基于LS-DYNA的砂岩动静组合SHPB数值模拟

为了研究动静组合SHPB加载下砂岩变形破坏、能量演化特性,运用LS-DYNA软件建立相关数值模型,在满足一维应力和应力应变均匀化假定的前提下,以轴压和围压为变量进行模拟分析.模拟结果表明：轴压比小于0.4时,砂岩动态抗压强度表现出线性率效应,轴压和围压使得砂岩发生压剪破坏和层间错动破坏,对砂岩能耗规律影响较大,但单一能量的变化趋势几乎不受影响;一维动静组合模拟中,轴压为20 MPa时,随着加载应变率的增加,能量利用率先增加后减小,轴压为40 MPa时,能量利用率持续下降;三维动静组合模拟中,围压对于能量利用率的影响规律较为复杂,但总体上呈下降趋势.     

基于IA-BP智能算法的初始地应力场反演研究

初始地应力场是地下工程设计与施工的重要依据,在实际工程中难以精准测得,为了能较准确地获得初始地应力场的分布规律,提出将免疫算法与BP神经网络相结合（IA-BP）的算法对初始地应力场进行反演研究。免疫算法优化BP神经网络就是将BP神经网络的连接权值和阈值作为免疫算法中的抗体进行编码。该混合算法既可以利用免疫算法全局寻优的特点快速搜索到全局最优解或次优解附近,又可以采用BP算法避免在最优解和次优解附近发生震荡,对其进行局部优化,从而达到快速收敛全局最优解的目的。通过COMSOL分别构建平面边坡模型及三维立体模型,对其进行正分析计算,将计算的结果作为“实测值”,对地应力进行反演分析,并将IA-BP算法反演的结果与PSO-BP算法及多元线性回归算法的反演结果进行对比。结果表明：二维边坡模型下,IA-BP算法反演结果误差更小。三维模型下,IA-BP算法所得实测值与反演值之间的相对误差的绝对值为0%~10.64%（平均为3.39%）,PSO-BP算法所得实测值与反演值之间相对误差的绝对值为0%~48.39%（平均为6.93%）,多元线性回归算法所得实测值与反演值之间相对误差的绝对值为0.55%~121.95%（平均为21.87%）,通过对比可知,IA-BP算法整体反演结果精度最高。无论是平面模型还是三维模型,利用IA-BP算法反演出的结果与其他两种算法反演的结果相比,误差更小。将IA-BP智能算法运用到地应力场的反演研究中,可以为地下工程的建设提供依据。     

分级循环荷载下裂隙岩石疲劳破坏特性与能量演化机制

分级循环荷载下裂隙岩石裂隙扩展模式、疲劳变形特性以及能量演化规律对地下工程安全施工和运营有着重要意义。考虑裂隙角度、裂隙数量和裂隙分布开展常规劈裂试验、分级循环荷载试验和非接触变形测量试验,对破坏特征、动弹性模量进行分析,研究轴向不可逆变形与疲劳寿命之间的关系。从能量角度出发,计算破坏过程中的总吸收能量、可释放应变能及耗散能,分析能量演化与裂隙扩展模式响应关系。研究结果表明：1）岩石疲劳变形可分为初始变形阶段、稳定阶段和加速破坏阶段,滞回环曲线呈现出“疏—密—疏”的特性,对每200个循环的动弹性模量进行分析,加载第2阶段动弹性模量有强化特征,进入第3阶段后动弹性模量减小;2）总吸收能、耗散能和弹性能都呈上升趋势,总吸收能增长缓慢,增长速度随着循环次数增加逐渐变缓,耗散能在进入破坏阶段后迅速上升,弹性应变能变化趋势不明显,中等倾角的耗散能较多;3）在破坏过程中均会产生翼裂纹和倾斜次生裂纹,裂纹相互作用和合并,产生连续塑性应变累积,形成压碎的小颗粒碎屑,这与静荷载作用下脆性破坏机制不同。