基于SEM的可变形块体离散元法研究

针对边坡工程中岩土体连续-非连续渐进破坏的特点,提出一种新的变形体离散元方法（DEM）。与传统有限单元法（FEM）不同,弹簧元法（SEM）通过构建一组广义弹簧系统描述单元的力学行为。弹簧元法中的一个广义弹簧可以具有多个方向的刚度系数,确定广义弹簧系统的构造形式及其各刚度系数表达式是弹簧元法的核心。以三角形单元为例,介绍平面弹簧元的基本理论。对任何二维正交广义弹簧系统,通过定义广义弹簧变形与单元应变之间的关系,直接对比单元的应变能与弹簧系统的弹性势能即可得到广义弹簧刚度系数的表达形式。定义泊松刚度系数和纯剪刚度系数两个系统参数,描述正交广义弹簧之间的联系。对任意泊松比的材料,该方法都可准确地描述泊松效应的影响,计算结果与传统有限元法一致。该方法不需要求得有限元单元刚度矩阵的具体形式,具有直接方便、物理意义明确的优点,应用该方法给出任意4节点单元弹簧系统的构造形式及其各刚度系数的表达式。基于SEM的可变形块体离散元法,用弹簧元中的广义弹簧求解块体变形,用离散元中的接触弹簧计算块体间作用力,在单元节点的控制方程中实现弹簧元-离散元耦合计算,通过接触弹簧的状态实现材料由连续到非连续的破坏过程。在基于连续介质离散元法（CDEM）程序的基础上实现弹簧元-离散元耦合程序,应用耦合程序计算均质土坡在重力作用下的弹塑性变形和基覆边坡在重力作用下的破坏,初步证明该方法用于边坡变形渐进破坏分析的可行性。     

贯入角度对截齿破岩性能与几何排布的影响研究

截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续−非连续单元法（CDEM）,建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性−损伤−断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50º～90º区间内的9组冲击贯入破岩模拟,研究贯入角度对截齿破岩性能的影响规律,讨论贯入角度对截齿几何排布的影响,总结布齿系统的截齿几何排布规律。结果表明,当贯入角度从90º降低到50º时,岩体由张拉−拉剪破裂向剪切−拉剪破裂转变,截齿平均贯入力与破碎程度提高,截齿的跃进式侵入特性的显著性减低;贯入角度为75º～90º的第I类截齿与小于55º的第III类截齿在破岩中起辅助作用,贯入角度为55º～75º的第II类截齿可在岩体内部产生范围较大的水平非贯通裂隙,在布齿系统破碎岩体过程中发挥主要作用;2个第II类截齿先后贯入岩体可较好地破碎截线间的岩体,可构成一类基本破岩单元,多个基本破岩单元按照正弦线形式排布,由此形成了一种布齿系统设计方法。研究成果为完善双轮铣槽机布齿系统设计方法,打破国外在双轮铣槽机布齿系统设计方法上的技术壁垒提供了理论基础。     

长江武汉段河道近期沉积特征及演化趋势

长江武汉段位于长江中游 ,贯穿整个武汉市 ,其近年来的河道变化及来水、来沙情况不仅反映了长江自身的演化规律 ,而且对判断一些大型人为工程兴建以来的河流响应及环境变迁有重要意义。1　天兴洲变迁分析天兴洲是长江武汉段的一个江心洲。它的堆积成因使其对长江武汉段的来水、来沙变化特别敏感 ,因而天兴洲在形态和位置上的变化能较好的反映该段河道沉积特征。在纵向上 ,1970年与 195 9年相比 ,洲头、洲尾各淤长约 1.5ｍ ;1980年与 1970年相比 ,洲头明显上提约 2ｋｍ ,洲尾变动较小 ,同时洲身又略有加宽 ;1993年与 1980年相比 ,天兴洲整体…     

土地利用/土地覆盖研究中遥感图像分类精度的提高方法

合理地进行土地开发和利用是实现区域可持续发展的保障。利用遥感图像动态监测土地利用/土地覆盖状况具有快速、准确、及时的特点。如何提高遥感图像的分类精度,是动态监测中须解决的主要问题之一。该文基于传统的工作流程,探讨了在不同阶段提高遥感图像分类精度的方法,并对分类精度提高研究的前景进行了展望。     

非传统矿产资源定量预测的理论思考

近年来,国内外对新型非传统矿产资源研究都予以高度重视,解决矿产资源短缺的这一就是非传统勘查理论与方法研究。“相似类比”一直是地质研究所遵循的基本原理,但对于具有“点型分布”的矿床,以及对于研究区不存在已知矿床没有现成模式进行“相似类比”,什么样的理论可以用来指导我们的找矿预测呢？多样性是复杂系统中客观事物外在表现的基本特征,成矿专属性只是成矿多样性的一种特例或表现形式之一。因此,非传统矿产资源预测评价的新理论必须在理论基础上既适用于寻找传统矿床类型,又不忽视对新类型矿产资源的发现,预测和评价。对于区域成矿预测的分析研究,成矿地质信息的数字化,定量化是地质异常识别与提取的重要基础,矿化特征的数字化,定量化是成矿多样性分析与评价的关键步骤,区域成矿规律的数字化,定量化是矿床谱系分析的理论核心。     

利用钻孔注水试验测试爆区周边岩体损伤场的可行性研究

穿孔爆破是露天矿开采的主要模式,爆破产生的冲击效应将导致周边岩体出现不同程度的损伤破裂,影响台阶边坡的稳定性。提出一种利用钻孔注水试验评价爆破周边岩体等效损伤场的方法,通过向若干钻孔内注满水,记录不同时间的水位,绘制水位随时间的变化曲线,并最终获得不同位置的损伤程度及损伤深度。采用相对损伤因子定量化表征爆破对岩体的损伤程度,通过水位-时间曲线中速降段与平缓段的交界点反映岩体的损伤深度及损伤距离。通过试验发现,爆破引起的周边岩体损伤范围一般在20 m之内,引起的最大损伤深度在12 m以内;铁矿的抗爆能力高于灰岩,相同位置铁矿的相对损伤因子比灰岩的小7.5%左右,铁矿的最大损伤距离及最大损伤深度均比灰岩的小4～6 m;某些情况下注水后水位会快速降至某一特定高程,然后保持不变,表明该高程出现了贯通性导水带,可通过窥视仪等设备进行观察校核。     

岩体中应力波幅值随时空衰减的关系

把岩石抽象为Kelvin-Voigt黏弹性体,应用复数理论建立了应力波在岩石中传播时的振动频率和波动频率的关系,在此基础上,研究了岩石和含有一组平行结构面的岩体中应力波幅值随时间和随空间衰减的关系。研究表明,应力波在岩石的传播过程中,频率是影响应力波幅值衰减的的主要因素;应力波在含有1组平行结构面岩体的传播过程中,由于结构面的存在,影响了应力波能量的传播,其幅值随时空衰减系数主要由结构面间距及其反射系数决定,结构面间距减小和反射系数增加,幅值随传播距离的衰减系数增加和随时间的衰减系数减小,而结构面的黏性系数增加,幅值随传播距离的衰减系数增加,但随时间的衰减系数变化很小。上述结论对岩体结构探测具有重要的指导意义。     

颗粒接触无网格法及其在边坡成灾范围模拟中的应用

提出了一种基于颗粒接触的无网格方法（PCMM）,并编制了相应的C++程序,解决了有限元等网格类方法在模拟边坡失稳滑动过程中的网格畸变问题。该方法利用颗粒离散元中的接触拓扑创建连续介质单元,通过颗粒的运动演化实现连续介质单元的自动删除及重建,通过在连续介质单元中引入考虑应变软化效应的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,实现边坡的弹塑性分析及失稳滑移过程的模拟。利用PCMM分析了均质边坡的弹塑性场、沙堆的形成过程及土质边坡的失稳过程。计算结果表明,PCMM在小变形下具有足够的精度,且在模拟材料大变形方面具有明显优势,是一种模拟边坡成灾范围的有效方法。     

四节点矩形弹簧元及其特性研究

弹簧元法是一种将单元离散为一系列弹簧的数值计算方法。不同的单元具有不同的离散方式,确定相应的离散弹簧的刚度系数表达式是弹簧元法的关键。将四节点矩形单元离散为6个基本弹簧,每个基本弹簧包括法向弹簧和切向弹簧两个派生弹簧,并用泊松弹簧和纯剪弹簧描述单元的泊松效应和剪切效应,用有限元的单元刚度矩阵标定各弹簧的刚度系数,实现了一种四节点矩形弹簧元的构造形式。该单元的同类弹簧具有相同的表达形式。法向与切向弹簧的刚度表达式中分别含有法向和切向弹簧刚度待定系数。通过改变待定系数的值可使该单元分别对应于有限元的常应变、双线性及Wilson非协调单元。将上述弹簧元方法进行理论推导,并应用于基于连续介质的离散单元法（CDEM）的核心计算进行简单算例验证,证明了提出方法的正确性。通过以上研究发现,四节点矩形弹簧元有以下特点：对于相同问题,不同单元有不同的计算精度;对于梁弯曲问题,应用该单元可显著提高离散单元法的求解精度;改变待定系数的值,可得到更高或者更低精度的单元。