水利工程虚拟仿真实践教学探索

综合性、探索性实验项目缺乏,实习实践训练不足是制约南昌大学水利工程专业实践创新型人才培养的瓶颈。基于立足教学、科教融合、面向工程的虚拟仿真实践教学理念,将工程实践与科研成果转化为教学内容,建立了具有区域特色和学科特点的多模块虚拟仿真实验平台,开设了多门基于虚拟仿真平台的综合性、探索性实验项目课程。实践表明,开放自主式的虚拟仿真实验能有效提高水利工程专业实践教学效果,有利于培养学生的实践创新能力。     

基于改进刚体弹簧方法的断续双裂隙砂岩强度及裂纹扩展特征研究

为研究含非共面双裂隙砂岩的强度及裂纹扩展特征,以室内试验结果标定砂岩细观参数,建立含不同岩桥倾角的双裂隙数值计算模型,采用改进刚体弹簧方法对其单轴压缩过程进行模拟。基于模拟结果,研究了岩桥倾角对起裂应力、峰值强度、破坏模式和裂纹扩展特征的影响。结果表明:岩桥倾角60°,起裂应力和峰值强度均随岩桥倾角增大而减小,岩桥倾角60°,均随岩桥倾角增大而增大;根据岩桥倾角不同,裂隙试样破坏模式呈现单一翼裂纹轴向贯通破坏、翼裂纹与翼裂纹搭接贯通破坏和翼裂纹与预制裂纹搭接贯通破坏3种类型;岩桥倾角对岩桥破坏程度有影响,60°岩桥贯通最易,0°和120°岩桥贯通最难。研究结果可为岩土工程的稳定分析提供参考。     

深部岩体爆破爆炸地震波辐射模式与能量特性数值模拟研究

对于深部岩体爆破,普遍认为地应力的存在将改变爆生裂纹的传播过程并最终影响岩体爆破开裂区的分布,但对于地应力作用下岩体爆破开裂区形态改变对爆炸地震波辐射模式的影响,目前还鲜有研究报道.本文采用SPH-FEM耦合数值模拟方法,研究了地应力对岩体爆破开裂及爆炸地震波辐射模式和能量特性的影响.结果表明,在地应力作用下岩体爆破开...     

基于模型修正的空间变异边坡可靠度分析方法

空间变异边坡可靠度计算需要进行多次重复性边坡稳定性分析,常用的边坡稳定性分析极限平衡方法（LEM）计算效率较高而有限元方法（FEM）可捕捉真实的边坡失效机制,边坡可靠度评价中如能充分利用这两者的优势将具有重要的工程价值。该文在发展考虑参数空间变异性边坡可靠度分析的一阶可靠度方法（FORM）基础上,提出基于模型修正的空间变异边坡可靠度分析方法,引入一修正系数将基于LEM的简化极限状态面逐渐修正为基于FEM的准确极限状态面,最后基于修正系数和LEM安全系数计算公式采用线抽样法计算边坡失效概率。通过一个考虑参数空间变异性的摩擦/粘性土坡算例验证提出方法的有效性,并探讨土体参数空间变异性和黏聚力与内摩擦角之间互相关性对边坡可靠度的影响。结果表明：提出方法的边坡可靠度计算精度与基于FEM子集模拟方法一致,但是计算效率远远大于后者,尤其对于低概率水平边坡可靠度问题,从而为解决考虑土体参数空间变异性的低概率水平边坡可靠度问题提供一条新的途径。     

基于LHS法的三维随机裂隙网络数值模拟及渗流分析

为分析裂隙渗流系数的影响因素,基于拉丁超立方抽样(LHS)法,对岩体内裂隙的几何参数进行抽样模拟,提出了一种改进三维随机裂隙网络生成算法。利用C++语言编制程序,实现三维裂隙网络的生成,通过与Monte Carlo法生成的三维裂隙网络进行对比分析,验证了LHS法生成的三维裂隙网络稳定性好、精度高,为解决Monte Carlo法抽样样本坍塌问题提供了一种新思路。并基于LHS法生成三维裂隙网络,借助离散裂隙网络渗流程序进行渗流分析。结果表明,裂隙岩体的渗透系数随裂隙尺寸及裂隙密度的增加而增加,当裂隙尺寸及裂隙密度达到一定量级时,裂隙岩体内会形成贯通的裂隙簇,裂隙岩体渗透系数将急剧增加。     

基于决策树和有效降雨强度的滑坡危险性预警

以江西省寻乌县为例,采用信息量（IV）、反向传播神经网络（BPNN）和C5.0决策树模型进行滑坡易发性预测（LSP）,比较不同模型的预测性能;基于有效降雨量的概念提出有效降雨强度-历时（EI-D）模型,计算滑坡临界降雨阈值并将其与传统的降雨强度-历时（I-D）阈值做对比;将LSP结果与EI-D模型耦合,实现滑坡灾害预警并进一步验证了预警精度. 结果表明：C5.0决策树的LSP精度高于BPNN和IV,EI-D阈值的预测效果优于I-D模型,且基于滑坡易发性和EI-D阈值的模型能有效实现降雨型滑坡的实时预报.     

三维复杂裂隙岩体渗流传热耦合的数值研究

将复杂裂隙岩体视为由离散裂隙网络和岩石基质两部分组成,采用四面体单元离散岩石基质,无厚度三角形单元离散复杂三维离散裂隙网络,考虑温度对流体密度和动力粘度的影响,建立了描述三维裂隙网络的裂隙岩体渗流-传热耦合模型.通过与二维单裂隙渗流-传热耦合问题的解析解对比,验证了该模型的可靠性.随后,利用该模型对复杂三维随机裂隙岩体...     

基于刚体弹簧–等效离散裂隙网络耦合方法的水压致裂数值模型

提出一种模拟二维非稳定渗流过程的等效离散裂隙网络模型。在此基础上,结合改进刚体弹簧方法,通过引入考虑断裂能的渐进拉裂破坏准则,建立一种新的水压致裂过程数值计算模型。应力、变形、裂隙扩展过程计算采用改进刚体弹簧方法,非稳定渗流计算采用等效离散裂隙网络模型。为模拟等效的宏观渗透特性,给出细观渗流参数的确定方法,通过与一维非稳定渗流解析解的对比,验证等效离散裂隙网络模型的适用性。给出改进弹簧方法和等效离散裂隙网络水力耦合模型的计算流程,通过与弹性稳定流条件下厚壁圆筒的解析解对比,验证弹性稳定流条件下水力耦合计算格式的正确性。通过厚壁圆筒水压致裂算例验证所给模型模拟水压致裂过程的能力。与同类格子模型的对比,证明该模型的优越性。     

基于等效离散裂隙网络的三维裂隙岩体渗流模型

基于等效离散裂隙网络模型,提出一种模拟具有裂隙网络–岩石基质复杂裂隙岩体渗流的三维数值计算方法。该模型将岩石看作由不透水的四面体块体组成的集合,渗流只在相邻块体之间的界面上发生,并遵循Darcy定理。为模拟复杂裂隙岩体的空间结构,开发随机均布三维Delaunay四面体网格生成算法,可以显式模拟三维裂隙网络及其复杂的相交关系。岩石基质中的孔隙被等效界面网络系统代替。为保证该系统拥有与完整岩石相同的宏观渗透性,建立等效离散裂隙网络模型,并提出宏细观渗流参数的转换方法。裂隙也作为界面存在,但具有较高的渗透性,在数值上与基质中界面的处理方式相同,便于程序实现及数值稳定。为验证该方法的有效性,进行几个数值计算,数值结果与解析解吻合良好。最后,通过一系列算例研究裂隙渗透性、大小、方向、相交位置对岩体宏观渗透性的影响,及裂隙密度与逾渗阈值之间的关系。