岩石单结构面剪切变形渗透性演化规律

为了研究剪切作用下单裂隙渗透性的演化规律,在Comsol中采用Weierstrass随机分形函数来生成单裂隙,调整2个裂隙面的相对位移来模拟剪切作用,通过分析不同剪切位移条件下裂隙隙宽的变化以及不同流量下的非线性效应发生的界定范围,并绘制散点图与函数曲线拟合确定剪切过程影响裂隙渗透率的因素,给出定量关系。结果表明:未发生剪切时,隙宽的概率密度分布满足标准的高斯分布,而随着剪切过程的发生,隙宽的高斯分布被破坏,仅体现标准高斯分布的部分特征;发生剪切时,渗透率先有一个减小的过程,然后在一定范围内波动;当Re>9.6时,流体开始从线性向非线性发展。对岩石单结构面剪切变形过程中裂隙孔径变化对流体渗流特性的影响进行模拟,可为分析地质体中结构面变形对地热变化的影响提供参考。

基于MATLAB的基坑整体稳定性分析

利用MATLAB程序对基坑边坡开挖的整体稳定性进行校核。基于瑞典条分法,通过搜索圆心确定最危险滑移面的位置。考虑土层、地下水、地面荷载、施工、土钉等多种因素,对基坑边坡开挖的整体稳定性进行分析。瑞典条分法求解的边坡安全系数比其他方法的安全系数更大,具有更高的工程安全性,程序使用方便,计算精度准确、可控、调试方便。结合工程实例表明,在地下水、地面荷载和支护条件等不同工程条件下,基坑安全状况可以得到有效解决。

围压变化作用下基于水力开度变化的单裂隙渗流特性研究

地下水流动及相应的溶质运移受广泛且复杂分布的地应力的影响,因此对不同围压下渗流的相关研究显得尤为必要。本文以基础的本构方程为出发点,对围压作用下的渗流进行定量的分析。基于水力开度的变化和单个结构面闭合变形法则,建立考虑围压下单裂隙的渗流特性,即渗流压力(P_(s))、水力开度(e_(h))、渗透率(k)和围压(P(c))的关系模型。在岩心夹持器中进行大理岩的单裂隙渗流实验,并对试验数据进行回归分析。结果表明,该模型可有效地预测不同流量下的渗流压力、水力开度和渗透率与围压的非线性关系。在单裂隙中定流量条件下,围压与渗流压力正相关,且呈现为过量渗流压力形式的非线性关系。水力开度和渗透率在12 MPa围压内快速下降,围压大于12 MPa后呈趋于稳定的非线性关系。

不同JRC粗糙单裂隙水力开度3D数值模拟研究

岩石的过水能力主要决定于其中的裂隙,其表面粗糙度的影响不可忽视,单裂隙是一个简单的理论验证装置。为了探究不同结构面粗糙度系数JRC的水力开度e h变化,提出在不同雷诺数条件下e h和JRC的定量关系。研究开展了不同JRC粗糙单裂隙渗流特性3D数值模拟。首先,数值化5条Barton提出的标准轮廓曲线并导入COMSOLMultiphysics软件;然后进行扫掠操作,构建了不同JRC的3D单裂隙模型;进一步,设置不同的边界条件和初始条件,求解3D单裂隙中不可压缩粘性流体Navier-Stokes方程和连续方程;最后,基于立方定律和求解得到的流场参数,定量不同JRC的3D单裂隙e h。研究结果表明,Forchheimer方程线性系数A和非线性系数B对JRC有着明显的依赖关系,也受到平均开度E的影响;E对于粗糙裂隙中的流体流动影响明显,然而在一定范围内的JRC对流体流动的非线性行为起促进作用;在E相近时,JRC值越大的裂隙模型中,低流速的区域越多;粗糙裂隙中的e_(h)和Re是负指数关系,考虑Re的e_(h)与JRC的定量关系为e_(h)=E_(2)JRC^(-2.5)Re^(-0.21)。研究得到不同Re条件下Re和JRC值的定量关系,促进了区域地质相关的工程设计优化,也可以为工程地质灾害提供理论依据。

喷锚支护洞室抗爆现场试验洞顶位移研究

地下工程设施的稳定性是岩土工程重要研究内容,如何提高爆炸荷载下洞室的抗爆能力对国防和民用工程都有重要的意义。因此,开展现场洞室抗爆实验研究有着重要的战略意义。从喷锚支护洞室抗爆现场试验角度,介绍不同的支护条件即长密锚杆、短密锚杆、常规锚杆三种不同条件下洞顶部位在上部爆炸条件下洞顶位移的特征。另外,对使用两种不同垫板的锚杆支护下洞顶位移做了对比,分析得到碗形垫板支护效果好于板形垫板支护效果的结论。文中还分析了洞顶与洞室跨度相对位移与爆炸比例距离的关系。通过本次试验以寻找最好的锚固效果,为实际工程提供借鉴。

压力型锚杆抗拔能力模拟实验研究

压力型锚杆的应变分布情况反映锚杆损伤破坏位置,利用3次实验室小比例尺模型进行拉拔试验,可以对锚杆的应变分布等进行研究,取得合理的结果。(1)对各级拉拔荷载作用下的锚杆顶部位移进行记录分析,得到了拉力顶部位移与拉力关系图,其曲线的形态说明拉力达到一定程度将引起位移的迅速增加;(2)对锚杆各部位直径增加量做了分析,发现在离承压板锚杆一定位置处直径增加量最大;(3)对锚杆的轴向应变、径向应变的数值和分布情况进行了对比,发现轴向应变是锚杆应变的主要形式,但轴向应变、径向应变分布规律基本一致,都随远离承压位置呈负指数衰减。因此,在提高锚杆的锚固效果方面,减小锚杆承压板附近的形变是一个有效的途径。

新工科建设背景下计算机技术在岩土工程中应用的教学思考

新工科建设已成为高校发展方向,计算机技术亦已广泛地应用到岩土工程领域中,开展好相关课程的教学活动必须结合实验和工程物理背景,对课程的前期专业知识、教学时间和内容及考核方式进行分析,对如何激发学生的学习兴趣,如何结合实际等相关问题进行思考。文章以合肥工业大学勘查技术与工程专业相关课程实践为例,结合新工科建设目标阐述教学过程的安排,对计算机技术在岩土工程中应用教学的发展趋势作了揭示,讨论了提升学生的利用计算机模拟仿真解决实际问题的能力的策略、方法,以便更好地达成培养目标。

三种本构关系条件下锚杆摩阻力力学对比分析

为了研究锚杆体系的受力应力应变过程,提高锚杆的锚固效果,结合三种摩阻力本构模型完全弹性本构,弹性-理想塑性本构,弹性-软化塑性本构,建立了锚杆微观分析模型,对锚杆与岩体的相互作用力学过程进行了讨论。对于完全弹性本构给出了沿轴向分布的应力、应变和摩阻力,以及给出理论上的极限作用力;弹性-理想塑性本构存在一定范围内的屈服阶段,得到了屈服范围内的应力、摩阻力分布表达式,给出了对应作用力的屈服范围;弹性-软化塑性本构条件下,随着作用力的增大摩阻力呈现三个阶段,即完全弹性阶段、软化阶段以及残余阶段,并分析对应的应力、应变、摩阻力和分布范围。本文是基于锚杆摩阻力的不同模型条件下的力学分析,对于实际中的材料力学行为需要更多的实验工作。

锚杆受力特点理论研究

锚杆的轴线应力应变分布是锚杆在力作用下达到平衡的表现,也是分析锚杆锚固作用效果的有效途径。结合理论简化模型对线弹性锚杆的应力分布进行分析,得到了其轴向应力随作用力距离的变化规律,对锚杆半径和切力系数对轴向应力的分布影响进行了对比分析,提出了理论上提高锚杆抗滑的措施。切力系数是锚杆体系和周围岩体相互作用的重要因数,对其切力系数的来源进行阐述,并分析其如何影响锚杆稳定性。对塑性条件下切力系数提出了弹塑性理论模型,引入了损伤变量,提出了其对锚杆体系抗滑稳定性的影响,分析了在不同拉力作用下锚杆弹性区和塑性区划分以及摩阻力变化情况。因此,在理论上分析锚杆受力平衡,得到锚杆的弹性行为和塑性行为,可以给锚杆参数设计提出些参考。

喷锚支护洞室抗爆现场试验锚杆应变研究

如何提高地下洞室的抗爆能力对国防和民用地下结构设施有着重要的工程意义,而锚杆锚固支护是常见的洞室加固方法。结合现场爆炸试验,介绍了三种锚杆锚固洞室,分析在不同形式锚杆锚固体系的作用下,位于洞室各个位置的锚杆内部应变情况,对比分析了第五炮次作用下锚杆的应变时程曲线,以及到达最大应变的时刻和最大应变所在锚杆位置,其中,短密锚杆锚固作用下锚杆应变数值较小,长密锚杆次之,常规锚杆应变较大;另外,本次试验还对比分析了两种锚杆垫板锚固效果,从抗爆效果上看,碗形垫板具有更好的锚固效果。本文总结出较好的锚杆锚固形式,为工程实践提供一定的借鉴。

基于KL展开的可靠度分析方法及其应用

空间变异性是土体的固有属性。为了分析土体空间变异性对岩土工程可靠度的影响,提出基于KL展开的一阶可靠度分析方法(KL-FORM)和基于KL展开的响应面法(KL-RSM)。两种方法均采用KL展开法进行随机场的离散,再采用FORM或RSM进行可靠度分析。通过将KL级数展开系数视为可靠度分析中的基本变量,将KL展开法与FORM或RSM有机地结合在一起。提出了确定KL展开项数的迭代计算方法,给出了KL展开法的流程图以及KL-FORM流程图。采用KL-FORM及KL-RSM对空间变异非饱和土体中浅基础以及不排水饱和黏土边坡的可靠度分析表明:KL-FORM及KL-RSM具有较高的计算精度与计算效率;在指定的随机场离散精度条件下,KL级数展开项数及基础工程的可靠指标均随着自相关距离的增加而减少。

素混凝土及钢纤维混凝土在弹体侵彻作用下的三维数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对素混凝土以及钢纤维体积含量为3.0%的钢纤维增强混凝土靶板抗侵彻问题进行了数值模拟.在三维有限元计算模型中引入了JHC(Johnson_Holmquist_Concrete)累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的破坏效应,弹丸采用Johnson_Cook材料模型.弹丸贯穿靶板后剩余速度的计算结果与在直径为37mm滑膛炮上所获得的实验结果误差在5%以内,同时很好地模拟了两种混凝土靶板的成坑和破坏现象.计算结果表明,用JHC模型来描述混凝土的抗侵彻问题是可行的.

血尿酸和5-羟色胺水平与青少年抑郁症发病机制的关系

目的研究青少年抑郁症患者血尿酸和5-羟色胺水平,探索青少年抑郁症的发病机制。方法对青少年抑郁症患者(病例组)和健康青少年(对照组)各106例进行血尿酸水平检测,对41例抑郁症患者的5-羟色胺水平进行分析。结果病例组血尿酸为(435.61±101.36)μmol/L,高于对照组(332.73±63.52)μmol/L,差异有统计学意义(t=8.86,P<0.001)。病例组中高血尿酸者51例,占48.11%;病例组5-羟色胺水平显著低于全国常模(P=0.005),并与血尿酸水平显著负相关(r=-0.48,P<0.01)。结论高血尿酸可作为青少年抑郁症早期诊断的一个指标,青少年抑郁症可能是由于脑内神经元DNA氧化损伤所致。

基于真三轴压裂试验的页岩损伤研究

为了解牛蹄组页岩的水力压裂破坏规律及特征,文章利用室内真三轴岩土工程模拟试验机及压裂泵压伺服控制系统、声发射定位系统,建立一套页岩水力压裂物理模拟试验系统。通过对无围压、有围压的试样分析,发现有围压下的试样泵压在峰值左右持续时间较长。通过对有围压的岩石设置水平地应力差异系数,发现地应力差异系数影响水力压裂前期初始裂缝的形成,水平地应力差异系数大更容易形成初始裂缝,中后期的裂缝扩展受天然裂隙影响较大。裂缝规律表现为:在泵压作用下试样内部发生剪切或拉伸破坏,沿射孔方向先发生起裂,后形成初始裂缝,压裂液渗流至初始裂缝内,当裂尖处的渗流水压力强度大于模拟岩样的断裂韧性值时,裂缝将向前延伸,再逐步演化成渗流通道。

网络成瘾者错误监控异常的ERP证据

目的:通过ERP技术,探讨网络成瘾(IAD)个体错误监控功能异常的神经心理机制。方法:以符合陶然等人制定的网络成瘾诊断标准的16例患者作为研究组,与研究组匹配性别、年龄的16例健康人作为对照组。Eriksenflanker任务刺激由5个箭头组成的箭头串为刺激材料。刺激呈现时间为100 ms,随后空屏800 ms作为反应时间。记录被试者执行任务时的脑电图。利用NeroScan软件离线分析Eriksen flanker任务错误反应的ERN波幅,利用SPSS 17.0软件统计分析行为学数据。结果:IAD组反应时(358.51±s 36.35)明显低于对照组(398.24±s 26.95,P<0.05)。重复测量的方差分析表明Eriksen flanker刺激的ERN波幅在组间、反应、反应×电极位点存在主效应(组间:F(1.30)=5.396,P<0.05;反应:F(1.30)=130.384,P<0.05,反应×电极位点:F(1.30)=40.975,P<0.01)。经进一步简单效应分析发现,FZ点的波幅最高。IAD组ERN波幅比对照组低。结论:IAD具有错误监控能力降低的神经心理与ERP的特征,指示IAD可能是一种与错误监控机制相关的疾病。

天然裂缝角度对水力压裂的影响数值分析

为了分析天然裂缝对水力压裂的裂纹发育影响情况,开展了页岩水力压裂模型试验,实验结果显示天然裂缝对裂纹有多种不同的影响效果。通过cohesive单元设置不同的天然裂缝角度分析天然裂缝角度对水力压裂的影响,得到当岩层处于均匀的地应力状态下,天然裂缝角度会影响水力裂缝的扩展路径以及裂缝宽度。水力裂缝沿着天然裂缝延伸时,天然裂缝角度不同会影响水力裂缝的裂缝宽度。天然裂缝的角度θ会影响压裂液向周围岩体的渗流方向以及渗流速度,随着角度的增加,渗流速度降低。天然裂缝角度θ会影响孔压的大小,孔压的影响范围以及应力分布。

基于创新型人才培养的“工程地质学”课程教学改革

基于培养创新型人才的目标,以“工程地质学”课程为例,分析该课程在教学过程中普遍存在的问题,并从课程的教学内容、教学手段以及考核方式等方面介绍了相应的改革措施,以期能为相关课程的教学改革提供参考与借鉴。

土性参数波动范围的计算方法及影响因素

波动范围(Scale of Fluctuation,SOF)是表征土体空间变异性的重要参数。为了探究土性参数波动范围的最优化算法及影响因素,该研究通过对比分析随机场法和地质统计学法的异同点,采用控制变量法对土性参数在不同条件下计算了SOF值,探讨了数据的趋势性、拟合参数初值、拟合点个数等因素对土性参数SOF计算结果的影响。研究结果表明:1)在利用随机场法和地质统计学法计算SOF时,去趋势化可以消除数据趋势性带来的影响,归一化可以减少不同初值对计算结果的影响。2)提出了一种同时适用于随机场法与地质统计学法的确定拟合参数初值及拟合点个数的统一方法,并在此基础上计算了某工程非饱和黏土土性参数的竖直SOF,其范围为0.14~0.62 m。研究成果可为农田的土壤改良及农田精细管理提供依据。

页岩水力压裂模拟实验研究

文章为了分析页岩的水力压裂过程,制作了边长30 cm立方体试样,采用实验室大型实验设备,设置了不同的注射方向,对试样进行了水力压裂模拟实验。对比分析了试样的破坏形态,可以看出割缝注射方向对裂缝的发育有着重要影响;水力压裂的极限强度与裂纹和层面之间的夹角有一定的关系,当裂纹方向接近层面时,对应的水力压裂的强度较小;结合水力压裂的水压曲线,阐述了裂纹发育和压裂液压力之间的关系;分析了不同压力条件下页岩的水力压裂裂纹发育状态。该文结合工程提出了提高页岩体积改造的有效途径,对实际水力压裂有一定的指导意义。