橡胶集料混凝土细观损伤特性的加载速率效应

基于颗粒离散元理论,选取对应不同级别应变率的0.001、0.01、0.1、1.0、3.0 m/s五种加载速率,模拟实现普通混凝土(NC)和橡胶集料混凝土(CRC)单轴抗压强度试验,系统分析了加载速率对本构关系、裂纹扩展、细观损伤及能量演化的影响规律。结果表明:材料的单轴抗压强度以及相应峰值应变随加载速率增的加呈现非线性增长关系,CRC较NC表现出更为明显的加载速率敏感性;加载速率与NC裂纹生成速率呈现负相关关系。而与CRC裂纹生成速率呈正相关关系。提出了两种材料细观损伤变量与加载速率间的拟合方程,拟合效果较好,同时分析了不同加载速率对材料弹性应变能和动能的演化规律影响。     

基于分步傅里叶变换法对非线性薛定谔方程的数值仿真

介绍一种数值求解非线性偏微分方程的方法;分步傅里叶变换法.光脉冲信号在光纤中传输时,同时受到色散效应和非线性效应的影响.所以利用分步傅里叶变换法,考虑光信号在光纤中传输一段微小距离的情况下,先计算色散效应对光脉冲的影响,然后再计算非线性效应对光脉冲信号的影响,进而近似求出非线性薛定谔方程的数值解.最后,应用MATLAB软件来数值仿真这个数值解,仿真结果可以清晰看到色散效应对光脉冲的脉冲展宽,以及非线性效应对光脉冲的影响.     

基于CT技术的混凝土冻融环境下细观损伤机理的试验研究

应用CT技术对冻融环境下的混凝土破损全过程进行了追踪,获得了不同冻融循环次数下混凝土细观结构变化特征.运用图像处理技术初步分析了冻融环境下混凝土细观损伤扩展的演化过程;并以图像中CT均值的变化为基础,建立了基于细观统计力学的损伤变量与冻融循环的关系曲线,以此对冻融循环条件下混凝土细观结构的损伤演化规律及破损机理进行了定量研究.结果表明:试样内部CT均值以及损伤变量的变化趋势表征了经过冻融循环后混凝土材料从初始细观损伤到表现出宏观力学性能劣化的全过程,为从细观试验角度解释混凝土在冻融环境下的宏观变化规律提供了一种可行的方法.     

基于柔性边界的非饱和接触模型参数标定方法研究

离散元法(DEM)是研究非饱和土力学性质的重要方法,其模拟的可靠性取决于非饱和接触模型细观参数的准确标定。目前,对非饱和接触模型细观参数的标定方法缺乏系统研究。本文提出了一种基于柔性边界的标定DEM中非饱和接触模型细观参数的方法,对非饱和接触模型细观参数进行了系统标定,并通过参数敏感性分析揭示了非饱和接触模型中细观参数与宏观力学性质的相关性。首先,通过正交试验设计对细观参数的取值范围进行优化,分析细观参数对宏观响应的敏感性,敏感性分析结果表明：非饱和土的割线模量E50主要受摩擦系数μ、吸力?、杨氏模量E影响,影响程度大小为μ>? > E;非饱和土的峰值强度Sp主要受吸力?、摩擦系数μ影响,其影响程度大小为??>μ>E。其次,根据敏感性分析结果确定相关宏观响应的显著影响参数,利用基于中心复合试验设计(CCD)的响应面分析方法建立非饱和土宏观力学参数与显著影响参数之间的回归方程。再次,根据回归方程建立非饱和土细观参数的最优化模型,使用MATLAB中的FMINCON函数对其进行求解,获得细观参数的最优解。最后,利用获得的最优参数,模拟不同围压下非饱和土的三轴试验并与试验结果进行对比,验证所标定参数的有效性。该方法可为进一步分析非饱和土的细观力学性质提供基础。     

循环加载强化作用对花岗岩细观破坏影响的离散元研究

基于室内单轴压缩试验结果,采用离散元方法建立等效晶质模型（GBM）. 根据室内循环加卸载试验结果改进GBM模型晶内、晶间接触模型,建立能够准确表征循环加载强化作用的GBM强化模型,借此GBM强化模型揭示循环加载强化作用对花岗岩单轴压缩过程细观破坏的影响机制. 结果表明,在峰前应力阶段,自锁效应造成的应力分布不同,导致晶内/晶间接触出现以张拉为主的裂纹,石英、长石依次成为承载主体;在峰后应力阶段,前期强化作用所积蓄的剪切能量得到释放,导致长石出现密集的晶内裂纹,是试块失稳的主要标志;长石周边矿物差异性失效引起长石矿物破坏路径改变,造成试块峰值应力随强化系数增大呈现波动性增长. 构建的GBM强化模型为研究循环加载强化作用对脆性岩石不同加载路径细观破坏机制提供新方法.     

Generation of 3D random meso-structure of soil-rock mixture and its meso-structural mechanics based on numerical tests

The mesoscopic failure mechanism and the macro-mechanical characteristics of soil-rock mixture(S-RM) under external load are largely controlled by S-RM’s meso-structural features. The objective of this work is to improve the three-dimensional technology for the generation of the random meso-structural models of S-RM, for randomly generating irregular rock blocks in S-RM with different shapes, sizes, and distributions according to the characteristics of the rock blocks’ size distribution. Based on the new improved technology, a software system named as R-SRM3 D for generation and visualization of S-RM is developed. Using R-SRM3 D, a three-dimensional meso-structural model of S-RM is generated and used to study the meso-mechanical behavior through a series of true-triaxial numerical tests. From the numerical tests, the following conclusions are obtained. The meso-stress field of S-RM is influenced by the distribution of the internal rock blocks, and the macro-mechanical characteristics of S-RM are anisotropic in 3D; the intermediate principal stress and the soil-rock interface properties have significant influence on the macro strength of S-RM.     

基于离散元法的沥青混合料虚拟疲劳试验方法

为了从细观角度深入分析沥青混合料疲劳机理,运用离散元方法实现了沥青混合料小梁试件的虚拟疲劳试验。首先,根据概率理论,建立了由混合料三维体积级配至沥青混合料二维数字试件数量级配推导公式;接着,根据蒙特卡洛方法,编制了考虑集料不规则形状的沥青混合料二维数字试件生成程序,以此生成了沥青混合料二维数字试件;然后,结合离散元基本原理,提出了包括沥青混合料离散元模型的建立、离散单元的接触模式选择和疲劳失效判断标准在内的一整套沥青混合料虚拟疲劳试验方法;最后,进行了沥青混合料小梁疲劳试验,并与基于离散元方法的虚拟试验结果进行了比较分析。研究结果表明,虚拟试验结果与真实试验结果相差无几,所建立的虚拟疲劳试验方法可以作为沥青混合料疲劳性能分析的辅助手段。     

土石混合体边坡稳定性的三维颗粒离散元分析

为探究土石混合体边坡的稳定性和破坏机理,基于土工离心模型试验基本原理,结合已开发的不规则块石和土石混合体三维离散元建模方法建立土石混合体边坡细观结构的三维离散元模型.引入颗粒流强度折减法并提出基于能量演化的方法来判别边坡失稳破坏.利用提出的土石混合体边坡三维离散元建模方法和稳定性分析方法,分析不同块石含量、块石形状、空间结构、空间形态等因素对土石混合体边坡稳定性和破坏模式的影响,并揭示这些因素影响的细观机理.结果表明:随含石量增加,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;土石混合体边坡中呈现出多滑动面现象,且滑面较为曲折,具有明显的绕石特征,坡脚部位的部分大块石使得剪出口的位置发生明显的改变;随块石形状由球体、卵石到碎石,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;上覆堆积体相对较厚且坡度不是很大的二元结构边坡或一元结构边坡的破坏模式主要是堆积体内部发生的弧形滑动破坏,上覆堆积体厚度不大且基岩面相对平整的二元结构边坡的破坏模式主要是沿基-覆界面的整体平移滑动破坏;随土石混合体边坡空间形态由条带型、敞口型到锁口型,其安全系数逐渐提高,其中锁口型边坡具有显著的支撑拱效应,且含石量越大这种效应越明显.     

基于3维离散元颗粒流的土石混合体大型直剪试验模拟分析

为能更好的揭示土石混合体的剪切特性与力学行为,以新疆博乐地区某土石坝心墙料为研究对象,选取了3种不同含石量的室内混合料试样,通过导入随机多面体模板建立真实块体颗粒模型,并进行了不同含石量在不同围压下的的三维颗粒流土石混合体室内大型直剪试验模拟,研究了含石量对试样抗剪强度的影响,分析了土石混合体在剪切过程中的体积变化以及不同含石量下土石混合体的力链网络分布。结果表明：模拟结果与室内试验的拟合度较好,二者具有良好的一致性;含石量对土石混合体的剪切特性有显著影响,含石量越高,土石混合体的抗剪强度越大;在相同法向应力下,试样的剪胀量随着含石量的增加而增大,低含石量试样表现出一定的“软化特性”,高含石量试样表现出“硬化特性”;不同含石量的土石混合体力链网络分布表现为各向异性,随着含石量的增加,强力链数目增多,分布更加集中,试样整体较为稳定,土石混合体在宏观上表现出更高的剪切强度。该研究可以更好的理解土石混合体的细观力学机理,可为相关岩土力学模拟提供参考依据。     

基于数字图像处理和有限元建模方法的沥青混合料劈裂试验数值模拟

应用数字图像处理技术及工业CT扫描获得试件图像,结合有限元建模方法,建立了包含集料、空隙和胶浆在内的沥青混合料有限元模型,并模拟研究了沥青混合料劈裂试验。结果表明:通过定义应力集中因子,可用来描述沥青混合料内部应力的不均匀分布,级配类型、模量比、有无空隙及加载位置都对模拟结果有较大影响。采用DIP-FEM方法能够很好地将沥青混合料的微观结构和宏观力学性能结合起来。     

基于时间序列与DEGWO-SVR模型的隧道变形预测方法

为了对准确预测隧道变形的非等距性及复杂非线性特征,结合时序分析理论、差分进化算法(DE)、灰狼优化算法(GWO)和支持向量回归机(SVR)模型,提出新的隧道变形预测模型. 利用3次样条函数插值法将非等距监测数据等距化;基于时间序列原理将变形分解为趋势项及平稳随机项,并采用所提模型分别对2个分解项进行预测;将各位移分量叠加,实现隧道累积变形的预测. 以重庆市兴隆隧道实测拱顶沉降为例,预测前方ZK37+900和ZK37+910断面拱顶沉降,并与已有模型进行对比. 结果表明：所提模型预测的均方根误差分别为0.193 7 、0.086 9 mm,平均绝对百分比误差分别为1.21%、0.55%,相关系数分别为0.997 1、0.992 8. 相比于已有模型,所提模型的预测精度更高、误差更小,具有更好的适用性及应用前景.     

Dirichlet过程混合模型的聚类算法

有限混合模型进行高维数据聚类分析时需预先估计聚类个数,因而聚类的准确性和泛化性受到影响.通过建立Dirichlet过程无限混合模型对高维数据开展聚类分析,采用Dirichlet过程的Urn模型分析出模型中各参数的后验分布,利用Gibbs采样MCMC方法估计出模型中各参数及数据中潜在的聚类数.在五维的仿真数据集和IRIS测试数据集上的聚类结果表明:经过200次Gibbs采样MCMC过程,该算法能够正确地估计出数据中潜在的聚类数.单次Gibbs采样MCMC过程的平均占用时间分别为0.185 0s和0.145 5s,其时间复杂度和数据的样本个数N有关,为O(N).     

基于离散单元方法的多孔沥青混合料级配比选

应用离散单元方法结合PFC2D软件,对多孔沥青混合料的级配进行了评价,建立了细观尺度上的直观离散元数值模型,构建了粗细两种级配的PAC-13多孔沥青混合料骨架结构二维模型,进行了结构稳定性虚拟试验.仿真结果表明,相同空隙率条件下,PAC-13粗型级配的骨架结构比细型级配更稳定,结构承载力和抵抗局部变形的能力更佳.同时进...     

Damage evolution law of coal-rock under uniaxial compression based on the electromagnetic radiation characteristics

Based on electromagnetic radiation characteristics, the present research studied the damage evolution of rock under uniaxial compression. Besides, this research built the coal-rock damage evolution model considered residual strength. The applicability and accuracy of the model were verified through experiments. The results show that coal-rock damage evolution consists of four periods. The first period is from the beginning of compression to nearly 20% of the stress peak value, during which the damage variable changes stably about 0.1, and accordingly a few of electromagnetic radiation signals emerge. The second period is from about 20% to 70% of the stress peak value. The damage has stable development, and the parameter of electromagnetic radiation characteristics turns larger continuously with the increase of stress. The third period is when the damage has accelerated development, the coal-rock was broken which result from sharp increasing of the damage variable, meanwhile a great quantity of electromagnetic radiation signals emerge. The fourth period is after the coal-rock fracture, during which the damage variable corresponding to the parameter of electromagnetic radiation characteristics has a stable development. This research has great academic and realistic significance for further studies the electromagnetic radiation characteristics of coal-rock under loading and damage and the forecasting of coal-rock dynamic disasters.