基于数字图像的混凝土破坏过程的数值模拟

把混凝土看作是由水泥砂浆为基相,粗细骨料为分散相的复合材料。在细观尺度上,应用数字图像处理技术表征混凝土材料中由骨料的形状、大小和分布对混凝土材料造成的非均匀性,在组成相材料内部细微观尺度上,采用统计方法来描述材料的非均匀性,建立了细-微观尺度耦合分析的混凝土损伤数值模型,模拟了混凝土单轴载荷作用下的破坏过程。数值模拟结果能反映出骨料分布和组成相材料的非均匀性对混凝土力学行为的影响,较好的模拟了混凝土试样从裂纹萌生扩展到宏观裂纹形成的整个破坏过程。     

矿柱岩爆过程声发射的数值模拟

由损伤力学理论与微元强度统计理论，得到了岩石声发射参数与损伤参量的关系。应用自行开发的RFPA^2D程序对矿柱岩爆的物理过程进行了数值模拟，其结果再现了矿柱岩石微破裂诱致宏观破裂的演化过程以及和微破裂相关的声发射事件源的空间分布特征和事件序列特征。特别是考虑到材料非均匀性的影响，分析了不同粒度材料的模型产生不同岩爆模式的原因。同时研究了岩爆发生过程“平静期”和“损伤愈合”的特性以及在大的岩爆前有较小的声发射这种前兆出现的规律。     

煤岩开采过程冲击地压发生机理及数值模拟研究

通过对老虎台矿区的厚煤层开采过程中地压问题的现场调查,分析了该矿冲击地压显现突出的原因,应用RFPA系统对厚煤层开采过程周围应力场进行了数值模拟,模拟结果再现了该矿区软岩层开采过程中冒落的动态发展过程.通过对煤层开采过程中应力场的演化过程,说明内、外应力场的存在、开采过程、煤体力学性质对冲击地压发生的影响.对老虎台矿区开采过程中冲击地压的预测与防治具有借鉴意义.     

煤层底板陷落柱突水过程及其影响因素数值分析

为研究煤层底板陷落柱的突水过程以及陷落柱发育高度、底板岩层强度以及含水层水压3因素对底板陷落柱突水的影响,运用基于有限元的数值分析方法模拟了陷落柱活化及底板裂隙扩展和贯通形成突水通道的全过程,通过对应力场和损伤场的解读,突水通道形成的时空标定在模拟中得到了初步实现,3因素对陷落柱突水的影响在结果中的规律性显现得到了详细分析;另基于开滦范各庄2171采面工程实例,建立模型分析了其突水原因,结果显示高水压下陷落柱发生了活化,高压水流经由陷落柱在-390 m高程劈入煤岩形成突水通道引发了水害。     

岩爆的物理模拟及其机制的研究

为实现室内再现地下工程中岩爆的这一动力现象,通过大量的试验配制出几种冲击性较强的模拟材料,利用自制的加载设备和位移传感器,再现了岩爆的动力过程,并记录了岩爆的位移突跳这一特征,所得到的结果与现场实际相吻合,岩爆的位移突跳特征与地震的地形变具有一致性,较好的解释了岩爆的频繁性和岩爆前的平静期。     

煤层气开采过程井壁稳定性的数值试验研究

煤层气开采过程中的井壁失稳及其诱发的煤岩坍塌，是煤层气开采作业中的一个主要问题。利用RFPA^2D渗流与应力耦合作用分析系统，结合工程实例，对煤层气开采过程中钻进结构效应比较明显的煤岩层中水平井眼的尺寸效应，进行了数值试验分析，结果再现了井眼周连裂纹萌生、扩展及应力迁移、释放，最终造成煤岩层坍塌的全过程。结果表明，井眼尺寸对维持井壁稳定的井底压力有显著的影响，井眼直径越大，对维持井壁稳定的井底压力要求越高。     

地铁开挖引起地表沉陷过程的数值模拟

本文应用自行开发的岩石破坏过程分析软件F-RFPA2D对广州地铁二号线隧道施工引起海珠广场地表沉陷事故进行了数值模拟分析,再现了岩体塌陷破坏的全过程,阐明了沉陷事故的原因。     

基于信号时频特征的微震波形识别在岩爆预测中的应用

在深埋地下工程施工中,需要通过监测采集微震信号分析施工过程中的岩爆风险,由于现场干扰因素多,数据中混入了大量冗余信号,大大影响了岩爆预测的效率。为有效识别出岩石的破裂信号,本文采用快速傅里叶变换,对比分析了微震/岩爆信号与其它无效信号的频率特征,采用多输入的卷积神经网络方法,建立了基于信号时频特征的微震波形识别模型,实现了对微震/岩爆信号的有效识别。基于引汉济渭秦岭输水隧洞的微震监测资料,采用3770个波形对模型进行了测试,模型识别精度可达96.1%。模型对比了不同输入方式对预测结果的影响,针对随机挑选的100次微震事件和100次无效事件,结果表明：采用信号的时频特征作为输入,模型比单纯采用时域或频域特征具有更高的精度。     

煤岩串联组合模型及冲击地压机理的研究

用两体相互作用理论和RFPA2D系统对煤岩组合模型的变形与破裂过程进行了理论和数值试验研究。理论分析表明利用煤岩组合试样可以反映冲击地压过程中的基本力学现象。数值试验考虑了煤岩组合模型中岩石体积含量对于两体最终破裂过程的影响,得到了组合试样的应力-应变曲线和破裂过程中应力场和声发射的分布规律,并把数值和理论结果进行了对比分析。最后,应用数值模拟系统对矿柱示例进行了模拟分析。     

岩石破裂过程失稳的尖点灾变模型

本文针对岩石在加载系统作用下破裂过程的非稳定性问题,提出了一个简单的力学模型,用尖点灾变(Cusp)模型研究了失稳过程的机制.从理论上阐明了试验机与试样的刚度比在失稳过程中的重要作用,得到了灾变时试样的突跳量与能量释放量的简单表达式,研究结果表明,加载系统的稳定性取决于系统内部的刚度分配,失稳的条件是其刚度比不大于1.本文的讨论从整体上深化了对加载系统失稳的认识.