公路隧道通风竖井岩爆机制颗粒流模拟研究

根据工程地质资料分析,岩爆是秦岭公路隧道2号通风竖井施工过程中的主要难题。岩爆机制是指岩爆发生的物理过程,与岩石的颗粒大小、颗粒胶结和粒间孔隙等结构特征密切相关。根据颗粒流基本理论和竖井混合片麻岩的基本力学特性,进行混合片麻岩细观颗粒参数标定研究。颗粒大小不是一个自由参数,通过颗粒流模拟的相似比分析,采用强度折减方法进行竖井岩爆机制的颗粒流模拟。研究表明,岩爆孕育的细观机制为平行于开挖面的微裂纹萌生-微裂纹扩展、聚合-宏观裂纹的形成,为压致张剪断裂破坏,主要是由张拉裂纹扩展、聚合引起的,是一个渐近破坏过程。研究成果为竖井岩爆稳定性分析提供初步依据。     

基于粒子群-高斯过程回归耦合算法的滑坡位移时序分析预测智能模型

高斯过程回归(GPR)学习机有着容易实现、超参数自适应获取及预测输出具有概率意义等优点。通常采用共轭梯度法获取GPR超参数,但其存在优化效果对初值依赖性太强,迭代次数难以确定,易陷入局部最优的缺点。改用粒子群优化 (PSO)算法进行最优超参数搜索,形成粒子群-高斯过程回归耦合算法(PSO-GPR)。将该算法引入三峡永久船闸高边坡、卧龙寺新滑坡、链子崖滑坡3个不同的典型滑坡变形时序分析中,对每个滑坡分别采用稳态核及一种新式神经网络（NN）、平方指数（SE）、有理二次型（RQ）3种单一核函数进行外推预报测试。工程应用表明,基于3种不同单一核函数的粒子群-高斯过程回归算法（PSO-GPR）均能完全适应不同滑坡时序分析,其中以NN核函数外推预测效果最佳,平均相对误差分别为6.37%、7.62%、1.07%,从而改善了在进行不同滑坡变形时序分析时采用单一核函数的核机器外推能力存在较大差异性的问题,提高了单一核函数对不同数据类型的兼容性     

黑龙江省松嫩平原南部大气颗粒物地球化学特征及来源解析

研究采集了黑龙江松嫩平原南部28个夏季大气颗粒物样品,分析了不同粒径(TSP、PM10、PM2-5)样品中常量和微量元素含量,对元素浓度含量特征、元素间相关性和空间分布特征进行了分析,并使用富集系数法和因子分析法进行元素来源解析。研究表明：在PM10-100中富集的元素多在地壳中含量很高,重金属元素在PM2-5中高度富集,不同粒径大气颗粒物中各元素质量浓度整体水平为：大庆>绥化>哈尔滨>齐齐哈尔。富集因子分析表明：Fe、K、Ti、Mn、Co的富集因子小于1或非常接近1,Ca、Mg、Ni、Cr的富集因子大于1但仍小于10,Na、Zn、Cu、Cd、Pb、Se的富集因子大于10,表现出较为明显的人为来源特征。参照颗粒物不同源主要标识元素,对各元素进行主因子分析结果表明：松嫩平原南部大气可吸入颗粒物的主要来源是土壤扬尘,此外还有燃煤、垃圾焚烧、汽车尾气、碱尘大气传输、燃油和工业来源。     

山区谷底沉陷预测模型及其参数反演

我国西部地区地势复杂,沟壑纵横,地下开采极易导致边坡失稳,引发采动滑坡。在地下采动沉降与滑坡体挤压上升的叠加影响下,谷底区域地表沉降值明显小于类似地质采矿条件下的平原地区。为准确预测山区谷底区域地表沉降值,基于简支梁的弹性变形理论,并借助概率密度函数建立了山区谷底区域地表沉陷预计修正模型,明确模型参数物理意义及其取值方法。依据修正模型,以实测值和预测值之差平方和最小为原则构建适应值函数,基于模拟退火粒子群算法提出新的模型参数反演方法,借助MATLAB语言编制了相应的参数反演程序。最后将研究成果应用于山西某矿,得到谷底区域预测结果中误差为73 mm,与实测值基本一致,取得了较好的工程实践效果。     

粗颗粒间液桥毛细力演化规律的动态计算方法

水力特性是非饱和土力学理论与工程的重要课题之一,土样水力特性的变化过程本质上可反映为土颗粒间毛细力的演化规律。为此,以粗颗粒为研究对象,将其简化为一对不等径球体颗粒,而其间的水分形态可视为形如圆环的液桥,不考虑颗粒重力和浮力的影响。以Young-Laplace方程为基础,先推得计算液桥毛细力的控制方程组,再结合液桥的无量纲体积最大、最小值及其外曲率半径的割线迭代算法提出求解毛细力的动态计算方法,进而研究毛细力与颗粒间距、颗粒半径比和液桥体积的无量纲关系,结果表明：当颗粒间距一定时,液桥的毛细力随其体积和颗粒半径比增大均呈递增趋势;当液桥体积一定时,其抗拉刚度随颗粒间距增大呈递减趋势。最后,利用已有文献中液桥毛细力与颗粒间距的实测关系,验证了该动态计算方法在表征液桥从形成至断裂时毛细力演化规律的有效性。     

类节理岩石直剪试验力学特性的数值模拟研究

节理岩体的剪切特性是主导岩体工程稳定性的关键因素。基于PFC2D离散元颗粒流程序,结合室内试验结果对比分析,选取合理的细观参数进行数值模拟,分别从细观角度研究了节理岩石的裂纹发展、能量转化及声发射现象等特性,从宏观角度研究了节理岩石的强度模型和破坏形态。结果表明：节理岩体主要呈现磨损和剪断两种破坏形态,不同的破坏形态对应不同的强度模型;随着剪切变形增加,岩体沿节理面发生破坏,弹性阶段以法向裂纹为主,而塑性阶段切向裂纹起主导作用,滑移区R、P裂纹贯通形成破碎带,节理面产生较大滑移;在应力达到峰值强度前,边界能主要转化为应变能,法向裂纹生成较多;越过峰值强度后,摩擦能快速增长,并伴随大量切向裂纹产生。与室内试验结果相比,PFC2D较好地模拟了节理岩体剪切力学特性,弥补了室内试验中无法进行细观特性研究的缺陷,对于节理岩体后期研究提供了一些参考。     

卸围压下砂岩力学特性及细观机制颗粒流分析

鉴于试验砂岩内摩擦角较大及峰后脆性强的特点,选用颗粒流程序PFC2D中的cluster单元进行模拟,在常规三轴压缩试验校正的基础上得到一组能够真实反映砂岩宏观力学行为的细观参数,模拟了砂岩两种卸围压路径,结果表明其峰值强度随初始轴向应力的增大而不断增大,其规律与试验相同。选取了两种卸围压路径微裂纹数目随应力-应变的演化趋势进行分析,结果表明卸围压对试样造成的损伤较加轴压大,同时初始轴向应力增大一定程度上增加了试样承受破坏的能力。通过对不同应力路径裂纹两侧位移场的分析可知卸围压会造成颗粒在横向产生位移不连续,导致试样破坏。     

改进的支持向量机方法在矿山地质环境质量评价中的应用

传统支持向量机（SVM）评价模型中网格搜索法对参数的选择受到主观因素的影响,选用粒子群算法对SVM模型进行优化,并应用改进的SVM模型（PSO-SVM）对长吉图经济区135个矿山进行地质环境质量评价。PSO-SVM模型的评价结果与综合评价结果的相同率（注：该相同率是指两个评价结果相同的个数占所有评价样本数的百分比）达到95.56%,与SVM模型评价结果的相同率达到91.11%。结合研究区实际情况并分析三种评价结果得出,PSO-SVM模型的评价结果更符合实际情况。改进的支持向量机方法能够避免人为因素影响,提高矿山地质环境评价水平,在评价中具有可行性和有效性。基于改进的支持向量机方法评价结果表明,研究区矿山地质环境受矿山开采等人为活动的影响,54.1%的矿山遭受严重破坏（III级）,25.9%为中度破坏（II级）。评价结果可为研究区矿山环境恢复治理提供决策支持。     

基于粒子群优化的多目标体中梯电阻率异常反演

在采用中梯装置的电阻率剖面法应用中,特别是在环境、水文和工程等领域,经常遇到需要对多个异常目标体进行快速定位以便及时进行相应处理的情况.利用倾斜椭球体来近似模拟这些电阻率异常目标体,使得正演计算可以采用解析表达式来实现,提高正演计算的时效性.相应的地球物理模型也可简化为由椭球体个数、中心点位置、倾角、轴径以及电阻率等参数构成的粒子,多个粒子组成的粒子群在粒子群优化算法的控制下在给定的搜索空间中并行地搜索最优模型.通过对粒子群优化算法参数的合理设计,利用其良好的全局与局部均衡的搜索能力实现对多个异常目标体的同时反演.数值实验结果表明该反演方法能有效实现对多个目标体的同时反演,计算速度快、反演拟合精度较高、同时具有一定的抗噪音能力.快速的多目标体反演,可以实时准确的定量解译中梯剖面法圈定的异常目标体,较好地满足工程等领域的高时效性要求.     

The biaxial compression mechanical properties of crushed rock

Crushed rock subgrade, as one of the roadbed-cooling methods, has been widely used in the Qinghai-Tibet Railway. Much attention has been paid on the cooling effect of crushed rock; however, the mechanical properties of crushed rock are somehow neglected. Based on the discrete element method, biaxial compression test condition for crushed rock is compiled in FISH language in PFC^2D, and the natural shape of crushed rock is simulated with super particle "cluster". The effect of particle size, crushed rock strength and confining pressure level on overall mechanical properties of the crushed rock aggregate are respectively analyzed. Results show that crushed rock of large particle size plays an essential framework role, which is mainly responsible for the deformation of crushed rock aggregate. The strength of gravel has a great influence on overall mechanical properties which means that strength attenuation caused by the freeze thaw cycles cannot be ignored. The stress-strain curves can be divided into two stages including shear contraction and shear expansion at different confining pressures.