向峰值强度附近集中;裂纹起裂、扩展引起波幅和波速衰减,且波幅下降早于应力降的发生。α=0o岩样峰前波速降高达50%,随α的增大,波速下降点的应力逐渐增大,峰前波速降幅不断减小,α较小时峰前裂纹发育程度高,随着α的增大,峰前裂纹发育程度减弱,裂纹加速扩展、聚合向峰后转移;裂纹长度扩展到临界值时扩展速率会发生快速增大,随着α的增大,裂纹临界长度逐渐降低。     

模拟岩石中裂纹扩展连接的近场动力学方法

脆性岩石材料在压应力作用下常出现两类裂纹：翼型张拉裂纹和次生剪切裂纹。近场动力学是一种新型的无网格数值计算方法。在近场动力学理论中,采用积分形式的控制方程代替微分形式的控制方程使得该数值算法在断裂问题上具有独特的优势。将Mohr-Coulomb准则和最大主应力准则引入非普通“态”基近场动力学理论中,分别用于模拟材料常见的压剪和张拉破坏。这种扩展的非普通“态”基近场动力学可以有效地模拟脆性岩石材料在多种受力状态下的裂纹起裂、扩展和连接问题。通过5个不同的数值算例说明该数值算法在处理脆性岩石材料断裂问题的有效性和准确性。首先,通过模拟含圆孔的弹性板拉伸数值试验说明该数值算法的有效性和准确性。其次,数值模拟了简单三点弯曲试验以及不使用其他外部准则条件下动荷载作用下裂纹的分叉试验,所得结果与其他试验结果或数值结果相吻合,从而验证了该理论的有效性。然后,模拟了包含斜裂纹的巴西圆盘试验,裂纹扩展路径和计算所得的断裂韧度同样吻合于试验结果。最后,模拟了单轴压缩状态下,预制裂纹试样的裂纹扩展和连接问题。将该数值算法与试验结果对比表明,所提出的数值方法可以模拟和预测岩石类材料的张拉和压剪裂纹的起裂、扩展和连接行为。     

大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟

从大理岩常规三轴加、卸荷室内试验出发,结合PFC3D颗粒流程序进行分析,在明确室内试验与数值模拟试验卸荷速率对应关系的基础上,对不同卸荷速率下试样破坏过程的力学特性及破坏机制进行探讨。结果表明：加、卸荷路径下整个加载过程中张拉裂纹数量均明显高于剪切裂纹;常规三轴试验损伤应力之后,裂纹围绕某一速率进行扩展,卸荷试验损伤应力之后,裂纹的发展是突发性的;不同应力路径下试样损伤破坏的差异性主要形成于损伤应力至峰值应力这一阶段,直至卸荷速率超过6 MPa/s,试样的损伤程度与破坏形式逐渐趋于一致;随着围压的增大,不同卸荷速率下岩石破坏均呈现出由张拉破坏逐渐向剪切破坏过渡。     

基于改进数值流形法的接触裂纹问题研究

接触裂纹问题在工程结构中较为常见。结合数值流形法在裂纹处理上的优势,分析了压剪荷载作用下的接触裂纹问题,模拟了压剪裂纹渐进扩展过程。为了减少由于裂纹尖端位置不同而产生的误差,对裂纹尖端附近一定范围内的每一个物理覆盖附加奇异覆盖函数项,并根据裂纹尖端位置和单元含奇异物理覆盖的数目进行分区积分。选取一个压剪破坏算例,分析了法向接触力对应力强度因子计算结果的影响,并模拟了其渐进破坏过程。计算结果表明,所提方法在压剪裂纹问题方面的可行性,与未细化和覆盖细化方法得到的结果相比,更能准确地描述裂纹扩展路径。法向接触力对II型应力强度因子的贡献为0,对I型应力强度因子的影响较大,相对误差随网格密度变化明显,且法向接触力对I型应力强度因子的影响要比直接施加内压时的影响大。     

模型法、扩展广义互换法(EGRM)、沙丘曲线法静校正对比研究及在ZGE沙漠资料处理中的应用

众所周知,静校正问题是沙漠地区地震资料处理的关键问题之一.只有针对不同盆地不同表层结构类型采用相应的静校正方法,才能解决好工区的静校正问题.本文就模型法静校正、扩展广义互换法折射静校正、沙丘曲线法静校正三种静校正方法从理论上、计算方法上进行阐述和探讨,并针对位于沙漠地区的ZGE三维工区的表层结构加以系统研究,同时使用上述三种方法进行对比试验处理,通过分析其静校正和叠加的效果,提出解决本工区静校正问题的方法.经试验对比,我们认为,沙丘曲线法静校正比较适合解决ZGE三维工区的静校正问题.     

用10分钟P波窗估算2004年12月26日苏门答腊—安达曼地震的辐射能量

苏门答腊—安达曼MW9.1级地震的破裂过程持续了大约500秒,这一时间几乎是一般情况下用于计算远震辐射能量的P到时和PP到时之间时间窗长度的两倍。为了测量整个地震所辐射的P波,我们将时间窗扩展为从P波到时到S波到时,并用扩展窗对震中距大于60°的台站的地震记录进行分析。这些持续时间8～10分钟的窗内包含了PP,PPP,ScP震相和其他一些多次反射震相。为了测量包含这些附加震相的影响,我们计算了由扩展窗(P波到时和S波到时之间)得到的震源谱和由标准窗(P波到时和PP波到时之间)得到的震源谱的比值。对扩展窗的分析是在假设它只包含P-pP-sP波群的情况下进行的。我们分析了发生在MW9.1级主震附近具有相似深度和震源机制的4个相对较小的地震事件。这些地震的震级范围从2005年1月9日的MW6.0级余震到震中位于苏门答腊-安达曼地震南部的2005年3月28日MW8.6级的尼亚斯地震。将得到的这4个地震事件的震源谱比值取平均,就得到扩展窗的频变算子。然后对扩展窗得到的2004年12月26日主震的震源谱进行校正,就得到苏门答腊-安达曼地震整个破裂过程(～600秒)的完整的或校正的震源谱。我们计算的地震辐射总能量为1.4×1017J。经过对整个地震的校正震源谱与破裂过程的前～250秒的震源谱(由标准远震窗得到)比较,我们发现主震破裂过程的前半部分辐射的地震波能量多于破裂过程后半部分辐射能量,尤其对于周期从3秒到40秒的地震波,这种现象更加明显。     

北京城市边缘区空间扩展特征及驱动机制

在Landsat TM数据支持下,利用突变点方法获取北京市1994、1999、2004年城市边缘区范围,从扩展总量、扩展类型、扩展方向、扩展区域以及扩展强度等方面分析城市边缘区空间扩展特征,探讨扩展驱动机制。结果表明:(1)北京城市边缘区扩展速率逐渐加快;扩展方向主要是东、北,类型以向外扩张为主;(2)边缘区空间扩展受自然地理条件限制的同时,受经济发展、工业增长、城市基础设施等社会经济因素影响较大,城市规划等政治因素也对边缘区空间扩展具有一定影响。     

单中心扩展型城市的交叉口交通量时空演变——以长春市为例

以长春市这一典型单中心扩展型城市为例,通过对1980年、1985年、2000年和2007年4个时间断面60个道路交叉口交通量的数据分析,研究典型单中心扩展型城市的主要道路交叉口交通量时空演变特征和规律,得出的主要结论为:(1)主要道路交叉口人流量与车流量的空间分布及演变特征带有典型的单中心圈层式扩展和轴向集聚特点,即圈层式中心放射状特征。具体表现为城市中心区交通量和道路利用率较高,边缘区交通量和道路利用率偏低;(2)主要道路交叉口人流量与车流量时空演变特征存在差异,人流量增幅较小、增速较慢,历年间变异系数均维持较高水平且变化不大,中心集聚特征明显。车流量增幅较大、增速较快,历年间变异系数均较人流量小且变化较大,在中心集聚的基础上,沿主要交通干道呈现明显的点轴式集中特征;(3)虽然1980~2007年主要道路交叉口人流量与车流量发生较大变化,但交通量时空分布格局并没有根本改变,反映出单中心扩展型城市空间结构对交通量空间分布的强大制约性。     

地理区位因子对建设用地扩展的影响分析——以珠江三角洲为例

以珠江三角洲地区为研究对象,利用1988,1998,2006年3个时相的建设用地解译数据,运用GIS空间分析手段,定量分析了地理区位因子对建设用地扩展的影响.结果表明,地理区位因子,包括离城市中心距离、离干线公路距离、离海岸线距离以及地形等因素会对建设用地扩展的方向、规模、强度等产生重要影响.地理区位因子对建设用地扩展具有明显的空间指向作用,受中心城市集聚与扩散作用以及交通可达性的影响,建设用地扩展围绕城市中心呈现距离递变规律,并向郊区、临路、临海以及平原区等优势区位集聚,从而使建设用地扩展表现出明显的空间指向性,即郊区指向、道路指向、海洋指向和平原区指向.