小导管注浆粘土隧道破坏机制的试验与理论研究

运用Acutronic 661型离心机研究超前小导管注浆加固圆形隧道的塑性变形机制,试验隧道在平面应变条件下的超固结粘土中开挖,小导管采用具有一定硬度的合成树脂模拟,管间相互重叠形成拱形加固区,设置在圆形隧道拱顶。模型地表沉降采用位移传感器进行测量,地下位移则通过一种连续的图形采样分析系统获取。目的在于研究隧道建设过程中小导管注浆“拱顶加固”工艺对地表沉降和隧道稳定性的影响。在此基础上,从塑性极限分析上限法的基本原理出发,构建小导管注浆粘土隧道的垮落机制,采用解析法导出稳定率上限方程,通过该方程进一步讨论隧道埋深、土体强度、小导管注浆体对单圆形隧道稳定率上限解的影响。最后,由离心模型试验结果证实其上限解的正确性。     

支持向量机模型在渗流监测中的应用

提出了基于一种支持向量机(SVM)的渗流监测方法。该方法采用结构风险最小化原则，能够在对小样本学习的基础上，对其他样本进行快速、准确的拟合预测，具有更好的泛化性能和精度，减少了对经验的依赖。在算例中，基于SVM的非线性特点，根据土石坝的实测资料建立了渗流监测模型，为水头预报和安全监测奠定了基础。     

改进的边坡岩体稳定性预测模型研究

由于边坡岩体的结构与物理力学性质表现出宏观和微观上的不连续性和高度的非线性等特点,其稳定性受地质因素和工程因素等的综合影响,这些因素大部分具有随机性、模糊性、可变性等不确定性特点,因此,边坡工程是不确定的、非线性的、动态开放性的复杂大系统,传统分析方法往往难以准确地描述这种复杂的非线性特征,因而对大型复杂边坡的稳定性进行准确预测预报尚存在一定的困难。提出了基于模拟退火交替迭代算法神经网络的边坡安全系数预测方法,在相同的初始条件下,用该方法和经典网络进行了比较,得出前者的优越性和有效性。在综合分析边坡岩体变形失稳破坏模式及其影响因素的基础上,采用了表征边坡岩体稳定性分析的复合指标为预测模型的影响因子。并利用该方法对收集到的水电工程边坡实例进行学习,对未学习过的边坡实例进行推广预测,取得了较好的效果,其预测精度明显优于经典算法BP神经网络。由此说明所提出的预测模型能够快速、准确地获取不同方案下的边坡安全系数,为选择经济合理的边坡设计方案提供了新的思路。     

高拱坝动力分析及坝肩稳定性研究

采用非线性本构模型和破坏准则,结合三维动力有限元法对江坪河高拱坝在静荷载和地震联合作用下的响应进行非线性分析。首先对拱坝自由振动的模态分析采用分块Lanczos迭代法,得到拱坝在不同水位下的自振频率和振型;然后根据规范规定的振型分解反应谱法分析大坝在地震作用下的动力响应以及对应工况下的坝体及坝肩的变形和应力发展状态、可能失稳模式。通过对地震前后大坝的应力、应变以及抗滑稳定安全系数的比较可以看出,对于复杂地质条件下的高拱坝,地震作用会进一步劣化其应力与变形状态,并加剧其失稳。     

改进的滑坡位移预测模型研究

由于滑坡系统表现出极其复杂而难以预测的演化特征,传统分析方法往往难以准确地描述这种复杂的非线性特征,因而对大型复杂滑坡的位移进行准确预测预报尚存在一定的困难。作者提出了基于模拟退火交替迭代算法神经网络的位移预测方法,并利用该方法对某滑坡位移进行推广预测,取得了较好的效果,其预测精度明显优于经典算法BP神经网络。由此说明作者提出的预测模型能够快速、准确的获取不同条件下的滑坡位移值,为岩土工程的设计和施工提供了新的思路。     

内嵌式开裂模型在类混凝土材料中的三维计算分析

运用单元内嵌不连续面的方法，研究类混凝土等脆性材料的第一类开裂问题，推导了该理论在三维模型中应用时的计算公式，包括开裂面的应力、位移以及含开裂面影响的节点的位移和应力。通过虚功原理建立了含开裂面影响的有限元计算模式，并通过算例证明了计算程序的正确性和理论的合理性。     

研究生渗流理论与测试课程的可视化教学初探

水电、岩土、石油天然气等工程领域常见渗流问题,与之相关的专业课程渗流理论与测试备受各大院校重视,针对研究生课程教学中的突出问题,在完善学生渗流相关基础的同时,探讨课程的可视化教学模式。基于不同类型渗流软件的仿真技术,对岩土介质进行不同角度的可视化展示,阐明渗流的概念、规律、模型及计算过程,结合科研课题的现场演示,让学生深入理解渗流深层含义,自主完成不同案例的渗流分析。教学实践表明,软件仿真可视化教学,有助于提高研究生自主学习的积极性,激发学生的创新思维,提高科研能力。     

不同物性的储层砂岩出砂力学响应分析

储层砂岩是由砂岩颗粒胶结而成的沉积岩,同一区域的物性特征不尽相同,油藏开采时的地层响应和出砂也会有差异。以2种不同的储层砂岩为研究对象,基于柱坐标系的三维颗粒流数值模型,模拟射孔围压和油藏流速一定时的砂岩宏细观力学响应,分析出砂的发生和发展过程。砂岩的宏观应力曲线表明砂岩颗粒间的弱胶结性越弱,胶结物质含量越少,砂岩越容易屈服破坏,出砂越容易。砂岩的黏结应力分布同样说明储层的砂岩颗粒越小、胶结含量和胶结程度越小,离散的颗粒越多,颗粒接触上的受力越大,砂岩破坏越严重,出砂的几率越大;同时,颗粒的位移和旋转也说明胶结物质对储层砂岩力学特性和出砂的影响较大,与上述研究成果一致。储层开采中,不同物性的储层砂岩力学响应不同,出砂特性有差异,需要针对实际的储层物性和赋存环境,采用适宜的出砂预测方法和防砂手段。     

裂隙岩体非饱和水力应力耦合的不连续介质模型研究

目前对于裂隙岩体饱和水力应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析,而是要考虑岩体饱和-非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性的重要影响.因此在总结众多学者对裂隙岩体水力耦合研究成果的基础上,根据DDA力学计算和非饱和渗流计算原理,提出了基于非连续介质方法的--DDA方法的非饱和水力应力耦合模型;并给出了降雨入渗工况下的边坡水力耦合算例.计算结果表明,边坡稳定性随着降雨入渗时间的增加而减小,降雨强度越大,边坡稳定系数的降幅越大;考虑水力耦合时的边坡稳定性要小于不考虑水力耦合时的边坡稳定性,且在同一时刻,若降雨强度越大,考虑水力耦合与不考虑水力耦合的稳定系数差值越大.仿真试验和工程应用表明其计算成果是符合实践规律的,由此说明了所提出的水力耦合模型能正确反映裂隙岩体的水力学特性,验证了该模型是可行有效的,可付诸于实践.     

低渗储层砂岩渗流–应力–损伤渐裂过程的渗透特性演化研究

低渗储层采收率的准确评价是制定合理开发方案的重要理论基础,有效揭示开采过程诱发岩体渐裂的渗透性演化机理至关重要。以低渗储层砂岩为研究对象,分析不同荷载组合下岩体裂纹的发展规律,研究渗流–应力–损伤破裂过程中渗透率与裂纹状态的关联特性。试验结果表明:加载初期由于岩石内部孔隙及微裂隙的压密,渗透率减小;随着环向裂纹应变增大,岩石内部裂纹开始稳定扩展,渗透率缓慢增大,随着荷载的增大,裂纹加速扩展导致渗透率快速增大;最后断裂面发生相对滑移,岩石碎屑堵塞原有的渗流通道,渗透率下降。基于试验结果,运用理论方法研究不同荷载下的岩体损伤特征,建立损伤变量与裂纹环向变形的关联性,推导岩体渗透率与损伤变量的关系式,描述岩体渗流–应力–损伤渐裂中的渗透特性,揭示低渗储层砂岩的渗透率演化机理。其研究成果可为低渗砂岩储层开发过程的优化及产能预测提供新的研究思路和技术手段,对确保石油工业的可持续发展具有重要的实践价值。