高应力深部洞室模型试验分区破裂现象机制的初步研究

以经典的芬纳公式为手段,以观察到分区破裂现象的模型试验为背景,通过对简化后的圆形巷道围岩应变场和能量场的分析,发现极限平衡区边界存在径向应变的不连续性和弹性变形能的聚集性。认为与开挖洞室呈同心圆的环状断裂的形成,是极限平衡区在边界上由于应变场的不协调而导致的与弹性区的断裂分离。而分区破裂的产生,则是这种断裂分离形成后极限平衡区向深处发展的结果。解释了分区破裂产生时洞周围岩应变和位移随距离洞室增加呈波浪形变化的非单调性规律,给出了分区破裂形成后各破裂区半径的表达式,关系式表明各破裂区之间存在等比关系,比值与地应力状态及围岩力学参数有关。将分区破裂模型试验的参数代入该式,可得,n =1.1左右,与实验完成后剖开模型的各破裂区分布特征基本相符。     

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     

考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置

针对水土资源空间不匹配、水资源总量不足及土地资源利用程度不高等问题,以二元水循环理论为基础,构建考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置模型。该模型包括产水模块、水土联合配置模块和土地模拟模块,以GDP最大和基于生态绿当量的区域植被覆盖率(EGE-RVC)最高为目标函数,并提出了一种耦合约束法、逐次逼近法和非线性规划的三层嵌套算法进行求解。以河南省洛阳市为例对模型和方法进行验证,结果表明,洛阳市可利用水量增加了4 463万m³,GDP提高了12.5%,EGE-RVC增加了2.6%,各用地类型缺水率不同程度下降。研究成果能够为区域水土资源优化配置研究提供新的思路和技术参考。     

挡墙水平变位诱发地表沉降的简化解析解

推导了平移模式下的地表沉降理论显式解,在此基础上提出了任意挡墙变位诱发墙后地表沉降的简化计算方法。分别与平移、绕墙趾及绕墙顶等3种变位模式下的弹性有限元数值解进行对比分析,对简化解析方法进行了验证。最后将这一简化解析方法应用于工程案例预测,与软土地基现场实测结果进行对比,发现理论预测的地表沉降曲线与实测值相吻合,且较准确地预测了最大沉降发生的位置,表明了该简化解析方法的实用性。     

截齿破岩机制及截线间距优化试验研究

根据截齿侵入岩石的断裂特征和相关试验数据,分析了破岩机制及不同截线间距对破岩效果的影响。在单刀旋转截割试验平台上,以不同切削深度和截线间距进行组合试验,并结合比能耗、粗度指数及截割载荷3个评价指标,对截线间距进行优化,研究截割该类型砂岩时截线间距与切削深度的最佳比值。试验结果表明,岩石在单齿旋转截割作用下的破碎过程大致可以分为初始压碎区细粒岩屑生成、密实核形成并储能、各向裂纹的扩展与连通、断裂体崩落、二次压碎区细粒岩屑生成5个阶段,且岩屑的断裂是以拉伸为主并伴随着挤压和剪切的共同作用;在最佳截割条件下,粗度指数较高,岩屑成块率增加,且比能耗低。通过分析岩石破碎过程及对截线间距的优化,可为掘进机破岩机制研究及截齿布置提供参考。     

移动荷载下三维半空间动力安定性下限分析

针对交通移动荷载,基于第一动力安定性理论预测了弹塑性半无限空间动力安定性下限值。通过建立无限元边界的三维动力有限元模型,研究了移动荷载作用下弹塑性半无限空间的动应力分布,构造了稳态动应力下的残余应力场,基于残余应力场的构造提出了动力安定性下限值的预测方法,分析了交通动应力下的安定性下限值以及车辆移动速度对安定性的影响,同时分析了均布荷载和Hertz荷载分布对动力安定性下限值的影响。当荷载移动速度低于Rayleigh波速时,安定性极限值随着速度的增加而增加,而当速度超过Rayleigh波速时,随着速度的增加而减小。研究还发现,当荷载和总重相等时采用圆形均布荷载和Hertz荷载的安定性极限值较为相似。     

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。     

基于改进果蝇算法的非线性模型参数估计方法

在对基本果蝇优化算法的寻优流程进行深入分析的基础上,提出一种单方向搜索处理的改进果蝇优化算法（IFOA）。该方法可以对极值点为非零非负的非线性函数进行优化处理,将其应用于非线性模型参数估计。实例表明,IFOA方法在参数估计精度上优于线性近似法与非线性迭代方法;与以遗传算法为代表的智能搜索方法相比,其估计精度相当,并具有参数设置少、寻优过程简单、易于程序实现等优点。     

避免异参同效的抽水井表皮层溶质运移方程推导

抽水井表皮层溶质运移控制方程受到异参同效的影响,存在参数估计的多解性问题。提出一个新的抽水井表皮层溶质运移方程(新瞬态Robin边界条件),并以径向收敛示踪试验为例构建其溶质运移模型。当抽水井为完整井时,通过拉普拉斯变换和有限傅立叶余弦变换得到模型的解析解;当抽水井为非完整井时,应用有限元法构建数值解。结果表明,表皮层溶质运移控制方程导致所估计的表皮层宽度(w)和形成层垂向弥散度(α_z)是在0.5 m≤w≤1.0 m和0.08 m≤α_z≤0.10 m范围内的任意组合,偏离实际值。反之,当表皮层佩克莱数(w和表皮层径向弥散度的比值)小于1时,新瞬态Robin边界条件能够准确反映表皮层的影响,消除w与α_z的多解性。参数估计值(w=0.31 m、α_z=0.17 m)唯一,接近实际值。新模型已成功用于野外试验。     

基于粒子群算法的水资源优化配置

本文基于可持续发展理论,以社会、经济和环境的综合效益最大为目标,建立了区域水资源优化配置模型.根据模型的特点,采用粒子群算法(PSO)对模型进行求解.针对粒子群算法的迭代原理,通过对粒子编码方法、适应度函数构造和约束条件处理等环节的改进,构成了用于多目标有约束条件模型求解的粒子群优化算法.不仅拓展了粒子群优化算法的应用领域,同时也为复杂多目标模型的求解提供了一种新途径.本文以北京市为例,借助本文提出的模型,得到了该市2010、2020和2030年三个水平年在50%保证率下的水量配置方案.优化结果表明,该算法应用于水资源优化配置中是合适的.