基于Hoek-Brown准则的岩体高温-荷载耦合损伤模型及其验证

针对隧道岩体在高温和荷载共同作用下产生的耦合损伤问题,基于连续损伤力学理论,引入高温-荷载耦合损伤因子,建立了考虑高温作用的广义Hoek-Brown(H-B)准则的弹塑性损伤本构模型,解决了模型在数值积分过程中的奇异点问题,并利用Fortran语言编写了模型的有限元程序。结果表明:模型计算的应力-应变曲线与试验所得到的曲线趋势一致且计算结果误差在5%以内,温度作用下隧洞围岩损伤逐渐加剧,验证了模型的准确性和程序的稳健性,可为火灾作用下隧道围岩安全稳定性评价提供一种有效计算方法。

轻骨料混凝土的强度影响因素分析

由于轻骨料混凝土的强度影响因素较多,在实际工程中往往对配合比的控制比较困难,为了便于控制实际工程的各种参数,对不同水胶比、筒压强度、不同粒径范围的粗骨料以及不同减水率的减水剂进行了大量的试验。结果表明,上述四种参数对轻骨料混凝土的强度具有很大的影响。轻骨料混凝土与普通混凝土相似,强度随着水胶比的增加而降低;当混凝土7 d的抗压强度达到28 d强度的70%左右时,试块的抗压强度并不与粒径范围成正比;陶粒的筒压强度对试块的强度具有较大的影响,在进行工程应用时,应严格控制粗骨料的质量;在相同的水泥用量的条件下,减水剂的减水率对于试块的抗压强度有很大的影响。

尘卷风结构特征及其电场数值模拟研究

尘卷风是地球上常见的小型风沙灾害输移系统,但在火星上却大的多。而且尘卷风内部的电场对火星探测器产生严重的电磁干扰。通过建立尘卷风及其电场形成的模型,对尘卷风结构特征及电场进行数值计算。研究表明:尘卷风的形成机理可以用热对流泡理论来解释。沙粒在尘卷风中出现分层现象,粒径小的沙尘往往在粒径大的沙尘上面。尘卷风中带正负电荷的沙粒大约各占23.4%,荷质比大约为60μC·kg-1时,尘卷风数值模拟结果与野外观测值吻合。在尘卷风发展过程中,尘卷风电场大约需要60 s达到稳定。而且电场关于尘卷风中心基本对称,并且在尘卷风中心电场强度较大,在离尘卷风较远的地方,电场趋于零。在距离尘卷风中心一定距离处电场随高度增大先增大后减小,大约10 m以下电场随高度增大而增大,在10 m以上电场随高度增大而减小。

裸露地表土壤风蚀及其电场数值模拟

土壤风蚀及电场机理研究是认识其灾害本质,进而实现有效防治的基础。采用颗粒流体动力学方法,建立裸露地表土壤风蚀的气-固耦合模型,并基于水的电离理论,建立了运动土壤颗粒碰撞带电模型。数值计算结果不仅从理论上再现了裸露地表土壤风蚀的发生、发展及达到动态稳定的过程,而且定量分析了土壤风蚀过程颗粒的带电特性及其产生的风蚀电场。在风-颗粒相互耦合作用下,裸露地表土壤颗粒的风蚀过程最终达到动态稳定,土壤风蚀量随高度呈指数规律递减,且贴近地表层风蚀量较大。土壤颗粒在运动中的碰撞使得颗粒发生带电现象,粒径较大颗粒带正电,粒径较小颗粒带负电;由带电土壤颗粒产生的风蚀电场强度随高度减小,且在风蚀过程中逐渐增强,在风蚀达到动态平衡时风蚀电场趋于稳定。本文综合考虑了风-土壤-电场的土壤风蚀过程,这将为建立更加符合实际、较为全面的土壤风蚀模型提供理论基础。

融合注意力与残差网络的石油管材失效宏观影像智能识别方法

基于深度学习的石油管材失效影像智能识别方法是目前的研究热点。针对传统的识别网络/模型存在精度不佳、泛化能力差等问题,基于残差块堆叠设计思路,建立了融合注意力与残差网络的石油管材失效宏观影像智能识别模型/算法。该算法赋予网络对石油管材失效典型宏观影像(断裂、腐蚀、磨损、形变)特征权重分配功能,有效提升神经网络捕获宏观影像关键特征信息的能力。与传统BottleNeck结构网络87.52%的平均分类精度相比,融合注意力与残差网络的AXBlock网络模型的平均分类精度达到94.93%。此研究工作将为石油管材失效智能诊断、失效分析预测与预防提供技术支撑。

基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤模型及其应力回映算法研究

为了克服一般弹塑性损伤模型不能反映岩体结构、岩块强度、应力状态的影响以及非线性破坏特征等问题,该文基于广义的 Hoek-Brown(HB)屈服准则,考虑损伤引起的刚度退化和塑性导致的流动两种破坏机制的耦合作用,同时引入修正有效应力原理来考虑孔隙水压力的作用,建立了岩体弹塑性损伤本构模型,给出了损伤变量定义及演化方程。针对该模型在数值求解过程中存在的奇异点问题,从主应力空间推导了弹塑性损伤模型的完全隐式返回映射求解算法,包括弹性预测、塑性修正和损伤修正三个步骤。通过 ABAQUS 软件的用户子程序接口 Umat,实现了弹塑性损伤模型的数值求解过程。采用单轴、三轴压缩试验和隧道算例对模型算法进行验证和分析,结果表明,所建立的 HB 损伤本构模型能够很好地描述岩体材料的力学特性,在实际岩体工程的损伤模拟中效果令人满意,计算结果对工程有指导意义。

考虑损伤渗流边坡稳定性数值离心加载法分析

为分析损伤–渗流耦合作用下边坡工程的稳定性,建立了基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤–渗流耦合模型。从主应力空间的角度出发推导了损伤作用下Mohr-Coulomb准则的应力回映算法,解决了数值实施过程中应力更新的"奇异点问题";基于分布迭代法编制了岩石弹塑性损伤–渗流耦合有限元计算程序。将离心加载法与所编程序结合,求解了多场耦合作用下的边坡安全系数,再现了边坡渐进破坏过程中损伤场演化规律,证明了所建数值模型能够较好的描述应力、渗流和损伤作用下,岩石材料的宏观破坏现象。最后对实际边坡工程进行了数值模拟,计算结果为工程安全性评价提供了参考。

大断面小净距隧道水力耦合围岩稳定性数值模拟

以在建富水区大断面小净距公路隧道为工程依托,通过自主开发的弹塑性应力-渗流-损伤耦合有限元计算模型对水力耦合作用下大断面小净距隧道围岩稳定性进行计算。采用差异进化算法进行损伤参数反演,在所得反演参数的基础上,对不同净距下,所选开挖断面处围岩的塑性区分布、损伤场演化规律和不同注浆圈参数对隧道周边损伤值及洞内涌水量的影响规律进行计算结果分析。

考虑爆破效应的隧道开挖损伤区及渗流场分析

针对爆破效应对围岩力学参数及渗透系数的劣化问题,根据岩石弹塑性力学、连续损伤力学、有效应力原理及渗透系数演化方程,提出了基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤模型,并给出了模型的有限元数值求解算法.以甄峰岭隧道为工程依托,对所选断面开挖损伤区进行数值分析,通过声波检测手段确定爆破扰动范围及损伤值,修正计算力学参数和渗透系数.结果表明,考虑爆破效应后的开挖损伤区,位移值和涌水量均大于不考虑爆破效应时的数值,进行工程稳定性评价时应充分考虑爆破因素的影响.

Mohr-Coulomb准则主应力回映算法及在地基问题的应用

针对Mohr-Coulomb准则在应力空间中存在奇异点的问题,提出了主应力空间应力回映算法。分析了多屈服面下塑性流动法则,给出了应力更新过程中应力回映区域的判定方法,推导了不同映射区域下塑性因子的Newton-Raphson迭代求解式和应力更新方程,建立了对应的一致切线模量表达式。利用C++语言,编制了弹塑性有限元求解程序,并对岩土地基问题进行求解,计算结果的比对证明了所编程序的可行性和精确性。

海底岩溶隧道损伤-渗流耦合机制及其应用

目的分析多场耦合作用下海底岩溶隧道稳定性.方法建立基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤-渗流耦合模型,通过ABAQUS软件中Umat子程序接口实现了模型的有限元计算,利用该模型对大连海底岩溶隧道进行数值计算.结果溶洞作用下地表沉降曲线在开挖面中线两侧存在较大差异,随着上覆海水压力的增加,沉降最大值出现小幅增长,其位置逐渐向溶洞中线处偏移;当施加充填水压时,地表沉降值、开挖面附近围岩位移值和衬砌最大主应力值均发生明显变化;随着充填水压的加载,隔水岩体的损伤值和损伤区域逐渐增大,渗透系数成数量级增长,形成的导水通道为开挖面发生突水突泥灾害埋下了隐患.结论计算结果对岩溶区隧道监测和突水灾害防治具有指导意义.

下穿暗涵盾构隧道施工过程损伤-渗流耦合分析

针对下穿既有暗涵盾构隧道施工过程中的开挖扰动问题,首先给出了基于Mohr-Coulomb准则的岩体弹塑性耦合损伤模型,同时引入损伤变量-渗透系数演化方程,建立了岩体弹塑性损伤-渗流耦合模型;其次,利用ABAQUS软件的子程序接口,编写了模型的求解程序;为避免数值积分过程中的飘零问题,采用了完全隐式的向后欧拉算法,通过在主应力空间中分区域讨论的方式,解决了M-C准则数值积分过程中的奇异点问题;最后,将该模型应用于南昌地铁三号线工程,分析了盾构施工过程中地表与上部暗涵的变形规律,周围岩体的损伤值和孔隙水压的分布规律,依据计算结果提出了合理的施工建议。

基于Hoek-Brown准则的围岩参数DE-FEM反演程序及应用

针对Hoek-Brown(H-B)准则在数值计算中的奇异点问题,论述了主应力空间中H-B屈服准则的应力回映算法,给出了应力回映区域的判定方法、应力更新方程式和一致切线模量的表达式。采用C++语言编制了节理围岩弹塑性有限元求解程序,通过与FLAC软件计算结果的对比,得出计算位移最大误差为5.36%,验证了所编程序的正确性。针对岩石材料力学参数难以确定的问题,引入差异进化算法,自主开发了DE-FEM位移反分析程序,并将其应用于吉林省高丽沟隧道洞口段工程。结果表明,通过反演所得位移最大误差为8.96%,反演程序具有较高的精确性和实用性,该方法能够为类似工程的安全设计提供参考和帮助。

视光中心视觉健康服务的实施与升级

通过分析传统视光中心的各类发展困境,提出了服务对象扩大化、服务业务多样化、服务精细化、服务终身化、服务对象与范围“由点到面”、考核化晋升的改革思路,探讨视光中心相关视觉健康服务的实施与升级措施。对现有服务措施实施了革新,包括围绕大型社区与学校发挥视光中心的公益属性、社交媒体科普宣传爱眼护眼、开展多项视觉健康亲子游和科普游项目、视光中心智能化改革等措施。

基于钻采管材断口图像特征的图像预处理方法研究

分析钻采管材断口宏观图像可以为管材材料的性能及服役行为等许多方面的研究提供重要信息,准确分析钻采管材断口宏观形貌需要对断口宏观图像进行剪切、灰度化、直方图均衡化、去噪、滤波和边缘检测等预处理。图像分块后,通过子块的灰度均值、方差以及方向图识别噪声子块,利用噪声子块邻近的纹理子块沿纹理方向滑动对噪声子块进行修复,实现图像去噪。对去噪后的图像进行Gabor滤波处理、边缘检测等操作。实验结果表明,通过上述预处理方法可以获得较为理想的断口宏观纹理图像,为后续特征提取、断口类型识别等奠定基础。

基于Hoek-Brown弹塑性损伤模型的小净距隧道施工优化

为了确定考虑围岩损伤作用下小净距隧道的合理开挖进尺及中夹岩柱加固方案,以福建苏桥隧道为工程依托,基于Hoek-Brown(H-B)弹塑性损伤模型,对开挖进尺分别为0.5、1.0、1.5、2.0 m工况下小净距隧道施工过程进行模拟,研究了不同开挖进尺下的后行洞LDP曲线及拱腰收敛的变化规律。同时,从围岩损伤的角度对中夹岩柱加固问题展开研究,分析了“对穿锚杆”、“拱腰注浆”、“拱腰-拱肩注浆”和“拱腰-拱肩-拱脚注浆”4种方案,研究围岩损伤值大小、损伤范围和最大主应力的分布规律。结果表明:随着开挖进尺的增加,洞周位移量逐渐增大,在确保安全施工的前提下,为了保证施工进度,现场开挖进尺宜选为1.5 m。由不同加固方案围岩损伤范围、损伤值以及最大主应力的分布规律可以看出,加固效果从强到弱依次是“拱腰-拱肩-拱脚注浆”“拱腰-拱肩注浆”“拱腰注浆”和对穿锚杆,考虑加固成本,宜选用“拱腰-拱肩注浆”的加固方案。基于H-B准则的弹塑性损伤模型和现场监测值拟合较好,并且比一般的H-B弹塑性模型更能表征现场实际位移情况。

非API油井管制造质量的影响因素及质量管控方法研究

与传统美国石油学会标准(API)油井管相比,非API油井管使用性能高、应用范围广,但质量要求也更为严格。从质量管控角度出发,通过全面质量控制理念,探讨并列出了非API油井管质量控制所需的5个基本要素:质量检测、质量标准体系构建、质量监督、反馈机制与责任机制,简析了制造质量的影响因素,并提供了全面的质量管控方法。通过研究为提升非API油井管的质量提供方法,促进非API标准体系的完善,为保障我国石油工业的健康发展提供理论基础。

太阳能保温墙的应用性能研究

太阳能作为可再生能源,既不会对大气造成污染,也不会对自然界的生态平衡造成破坏,其开发与利用日益受到重视。介绍了太阳能板复合墙组成与结构,通过与普通墙体的计算对比,发现太阳能墙板的附加热阻使得传热减少,验证太阳能墙的显著效果,分析其在生活与生产中的应用。

石墨烯环氧树脂涂层长时服役性能分析

为了明确石墨烯环氧涂层在井下长时服役的防护效果和机理,通过室内模拟工况和现场长时服役试验,利用扫描电子显微镜(SEM)与电化学阻抗谱(EIS)对一种石墨烯环氧树脂涂层进行了服役性能研究,并对比了两种不同深度下长时服役后涂层对油管的防护效果。结果表明,石墨烯与环氧树脂结合紧密,与纯环氧树脂涂层相比,石墨烯环氧树脂涂层耐磨值提升59%,在模拟高盐环境中浸泡涂层表面不起泡,涂层与基体紧密结合。长时服役现场试验后,低频区阻抗仍高达9.03×108Ω·cm^(2),服役后仍能对油管起到一定的屏蔽作用,随着井深的增加与服役温度升高,涂层屏蔽性能稍有降低。建立了石墨烯环氧树脂涂层在井下的屏蔽机理模型,促进石墨烯环氧树脂涂层在石油石化领域的规模化应用。

煤矿井下瓦斯抽采PVC管静电场试验

针对矿井瓦斯抽采在PVC管壁电荷积聚产生强静电场而导致静电放电的危害,通过搭建塑性管瓦斯流动静电场测试装置,模拟测试瓦斯流动过程中塑性管道的静电场,同时数值计算静电放电有效点火能量。研究结果表明,改变瓦斯流速、管径和瓦斯浓度,PVC管静电场总体趋势是开始时电场随时间逐渐增大,而后趋于稳定,流动瓦斯与PVC管壁面摩擦产生电荷积聚而导致的静电场可达20 kV/m以上。以甲烷的最小点燃能量0.28 mJ为标准,大多时刻PVC管静电放电有效点火能量小于0.28mJ,处于安全状态,但某些时刻有效点火能量大于0.28 mJ,使得瓦斯处于爆炸的最小点火能量范围。从试验分析瓦斯抽采PVC管静电场及有效点火能量,可为矿井瓦斯抽采防静电措施提供科学依据。