单轴压缩条件下混凝土细观破裂过程的X射线CT实时观测

应用X射线CT对单轴压缩条件下混凝土的细观破裂过程进行了实时扫描观测，获得了混凝土试件内部CT尺度裂纹开裂、扩展、连通的全过程CT图像。分析混凝土试件各扫描断面大统计区域平均CT数变化，表明静力压缩条件下混凝土在强度峰值前的CT数呈均匀变化，表现为整体压密和扩容。小统计区域平均CT数变化则对裂纹萌生更敏感。对CT图像进行等密度分割，可以精确地显示裂纹萌生部位和扩展过程。CT图像显示,混凝土材料进入屈服阶段的现象是不同的CT尺度裂纹各自变形和扩展，裂纹发生部位在砂浆与骨料之间。进入软化阶段的现象是不同的CT尺度裂纹相互贯通。分析结果表明，非线性阶段CT尺度裂纹的扩展和变形对混凝土强度和变形有决定性影响。     

基于CT图像的混凝土受拉破损机理分析

通过混凝土在单轴拉伸荷载作用下的X射线CT试验,研究了混凝土受拉破损的机理.结果表明:CT差值图像可以有效识别裂纹;混凝土试件从初始裂纹出现到试件被破坏发展十分迅速;混凝土受拉破坏可以分为初始裂纹、孔洞的压密阶段,微裂纹的萌生和稳定发展阶段,裂纹贯通、宏观裂纹的出现及试件的破坏阶段.     

混凝土CT 图像中等效裂纹区域的定量分析

从细观尺度观察,混凝土材料可看作由骨料、砂浆及其结合面构成的不均匀复合材料.为研究加载时裂纹在混凝土内部结构中扩展的过程,采用X射线CT扫描技术获得单轴动载条件下混凝土破裂过程的系列CT图像.对于CT图像中裂纹信息的提取,传统的方法是将CT图像中的低密度区作为裂纹区域,无法准确地识别裂纹和判定裂纹具体形态.本文根据差值CT图像是否出现线状或环状影像判断裂纹的存在.通过变换差值CT图像中像素值的阈值范围分析裂纹的分布特点.根据CT物理原理确定等效裂纹区域.探讨了混凝土CT图像中裂纹及其形态的判定时存在的问题.     

基于CT图像处理技术的混凝土损伤演化研究

采用X射线CT技术对单轴受压作用下的混凝土试件进行实时扫描观测,获得了混凝土试件的裂纹开裂、扩展、贯通的全过程图像。运用7种不同的方法分析了混凝土损伤演化全过程。分析结果表明,X射线CT是研究混凝土细观结构的有效方法,可以定性和定量分析混凝土细观结构损伤演化全过程;采用聚类分析算法,避免了由于窗宽和窗位不同引起的人为误差,真实地反映了混凝土细观结构,并较好地识别了粗骨料、砂浆和孔隙;通过差值算法得到的裂纹图像具有较强的直观性,有效地提取了裂纹;利用裂纹区像素点个数的变化代替CT数平均值,可以很好地反映混凝土损伤发展状态,当裂纹迅速扩展时,混凝土裂纹区像素点的个数发生了量级上的变化。     

基于单轴压缩CT技术的混凝土细观破损分区研究

本文以混凝土试件实时单轴压缩CT图像为基础,将破损分区理论应用于混凝土CT图像的分析中,通过对分区的CT数阈值标准进行讨论和经验选定,定义了混凝土材料的安全区、损伤进行区和破损区。在此分区基础上,对不同加载阶段的安全区、损伤进行区和破损区的CT数信息进行了统计分析,验证了混凝土试件在单轴压缩条件下经历压密、扩容,CT尺度裂纹扩展到破坏的细观破损全过程,说明利用破损分区理论研究混凝土的破损机理是可行的。     

基于CT-连续加荷水泥乳化沥青混凝土细观损伤规律研究

利用CT技术对水泥乳化沥青混凝土的细观损伤过程进行实时扫描观测,获得了混凝土试件在连续加荷下的CT图像。通过采用直观分析法、CT数分析法、CT数与损伤变量关系3种方法分析表明,水泥乳化沥青混凝土的破坏过程可分为压密、扩容、裂纹扩展、破坏4个阶段,同时混凝土在受压过程中具有韧性,在极限荷载之前各断面处于压密和微扩容的强化阶段,极限荷载之后混凝土从损伤到破坏发展比较平稳。     

三轴加卸载条件下岩石损伤破坏机理CT试验分析

 利用RMT150岩石力学测试系统和高分辨率Sensation 40型医用CT机,对恒定围压下不同轴向加载应力阶段的粉砂岩试样进行多次CT扫描试验,得到了不同轴向应力条件下岩石断面的CT图像特征。基于CT数原理,分析了岩石不同应力状态下的损伤演化过程与损伤程度,通过试样CT图像三维重建,较真实地反应了岩石试样细观损伤过程。试验研究表明：试样在试验过程中经历压密、扩容及破坏阶段;岩石压缩损伤演化是有一个相对较长应力段的量变积累过程,裂纹产生及其扩展的质变过程具有突发性;试样破坏后,远离破裂面区域存在“密度回弹”现象。     

水工混凝土边切槽三点弯数值模拟研究

为探究水工混凝土边切槽试件三点弯裂纹扩展规律,基于最大拉应力准则(MTS),对不同倾角下的水工混凝土边切槽试件三点弯曲进行数值模拟研究,得到了裂纹扩展过程、裂纹前缘应力强度因子分布以及裂纹尖端的扩展长度随扩展步的变化,并将数值模拟结果与室内试验进行对比,验证了数值模拟的合理性。计算结果表明:①最大拉应力准则及M积分在岩石裂纹扩展中的优越性得以体现,可以解决岩石三维断裂问题,计算结果可靠;②预制裂纹的角度越大,Ⅱ型分量也就越大,翼裂纹与原预制裂纹的夹角也越大;③应力强度因子呈现预制裂纹中间数值较大而靠近试件表面较小的规律,预制裂纹倾角越大,Ⅰ型应力强度因子越大,而Ⅱ型应力强度因子呈现先增大后减小的规律;④裂纹前缘的扩展长度随扩展步呈现线性增大的趋势,Ⅱ型分量越大,裂纹的扩展速率越慢,Ⅰ型的裂纹扩展的速率最快。     

基于分形维的混凝土裂纹扩展及损伤演化过程研究

混凝土材料破坏过程中裂纹的演化具有随机无规律的特点，而外界条件的复杂性和混凝土自身的非线性使得裂纹的动态演化规律研究十分困难。为定量研究混凝土受力过程中裂纹及损伤的演变过程，本文在假定混凝土是由骨料、砂浆及两者之间的界面组成的三相复合材料基础上，建立了细观混凝土力学模型，提出一种基于裂纹分形维的损伤变量计算方法，对多组混凝土试件的单轴拉伸力学行为进行损伤数值研究，利用分形维对混凝土开裂全过程中的裂纹分布进行表征。研究表明：细观模拟的裂纹形态与试验结果相符；裂纹分形维能够更好地反映混凝土材料损伤的变化过程，可以定量描述材料损伤演化的特性；发现了混凝土从“均匀”损伤至局部破坏的临界点；细观模拟得到的应力-应变曲线、裂纹分形维曲线、损伤演化曲线受网格尺寸的影响很小；随着混凝土试件骨料级配数的增加，骨料颗粒和界面减少，整体耗能降低，应力峰值和裂纹分形维均减小。此外，本文建议应力峰值点后的裂纹分形维曲线的突变点为混凝土材料从“均匀”损伤进入局部破坏的临界点，是损伤和断裂的分界点，相应的损伤值约为0.8，该值可作为混凝土出现宏观裂纹的损伤阈值。本文研究加深了人们对混凝土破坏机理的认识。     

混凝土骨料随机分布的分形研究及其对破坏特性的影响

混凝土的破坏特性和损伤破坏形态具有明显的离散性和随机性,骨料的随机分布形态是重要的影响因素之一。但是对骨料分布的量化表征一直是比较棘手的问题。在假定混凝土是由骨料、砂浆及两者之间的界面组成的三相复合材料基础上,建立了细观混凝土力学模型。对36组不同骨料分布形式下的混凝土试件的单轴拉伸力学行为进行了数值研究,并利用盒维数和多重分形谱表征骨料分布,研究其随机分布规律以及对混凝土破坏特性的影响。发现多重分形谱较盒维数可以更好地提取局部细节特征,为骨料分布的量化研究提供了一种新的方法。进而统计分析了骨料分布多重分形谱谱宽与拉伸强度、软化段曲线（脆性）和裂纹分布盒维数的相关关系,研究表明骨料分布多重分形谱谱宽与拉伸强度和脆性呈反相关关系,与裂纹分布盒维数成正相关关系,即骨料分布多重分形谱谱宽越小,骨料分布越均匀,峰值应力越大,脆性越明显,裂纹扩展越规则,裂纹分布盒维数越小。该研究有助于加深对混凝土破坏特性和开裂破坏形态的认识。     

城市景观格局与水文效应关系研究

基于多时相TM/ETM+影像,运用支持向量机分类方法对蚌埠市景观进行分类,解译得到1989年、1995年、2003年和2007年土地利用专题图。采用景观指数法、转移矩阵法,分析了蚌埠市景观格局与城市水文效应之间的关系。研究表明:蚌埠市城市水文效应特征明显;耕地破碎化程度较低,连通性好,利于涵养水分和农业发展;建筑用地增加并有集中趋势,地表径流量增大;城市供水能力保持平稳,人均用水量相对减少,城市水质偏差。为此,调整城市景观格局,有利于改善城市水文状况。     

支持向量机在围岩稳定性分类中的应用

在分析不同围岩稳定性分类方法及支持向量机算法的基础上，提出基于支持向量机的围岩稳定性分类方法。随后采用Matlab语言编程，建立了相应的围岩稳定性分类模型。以某蓄能电站一期工程的实例数据为学习样本，进行学习测试，得到训练效果较佳的分类模型，并用此模型对其二期工程的围岩进行了分类。分析中同BP神经网络算法进行了对比，结果表明，用支持向量机方法来进行围岩稳定性分类是可行的，且具有一定的优越性。     

干旱致灾临界状态辨识方法

由旱至灾的过程存在一个临界态, 为辨识干旱致灾临界态, 提出了一种基于主成分分析和支持向量机的干旱 致灾临界态的辨识方法。通过主成分分析对反映干旱持续时间、严重程度和极值特征的多个指标进行降维处理, 剔除指标间相关性引起的冗余信息, 再进一步结合当地的历史旱灾记录, 基于支持向量机的分类原理寻求最优分类平面, 对潜在的干旱样本是否致灾进行分类, 由此确定的分类平面就是干旱致灾临界面。该临界面可以直观地揭示干旱的发展过程及趋势, 便于在干旱预警中推广应用。以汉江石泉以上流域为例, 按照一定原则共选取 107 个潜在干旱样本, 并结合历史旱灾记录, 采用上述方法对潜在干旱样本中的致灾样本进行了辨识, 率定期和验证期的准确率分别达到 88.6% 和 78.6% , 识别精度较高。     

基于最小二乘支持向量机的土石坝渗透系数反演

针对土石坝渗透参数和测压管水位间复杂的非线性关系,应用最小二乘支持向量机于土石坝渗透系数的反演。首先利用有限元模型得到最小二乘支持向量机的训练样本,建立坝体水压分量相对值和渗透系数间复杂的非线性关系,并将其输入到训练好的最小二乘支持向量机模型,即可得到大坝渗透系数的反演值。以某土石坝为例经对比分析,该方法是可行的。     

不同地物分类方法在长江中下游典型湖区应用对比分析

本文以龙感湖国家自然保护区、华阳河湖群省级自然保护区为研究对象,建立了适合提取长江中下游湖区地物变化特征的分类方法。该方法的数据源来源于高效稳定的高分一号 WFV 遥感影像,采用人工神经网络、随机森林、支持向量机、最大似然、最小距离、马氏距离 6 种方法对分类结果进行空间和精度对比分析。人工神经网络分类法更接近湖区地物实际分布情况,总体精度和 kappa 分别为 92.35%和 0.8933,两者参数均高于其他分类方法。结果表明人工神经网络分类法在长江中下游典型湖区地物分类时适用性相对较好,能够更准确有效地提取湖区地物特征信息。     

大坝安全监测的兽棒最小二乘 支持向量机模型

针对目前在大坝监测模型中应用较多的支持向量机模型,以土坝沉降监测实例比较分析了监 测数据中是否含有异常值的两种情况的最小二乘支持向量机监测模型的拟合精度与预测精度,发现异 常值的影响不容忽视。通过改进支持向量机模型中的损失函数,建立了大坝安全监测的普棒最小二乘 支持向量机模型(RLS一SVM )。实例分析表明:不论监测数据是否含有异常值RLS一SVM均可达到较 好的拟合精度和预测效果,优于普通LS一SVM模型。     

Evaluating Particle Deposition in the Artificial Groundwater Recharge Process by Physical and CT Imaging Experiments

Particle clogging in the artificial groundwater recharge process is one of the main factors influencing the artificial groundwater recharge efficiency, and particle deposition is the microscopic mechanism of the occurrence and development of particle clogging. Particle deposition in porous media changes the pore structure. The computed tomography (CT) scanning technique is a nondestructive testing method and determines the spatial distribution of pores in porous media. This study combines physical and CT scanning experiments to identify the change process of the pore structure in the artificial groundwater recharge process and compares the pore changes during recharge experiments between two columns containing different media. Porous media changes are observed with the CT scanning technique. The fractal theory is applied in the analysis of CT scan images and physical experiment results. The results of this study indicate that particle deposition can be examined by using CT scan images to obtain pore-related parameters, the internal pore structure of porous media determined through CT scan images can be applied in numerical simulation, and a mathematical model for particle deposition calculation in porous media is established. Compared to the physical experiment measurements, the spatial particle deposition information acquired with the CT scanning technique exhibits a higher accuracy and contains much more relevant data. Not only does this research reveal more clearly the particle clogging mechanism which is based on particle deposition, but also characterize, simulate and predict more accurately the development tendency of particle clogging during artificial groundwater recharge.

     

单轴压缩岩石蠕变损伤扩展细观机理CT实时试验

采用作者研制的CT(computerized tomography)机专用三轴加载试验设备，完成了单轴压缩荷载作用下岩石蠕变细观损伤演化CT实时试验。得到了岩石蠕变损伤演化全过程中从裂纹萌生、伸长、增宽、分叉、断裂到破坏等各个阶段清晰的CT图象。从CT数和CT图象的变化规律出发，对岩石蠕变损伤三阶段的扩展细观机制进行了分析，完成了裂纹宽度、长度随时间发展的变化规律的定量研究，给出了岩石蠕变细观损伤演化的初步规律。建议用CT数下降速度的概念来判断岩石蠕变损伤第3阶段的门槛值。试验结果表明，单轴压缩岩石蠕变CT试验的结果令人满意，CT机专用三轴加载设备的研制是成功的，这为岩石蠕变细观试验提供了一个创新的试验手段。     

果蝇优化算法在区域高程拟合中的应用

针对最小二乘支持向量机拟合法难以选择最优参数的问题,将果蝇优化算法引入最小二乘支持向量机中,构建区域GPS高程拟合模型的方法,利用果蝇优化算法全局寻优能力强、过程简洁、参数少等优点,解决最小二乘支持向量机的参数寻优问题,并通过最小二乘支持向量机来构建高程拟合模型。结果表明,与BP神经网络拟合方法相比,引入果蝇优化算法的最小二乘支持向量机拟合方法具有更高的稳定性,内符合精度比标准最小二乘支持向量机提高了26%。