堆石料颗粒破碎的分形特性

对伊江上游其培水电站大坝垫层料进行4组高围压大型三轴试验,依据试验前后粒径分布资料,通过建立分形模型,研究堆石料的破碎分形特性。结果表明,试验所用的2种堆石料在颗粒破碎后的粒径分布均有良好的分形特性,破碎分形维数为2.6127～2.7232,垫层料下包线的破碎分形维数明显小于垫层料平均线。相同的密度下,随着围压的增加,堆石料破碎分形维数增大,且增大的趋势具有阶段性:当围压较低时,破碎分形维数变化较小;围压升高时,颗粒破碎率增加,破碎分形维数上升的幅度加大。在相同的围压下,破碎分形维数随着密度的增加而增大。破碎分形维数反映了颗粒破碎后粒径的大小,分布的均匀程度,分形维数越大,破碎量越大,并与Marsal颗粒破碎率存在较为显著的线性回归关系。

坝基深厚覆盖层密度辨识方法

提出了坝基深厚覆盖层密度辨识的基本方法,对大渡河双江口水电站河床覆盖层进行了8孔、106点的现场旁压试验,在对其进行统计分析的基础上建立了威布尔分布模型,依据试验数据对模型的参数进行了最小二乘估计,并对威布尔分布进行了拟合优度检验。依据现场勘查所得的级配曲线,通过20组室内模型试验探讨了旁压模量与模型密度和上覆压力的对应关系,得出了旁压模量与模型密度间服从对数关系的规律。在此基础上对深厚覆盖层的密度进行随机模拟,得到了覆盖层各亚层密度的模拟值,通过与勘探结果的对比,证明了该方法的实用性。

堆石体K_0状态单向压缩流变实验研究

对两种堆石体进行了大型叠环式压缩蠕变试验,发现堆石体的应力-应变等时曲线具有明显的阶段性,当应力较低(0<σ<0.4MPa)时,应力-应变等时关系接近于线性;当应力较高(σ>0.4MPa)时,应力-应变等时关系呈现非线性,其非线性程度随着应力的增加和时间的延续而增强。根据堆石体应力-应变等时曲线的特性,对低应力段采用线性函数拟合,高应力段采用双曲线拟合。用实验得到的应力-应变关系代替Singh-Mitchell模型的应力-应变关系,保留模型原有的应变-时间关系描述堆石体的压缩流变特性,在此基础上,建立了堆石体K0状态的非线性压缩流变模型,求出了两种堆石体的模型参数。反演分析表明,该模型基本可以描述堆石体K0状态的流变行为。

堆石料平面应变条件下统一强度理论参数研究

堆石料的常规三轴、方形三轴和平面应变试验对比分析表明,方形三轴试验的应力–应变曲线与常规三轴的存在显著差异,方形三轴试验对应的峰值强度高于常规三轴试验,堆石料密度较大时,应力–应变曲线呈现软化特征,存在明显的偏应力峰值。任何一组方形三轴试验对应的莫尔圆大致具有同一条公切线,平面应变试验也具有类似的强度特性,可采用直线型Mohr-Coulomb破坏准则描述堆石料的强度特性,同一种堆石料在平面应变条件下破坏时的Lode参数基本保持不变,且在数值上近似等于方形三轴试验对应内摩擦角的正弦值。在试验结果的基础上,通过双剪强度理论建立平面应变条件下堆石料的强度与方形三轴强度的关系式。对平面应变状态下堆石料强度影响因素分析表明,在本文的模型框架内,平面应变状态下的内摩擦角仅与三轴应力状态下的内摩擦角相关,而对应的黏聚力主要取决于方形三轴试验对应的黏聚力,三轴应力状态下的内摩擦角对其影响较小。通过与试验数据的对比表明,本文建立的强度关系式基本可以描述堆石料在平面应变条件下的强度特性。

岩土本构模型的模糊系统辨识方法

提出了利用模糊系统对岩土类材料的本构模型进行辨识,根据岩土类材料的特殊性,设计了模糊系统的输入输出变量、结构参数及相应的算法,利用梯度下降法设计模糊系统。系统阐述了将模糊系统用于本构模型建模的基本思想,并对模糊系统在岩土工程其它领域的应用前景提出了自己的看法。在此基础上利用模糊系统对堆石料的本构模型进行仿真,并将其与试验值进行比较。结果表明,模糊系统对增p路径下的本构模型取得了很好的仿真效果,仿真曲线较为光滑,对实验数据的逼近能力和泛化能力显著.

巷式开采控制覆岩变形的力学分析

针对巷采的各动态阶段建立对应的力学模型,求出顶板的垂直位移场,用Matlab分别对顶板弹性阶段和流变阶段的垂直位移的影响因素进行控制变量分析。结果表明,在弹性阶段:增加矸石的弹性模量对控制顶板变形的效果较为显著,弯曲刚度较大的顶板可以有效的控制顶板在该阶段的变形,煤层厚度对该阶段顶板垂直位移的影响较小;在流变阶段:顶板的弯曲刚度对其垂直位移的影响较小,而煤层厚度对其影响显著。覆岩的变形主要集中在流变阶段。

堆石料颗粒破碎的连续时间Markov链模型

对各级颗粒含量进行等效分级(按粒径由小到大分为四级)并确定其破坏模式,依据颗粒破碎的Markov性建立模拟堆石料颗粒破碎的连续时间Markov链模型。根据室内三轴试验数据的统计分析确定稳态的判别模式,给出计算流程和仿真实例,得到了各级颗粒含量的动态变化曲线,并对模型的灵敏度进行了分析。结果表明:随着时间的增加,粒径较大的第三级和第四级颗粒的含量单调下降,下降的速率随时间的增加而减缓,其中第四级颗粒下降的幅度较大。第二级颗粒的含量先随时间增长,到第15 d左右后随时间下降。通过对模型的灵敏度分析,该模型对试验参数的变化是稳定的。

基于RBF神经网络的加筋粘土本构模型

用室内三轴试验得到了加筋粘土的应力-应变关系,在此基础上建立了基于RBF神经网络的加筋粘土本构模型,利用此模型对加筋土在不同加筋层数情况下的本构模型进行仿真,并将其与试验值进行对比。结果表明,RBF神经网络能够很好地逼近加筋粘土的本构关系且具有较强的泛化能力,可以反映加筋层数和应力路径的影响。

破碎页岩渗透特性

破碎页岩的渗透特性是影响煤矿保水开采和地下采空区灾害预防的重要因素之一.利用一种专门的破碎岩体压实渗透试验装置,在MTS 815.02岩石力学伺服试验系统上完成了破碎页岩压实过程中的渗透特性测定,得到了轴向应力、渗透压差、水头梯度与渗流速度的关系,并分析了各种粒径破碎页岩在不同渗透速度下,轴向应力对渗透系数的影响.研究表明:当载荷达到15 MPa后,渗透压差急剧增大,渗透系数达到本次试验测到的最低值:4.7×10-8cm/s;在恒定的渗流速度下,破碎页岩岩样的渗透压差与轴压之间近似呈指数函数关系;在轴压一定的情况下,渗透速度对水头梯度的影响呈现小粒径大、大粒径小,破碎岩样的水头梯度与渗流速度之间呈指数函数关系;不同粒径破碎页岩的渗透系数与其压实状态密切相关,随轴压增加,渗透系数都相应降低,且两者之间呈对数函数关系.

基于SEM图像处理的天然硅藻土分形特征分析

为探讨天然沉积硅藻土的微观结构及变形机制,对硅藻土样进行了SEM电镜扫描、压汞试验和高压三轴试验。采用图像分割原理及最佳阈值法分析了天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形特征和孔隙结构特征参数,探讨了硅藻土分形维数和各向等压固结压力之间的关系。结果表明,硅藻土体多孔隙,具有很强的结构性。土中孔隙孔径大多在0.1~1.0μm之间。在固结压力达到屈服压力后,孔径大于1μm的较大孔隙随固结压力的增加而减少,硅藻颗粒破坏,孔隙结构坍塌。获取了灰度阈值及二值化后的SEM图像。得到天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形盒子数和盒维数。结果还表明分形盒维数随固结压力增加而增加,天然沉积硅藻土在固结压力下的微观结构性及孔隙分布可通过分形盒维数来反映。

干湿循环对高分子吸水树脂固化泥浆土物理力学性状的影响规律

将废弃泥浆改性作为路基填料不仅能够减轻环境污染,而且可以实现废弃材料再利用,具有重要的工程意义和环境效益。针对高分子吸水树脂固化泥浆土在干湿循环条件下的耐久性演化规律,开展了一系列高分子吸水树脂固化泥浆土干湿循环试验,分析了高分子吸水树脂掺量、泥浆液限、高岭土掺入对固化泥浆土耐久性的影响规律。研究结果表明:高分子吸水树脂(SAP)能够显著提升固化泥浆土的干湿循环强度q_(u),SAP掺量与干湿循环强度之间存在一个阈值对应于最大q_(u);随着液限的增大,固化泥浆土干湿循环q_(u)逐渐降低,SAP对固化泥浆土相同干湿循环次数下强度的提升作用随液限的增大而增大;掺入SAP后固化泥浆土强度与质量损失率的关系存在2个阶段,当干湿循环次数小于4时,q_(u)随着质量损失率的增大而逐渐增大,当干湿循环次数大于4时,试样完整性逐渐丧失,q_(u)与质量损失率呈现幂函数减小的规律。掺入高岭土能够显著提升固化泥浆土干湿循环强度,但是承受干湿循环的次数也显著衰减。因此,在实际工程中为了同时满足强度和耐久性要求时,可以通过增加SAP掺量和适量加入高岭土系材料来调节固化泥浆土抵抗干湿循环的能力。