基于混合物理论的饱和孔隙-裂隙岩体本构模型

考虑饱和孔隙-裂隙岩体中固相材料应变与固相材料压力间的关系,完善模型力学参数的取值理论依据,建立新的本构模型.在混合物理论框架内,依据变形特征将固相体应变分解为裂隙骨架体应变、孔隙骨架体应变、岩块材料体应变.假定应变仅取决于能量方程中的共轭应力,基于自由能势函数构建饱和孔隙-裂隙岩体本构模型,根据模型力学含义推导模型力学参数取值方法.结合达西定律建立流固耦合控制方程.一维固结算例分析表明,相比其他方法确定的参数,所提方法确定参数计算的初始超孔压偏低、初始沉降偏大,孔隙超孔压消散滞后于裂隙超孔压.参数敏感性分析表明,增大渗透系数比会显著提高岩体固结速率,增大形状系数对裂隙超孔压消散和岩体沉降影响较小.

低渗透饱和岩石加载时体积弹模与孔隙液压的关系

低渗透率饱和岩石受单轴压力作用时,由于其本身结构的变形,使得孔隙的液体也受压。受压的孔隙液体通过与外界相通的微小管道排出,使得孔隙液体压力降低,于是外力转嫁给固体结构,通过相应调整适应这种变化。这样,通过一系列的排液变形和调整,最终达到平衡。定量给出了饱和岩石内孔隙液压的前期变化过程、岩石结构受力过程以及饱和体体积弹模的变化过程,并通过试验验证了这一现象的变化过程的合理性,展示了岩石由于结构浸水、胶质软化而在后期刚度下降。

复杂应力状态下的饱和体本构模型及内力变化

水的力学作用和化学物理作用的交错影响,使得坝基软岩软化和受力更为复杂,也使一般固体线弹性本构模型不再适用。该文介绍了饱和体抗拉试验,对试验结果进行拟合,用试验验证了本构曲线受拉区的合理性。构建了复杂应力状态下饱和体本构模型,实现了复杂应力饱和体计算的有限元算法,并验证了算法的可行性和收敛性。根据新构建的本构模型和算法,给出了相应的三维有限元计算程序,其计算算例的结果验证了本构模型的合理性和算法的正确性。

非饱和岩体三场耦合控制方程

为研究非饱和岩体对温度场-渗流场-变形场三场耦合作用的响应,采用等效连续介质模型,根据质量守恒方程、线动量平衡方程和能量守恒方程以及相应的物性方程(状态方程和本构方程)推导了非饱和岩体三场耦合控制方程,包括岩体变形场控制方程、地下水渗流场控制方程和岩体温度场控制方程.在推导三场耦合控制方程中,舍弃了局部热平衡假设,而采用热弹塑性本构关系,并考虑了温度梯度对地下水渗流的影响.

基于细观数值试验的非饱和土石混合体力学特性研究

从土石混合体细观结构出发,融合细观结构模型生成技术、主-从接触面模型及非饱和土渗流与强度理论,建立非饱和土石混合体的细观数值模拟方法。通过与非饱和土石混合体室内试验结果进行对比,验证所建立的细观数值模拟方法的可行性和合理性。利用该细观模拟方法,分析土-石界面接触特性、含石量及饱和度等因素对非饱和土石混合体力学特性与破坏机制的影响。结果表明:(1)非饱和土石混合体在低围压下表现出明显的剪胀性,且受含石量和饱和度影响显著;在较高围压下基本上表现为剪缩变形,随含石量的增大其剪缩变形减小,饱和度对剪缩性的影响较小。(2)土石混合体的峰值强度和变形模量随土-石界面摩擦因数的增大呈非线性增长,在界面摩擦因数大于0.6以后,两者基本趋于稳定值。(3)含石量越大,非饱和土石混合体的峰值强度和变形模量越大,应变硬化特征更为显著,在含石量增加到58%后峰值强度和变形模量趋于稳定值。在低围压下剪胀变形随含石量的增加而增大;在较高围压时,剪缩变形随含石量的增大而减小。(4)饱和度越大,基质吸力越小,非饱和土石混合体的峰值强度越低,但变形模量变化不大。

引潮力作用下饱和地质岩体的力学响应

本文应用孔隙弹性理论,探讨了引潮力作用下饱和地质岩体的力学响应。首先通过引潮力作用下饱和岩体的自由能表达式,得到岩体孔压与应力、应力与应变之间的关系;然后从引潮力作用下饱和岩体的平衡微分方程出发,结合流-固耦合理论,分析了饱水岩体应变与引潮位之间的关系;最后推导出饱和岩体的两大力学物理量——孔压和潮汐应力(平均应力)与引潮位之间的物理关系。模型表明:饱和岩体孔压与引潮位成反比,平均潮汐应力与引潮位成正比;比例系数不仅与岩体骨架的Lame系数有关,而且与Biot模量有关。将模型应用于会理川-18井水位变化分析,估计出水位响应系数D,并以此为基础,求得岩体孔压、潮汐应力与引潮位的相关系数(A和C)及Skempton系数B。最后对比分析了耦合条件下与不考虑耦合时得到的各参数之间的差异,分析表明:对饱和地质岩体而言,应力、孔压对引潮力的响应是流-固耦合作用的产物;研究其力学响应时必须充分考虑耦合效应。模型的建立,为研究引潮力作用下井-承压含水层系统力学、水动力学、与地震有关的断层力学以及引潮力触发机制的定量研究提供了基础。

非饱和地质体中水-应力耦合二维有限元方法及对锚杆支护的分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程入手,采用Galerkin方法将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,开发出了一个用于分析饱和-非饱和岩土介质中水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。然后就一个假定的处于渗流场中的饱和-非饱和土体使用预应力锚杆的支护效果问题进行了模拟计算。结果表明,在有地下水赋存的饱和-非饱和条件下,预应力锚杆的作用主要体现在减少了土体中的塑性区,而对位移的约束依部位而异,其对渗流场的影响不大。

饱和多孔岩体中温度场渗流场应力场耦合分析

利用混合物理论,推导出裂隙岩体等效连续介质温度场、渗流场和应力场三场耦合的全耦合数学模型及其控制方程.采用全耦合求解法给出了控制方程的有限元表达式,编制了相应的二维有限元程序.给出的应用算例计算结果较好地反映了渗流、应力及温度场耦合作用下位移、孔隙水压力、温度的变化规律,表明了该计算模型与所开发的数值计算程序是合理和实用的.

气液二相非饱和岩体热–水–应力耦合模型及二维有限元分析

针对高放射性核废料地质处置中水及水蒸汽二相共存的非饱和孔隙岩体,根据相关的理论,推导了应力平衡方程、流体连续性方程及能量守恒方程,使用Galerkin方法将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了相应的分析热–水–应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。通过一个核废料处置概念库的计算认识到:高放废物地质处置后的几十年内,缓冲层中的温度及液相饱和度均上升,同时该区域内要出现明显的应力、孔隙水压力、温度、液相饱和度和气相饱和度的集中现象。

植物硬脂酰-酰基载体蛋白脱饱和酶

植物硬脂酰-酰基载体蛋白脱饱和酶(SAD)是植物脂肪酸合成代谢的关键酶,位于质体基质中,催化硬脂酰-ACP脱饱和形成油酰-ACP的反应。SAD决定着植物饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的比例,和植物响应温度变化,增强低温适应性有密切关系,并参与防御、膜形成等生理过程。SAD分子是同源二聚体,具特异的二铁中心,其空间结构已被描述。对SAD进行基因工程操作具有广阔的前景。

基于DQM的空间轴对称流体饱和多孔热弹性柱体动力学特性研究

在热局部平衡条件下研究了空间轴对称不可压流体饱和多孔热弹性柱体在表面温度载荷作用下的动力学特性。基于de Boer多孔介质混合物理论,给出了问题的数学模型;其次综合采用微分求积方法-二阶向后差分法-Newton-Raphson迭代法求解了数学模型,得到柱体各离散点处未知物理量的数值结果,进而可分析柱体的动力学特性。为了验证该方法的正确性,计算了不可压流体饱和多孔弹性柱体的动力固结问题,并与de Boer等的解析结果进行了比较,两者吻合良好,也证明DQM有较小的计算量和较高的精度。最后分别研究和比较了柱体只受到表面外载荷作用下的动力学特性和受到两种表面温度载荷与外载荷联合作用下的动力学特性,考察了材料的某些参数对柱体动力学特性的影响。

非饱和岩体裂隙中冰层生长试验及单个裂隙壁面上的结霜模型研究

裂隙中冰夹层的出现及生长是岩体冻胀风化的重要特征及成因,裂隙岩体是由裂隙和岩石基质构成,裂隙与可视为孔隙介质的岩石性质差异巨大,多数情况下是岩体中水分主要的储存及运移通道,对于不饱和裂隙而言,其中往往同时存在着气态迁移和液态迁移,很难直接用既有的原位冻胀和分凝冰机理解释裂隙中冰层形成及生长过程。为研究非饱和岩体裂隙中冰层出现及分布状况,作者用两块水泥试块拼接成带有单条垂直裂隙的岩体试样,并对试样进行了暖端补水条件下的单向冻结试验,试验结束后,试块中新增了3条水平裂隙和1条垂直裂隙,且裂隙中均有薄冰层出现,试样负温区有显著的结霜现象,整个过程中水分迁移总量达221 mL,且以气态形式为主。基于传热学基本原理,建立了自然对流条件下单个裂隙壁面上的结霜模型,根据试验中试样不同冷表面的特征,将结霜表面分为Ⅰ~Ⅲ类,分别计算了三类冷表面上霜层厚度、密度及单位质量随时间的变化,并利用试验结果对计算结果进行了验证,证明了单个壁面上结霜模型的可靠性。以结霜模型为依据,同时结合相关文献进行分析得到:影响岩体裂隙负温区壁面结霜量的直接因素有裂隙中的对流传热条件、空气相对湿度及负温区壁面面积大小,这三个因素取值越大时,则一定时间内裂隙壁面上的结霜量越多,裂隙中的成冰作用更为显著。裂隙沿程的温度梯度则是更为本质的原因,温度梯度越大时,岩体裂隙中的对流传热作用会更为强烈,负温区壁面面积越大,则一定时间内结霜量越多。

基于工程混合物理论的饱和裂隙岩体组合本构模型

为了从理论和数值上分析饱和岩体工程的变形和稳定,需要创建饱和裂隙岩体本构模型。根据工程混合物理论,把饱和多孔介质应变分解为骨架应变、固相基质应变和流体基质应变。通过均匀化响应原理建立了饱和多孔介质的势函数本构理论,提出Terzaghi有效应力决定骨架应变、固相基质应力决定固相基质应变和裂隙孔压决定流相基质体应变等本构规律。根据经典岩体力学理论,把饱和裂隙岩体视为由裂隙构成孔隙的饱和多孔介质,建立了饱和裂隙岩体的组合本构模型。算例分析表明:根据本文理论建立的饱和裂隙岩体组合模型能够合理考虑裂隙流体的浮托力,具有较小的孔压系数和各向异性的受力特性。饱和裂隙岩体组合模型可用于海底隧道裂隙围岩在开挖过程中的流固耦合工程特性分析。

新型反射式体外循环血氧饱和度监测仪的设计(英文)

反射式血氧饱和度监测仪利用血液对光辐射吸收(或反射)强度成固定测量关系的原理反映心外科体外循环下的血氧饱和度。由转换器、驱动器、中央处理模块及液晶显示模块组成。由一分三光缆连接反射探头、核心后处理系统及数字显示系统。它成功地解决了饱和度监测仪的灵敏度和稳定性的问题;具有结构简单、成本低廉、性能可靠等优点。

基于遗传算法的非饱和岩体特征参数确定

在进行地下矿山开采和岩体稳定性分析中,非饱和岩体的水力传导度(k)和比容水度(c)等含水层参数是非常重要的基本数据。本文基于随机优化算法中的实数编码遗传算法求解玄武湖隧道工程的水文地质参数,通过岩体参数水力传导度(k)和比容水度(c)精确值与计算值比较,显示遗传算法求解的水文地质参数精度可靠,该法可以应用于非饱和岩体特征参数值的确定。

考虑可压缩矿质的饱和岩体热弹塑性模型

为研究温度和矿质压缩性对饱和岩体力学特性的影响,从工程混合物理论出发,把骨架应变和基质应变作为饱和岩体的应变状态变量,把Terzaghi有效应力和真实压力作为应力状态变量,建立了本构模型和多场耦合控制方程。首先假定组分基质的力学性质与单相介质相同,建立固流两相基质的热-力本构模型;然后利用骨架应变、有效应力和温度来建立骨架热-力本构模量;再根据相应变与应变状态变量之间的关系建立饱和岩体热弹塑性模型;最后与达西定律和傅里叶定律一起,建立了考虑矿质压缩性和温度影响的饱和岩土多场耦合控制方程。工程混合物理论建模法能够避免单一有效应力建模法存在的Biot系数难以测定的缺陷,完善了热扩散方程,为建立多场耦合分析模型提供了另一条新途径。

横观各向同性饱和半空间体上圆薄板的非轴对称振动

研究了横观各向同性饱和半空间地基上弹性圆板的非轴对称振动问题。首先利用Fou rier展开和Hankel变换 ,给出了柱坐标下 ,横观各向同性饱和多孔介质Biot波动方程非轴对称形式的通解 ,然后按混合边值问题建立了饱和半空间地基上 ,弹性圆板非轴对称振动的对偶积分方程 ,并将对偶积分方程化为易于数值计算的第二类Fredholm积分方程 。

热局部非平衡下一维半无限长饱和多孔柱体的温度场分析

对于端部受温度载荷的一维半无限长多孔介质柱体,给出了热局部非平衡下固相和流相温度场在Laplace变换域中的解析表达式。对于冲击温度载荷的情况,获得了温度场在短时间内的Laplace逆变换渐近解析解。数值分析了流、固两相热扩散系数之比以及热交换系数对固相和流相温度场的影响,比较了热局部非平衡下加权温度与热局部平衡下温度之间的差别。

孔径对γ测井饱和模型内部辐射场影响的计算

γ测井模型,可用于校准铀矿勘查领域的γ测井仪,为我国铀矿勘查提供计量保障。研究其内部辐射场分布规律尤为重要,可为标准建造和量值确定提供理论基础。文章为讨论模型孔径参数对模型内部辐射场强度的影响,开展了孔径变化对饱和模型中心点γ射线辐射强度影响因素分析,并以现有规格γ饱和模型体源为例,通过γ辐射场理论计算及蒙特卡洛模拟方法研究,得到了模型中心点γ射线辐射强度与孔径的协变关系。结果表明现有饱和模型体源钻孔半径r_(0)≤6.5 cm时,孔径对模型中心点γ射线辐射强度影响<5%,满足γ测井仪的校准需求,可为后续开展模型制作时对钻孔参数调整提供理论参考。

有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析及工程应用

有地表入渗的裂隙岩体渗流是一饱和非饱和渗流过程。针对裂隙密度较大的岩体 ,把裂隙岩体等效为连续介质来处理 ,建立了有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流数学模型。采用有限元方法作为数值模拟手段 ,编制了考虑地表入渗的饱和非饱和渗流有限元计算程序。用一室内模型试验对程序的可靠性进行了检验 ,检验结果表明模型和计算程序是合理的。最后介绍了程序在一实际工程问题中的应用。