某矿山矿石爆破相似试验模型强度力学测试分析

某矿山采用无底柱分段崩落法,中深孔爆破,矿体节理裂隙发育,矿石物理力学性质比较复杂,矿石爆破相似试验模型材料的强度难以确定。因此,本文根据相似理论针对矿石进行相似性分析,并设置三组不同配比的模型试件进行力学测试,通过对模型试件的测试结果进行数据处理得到三组试件的σ-ε曲线图,分析三组试件的破坏形式,计算出三组试件的物理力学参数,并结合相似理论对矿石物理力学性质分析的理论值,最终得到满足矿石爆破相似试验的模型强度。

加入减水剂提高石膏模型强度

提高石膏模型强度,不管采用哪种手段,目的都在于使石膏在一定的分散度范围内,尽可能的增加其单位体积的密度,同时兼顾其毛细管路畅通,保持一定的吸水性。石膏模型通过采用适量添加剂辅以必要的工艺手段,在保证满足成形要求的前提下,其使用寿命可提高二倍以上,值得推广。为了提高产品质量,降低消耗,我们选择了“提高石膏模型强度”的课题。本实验只限于机制成形用模型强度的提高和良好成形性能的获得。通过添加鞣型减水剂和采用合理干燥方法,达到了实验目的。

基于多变量灰色模型的台风强度模拟方法

随着台风全路径模拟技术的不断完善,全海域、大范围的台风危险性分析方法得到发展,然而强度模型的模拟精度不能满足需求。针对台风强度演变受多因素影响、动力关系复杂及强度变化随机性强的特点,基于多变量灰色模型对台风强度模拟方法进行研究,并建立起台风多变量灰色强度模型。利用该模型还原了台风“山竹”的强度演变过程,同时对西北太平洋地区整体台风强度进行模拟及检验分析。结果表明:垂直风切变及垂直速度与台风强度的灰色关联度分别为0.771 8、0.745 1,显著高于其他3个环境因素;台风“山竹”强度模拟的后验差比值及小概率误差分别为0.349 1、0.960 8,达到了最高模拟精度;模型模拟所得西北太平洋地区整体的强度变化趋势及分布特征均与地区实际情况保持一致。

冰水赋存演化下冻结土石混合体-结构界面强度劣化机制及模型

温升下冻结土石混合体-结构界面层孔隙内冰水赋存改变极易诱发强度劣化,而目前界面强度劣化机制及劣化规律定量表征的相关研究存在空白。制备0%,15%,30%,45%等4种含石率组合体试样,通过核磁共振、直剪试验研究了正融过程冰水赋存演化下界面强度劣化特性,结合莫尔-库仑准则首次提出以薄膜水及毛细水含量变化率为参变量的强度劣化模型。得到结论:含石改变界面孔隙结构分布使毛细水占比升高;温升下界面抗剪强度劣化程度随含石率增加而降低;正融后不同含石率界面黏聚力衰减程度均大于内摩擦角衰减程度;黏聚力、内摩擦角与未冻水含量关系曲线分别呈阶段非线性特点及两阶段线性特点,其实质在于薄膜水及毛细水发育使得界面黏聚力和内摩擦角产生不同程度及形式的劣化。模型分析表明:随含石率升高,薄膜水及毛细水劣化系数具有“此消彼长”的特性,颗粒间及颗粒与结构接触面滑动摩擦强度和咬合摩擦强度劣化比例系数分别呈现下降、上升趋势。

碾压混凝土诱导缝等效强度模型研究进展

院为分析碾压混凝土诱导缝的开裂状况,了解其等效强度的发展脉络及研究现状,文章分别从试验研究、理论研究、数值模拟等方面出发,对碾压混凝土诱导缝等效强度模型研究发展现状进行了分析,且总结了碾压混凝土诱导缝等效强度存在的理论和技术问题,并提出了下一步的研究重点。

不同单节理产状岩石力学性质数值模拟与强度预测模型

节理岩石力学性质对于各类岩体工程长期稳定具有重要意义,而岩石的力学性质受节理产状影响极大,甚至起决定作用。为研究节理产状对岩石强度和破坏模式的影响机制,基于节理产状参数准确预测岩石的单轴抗压强度,采用PFC软件建立了不同单节理产状的岩石数值模型,开展了一系列单轴压缩数值模拟试验,得到了节理尺寸和倾角对岩石力学特性的影响规律:随着节理尺寸增大,岩石破坏模式逐渐由沿一定角度的剪切破坏变为节理端部裂纹扩展破坏,单轴抗压强度逐渐减小;随节理倾角增大,当节理倾角小于内摩擦角时,岩石的单轴抗压强度逐渐减小,破坏模式主要是节理端部翼裂纹扩展破坏;当节理倾角超过内摩擦角继续增大时,岩石的单轴抗压强度则逐渐增大,破坏模式主要是沿一定角度穿切岩石或次生裂纹扩展的剪切破坏。在此基础上,结合损伤力学和断裂力学理论提出了单节理岩石单轴抗压强度预测模型,充分考虑了由单节理产状差异导致的不同破坏模式对岩石强度的影响,模型参数易于获取。经算例验证,模型具有较高精度,能够满足工程现场需求。

应力-强度干涉模型下的滚动轴承可靠性评估与设计方法

针对滚动轴承可靠性低、缺乏设计依据等问题,提出一种应力-强度干涉模型下的滚动轴承可靠性评估与设计方法。考虑滚动轴承实际承载当量动载荷和规定当量动载荷的随机特性,假设两者为服从对数正态分布的随机变量,建立滚动轴承可靠性评估与设计模型。其次,对多型号多工况下的深沟球轴承和角接触球轴承进行仿真验证,结果表明:本文提出的滚动轴承可靠性评估与设计方法,通过分析当量动载荷的许用范围,结合轴承设计公式可以使优化后的轴承满足在该工况下的目标可靠性寿命,准确有效的实现滚动轴承的可靠性评估与设计。

广吸力范围内一种改进的非饱和土抗剪强度模型

不同类型的非饱和土在自然界中广泛存在。由于不同类型土的颗粒级配和矿物组成成分的不同,其强度特性存在较大的差异。为了建立一种适用于不同类型非饱和土的强度预测统一模型,本研究系统地分析了土体类型对非饱和土强度演化趋势的影响,在综合考虑两种常用模型优越性的基础上,提出了一种改进的非饱和土抗剪强度模型,同时,利用现有常用的强度模型,对不同类型土在广吸力范围内的强度特性进行了预测,并对拟合结果进行了对比分析。研究结果表明:(1)在广吸力范围内,不同类型土的强度演化规律可分为两类,山峰型和增长稳定型;(2)改进模型可以较为准确地预测不同类型土在广吸力范围内的强度特性;(3)明确了改进模型中各参数的物理意义,并初步给出了改进模型在应用于不同类型土时各参数取值的建议范围。

宽饱和度范围非饱和土抗剪强度指标的演化模型

非饱和土的抗剪强度指标随饱和度变化的规律错综复杂,为了用数学模型描述这些规律,对现有文献中非饱和土的黏聚力、内摩擦角、剪胀角随饱和度变化的规律进行分析。分析结果表明:(1)当土体饱和度降低,土体从毛细作用主导逐步过渡到吸附作用主导时,土体内摩擦角会增大,其变化规律存在一个转折点,可以定义为临界饱和度Src。当饱和度Sr大于临界饱和度Src时,内摩擦角可视为常数;当饱和度Sr小于临界饱和度Src时,内摩擦角随着饱和度的减小线性增加,传统扩展摩尔-库仑准则等模型不再适用。(2)黏聚力随饱和度的变化过程存在山峰效应,即黏聚力先随饱和度Sr的降低呈指数函数关系增加,当饱和度Sr达到非饱和土强度极值对应的饱和度Srv时达到最大,随后有所降低,这也是导致非饱和土强度存在山峰效应的主要原因。(3)剪胀角随饱和度的降低和垂直压力的降低而增大,可采用线性模型描述。基于以上规律,提出了一个宽饱和度范围内的非饱和抗剪强度演化模型。通过与文献中的试验数据及现有强度模型拟合结果进行对比发现,新模型在描述宽饱和度范围内的土体强度时具有更好的适用性。

考虑微元强度韦伯分布与裂纹长度幂律排布的砂岩强度预测模型

构建统筹考虑岩石内部宏细微观缺陷影响的强度预测模型对于保障智慧矿山的建设以及井下人员设备的安全都具有重要意义。综合考虑岩石微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布规律,采用数值模拟与理论推导方法分别建立损伤岩石试件的离散元计算模型与强度预测模型,并利用数值计算结果对理论模型的合理性进行验证。结果表明:①通过编程同时实现了PFC2D计算模型中微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布,分析了岩石中的宏、细微观损伤与相应分布参数间的定量对应关系。②数值建立了400个同时考虑宏、细微观损伤的砂岩试件并对其进行了模拟加载,实现了对微元强度、预制裂纹信息及岩石强度间关系的统计分析。根据模拟结果构建了砂岩试件单轴抗压强度四维空间散点,得到了多损伤参量影响下的试件抗压强度流动规律。③联合Mori⁃Tanaka方法及岩石损伤概率分布理论,推导建立了12参数的岩石强度预测模型。该模型能够同时描述细微观微元强度与宏观裂纹信息对岩石强度的影响,并且理论模型计算结果与数值模拟结果高度吻合,相关系数达0.991。

矿渣微粉改良黄土力学性能及抗剪强度预测模型

为探究矿渣微粉改良黄土效果,通过配置不同掺量的矿渣微粉黄土,利用无侧限抗压强度、抗剪强度、湿陷性试验研究矿渣微粉改良黄土机理与可行性,并提出抗剪强度预测模型。研究结果表明,随矿渣微粉掺量增加,无侧限抗压强度呈先增大后降低趋势,矿渣微粉掺量为15%时达到最大;不同掺量的矿渣微粉黄土较素黄土湿陷系数分别下降92.1%、96.4%、98.0%、99.0%、97.7%;随养护周期增加,抗剪强度、内摩擦角、黏聚力均有明显提高;不同矿渣微粉掺量下黄土抗剪强度预测模型与实测值相对误差均小于8%,拟合度较高。研究结果可为矿渣微粉改良黄土提供参考依据。

钢筋混凝土墩塑性铰区抗剪强度模型

鉴于现行规范仅有实心墩抗剪模型,尚未给出空心墩的抗剪公式,且既有模型对斜截面钢筋变形协调性及纵筋拉伸漂移关注不够,亟需发展更适用于两类桥墩塑性铰区的抗剪强度模型。为此,在探讨墩柱斜截面传力机制的基础上,基于桁架模型中斜裂缝上钢筋应变满足变形协调条件的假定,提出考虑斜截面箍筋非一致变形及纵筋拉伸漂移效应的塑性铰区抗剪强度模型,并结合PEER及文献中88个弯剪破坏墩柱的试验结果对模型参数进行标定。通过另外57组试验数据的对比分析表明,与既有模型相比,所提抗剪模型计算精度更高、离散性更小,适用于预测桥墩塑性铰区的抗剪能力;对应规范的强度折减系数,所提模型设计结果具有较高的安全储备,可用于空心墩和实心墩的抗剪强度设计。

基于Hoek-Brown准则的层理岩石强度模型研究

为了提高Hoek-Brown准则对层状岩的适用性,减少对层状岩地质强度指标(GSI)取值的主观性,提出了考虑层状岩石GSI值随层理倾角β变化的修正Hoek-Brown屈服准则。首先收集不同层理角的层状岩在不同围压下的三轴试验数据,结果显示,层状岩石峰值强度与层理角β呈U形曲线关系。然后定义层理倾角β=0°的岩样为完整岩石,采用Hoek-Brown准则得到完整岩石的单轴抗压强度σc与参数mi,以此反算其他层理倾角下对应的GSI值。基于GSI随层理倾角β的变化趋势,采用高斯函数对GSI与β的变化关系进行拟合,从而建立基于Hoek-Brown准则的含层理岩石强度模型。最后对比GSI弱化模型所得峰值强度,验证了提出的修正Hoek-Brown准则对预测不同倾角与围压下层状岩强度具有较好的适用性,并对屈服准则中引入的新参数的意义进行了讨论。

广义逆指数分布应力-强度模型的可靠性评估

基于广义逆指数分布,研究应力-强度模型的可靠性评估问题。首先,利用极大似然法给出参数及应力-强度模型可靠度的极大似然估计。其次,通过形状参数选取Gamma共轭先验,在平方损失下运用Gibbs抽样算法及Lindley近似算法给出不同超参数选择下应力-强度模型可靠度的贝叶斯估计。最后,通过Monte-Carlo模拟对2种估计方法的精度进行比较。数值模拟结果表明,贝叶斯估计优于极大似然估计,基于Lindley近似算法的贝叶斯估计优于基于Gibbs抽样算法的贝叶斯估计。

重庆都市圈空间联系及其发展研究——基于扩展强度和引力模型

以重庆市新一轮国土空间规划下的主城都市区为研究对象,利用扩展强度模型和修正后的经济引力模型,研究重庆都市圈内各城区的空间联系强度,构建空间网络模型,分析重庆都市圈空间联系紧密程度及发展趋势,结果表明,(1)重庆都市圈内各城区整体联系较弱,空间联系较好的城区主要集中在重庆都市圈西部。(2)涪陵区、长寿区是重庆都市圈中除中心城区外双向联系最强区域和城区都市圈东部唯一联系较好区域,加快推进“涪陵-长寿”区域城市一体化发展,对于避免因重庆向西发展融入成渝双城经济圈而导致东部区域发展不协调起着平衡作用。(3)根据重庆都市圈地理情况以及各城区空间联系情况,将重庆都市圈划分为主城发展区、渝东南发展区、渝西南发展区、东部发展区4个区域。通过“以点带轴,连片成区”的方式深化各区域内部合作,在未来发展过程中找准发展定位,产业互补,实现重庆都市圈整体的均衡发展。

基于依赖强度Dicke模型的量子电池充电性能

研究了基于依赖光场强度耦合Dicke模型(也被称为依赖强度Dicke模型)的量子电池中包括最大存储能量、充电时间、能量量子涨落以及最大充电功率等充电性能表现.首先考虑了能量非保守项(或者叫反旋波项)对量子电池的最大存储能量和最大充电功率的影响,研究发现:最大存储能量对能量非保守项权重的增加不是很敏感,但最大充电功率随能量非保守项权重的增加将会发生显著的变化.进一步,研究了在能量保守项和能量非保守项是相同权重下量子电池中最大存储能量、充电时间、能量量子涨落以及最大充电功率的变化特征.通过与基于单光子和双光子Dicke模型的量子电池的充电性能进行比较,发现基于依赖强度Dicke模型的量子电池在充电时间和最大充电功率上强于基于单光子Dicke模型的量子电池,但弱于双光子Dicke模型的量子电池.而3种Dicke模型在最大存储能量上没有一个确定的强弱关系,取决于不同的耦合常数.本文也揭示了虽然在最大充电功率上依赖强度耦合Dicke模型会弱于双光子Dicke模型,但在两种模型中体现的量子优势即最大充电功率与量子电池单元数满足的幂律关系是相同的.总之,本文为进一步研究量子电池提供了一种可选择的理论方案.

富孔贫胶固废充填材料双组分破坏试验及强度模型

为缓解井下充填骨料来源不足及固体充填捣实费时的问题,提出对松堆高孔隙率含矸固废骨料进行非填隙胶结,应用松堆落矸与自密实灌浆工艺试制了一种新型富孔贫胶固废充填材料。以该材料中胶结浆体与固废骨料双组分强度为正交变量,在室内开展了单轴压缩破坏试验,研究了其单轴压缩破坏的强度特征及破坏面统计规律;考虑浆体强度与骨料强度共同影响,建立了基于破坏面统计特征的双组分强度概化模型;定义了胶结浆体与固废骨料的综合强度利用率,分析了富孔贫胶固废充填材料最优配比范围及吨煤成本趋势。结果表明:自密实净浆固化强度与固废骨料强度共同控制富孔贫胶固废充填材料的单轴压缩强度与剪切面破断模式,2种组分强度与充填材料宏观强度呈现显著正相关关系;充填材料强度受到两种组分强度的短板效应制约,当一种组分强度富余时,另一种组分破坏比例将占主导;富孔贫胶固废充填材料单轴压缩呈剪切破坏模式,剪切面呈单斜面型与交叉斜面型,剪切面的平均角度为55.4°;应用富孔贫胶固废充填材料后松堆骨料的密实度可由85%降低至58%,且当现场固废骨料强度确定时,可根据最优配比范围确定胶结浆体强度以实现充填材料强度的最大化利用,从而降低固体充填的压实作业耗时与单方矸石用量。

基于GA-BP神经网络长服役期内结构混凝土的强度演变预测

为研究长服役期内既有混凝土结构的强度演变规律及其预测模型,以唐包铁路、西户铁路等实际工程为研究背景,以服役时间为2、16、25、30、40、52、66、88、95和100 a的在役桥涵为研究对象,基于混凝土回弹法,开展役桥涵混凝土强度试验,分析长服役期内既有桥涵混凝土强度动态发展过程。同时,基于试验实测混凝土强度数据与收集的230组同类条件下在役桥涵(服役时间2~88 a)混凝土强度数据,构建GA-BP神经网络混凝土强度预测模型。此外,为提高模型可应用性,基于高精度GA-BP神经网络强度预测模型,建立一般矩阵公式和简化公式。基于本文构建的混凝土强度预测模型,分析该类地区(试验中已调研区域)长服役期内混凝土结构的强度演变规律。研究结果表明:相较于既有混凝土强度预测模型,本文构建的GA-BP神经网络混凝土强度预测模型可有效预测不同服役时间下的混凝土强度,预测数据的平均绝对百分比误差为8.76%,决定系数为0.83。本文简化公式(C25)精度较高,平均绝对百分比误差为6.6%,为便于简化计算,推荐简化公式(C25)作为长服役期内混凝土强度预测公式。百年服役期内混凝土强度经历2个时间阶段,即混凝土强度缓慢上升期(1~49 a)、混凝土强度快速下降期(49~100 a)。随混凝土结构服役时间增加,混凝土结构劣化速率增加,导致混凝土结构在长期服役过程中,混凝土强度不能满足混凝土结构服役要求。

基于威布尔分布多部件应力–强度模型的贝叶斯推断

本文考虑了一个多部件应力–强度模型的可靠性,该模型包括一个应力和多个强度的串联系统.当应力和强度变量服从相同形状参数的威布尔分布时,推导了参数的Jeffreys先验,并给出基于该先验时后验适当性的充要条件.利用Lindley近似和马尔可夫链蒙特卡罗方法对系统可靠性进行估计.通过蒙特卡罗仿真对所提方法进行评估.仿真结果表明,贝叶斯方法要优于极大似然方法,且在小样本情形下尤为突出.最后,以实际数据集为例进行了说明.

基于Stacking模型融合的高性能混凝土强度预测方法

针对传统经验公式对高性能混凝土强度预测时存在偏差大、效率低等问题,本文提出一种基于Stacking模型融合的高性能混凝土强度预测方法。首先,通过数据清洗和归一化对1030组高性能混凝土抗压强度试验数据进行预处理,剔除异常数据及消除数据间量纲影响;其次,基于极端梯度提算法(XGBoost)、类别优先梯度提升算法、多层感知器和随机森林(RF)4种算法开展超参数优化、模型训练和评估,采用决定系数、均方根误差和平均绝对误差对比分析4种基学习器对强度预测的整体效果,在此基础上构建基于Stacking集成学习融合多种机器学习算法的高性能混凝土强度预测模型;最后,采用103组新的高性能数据集对模型进行验证,并开展可解释分析。结果表明:与其他基学习器的组合相比,XGBoost和RF融合模型的预测精度和性能均明显提高,泛化性能较好,且可解释分析显示最重要的输入特征变量是龄期和水泥,说明模型内在的预测逻辑与工程实践的经验较吻合,具有较高的合理性与可靠度。研究结果为进一步提高高性能混凝土强度的预测精度提供参考。