“地质体渐近破坏过程的演化机理及计算模型”2010年度报告

该研究“地质体渐进破坏过程的演化机理及计算模型”主要针对工程地质灾害在成形阶段地质体由连续介质向非连续介质的转化特性,建立地质体由既有局部破坏向整体贯穿性破坏的内在机理,并建立相应的判别准则;发展细观与宏观力学参量对应关系的均匀化方法和局部化模型,通过对地质体在灾害成形阶段的宏观细分析,建立内部破坏状态与宏观可测物理量之间的对应关系,并重点研究地质体内部破裂程度与声发射、波动特性及衰减规律、内部滑移与地表位移、地表裂缝之间的对应关系,确定地质灾害发生的前兆信息;发展地质体宏观连续体模型与细观离散体模型相结合的跨尺度计算模型,并开发相应的计算软件。在2010年度,研究组围绕年度研究计划,主要开展了如下工作,即:提出了非均质梯度Cosserat连续体的Hill定理;发展了基于细观力学信息的模拟颗粒材料力学响应的离散颗粒集合体-Cosserat连续体的宏观本构模型与细宏观计算均匀化方法;发展了耦合离散单元法和Cosserat连续体有限元法的连接尺度方法;研究了工程地质灾害中岩土颗粒介质的类固-液转化特性及本构模型;发展了岩土材料离散元方法的高性能、大规模数值算法;研究了考虑滚动摩擦的颗粒接触模型和具有破碎解簇功能的非规则颗粒;研究了基于亚塑性/扰动状态模型的土石混合体渐进破坏模拟及颗粒破碎影响;研究了地质体渐进破坏过程及剪切带的发生与演化机理。     

岩体稳定数值模拟的模型结构确定原则

针对原型结构的复杂性，提出了在保证计算结果合理性的前进下简化模型结构的尺度原则和模式机制观点.尺度原则以地质体大小和结构面规模与模型尺度大小的相对关系作为介质类型划分和结构面取舍的依据；模式机制观点则从结构面和软弱介质对岩体变形和破坏的重要控制意义的角度讨论模型的介质类型划分问题.     

基于FLAC3D万家口子水电站滑坡体三维模型计算分析

FLAC3D基于差分格式的三维快速拉格朗日分析程序,能很好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流动的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形。根据万家口子水电站左岸滑坡体的地质特性,运用FLAC3D建立计算模型,并在自重及自重+地震荷载种天然工况下进行三维稳定分析计算,验证了计算模型的合理性,并为进一步库水位突变工况数值模拟计算提供可靠依据。     

强降雨激励下松散岩堆路堑边坡稳定性分析

岩堆是我国西南高山峡谷区常见的不良地质体,其存在对高速公路边坡稳定性提出了严峻挑战。文章依托国家高速公路网规划中南北纵线G85高速公路工程,运用数值模拟的方法研究了深厚岩堆拉锚抗滑桩路堑边坡在自然、强降雨和地震状态下的稳定性,对比分析了岩堆体在自然状态、地震状态与强降雨条件下岩堆体边坡变形破坏特征及锚索轴力变化规律。计算结果表明,开挖对岩堆体变形有较大影响,岩堆体自然状态和暴雨状态下,在无任何加固措施时整体稳定性相对较低;增加抗滑桩和锚索加固后,安全系数均有所提高,潜在滑动面整体向下移至抗滑桩下部,加固作用效果显著。研究成果为岩堆路堑边坡工程设计与施工提供了参考依据。     

煤力学特征的对比试验分析及其在煤与瓦斯突出研究中的应用

运用一种新的构造煤采样与加工方法,通过大量的试验测定,对比分析了原生结构煤和构造煤的力学特征;定量讨论了主要力学参数间的相关关系,给出了描述煤体破坏状态的分布函数式,并且模拟构成煤与瓦斯突出4个主要能量体之间的相互作用,建立了简化力学模型;从理论上证明了构造煤厚度是煤与瓦斯突出的一个启动因素,讨论了计算其临界值的可能性.     

定向井井壁稳定性随钻预测

 随着勘探开发地质环境日益复杂,特殊工艺井数量直线上升,随之而来的井壁稳定性问题引起了广泛关注。本文基于地质统计分析基础,提出了随钻预测定向井井壁稳定性分析方法。通过分析已钻井的地震、测井资料,采用地质统计中配置协同克里金以及序贯高斯模拟相结合的方法,预测出整个区块的三维岩石力学参数数据体,根据待钻井的轨迹,提取井眼轨迹处的岩石力学参数值,通过定向井坍塌、破裂和孔隙压力模型,建立相应的分层岩石力学预测模型,减少发生井壁失稳的可能性,同时可以和随钻测井资料对比预测结果的准确性,提高预测精度。     

大气边界层湍流积分尺度的分析方法

分析了大气边界层风洞中模拟湍流和实测大气湍流的积分尺度，通过风洞中的模拟湍积分尺度分析，检验了Taylor假设的合理性，并比较了五种常用方法的计算结果，确定出合适的分析方法；利用自相关函数直接积分和自拟合模型（AR模型）的方法分析了实际大气湍流的积分尺度，结果证明自相关函数直接积分的方法最为简便合理。     

储层构造裂缝数值模拟技术

数值模拟技术是对储层构造裂缝进行定量预测及确定构造裂缝空间分布的一种有效方法，文中给出了构造裂缝定量预测的数值模拟技术的基本原理和实施方法，该项技术是根据构造变形反演研究区域的边界条件及地质模型用有限元方法进行正演计算，确定出研究区的应力场，再结合岩石破裂准则确定裂缝的空间分布，讨论了地质模型、力学模型和数学计算模型之间的关系，并具体应用岩石破裂准则进行了裂缝计算。     

隧道反射波超前探测有限差分正演模拟与偏移处理

针对地下工程领域隧道不良地质灾害超前探测问题,构建断层、倾斜软弱夹层等地质灾害体的隧道介质模型,研究隧道反射波超前探测的波场传播机理与偏移成像问题。利用一阶速度-应力弹性波方程和高阶交错网格差分计算方法,导出隧道工程反射波探测数值模拟的差分计算格式、数值稳定性条件以及边界条件,对上述模型进行正演模拟,得到相应模型不同时刻的波场快照与地震合成记录;通过对这些模拟结果进行分析,验证高阶交错网格差分法在隧道波场正演中的有效性。在导出弹性波方程逆时延拓交错网格差分计算格式基础上,通过求解程函数方程,获取激发时间成像条件,进而得到隧道全波场逆时偏移算法及偏移处理程序,并应用于隧道波场偏移成像中。研究结果表明:采用高阶交错网格有限差分逆时偏移算法能使反射波归位,绕射波收敛,从而大大提高了隧道工程反射波探测的分辨率,为隧道超前探测资料的解释提供理论依据。     

岩体边坡滑移的系统学预报研究

滑坡灾害已成为全世界公认的三大地质灾害之一，以中国为例，每年由于滑坡而造成的经济损失高达200亿元左右，为此，滑坡引起了世界范围内的高度重视．然而，由于边坡岩体经常与传统概念中的均匀、连续介质之间存在明显差异，使得用传统连续介质力学方法计算边坡稳定性误差很大．事实上，岩体边坡作为一种复杂的地质体，是一个不断变化发展的地质系统，因此系统科学方法被引入岩体力学．该文结合作者本人的工程实践，将非等距时间序列灰色预测方法、协同学方法、神经网络方法和模糊神经网络等应用于岩体高边坡失稳过程分析和稳定性预测，并对它们的适用范围和应用效果进行了分析．该文还分析了边坡稳定性系统预测中应该解决的一些问题．     

不同种类环氧树脂对PA6/CaCl2体系性能的影响

利用熔融挤出法研究了两种不同环氧值的环氧树脂(E20,E06)对PA6/CaCl2复合体系的结晶、力学、耐热性能的影响。结果表明,在相同环氧树脂含量下,PA6/CaCl2/E20复合材料的熔融温度、起始结晶温度、结晶峰温度、结晶度大体上低于PA6/CaCl2/E06复合材料的值,PA6的结晶受限程度也较大。当EP含量为9份时,PA6/CaCl2/E20与PA6/CaCl2/E06复合材料的拉伸强度均达到最大值(92.7,87.0 MPa),与PA6/CaCl2(47.0 MPa)相比提高了97%和85%。当E20,E06含量分别为3份、5份时,PA6/CaCl2/EP复合材料的冲击强度分别达到最大值8.7,8.7 kJ/m2,与PA6/CaCl2(6.0 kJ/m2)相比提高了45%。另外,加入适量E20,E06后,复合材料耐热性能均有显著提高,且热稳定性降幅不大。综合得知,加入适量的环氧值较高的E20可以得到力学性能优良、耐热性能较好的PA6/CaCl2/E20复合材料。     

基于《基建工程质量控制作业标准（WHS）》的质量控制体系研究

本文运用质量管理理论对《基建工程质量控制作业标准（WHS）》进行剖析,论述模型的合理性,并提出改进意见,从工程监理角度对基建工程的质量控制体系进行探讨。     

中医主要概念的现代描述

中医是灿烂中华文化的一部分,数千年来为中华民族的生存和发展做出重大贡献,但仍沿用古老和不精确的理论。本文应用现代方法对其进行描述,试图推动中医理论的现代化。吉布斯自由能判据可预测生化反应能否自动发生,证实自由能可推动生化反应。"气"被定义为体内的自由能,可用物理方法来描述。"血"是体内有益的液体和固体物质。引入熵产生率函数来描述人体内不可逆过程的熵产生,论述它与健康状况之关系。"阴和阳"对应于身体的新陈代谢。新陈代谢是体内物理和化学过程的总称,其中合成过程把食物变成组织内的生命物质,即中医所说"阴成形";分解过程把大分子物质分解为更小、更简单的物质,同时释放出人体所需的自由能,即中医所说"阳化气"。人体"气血"状况和治病的效果可通过米氏方程来定量描述。     

矿山地质环境变异的模糊综合评价

利用现场调查收集灾害点和区域地质环境数据,将模糊综合评判应用到区域地质灾害危险性评价中,在模糊综合评判时,由于评价因素较多,因此采用二级模糊综合评判模型．评价集采用三级评价标准,即把地质灾害危险性划分为危险性小、危险性中等和危险性大三类．确定了三个参评要素：地质环境条件、地质动力和历史状况,十一个评价因子,采用半梯形分布隶属函数曲线确定其隶属度．选用在传统的层次分析方法上有所改进的模糊层次分析法（FAHP）作为评价因素权重的确定方法,确定了各评价要素、因子的权重值．然后进行模糊变换与综合评判,根据最大隶属度原则,评判计算单元所属危险性级别．为定量评估研究区地质灾害危险性,把整个太原市西山矿区进行单元划分。将全区划分为23个有效单元．文中以第15单元为例具体说明了模糊综合评判方法．在整个研究区运用该方法,计算出每个单元所属地质灾害危险性类别,从而判断了各单元所属的危险性等级．     

从被动应对到主动防御—我国重大自然灾害监测与防御领域取得重大进展

由于近年来全球气候变化异常,我国地域范围广,地理条件复杂,因此频受自然灾害袭击,同时,我国处在经济社会转型的关键时期,自然灾害对我国的经济发展和社会稳定造成的影响越来越大,为此,国家颁布《国家中长期科技发展规划纲要（2006-2020年）》,在防灾减灾方面,要求重点研究地震、台风和暴雨、洪水、地质灾害、森林火灾等重大自然灾害的监测预警和风险分析技术,并部署了一大批科技项目。本文就《纲要》实施以来,对我国重大自然灾害的监测与防御工作取得的阶段性的成果进行专题报道。     

基于听觉图像的音乐流派自动分类

音乐流派的自动分类是音乐信息检索系统的重要组成部分.将听觉图像引入音乐流派的分类研究中,用听觉图像模型模拟人耳耳蜗结构,基于音乐流派分类研究常用的GTZAN数据库,将一维音频信号转换为二维听觉图像,对音乐听觉图像进行尺度不变特征转换（SIFT）及空间金字塔匹配（SPM）,从局部到整体地提取图像的纹理特征,最后采用LibSVM中线性核函数的支持向量机对音乐流派进行分类.实验结果表明,与同样基于人耳耳蜗结构提出的美尔频率倒谱系数（MFCC）流派分类方法相比,基于听觉图像的流派分类正确率提高15%.     

MATLAB在动态电路分析中的应用

通过几个具体的电路实例,介绍了MATLAB的电路分析方法在动态电路分析方面的应用．利用MATLAB的dsolve函数来求解电路的微分方程（组）;用diff函数求导数,根据电压（电流）求出电流（电压）;利用plot函数绘制电压和电流的变化曲线;利用Simulink功能可直接建立电路仿真模型,使解题过程变得简单、便捷．     

我国食物（食品）质量安全存在的主要问题及应对措施

食品是人类赖以生存和发展的基本生活资料,如果食品安全无法得到保证,人类的生存与发展就会受到威胁。事实上,食品安全问题是世界各国都面临的一个难题。2011年3月的双汇＂瘦肉精事件＂尘埃未落,＂毒血旺＂、＂牛肉膏＂、＂染色馒头＂等食品安全事件又接踵而至,引起了国家领导人和政府相关部门的空前重视.本文以科学发展观为指导,贯穿以人为本的理念,围绕树立大质量观和＂以质取胜＂战略要求,阐述了当前食物（食品）质量安全的现状,分析了当前我国食物（食品）质量安全存在的问题以及产生的原因,在此基础上,提出了6项措施.1）全社会共同参食物（食品）质量安全工作;2）关注食物（食品）质量安全;3）控制食物（食品）污染;4）建立食物（食品）质量安全信息服务;5）加强食物（食品）质量安全监管体系建设;6）注重产品食物（食品）质量安全国际交流与合作.     

工学结合与职业能力培养的思考——基于《模拟电子技术》课程立体化建设的研究与实践

教改课题“基于能力培养的《模拟电子技术》立体化教材建设的研究与实践”是集课堂教学（教室、实验室、模拟车间）、社会舞台（社区、竞赛）、企业（生产、科研、维修）和网络资源为一体的《模拟电子技术》课程立体化建设研究项目,阐明了《模拟电子技术》课程立体化建设的工学结合是职业能力培养的关键。