闭合与非闭合裂隙岩石单轴压缩的颗粒流细观分析

为了从细观角度模拟裂隙岩石的破坏过程,利用颗粒流软件(PFC)构建了裂隙岩石的单轴压缩模型,模拟了含非闭合裂隙和闭合裂隙岩石的单轴压缩试验,并分析了裂隙闭合情况和裂隙摩擦系数对裂隙岩石强度和破坏模式的影响。结果表明,裂隙闭合与未闭合对裂隙岩石的破坏特征存在影响,裂隙闭合后,裂隙峰值强度随摩擦系数增大而增大;裂隙岩石宏观张拉破坏面由翼型裂纹扩展贯通形成,宏观剪切破坏面由次生裂纹的扩展贯通形成;当f=0、α ≥ 67.5°或f ≥ 0.75、α = 45°时,翼型裂纹几乎不产生;当f=0、α = 90°或f=1、α = 45°时,裂隙岩石强度和破坏模式接近于完整岩石。     

宽筛分流化床气—固两相流动结构离散颗粒模型

建立了适合描述宽筛分流化床气 固两相流动结构的离散颗粒模型。颗粒的运动满足牛顿第二定律 ,流体相的运动规律由局部平均的纳维 斯托克斯方程求解 ,两相间的耦合由牛顿第三定律决定。对宽筛分流化床中气泡的形成、颗粒的流化过程进行了数值模拟 ,结果与实验现象相符合 ;模拟结果还发现单颗粒的运动速度表现出不可预测特性 ,颗粒的总体速度不完全满足正态分布。     

基于熵法的入流预报误差规律研究

针对预报误差与入流大小呈反比趋势,分析了不同级别入流的误差规律,首先通过极小熵确定分布线型,再用极大熵进行参教估计建立了参数之间的关系,与极大似然法在参数估计中具有同样的凹凸点,即精度较一般适线法得以提高.以福建池潭水库为例分析了预报误差基于不同级别入流的分布规律,从而可降低河道或水库的管理风险.     

基于熵权时序模型的超短期风电功率预测

针对风电具有较强的随机性和波动性,传统的单一预测方法难以准确描述其规律且预测精度较低的问题,提出风速熵和功率熵的概念,在时间序列法的基础上分别采用基于风速和基于功率的预测方法,并根据风速熵和功率熵的计算结果动态设置预测点的权值,建立风电功率的熵权时序模型。算例分析结果表明,所提方法能有效提取风速及功率历史数据中的有用信息,提高超短期风电功率预测精度,预测结果的准确率和合格率均优于神经网络法、时间序列法和基于风速法。     

基于颗粒离散元的桩侧摩阻力增强效应研究

为从细观层面探讨桩端附近桩侧摩阻力及桩端承力相互增强效应的力学机理,基于颗粒离散元理论,以PFC2D软件为计算平台,对砂土中单桩的整个加载过程进行了数值模拟分析,直观地描述了在桩基加载过程中桩端附近土体颗粒的速度场、位移场、应力场分布,同时记录了不同加载阶段整个桩长范围内土体的孔隙率变化情况,并对桩端土体的挤密作用和成拱作用进行了系统论证;此外,通过分析桩身侧摩阻力分布情况,着重分析了桩径及土体颗粒刚度对侧摩阻力增强效应的影响。结果表明,在加载过程中,桩端承力和桩侧摩阻力的发挥是相互影响、相互关联的;桩端土体的挤密和成拱作用同时影响桩侧摩阻力增强效应的产生;桩长范围内的土拱增强区并不单一存在,而是呈串联状分布,但以桩端附近土拱作用最明显;随着桩径的增大及桩周土颗粒刚度的增大,桩侧摩阻力增强效应也随之增大。     

基于熵-云模型的城市洪灾风险评价模型

针对已有的城市洪灾风险评价模型存在的不足,构建了基于熵-云模型的城市洪灾风险评价模型,首先引入云模型理论,依据指标体系既定的等级评价标准,由双边约束公式确定相应于城市洪灾风险等级的云模型参数;然后引入混合熵权概念,综合运用熵(Shannon)和层次分析法(AHP)确定各指标的权重;最后代入实测资料,计算各指标实测数据属于各风险等级的隶属度,并依据最大隶属度原则,直观有效地确定风险评价结果。实例应用结果表明,该模型评价结果与真实情况相符,可见该模型可行、有效。     

气固流化床的离散颗粒运动-碰撞解耦模型与模拟

基于分子动力学和气固两相流体动力学，建立流化床稠密气-固两相离散颗粒运动-碰撞解耦模型，采用硬球模拟方法处理颗粒与颗粒之间的碰撞，及大涡模拟方法处理气相湍流流动．单颗粒运动满足牛顿第二定律，颗粒相和气相相间相互作用的双向耦合由牛顿第三定律确定，数值模拟二维鼓泡流化床内稠密气-固两相流动，得到了气泡的形成、发展及颗粒的流化过程，计算结果表明颗粒弹性恢复系数影响气-固两相流动特性。     

细长颗粒流化运动的数值分析

为了研究秸秆类颗粒的流化运动特性,针对细长颗粒的形状特征,将细长颗粒沿长度方向上离散化后分别计算各离散段在气流场中的受力,从而建立细长颗粒的运动数学模型;利用碰撞模型来处理颗粒与墙壁之间的碰撞;采用欧拉-拉格朗日方法计算追踪气流场中颗粒的运动,模拟了细长颗粒在气相场中的运动特征,发现颗粒在运动过程中的空间倾角存在明显的取向性,且与实验结果相符.还讨论了影响细长颗粒计算稳定性和精度的几个关键因素,结果发现,细长颗粒作离散化处理后,对长度方向上的气流场速度分布比较敏感,因此,为了保证计算精度,在进行气相场网格划分时对网格尺度要求很高,同时细长颗粒离散程度对计算精度也有很大影响.     

基于熵—云耦合模型的引水隧洞岩爆预测研究

岩爆是引水隧洞中常见的地质灾害,针对岩爆预测中存在随机性和模糊性的问题,建立了基于熵—云耦合的岩爆预测模型。选取引水隧洞的岩石脆性指数Is、单轴抗压强度与岩石抗拉强度之比σc/σt、弹性变形能指数Wet、岩石切向应力与单轴抗压强度之比σθ/σc构建评价指标体系,并建立了相应的评价准则,采用熵权法确定指标权重,根据云模型正向发生器生成正态云滴,实现了岩爆等级预测。最终通过工程实例建模计算,验证了该方法的合理性和可行性,可为类似工程提供借鉴。     

层状岩体各向异性损伤力学特征的试验研究

为分析层状岩体各向异性损伤对材料力学参数劣化的影响,室内钻取8种层理倾角的岩样进行单轴压缩试验,基于岩石材料强度服从Weibull分布建立损伤变量的演化方程,分别得出损伤变量随累计应变、层理倾角及破坏模式的变化规律,并分析其各向异性的内在机理。研究结果表明,各向异性损伤主要反映不同倾角的岩石参数在加载过程中不同的劣化程度;损伤变量随累计应变增加逐渐增加,增速呈慢-快-慢趋势;不同倾角岩石的损伤变量的分布规律与岩体弹性模量、抗压强度对应关系较好,即缓倾角和陡倾角时,损伤较小;在发生沿层理面方向的滑移破坏时(倾角为53°左右),损伤变量最大且对层理倾角变化最敏感;损伤变量各向异性度随累计应变的增加呈增加趋势;损伤变量与破坏模式之间有良好的对应关系。研究成果可为工程实践提供理论指导。     

基于三维离散元法的某水垫塘岩质边坡稳定性分析

针对泾河下游河谷段某水垫塘岩质边坡的岩体结构特性和结构面发育情况,依据边坡工程地质资料,在分析边坡岩体结构特征和潜在滑移模式的基础上,利用三维离散元法分析边坡稳定性,并采用极限平衡法对计算结果进行对比验证。分析结果表明,基于三维离散元法的岩质边坡稳定性分析结果合理,在正常和暴雨工况下,边坡安全系数均大于规范要求的安全系数标准。研究成果可为岩质边坡稳定性分析提供参考。     

隧道围岩稳定性评价的改进熵权-属性识别模型

以石牌岭隧道围岩工程为例,参照国内外研究现状,选取6个主要影响因素作为评价指标,将岩体质量等级分为5级,采用Zscores标准对传统熵权加以修正并应用到模型中,保证了评价的客观性和准确性。通过构建隧道岩体质量评价属性决策矩阵,再由级别特征值来确定所属级别,进而对隧道围岩稳定性作出评价。该模型不仅能预测围岩等级,还能对同等级围岩的稳定性进行排序,通过与可拓法评价结果的比较分析,验证了该方法的合理性与优越性,为隧道围岩稳定性评价提供了新的思路。     

带预制裂隙岩石单轴压缩破裂特征颗粒流模拟

为研究带预制裂隙岩样的单轴压缩破裂特征,采用颗粒流法对带两条预制裂隙深埋大理岩样在单轴压缩条件下的变形破裂进行数值模拟研究。结果表明,单轴压缩岩样模型主要产生拉裂纹,剪裂纹在峰值应力之后产生;岩样裂纹在预制裂隙端部启裂,之后朝向主应力方向;裂纹近似平行,岩石破裂为板状,预制裂隙岩样破坏后承载力降低很快,预制裂隙影响岩样在残余强度时裂纹扩展的情况,完整岩样在残余强度时裂纹数目稳定,预制裂隙岩样在残余强度时裂纹缓慢增加,预制裂隙减小了岩样的弹性模型,减弱了岩样的启裂应力及岩样抵抗变形破坏的能力。     

基于熵权法与正态云模型的大坝安全综合评价

针对目前大坝安全评价方法中均未考虑评价指标的模糊性和随机性问题,引入正态云模型理论,将其与熵权法相结合,建立了基于熵权法与正态云模型的大坝安全综合评价模型,综合考虑大坝变形、渗流及环境三方面因素构建了大坝风险安全评价体系,根据既定体系,确定大坝风险安全评价等级及云模型参数,代入大坝实测资料由正向云发生器建立评价指标的隶属度矩阵,采用熵权法确定各评价指标权重,并由评价指标的权重矩阵和评价指标的隶属度矩阵给出大坝在各安全评价等级下的隶属度。实例应用结果表明,大坝安全评价等级为低风险,与实际状况一致,可见所建模型可行、有效。     

基于熵权的边坡稳定性评价物元可拓模型及其应用

针对目前高边坡安全稳定性评估主要考虑单项监测项目及不能综合考虑几项或多项监测项目等问题,在对安全监测资料进行分类汇总,并充分考虑影响边坡稳定的各种因素后,建立了边坡稳定综合评价多层次物元体系,对评价指标进行预处理后,运用物元可拓模型评价了边坡的安全等级。实例应用结果表明,该方法科学地构建了边坡安全稳定评估体系,合理量化了评估指标,可操作性强。     

离散数值模拟颗粒自转对流化术内颗粒流态的影响

针对循环流化床内颗粒自否对流化状态产生影响这一众多研究者所关心的问题,用离散数值模拟方法首次对问题进行了研究探讨,研究发现,无论颗粒是滞自转的有聚团产生,但对床内的空隙率分别造成影响。     

荷电颗粒可压缩性颗粒层模型

研究发现荷电颗粒有趋向于沉积在颗粒链尖端的趋势,据此在已建立的中和可压缩性颗粒层模型中加入荷电颗粒的沉积性质,建立了荷电颗粒可压缩性颗粒层模型,从而研究滤料过滤过程中的颗粒层过滤阶段的机理。通过模型发现,不可压缩时,荷电颗粒形成的颗粒层的高度与中和颗粒层相似,但空隙分布均匀;由于下滑角较小,其不易被压缩,当压降增大到一定程度时,呈周期性压缩,所以在较高过滤风速下其压降显著低于中和工况。模型结果成功地解释了实验现象。     

非均匀布风流化床的DEM模拟

对二维非均匀布风流化床内的颗粒运动进行了数值模拟,用欧拉方法处理气相场的同时用拉格朗日方法处理离散颗粒场,直接跟踪颗粒场中的每个颗粒。模拟结果表明,非均匀布风流化床内存在颗粒的内循环运动,因此颗粒的混合特性优于均匀布风流化床。     

不同岩石在压缩载荷作用下数值模拟研究

以花岗岩、砂岩、片麻岩和页岩等岩样作为研究对象,采用数值模拟方法建立70 mm的立方体岩样模型,在同一压缩载荷函数作用下,采用ANSYS软件对这4种岩样的应力云图和变形图进行研究,并进一步研究相对应的岩样抗压强度。结果表明:在同样的载荷作用下,花岗岩变形最小,对应的抗压强度最大;其次依次为片麻岩、页岩和砂岩。