基于SPEI指数的重庆干旱特征分析与预测模型构建

对重庆9个站点不同尺度下的SPEI指数进行计算,以此为基础分析了重庆干旱时空分布规律。基于径向基神经网络模型（radial basis function,RBF）,采用遗传算法（genetic algorithm,GA）改进的麻雀搜索算法（sparrow search algorithm,SSA）对RBF模型进行优化,得出GA-SSA-RBF模型,与5种传统算法优化的RBF模型和3种传统模型进行比较,统一预测区域干旱,结果表明：重庆全区干旱均呈现逐年加剧趋势,全区轻旱的发生频率较高,为12.7%～16.3%;GA-SSA-RBF模型在所有模型中的精度最高,其在3种尺度SPEI指数模拟下的GPI分别为0.667、0.689和0.712,因此GA-SSA-RBF模型可用于预测重庆干旱。     

应力作用下软硬互层岩石破裂过程的细观模拟

 采用数值模拟方法研究软硬互层岩石材料在不同围压条件下的压缩破坏过程。利用改进刚体弹簧方法,模拟细观裂隙的起裂和扩展过程。界面破坏准则结合莫尔–库仑准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种破坏模式。岩石材料由以Voronoi图形为基础的块体集合表征为显式模拟结构面,提出一种分步插点的计算网格自动生成算法。对已有的典型实验进行计算,模拟得到不同围压下不同倾角数值试件的破坏模式和抗压强度。与实验结果的对比表明,改进刚体弹簧方法能够定性和定量地描述由于软硬互层结构引起的抗压强度各向异性,不同围压条件下得到的破坏模式也与实验结果吻合良好。     

脆性岩石损伤与热传导特性的细观力学模型

 基于均匀化方法给出低孔隙率脆性岩石在热–力耦合荷载作用条件下的各向异性损伤模型和有效热传导特性模型。其中,损伤模型可考虑非等温条件下裂纹的法向压缩变形、刚度恢复以及裂纹的滑动剪胀特性,热传导特性模型可反映损伤过程中细观结构的演化以及裂纹形态、孔隙率和饱和度变化对岩石有效热传导特性的影响。讨论低孔隙率结晶岩裂纹形态和饱和度对其有效热传导特性的影响;采用瑞典Äspö闪长岩在三轴压缩条件下的应力–应变曲线验证损伤模型的有效性,并分析岩石在损伤演化过程中裂纹体积率、密度、形态、饱和度和有效热传导特性的演化规律。研究成果对于深部岩体的热–力耦合特性研究具有一定参考意义。     

隔河岩坝基岩体在运行期的弹塑性力学参数反演

根据隔河岩大坝在运行期的实测位移，运用有限元正交数值试验、回归分析和优化相结合的方法反演了坝基岩的弹塑性力学参数，为进一步研究高水位作用对岩体力学参数的弱化机制及弱化程度、大坝在极限水位下的安全裕度以及建立大坝工作状态预测模型提供了科学依据。     

水力耦合条件下岩体的损伤渗透张量

提出了岩体的损伤渗透张量这一新名词 ,基于渗流能量原理导出了损伤渗透张量表达式。采用界面层模型分析了水力耦合条件下岩体的损伤渗透张量 ,计算了水力耦合条件下某坝基岩体的初始损伤张量及初始损伤渗透张量     

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。     

岩土体三维非线性渗流有限元数值分析

从渗流机理的角度研究了在达西定律不适用的情况下岩土体三维非线性渗流问题，讨论了非线性渗流的影响因素和表达公式。进行了岩土体的三维非线性渗流有限元数值分析，根据试验确定的非线性渗流关系式，运用伽辽金有限元法导出了非线性的控制方程组，并用直接迭代法进行求解，讨论了迭代收敛标准以及提高计算精度和加速收敛的技术等问题。所给出的算例，其计算结果与理论解十分吻合。初步研究表明，本方法具有编程简单、计算效率高和收敛速度快等优点。     

节理岩体爆破开挖过程的动态卸载松动机理研究

提出岩体爆破开挖过程中初始应力场的卸载是一动态过程的观点，并利用波动理论分析了岩块在初始应力场瞬态卸载条件下的运动过程。研究表明，瞬间卸载条件下，岩块除产生弹性回复位移外，还会发生水平向的刚体位移，导致岩体结构面被拉开，岩体产生水平向松动现象。岩体初始应力较高条件下。动态卸载引起的岩块水平刚体位移远大于弹性回复变形值。计算结果同时表明，岩体结构面的张开位移与初始应力的平方近似成正比。岩体初始应力场的动态卸载过程能较好解释节理岩体开挖过程的松动机理。     

考虑锚杆腐蚀作用的岩质边坡系统可靠度分析

 锚杆腐蚀是导致锚固工程事故的重要原因之一,为此,主要研究锚杆腐蚀作用对锚固岩质边坡系统可靠度的影响。首先,在系统分析现有钢筋腐蚀模型及锚杆腐蚀试验数据基础上,确定锚杆腐蚀模型。分析与腐蚀作用相关的锚杆自由段屈服失效模式和锚固段锚杆与注浆体界面黏结失效模式,进而确定相应的锚固边坡失效模式。给出基于蒙特卡洛模拟的边坡时变系统可靠度分析方法,并以锚固岩质边坡为例证明所提方法的有效性。结果表明：K. A. T. Vu和M. G. Stewart提出的钢筋腐蚀模型适用于分析处于密闭潮湿和干湿交替环境条件之间的锚杆腐蚀作用。在锚杆服役的前期,自由段锚杆的腐蚀作用对边坡稳定性的影响较大,而在后期锚固段锚杆的腐蚀作用对边坡稳定性的影响开始变得较大,并且锚杆服役后期锚固力和边坡系统失效概率的变化幅度明显大于前期。边坡系统失效概率随锚杆握裹层厚度的增加而减小,随注浆体水灰比的增加而增大,当握裹层厚度和水灰比达到一定值时,边坡系统失效概率随时间增大的程度并不明显。     

考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数模型

 相对渗透系数是土体非饱和渗流分析的重要参数,Mualem统计模型在土体相对渗透系数预测中得到广泛应用。然而,Mualem统计模型假定土体具有刚性的孔隙结构,因而无法反映变形对非饱和渗透系数的影响。笔者最近提出的变形土土水特征曲线模型为基础,建立考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数的修正Mualem统计模型。修正模型引入某一饱和度条件下被水充满的平均孔隙半径这一参量,来反映有效饱和度及土体变形过程中孔隙形态变化对其非饱和渗透特性的影响。采用4种不同类型土体的非饱和渗透试验数据对修正模型进行验证。结果表明,修正模型给出的相对渗透系数预测值与实测值的均根误差相比Mualem统计模型减小27%,说明修正模型对于变形条件下土体的相对渗透系数具有更强的预测能力。研究成果为非饱和土渗流规律以及水–力耦合数值模拟等研究提供了更为可靠的理论模型。