散粒体离心模型自组织临界性及地震效应分析

基于自组织临界性(SOC)理论,运用土工离心模型试验技术,开展了粒径为0.5～1.0 mm的均匀沙和非均匀系数φ=3.1的非均匀沙两种级配的散粒体沙堆模型试验。并在试验基础上分析了散粒体斜坡崩滑地质灾害的SOC现象和地震诱发作用下散粒体斜坡崩滑失稳的模式与规律。研究结果表明,大尺度松散堆积散粒体系统在一定条件下也能呈现SOC现象,体现了以土木工程为背景的散粒体斜坡崩滑地质灾害规律,突破了关于SOC研究的尺寸效应问题;同时该沙堆模型离心试验还模拟了在拟静力水平地震力作用下散粒体斜坡崩滑的失稳模式,提出了在相当于地震烈度为Ⅴ度的拟静力水平地震力诱发作用下,φ=3.1的非均匀沙石散粒体系统崩滑失稳符合幂律分布,呈现SOC的结论。     

非均匀散粒体自组织临界性机制初探

通过干燥沙石散粒体临界态沙坡实验，证实了沙石颗粒组成的非均匀系数是影响散粒体坡面崩塌自组织临界性的重要因素。利用大型粗颗粒实验系统，进行了不同非均匀系统散粒体沙石相对密度和直剪测试，以此对散粒体自组织临界性的形成条件和机制进行了初步分析。根据随着颗粒非均匀程度增大，堆积体的颗粒堆积结构渐趋复杂，颗粒间运动摩擦阻力增大的实验现象，提出观点：非均匀散粒体系统的物理力学性质具有失稳状态多样性和能量耗散加剧的特点，使扰动．反馈的放大作用被抑制，从而能够保持整体结构稳定，因此，大尺度的系统也可以呈现自组织临界性现象。     

《岩石力学与工程学报》2005年第23期被EI收录论文（30篇）题录

No.论文题目作者名页码1 CT尺度砂岩渗流与应力关系试验研究仵彦卿曹广祝丁卫华4 203–4 2092岩石渗透率与应力、应变关系的尖点突变模型王连国缪协兴4 210–4 2143运用有限元和神经网络为SHPB装置构造理想冲头李夕兵周子龙王卫华4 215–4 2184挪威海底隧道经验吕明Gr?v E Nilsen B等4 219–4 2255互层盐岩体的Cosserat介质扩展本构模型杨春和李银平4 226–4 2326综放采场周期来压阶段顶板结构稳定性与顶煤放出率的关系史红姜福兴汪华君4 233–4 2387散粒体的自组织临界性与非均匀介质的元胞自动机模型苏凤环姚令侃何越磊4 239–4 2468…     

地震作用下松散体斜坡崩塌动力学特性离心 模型试验研究

基于拟静力离心模型试验原理,采用砂堆模型离心试验的崩塌性状来概化和模拟地震作用下松散体斜坡崩塌的动力学特性.设计并开展了均匀砂和非均匀砂两类3种不同颗粒级配砂石的离心模型试验,试验中模拟了在V,VI,VII度3种烈度的地震作用下3种级配砂堆的崩塌动力学特性,试验再现松散体斜坡崩塌的破坏规模、形式和机制.进一步对比分析试验结果表明:(1) 粒径为0.5～1 mm的均匀砂在3种烈度的地震作用下崩塌规模均服从准周期分布;(2) 粒径为8～10 mm的均匀砂和非均匀系数φ= 3.10的非均匀砂在V度地震烈度作用下崩塌规模服从负幂律分布,呈现自组织临界性特征;(3) 粒径为8～10 mm的均匀砂和非均匀系数φ = 3.10的非均匀砂在VI,VII度地震烈度作用下的崩塌规模则服从正态分布.认为粒径为0.5～1 mm的均匀砂在临界状态下大规模崩塌进行相对准确的预测预报是可行的,而粒径为8～10 mm的均匀砂和非均匀系数φ= 3.10的非均匀砂在临界状态下,进行相对准确的大规模崩塌预测预报存在很大困难.研究成果能为松散体斜坡的抗震设计提供可靠依据,具有重要的理论和现实意义.     

锚杆加固散粒体的作用机制研究

采用细观数值模拟的方法研究岩土工程中散粒体锚杆加固的作用机制,基于随机模拟技术建立加锚散粒体的三维随机颗粒模型,采用颗粒形状系数控制颗粒表面的不均匀起伏程度,基于修正的增广Lagrangian算法的非线性接触算法模拟颗粒之间、颗粒与锚固体、颗粒与承托结构的相互接触,颗粒的物理力学性质服从Weibull概率分布,采用细观损伤软化模型描述颗粒的变形和破碎。分别建立散粒体和加锚散粒体的三轴数字试样,采用位移加载来进行不同围压下的常规三轴剪切试验,研究不同加锚密度对散粒体工程力学特性的影响。数值模拟结果表明:锚杆加固的作用机制为锚固体与颗粒紧密接触、相互咬合形成摩擦阻力,承托结构形成对颗粒体的径向助力,锚杆与其附近的颗粒形成锚固区;锚杆加固能显著提高散粒体的抗剪强度和整体性,峰值主应力差提高37.8%～88.8%,初始模量提高37.4%～93.2%,内摩擦角提高13.3%～24.2%。     

应用物理非平衡CDE模型反演岩溶管道流参数

应用物理非平衡CDE模型能够模拟岩溶区示踪剂穿透曲线(TBCs)从而获取岩溶管道水文地质参数。相对传统模型而言,该模型将岩溶管道内液体分为流动区域和非流动区域,更能体现岩溶管道的非均质性和穿透曲线的拖尾现象。本次研究通过自动监测示踪剂浓度和流量变化绘制穿透曲线并结合QTRACER2程序计算模型所需参数初始值,确定示踪试验回收率,并应用物理非平衡CDE模型模拟岩溶管道内平均速度、弥散系数、两区间分配系数和质量交互系数。最后通过不同距离处示踪剂穿透曲线对比发现平均速度和弥散系数随距离的增大而增大,具有明显的尺度效应,而分配系数和质量交换系数基本不变。为降低尺度效应的影响,本文采用算数平均计算速度和弥散系数。     

基于细胞自动机的城市空间研究进展

细胞自动机是基于非线性动力学的一种自下而上的建模框架。它借助计算机编程,通过划分研究对象的细胞空间并确定细胞的初始状态及状态转化规则,可以对复杂系统的时空演化过程进行动态模拟。应用细胞自动机进行城市空间模拟时,需要对标准细胞自动机的构成要素进行扩展。其中,细胞状态转化规则是决定细胞自动机模拟能力的关键,其扩展机制可以概括为标准规则、多因素加权、基于城市形态学原理、基于人工智能方法等四种类型。在未来应用中,平衡细胞自动机的简单性与复杂性、统筹自组织原则和他组织原则、精细化空间分辨率,是拓展细胞自动机在城市空间研究领域应用能力的重要挑战。     

原始组织状态对12Cr1MoVG钢再热裂纹敏感性影响

采用插销试验的方法研究不同贝氏体含量的12Cr1MoVG钢对再热裂纹敏感性的影响,结果表明在试验温度范围内,两种原始组织状态不同的12Cr1MoVG钢随着试验温度的升高,其临界断裂初应力呈现先下降后上升的基本趋势,原始组织状态为铁素钵+贝氏体组织的12Cr1MoVG钢的再热裂纹最敏感温度高于原组织粒状贝氏体组织+少量铁素体的再热裂敏感温度。     

带垂直加劲肋的波纹板组成的圆柱形金属筒的三维屈曲分析

介绍了采用垂直加劲肋加强的水平波纹板组成的漏斗式圆柱形金属筒的准静态屈曲性能的三维分析结果。考虑了欧洲规范1规定的散粒体对筒壁产生的对称与不对称荷载、不同的初始几何缺陷和荷载分布的不均匀性,给出了无缺陷和有缺陷的筒仓壳体的线性屈曲、几何和材料的非线性的分析结果。将计算得到的临界荷载值与欧洲规范3给出的允许值进行对比。     

基于微观力学分析的散粒体静力液化本构模型

针对散粒体的静力液化特性,在散粒体颗粒运动微观力学分析的基础上,在临界状态土力学框架内建立了一个简单的静力液化弹塑性本构模型。模型屈服函数和和硬化规律根据Chang提出的砂土微观力学模型,通过积分粒间接触力为宏观的应力不变量而建立,考虑了与材料状态相关的剪胀性和初始密度对散粒体应力应变关系的影响,并采用非相关联的流动法则。模型参数简单且有较明确物理意义,可以通过室内三轴试验确定。模型的数值结果与Toyoura砂以及砂粉混合土的三轴不排水剪切试验的应力应变曲线和应力路径吻合较好。     

基于图型动力学的滑面演化过程研究

滑坡一般发生在众多不连续面中强度效应最弱的主滑面上。滑面的演化是一类具有时空变化的广延耗散动力学复杂系统,与外界环境存在着物质、能量和信息的交换。滑面在演化过程中是一种远离平衡态的自组织临界现象,自组织临界性是滑面贯通过程的动力学吸引子。运用图型动力学模型从图型演化角度分析了滑面损伤破坏方式的多米诺效应和损伤破坏的链式反应过程。以确定性的、不可逆的、非线性、非局域和没有特征尺度的动力学规则描述损伤单元之间的一种自动放大的非局域相互作用的连接过程,引入分布函数φ(p)和ξ(p)刻画断裂态吸引域在相空间的分布。最后,探讨了不同损伤率下,滑面破坏的可能模式。     

Effect of geogrid in granular base strength – An experimental investigation

An attempt is made to investigate the change in strength characteristics of different granular base materials reinforced with geogrid. The samples tested were both soaked and unsoaked, with and without geogrid to simulate both the best and worse case scenarios. The present investigations focuses only an experimental investigation, but this can set a stage for the development of proper mechanistic design of geogrid reinforced granular base material. The results of the experiment provide guidance for what type of granular material can benefit from reinforcing it with geogrid.     

弦支双曲扁网壳结构的鲁棒构型分析及试验研究

针对不良拓扑布置导致的结构鲁棒性不佳问题，以系统传递函数的H₂范数为基础，建立结构鲁棒性定量评价指标和鲁棒构型求解方法。以单元相对密度为设计变量，采用变密度模型描述材料的刚度，将结构的鲁棒设计转化为连续体拓扑优化，并对大爆炸算法进行二级搜索的改进，进而求解连续体拓扑优化模型。以四点支承的弦支双曲扁网壳结构为例，分析不同荷载作用下的鲁棒构型，探索不同参数的大爆炸算法优化效果，通过静力试验和冲击试验，对优化后模型和未优化模型进行对比分析。结果表明，二级搜索的大爆炸算法可以有效地应用于弦支结构的鲁棒设计中，改进的大爆炸算法加快了收敛速度，依据鲁棒构型进行杆件布置，可显著提高结构的力学性能和抗干扰能力。     

Experimental and simulation analysis of thermal behavior of large-span roof system under solar radiation

The large-span metal roof systems can produce a significant nonuniform temperature effect under solar radiation, leading to potential safety hazards. An experiment is conducted to study the nonuniform thermal behavior of a small-scale continuous welded stainless steel roof (CWSSR) system under solar radiation. The small-scale CWSSR system considered different roof slopes and sunward side and nightside. The efficiency of the numerical analysis of the thermal behavior of the roof slab is verified in comparison with the experimental results. Based on the numerical and experimental results, the thermal effect of a full-scale CWSSR system is studied under different orientations, wind speeds, and atmospheric temperature. Through the analysis of research results, the nonuniform thermal features of the CWSSR system are significant and cannot be overlooked. The temperature difference between the sunward side and nightside roof slab is positively correlated with the roof slope. The thermal behavior of the CWSSR system is greatly influenced by wind speeds but is less affected by orientations and atmospheric temperature.     

波浪对黄河水下三角洲浅表沉积物非均匀改造过程监测与机制研究

 黄河水下三角洲浅表沉积物的空间非均匀性导致了一些地质灾害的发生。为揭示非均匀化形成机制,在实验室模拟波浪对粉土体作用过程并实时监测土体强度、孔压和粒径组分变化。监测结果显示土性非均匀变化和强浪后期改造作用直接相关。强浪作用导致沉积物液化后,细粒物质向上迁移引起垂向非均匀变化的同时,一定深度位置还会出现强度和粒径非均匀体。在三角洲潮滩上原位模拟波浪循环荷载作用,利用电阻率测试等技术监测的土体状态变化特征进一步表明：除垂向迁移过程外,深部液化区细粒物质还会发生横向迁移;两个变化过程共同对浅表沉积物进行非均匀改造。波致超孔隙水压力急剧增大是造成物质迁移的主动力,波浪剪切作用造成的土颗粒横向位移对迁移起促进作用。研究还同时发现波浪作用过程中液化区下部始终有稳定层存在。     

固体可燃物热释放速率实验研究

详述了基于耗氧原理在房间量热器中测量热释放速率的整套实验系统,试验选取由复合板组成的木箱燃烧物,测试在不同引燃方式下的热释放速率特性,通过对比和分析试验数据,得到的结论对于进一步研究建筑板材的火灾特性具有重要意义。     

上海粉质粘土的三轴CT实时细观试验

采用CT实时试验对上海粘性土的三轴应力条件下的特性进行系统的试验研究.研究表明,上海灰色粉质粘土在三轴应力下细观变形基本上分为4个阶段,即微裂纹压密阶段,初期损伤阶段,损伤快速发展阶段和软化破坏阶段.粉质粘土初始状态为不均一的和初始损伤,受力过程中以局部变形为主,灰色粉质粘土的破坏是由于产生局部变形,形成剪切带造成的,裂纹在峰值强度及峰值强度后完全形成的.