熵权优化的未确知测度停工复建高速公路路基边坡稳定性研究

针对复建高速公路路基边坡稳定性评价分级中诸多不确定性和隐蔽性问题,通过建立未确知测度评判模型,结合复建高速公路路基边坡评价标准与工程实践,分析判定机理,并进行分级评价。以某复建高速公路路基边坡的病害特征及成因机理为例,选取岩石质量等11项未确知测度评价指标,建立各评价因子的未确知测度函数,分别对其进行量化数理分析,并利用信息熵计算指标权重,依照"置信度识别准则"对该复建高速公路路基边坡稳定性进行等级判定。研究结果表明:基于熵法的未确知测度理论评价模型避免了传统指标权重赋值的主观随意性,使评价结果更加科学准确,而且能够更客观地反映复建高速公路路基边坡等特殊工程危险源的类别,为复建高速公路路基边坡稳定防治研究提供了一种新思路。     

岩爆倾向性分析的CW-GT-TODIM预测模型及其应用

综合CW-GT法和TODIM法得到新组合预测模型,用于对岩爆倾向性进行预测。从应力、岩性与围岩方面选取了影响岩爆的8个主要评价指标,构建岩爆等级综合指标预测体系,再通过CW-GT法确定各评价指标的合理组合权重,进而结合TODIM法分别计算得到每个岩爆等级的总体感知优越度,从而预测得到相应岩爆等级。判断结果与AHP-TOPSIS和AHP-FUZZY综合评判模型的结果相吻合,实践表明:该模型适用于岩爆等级的预测,且预测的计算过程简单、清晰,为岩爆等级的预测问题提供了一条新的途径。     

基于主成分Fisher判别分析的矿井通风系统安全评价

应用统计学理论并结合对矿井通风系统经济性、安全性的要求,利用SPSS软件对学习样本进行主成分分析(PCA).有效的选取了主成分,然后对主成分进行Fisher判别分析(FDA),建立了主成分Fisher判别分析模型(PCA-FDA).运用模型对实际生产的矿井通风系统安全性进行判别,并与传统的Fisher判别模型及BP模型进行比较.研究结果表明:利用SPSS主成分判别模型能够有效地消除样本变量指标阃的相互影响,大幅减少计算时间,使矿井通风系统安全判别结果更加准确,便于实际推广和应用.     

考虑孔隙压密的岩石非线性变形行为计算分析

含孔隙裂隙岩石的非线性变形对分析岩体工程中的力学响应和安全评价具有重要意义.需要考虑岩石的孔隙性建立能够反映岩石变形非线性特性的本构模型.本文首先分析了岩石非线性变形的力学机理,将岩石的全应力应变曲线分成两段.然后对两段分别建立本构关系:在压密闭合阶段,提出压密因子的概念,以表征孔隙率变化对岩石变形特性的影响;除压密闭合阶段外的另一阶段,基于损伤理论,采用岩石细观单元本构模型来描述,以最大拉应变准则和摩尔-库仑准则作为损伤判断准则.借助有限元分析软件COMSOL Multiphysics,通过MATLAB编程实现对该模型的数值求解.为验证模型的正确性,将数值模拟得到的结果与试验数据进行对比.最后,对6种孔隙率不同但岩石基质相同的岩石进行了单轴压缩破坏过程数值模拟.研究结果表明:运用提出的压密因子所建立的本构模型可以很好地模拟岩石的压密闭合阶段的非线性,对同种岩石孔隙率越大单轴抗压强度越小,随孔隙被压密弹性模量越来越大.     

三峡库区典型滑坡危险度评价方法探讨

随着滑坡学的发展,如何定量和客观的评价典型滑坡的危险度越来越得到关注,根据典型滑坡的强度指标和发生可能性指标建立典型岩质滑坡危险度评价指标体系,利用信息熵原理,结合巫山县21个典型岩质滑坡计算各评价因子客观权重,建立定量评价模型.计算巫山县21个典型岩质滑坡的危险度,通过实地调查对评价结果进行对比验证,危险度评价结果处于高危险度的有3个点,占14.2%;中等危险度14个,占66.7%;低危险度4个,占19.1%;准确率达90.4%,此模型可作为评价典型滑坡危险度的新方法进行推广运用,为滑坡的防治提供依据.     

基于改进IDA的混凝土坝地震易损性研究

针对目前混凝土坝易损性分析研究中震害等级划分多采用单一指标以及增量动力分析法(IDA)中选取步长增量时未考虑结构响应等问题,本文提出基于改进IDA的混凝土坝易损性分析方法:首先采用功效系数法以位移、应力、损伤区域为指标对坝体结构破坏进行综合评价,并应用变权模型考虑指标数值对指标权重的影响;然后通过计算得到的坝体综合破坏指数,根据坝体震害等级划分采用变增量步长法改进IDA法,从而可以更加全面地计算分析坝体在不同强度地震作用下从弹性状态到完全破坏的结构响应过程;最后,以某混凝土坝挡水坝段为例,建立有限元模型计算结构地震响应,应用改进IDA法绘制其地震易损性曲线.结果表明,该方法可以分析坝体结构在不同地震强度作用下产生各个等级破坏的概率,进而为混凝土坝结构抗震安全设计等提供理论依据.     

基于未确知测度理论的停工复建高速公路涵洞既有结构质量评价

针对停工复建高速公路涵洞既有结构质量评价中存在诸多不确定性因素的问题,为有针对性地进行复建工作,通过对影响涵洞既有结构质量因素的研究,综合信息熵和未确知测度理论方法建立了涵洞既有结构质量评价模型。根据相关标准规范,选取涵洞偏位、流水面高程、竖直度、裂缝宽度、蜂窝麻面面积、混凝土强度、混凝土碳化程度、钢筋保护层厚度等8个相互独立的影响因子作为未确知测度模型的判别指标,并依据实测数据建立各个评价指标的未确知测度函数,基于信息熵理论计算各指标权重,最后采用置信度识别准则对复建高速公路涵洞既有结构质量进行等级判定。将该模型应用于萍洪复建高速公路7个涵洞的既有结构质量评价,研究结果表明:该方法评判结果与现场实际情况完全一致,且该方法评价过程科学合理,为复建高速公路涵洞既有结构质量评价提供了一种新的方法。     

基于黏土颗粒含量的泥石流容重计算

泥石流的黏粒含量对泥石流容重(γC)有很大的影响. 通过对我国西南地区45条典型的沟道泥石流容重与黏粒含量关系的统计分析, 基于黏粒含量, 使用多项式对泥石流容重进行计算, 取得良好的结果, 所建立的广义多项式模式和针对黏性泥石流的对数模式可应用于无法观测的泥石流沟的泥石流容重计算. 计算结果与实际观测分析的误差较小, 这说明该模式具有很强的针对性. 通过分析确定泥石流黏粒含量与容重的关系是黏粒含量影响泥石流的形成、运动和悬浮颗粒粒径的结果, 其机理清楚可靠. 通过泥石流黏粒含量与容重的关系趋势线分析发现黏粒含量很少(3%以下)时, 形成的泥石流通常为稀性泥石流, 泥石流体的容重随黏粒含量的减少而减小, 这种泥石流随着黏粒含量的降低向水石流或者夹沙水流的状态发展. 黏粒含量在3%～18%之间时, 容易形成黏性泥石流, 黏粒含量在5%～10%时泥石流的容重随黏粒含量的增加而增加, 黏粒含量在10%～18%时泥石流的容重随黏粒含量的增加而减小. 黏粒含量超过18%时, 容易形成泥流, 这时候形成的泥流的容重与低黏粒含量时形成的稀性泥石流随黏粒含量的变化趋势相反, 性质方面也有很大差别, 黏粒含量在7%～11%之间时候形成的泥石流的容重平均值最大. 特别地, 对于黏性泥石流, 模拟出的对数容重计算公式, 适用于黏粒含量3%～18%的泥石流体, 该方程容重计算值最大可达2.32 (t/m3). 这与目前泥石流容重的最大观测值相符.     

一种岩石损伤流变模型及数值分析

根据石膏角砾岩的蠕变特性,建立石膏角砾岩的损伤流变模型;推导有限元计算中黏弹塑性损伤流变模型黏性应变的计算公式,结合初应变法的基本原理,分析模型的有限元求解过程;用MATLAB编制了损伤流变模型的平面应变有限元计算程序。利用编制的程序对石膏角砾岩蠕变试验进行有限元分析,有限元计算结果与蠕变试验结果吻合得较好,表明采用统计损伤理论研究岩石的非线性流变是可行、有效的。     

深层油气藏水力压裂裂缝扩展数值模拟

深层油气藏水力压裂过程中的岩石变形,不仅要考虑弹性变形还要考虑塑性变形的问题,以往的裂缝扩展数值模拟都没有考虑塑性变形.文章基于Drucker-Prager屈服准则和相关联的流动法则建立了弹塑性水力裂缝扩展的数学模型.模型使用润滑理论描述裂缝内流体流动,耦合岩体变形,采用内聚力模型对裂缝扩展过程进行描述.基于有限元方法编制了数值求解器,通过与经典模型计算结果比较,验证了数学模型和算法的正确性.研究结果表明:相比于弹性水力裂缝,在流体注入量相同时,弹塑性水力裂缝长度短,裂缝宽度大,扩展时需要更高的流体压力.由于塑性应变的存在,缝内流体返排后,弹塑性水力裂缝不会完全闭合.随着岩石摩擦角的增大,弹塑性水力裂缝的宽度减小,所需流体压力增大.相对于理想弹塑性,硬化岩石介质中的水力裂缝宽度较小,所需流体压力较大.     

裂隙介质两相渗流数值模拟研究

以离散裂隙概念为基础建立了离散裂隙型模型,该模型通过对裂隙的降维处理提高了计算效率并适用于所有类型裂隙介质的渗流研究。详细阐述了离散裂隙型模型的基本原理及其两相渗流数学模型,基于Galerkin加权残量法建立了该模型的有限元数值计算格式。通过单裂隙中的Buckley–Leverett两相渗流算例验证了数值算法的正确性。以裂缝性油藏注水开发为例,应用离散裂隙型模型分别对2种不同类型的裂隙介质进行了实例研究。数值计算结果表明：裂隙的存在导致了岩体的强烈非均质性和各向异性,其中裂隙的方位、大小、连通性及其类别对裂隙介质两相渗流均有着重要的影响;正确认识裂隙的分布及其类别对于裂缝性油藏的开发动态研究及其注采井网的布置有着重要的实际意义 。     

多维虚内键模型(VMIB)及其在岩体数值模拟中的应用

多维虚内键模型(VMIB, virtual multi-dimensional internal bonds)是在虚内键(VIB, virtual internal bond)理论基础上发展起来的一个多尺度力学模型. VIB理论认为固体材料在微观尺度上由随机分布的材料微粒(material particle)组成, 微粒之间由单一法向键连结; 而VMIB模型则在原VIB模型单一法向键基础上又引入了切向键用以约束微粒点对之间的相对转动自由度. 材料的宏观本构方程则由两种虚内键的刚度系数导出, 并在理论上证明了微观两种虚内键的刚度系数与宏观材料常数之间存在一一对应关系, 表明了在VMIB模型中增加切向键的充分性和必要性. 由于材料的断裂准则直接嵌入到本构方程中, 这使得VIB和VMIB模型在模拟材料断裂破坏方面有着较大的优越性. 岩体由于受到分布裂纹的切割作用, 宏观上表现为各向异性力学特征. 在岩体损伤模型中, 岩体裂纹的分布特征通常由损伤张量描述. 岩体在某一方向上的相对刚度大小决定于该方向上损伤值的大小. 在VMIB模型中, 微观虚内键的空间分布密度决定着材料宏观各方向上相对刚度的大小, 这与岩体损伤对岩体力学性能的影响是一致的. 文中在损伤张量与虚内键分布密度之间建立了定量关系, 将岩体等效为VMIB固体. 理论与试验结果表明, 这种等效的VMIB固体可以再现分布裂纹对岩体力学性能的影响, 这为进一步应用VMIB模型对岩体破坏行为进行数值模拟奠定了基础, 同时也为其他多裂纹体的数值计算提供一种新思路.     

基于黏塑性损伤模型的高拱坝长期稳定性评价

高拱坝长期稳定性分析对高拱坝长期安全至关重要,除了要考虑坝址区岩体的时效变形及损伤外,还应采取合理的整体稳定和局部破坏的判别指标.基于弹-黏弹-黏塑性模型,提出了一种采用时效塑性余能与超屈服力进行高拱坝长期稳定评价的分析方法.黏弹性模型采用Kelvin模型,黏塑性模型采用Duvaut-Lions模型,基于连续损伤力学的有效应力和应变等效假设,编制了可以考虑损伤的三维有限元分析程序,并应用于高拱坝的长期稳定性分析中.根据塑性余能与时间的关系曲线来评价高拱坝的长期稳定性,根据超出屈服面的超屈服力的发展和分布来评价局部破坏和关键加固部位.结果表明,该方法可有效用于高拱坝的长期安全性评估.     

岩体强度的尺寸效应和均质效应

为了实现岩体和标准岩样强度之间的工程变换,采用实验室试验和数值试验方法,参照以往的试验结果,研究了岩体强度的尺寸效应和均质效应,得出了同时考虑两种效应的用于计算岩体单向抗压强度的计算式。结果表明:岩体宏观强度可由基于Weibull分布的岩块强度和均质度很好的近似,并遵循两者的衰减规律。     

金属矿留矿法采场顶板力学模型及蠕变损伤断裂分析

为了分析金属矿留矿采矿法采场顶板允许暴露的极限宽度,以及顶板岩石在蠕变损伤作用下的稳定时间,运用薄板理论和弹塑性理论,对采场顶板断裂失稳过程建立由四边固支向四边简支演化的力学分析模型,推导出两个阶段顶板允许暴露的极限宽度的计算公式,然后基于蠕变损伤理论分析上述两个阶段顶板各自的稳定时间,并推导出相应的表达式。将理论推导结果应用于工程实践,在给定的参数下(顶板厚度h、长度2a、自重应力q、泊松比μ、岩石抗拉强度σ_t、岩体抗拉强度σ_s、岩石材料参数n和C),即可计算出采场顶板允许暴露的极限宽度及其稳定时间。结果表明,所推导出的计算公式计算简便,与现场实际相吻合,具有良好的适用性。     

基于LS-SVR小样本容量的爆破振动峰值速度预测研究

针对爆破振动峰值速度在小样本容量统计条件下的准确预测问题,应用最小二乘支持向量机理论,选取最大段药量、总装药量、水平距离、高程差、前排抵抗线、预裂缝穿透率、岩体完整性系数、测点与最小抵抗线方向夹角、炸药爆速等9个影响因子,建立小样本容量统计条件下的爆破振动峰值速度回归预测模型(LS-SVR)。选取23组爆破振动实测数据,其中,前16组为训练样本,后7组用于结果预测,并与基因表达式编程(GEP)模型和模糊神经网络(FNN)的预测结果进行综合对比,得到LS-SVR、GEP和FNN预测模型平均相对误差分别为5.1%、8.7%和11.3%。研究表明:LS-SVR模型的预测结果与实测数据更吻合,拟合性更好。且在小样本容量统计下,LS-SVR模型可以准确地对爆破振动峰值速度进行预测,为类似工程的小样本容量统计预测提供了一定的可行方法。     

超声速湍流燃烧火焰面模型理论分析

火焰面模型由于具有物理直观、计算效率高等优点,受到了学术界的高度重视,并逐渐被用于超声速燃烧的数值模拟中．但是,火焰面模型是从低速流中发展起来的,超声速流中火焰面模型假设是否成立,火焰面模型能否用于描述超声速燃烧,亟需澄清和证实．基于此,本文从理论上对超声速燃烧流场中是否存在火焰面模式进行判别．首先讨论了湍流脉动与火焰面之间的相互作用,给出了不同作用程度下所呈现的燃烧机制;然后对超燃冲压发动机燃烧室内部湍流流动与燃烧的特征尺度进行计算和比较,用于判定超声速流中火焰面模型假设是否成立,结果发现对预混燃烧,考虑实际低速回流区／剪切层中脉动速度较低,所有飞行马赫数下超声速燃烧流场均满足火焰面模型假设;对于非预混燃烧,除高飞行马赫数下极小部分燃烧流场位于慢化学反应区外,其余也均满足火焰面模型假设;最后以德国宇航研究中心的支板喷氢超声速燃烧流场为例进行数值计算,以便从定量上对燃烧模式进行细致判别,结果发现超声速燃烧发生的区域为充分发展的湍流区,且整个流场中火焰面模型假设成立．     

ConEntity：一种基于进程的自主并发实体编程模型及其实现

摘要本文在虚拟计算环境之上,研究支持具有自主能力、高并发的新型互联网应用开发方法,在已有的基于进程、面向并发的编程模型中引入实体建模机制,扩展出一种兼具进程和自主并发实体的程序设计模型ConEntity,并给出了形式化定义和描述．ConEntity模型具有表达性、并发性和可伸缩性的特点,能对虚拟计算环境资源高效、透明访问．通过扩展Erlang／OTP将其实现为Erlang语言设施UniAgent．本文的模型为在虚拟计算环境上快速直接构建具有自主、高并发能力实体的新型互联网应用提供了模型和语言上的支持．     

小浪底水库调水调沙期水沙运动全过程模拟

为模拟调水调沙期小浪底库区水沙运动过程,建立了考虑有干支流倒回灌的明流与异重流交替演算的一维水沙耦合模型.该模型采用了适用于复杂支流水系的零维水库法和考虑支流底坡的流量公式计算干支流倒回灌,采用潜入点判别条件衔接明流与异重流计算,并考虑了非静止水面假定下异重流与上层清水的耦合.应用该模型对选取的2002年及2012年小浪底水库调水调沙过程分别开展参数率定及不同工况下的过程反演.计算结果表明,库区自上而下可划分为零支流库区段、明流段和异重流段,考虑倒回灌过程的模型在3个区段均能较好还原实测水沙过程,不考虑的模型仅在零支流库区段和考虑的模型误差相近;由于其忽略了干支流倒回灌对水沙输移的影响,明流段的水位、流量及含沙量在回灌期偏小,在倒灌期偏大;异重流段的潜入点位置及时间滞后,异重流交界面高程、流速及含沙量偏大,计算排沙比过高.另外,模型相关参数的敏感性分析还表明,交界面阻力系数、倒灌阻力损失系数和水量掺混系数对计算结果的影响依次减小;其中交界面阻力系数的增大,一定程度上导致模型响应的滞后;倒灌阻力损失系数的影响,则需依据支流底坡的具体大小分情况讨论.     

道路照明可见度计算模型研究

在城市道路照明中,可见度是对驾驶员的视觉可靠性起综合影响作用的评价指标,它对道路照明安全和节能起着非常重要的作用.本文介绍了道路照明可见度的概念及影响因素,详细研究了可运用于道路照明可见度设计中的小目标可见度的计算模型;从驾驶员的视功能和视觉舒适性出发,阐述了制定城市道路照明可见度标准的重要意义.