利用三维细胞自动机模拟地震活动性

在由弹簧—滑块—阻尼器组成的平面网络非线性动力学模型研究的基础之上,对细胞自动机模型的演化规则进行了修改,并将其由二维拓广到三维。设计了100×100×40网格的三维大型地震细胞自动机模型,生成了13540个“地震”事件。结果表明,三维空间“地震”事件的时空分布与天然地震有许多类似的特征,满足震级与频度的G-R关系,且有分形分布规律。由此可见,三维地震细胞自动机比二维模型更符合实际。

污水处理净化过程的三维细胞自动机动态模拟

针对污水处理过程的复杂性、不可重复性和不可再现性等特点,根据活性污泥的净化机理与动力学特性,在Mckinney等人建立的经典活性污泥法动力学模型的基础上,提出了一种模拟活性污泥净化过程的三维格子气细胞自动机模型.该模型的演化规则根据微生物的增殖规律和经典的动力学模型设计,模型通过模拟有机物和微生物的扩散、反应和沉降过程,反应了活性污泥的整个净化过程.对模型进行的仿真实验结果表明:该模型不仅可以复现污水净化过程,而且更直观地刻画了活性污泥法污水处理过程的动态演化行为,直接反映出活性污泥法系统的表观特征.

利用三维细胞自动机模拟活性污泥法的处理过程

针对活性污泥法的污水处理过程,提出了利用三维细胞自动机模型进行模拟的方法.该方法通过对曝气池内活性污泥法处理过程动态演化过程的模拟,直观地揭示出活性污泥法的污水处理过程.用实际数据进行了验证,证明了该方法能够有效地展现曝气池内污水净化的过程,实现了其可视化,并描绘了活性污泥的生长曲线.

脆性岩石破裂演化过程的三维细胞自动机模拟

在三维条件下定义了实体细胞自动机的基本组件,综合运用弹塑性理论、细胞自动机自组织演化理论、统计原理以及岩石力学理论等,建立了模拟岩石三维破裂过程的张量型细胞自动机模型,并开发了相应的数值模拟软件EPCA3D。利用EPCA3D对脆性岩石进行单轴压缩破裂过程模拟,通过破裂模式、岩样内部破裂情况、全应力-应变曲线和声发射曲线等的分析,揭示岩石破裂的机制。结果表明,EPCA3D能够较好地模拟非均质岩石在载荷作用下微裂纹的萌生、扩展和贯通的全过程。利用该模拟系统,采用应力-应变线性组合的加载控制方式,研究了不同围压对岩石全应力-应变曲线的影响。研究结果表明:对于脆性非均质岩石,低围压下容易表现为II类行为,且强度较低;高围压下容易表现为I类变形行为,且强度较高。

裂隙花岗岩各向异性蠕变特性研究

由于岩石的非均质性、裂隙的存在以及所处地质环境的复杂性,岩样在蠕变破坏过程中通常表现出各向异性的特点。为了描述岩石的这种各向异性蠕变性质,在经典弹黏塑性理论的基础上,提出黏塑性流动系数张量表达式,建立岩石各向异性弹黏塑性蠕变模型,将该模型嵌入到三维弹塑性细胞自动机模型中,开发岩石蠕变过程分析的三维弹黏塑性细胞自动机模拟系统(EPCA3D-EVP),建立非均质岩石蠕变破坏过程的分析方法,该方法通过常规三轴数值试验来确定细观单元的强度和变形参数,通过蠕变试验确定其黏塑性流动系数,克服岩石力学模拟中"数据有限"的瓶颈问题,并通过对甘肃北山核废物地下处置候选场址的裂隙花岗岩三轴蠕变试验验证该模型和分析方法的正确性,合理地描述裂隙花岗岩在渗流–应力作用下产生各向异性的宏观现象。