国家自然科学基金(51374122)
- 作品数：13 被引量：90H指数：6
- 相关作者：王学滨潘一山杜亚志马冰郭翔更多>>
- 相关机构：辽宁工程技术大学中国矿业大学（北京）中国地震局更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家教育部博士点基金辽宁省科学事业公益研究基金更多>>
- 相关领域：建筑科学矿业工程天文地球理学更多>>
- 粒径及洞室形状对围岩应力、应变影响的模拟被引量：1
- 2014年
- 将岩石视为含孔隙的颗粒体材料,研究了粒径尺寸及洞室形状对洞室围岩中的最大、最小主应力及剪切应变增量的影响。研究发现,随着粒径尺寸的降低,呈圆环形的剪切应变增量的高值区圈数增加,其间距(与颗粒平均直径大致相同)降低;呈辐射状的最大主应力的正高值区(受拉区)范围减小。最小主应力的负高值区(受压区)与剪切应变增量的高值区呈现类似的规律,这两种高值区与压力拱的形态基本一致。洞室围岩中的最大主应力的值有正有负(径向受拉或受压),其正值主要位于洞室表面附近,这是由于这一位置高的最小主应力引起了颗粒之间的明显剪切错动;其余的正值位置较为分散,且其值较小。洞室围岩中的剪切应变增量、最小主应力及最大主应力的分布规律都受洞室形状的影响。在洞室表面的尖角位置,前两种量都较高,而最后一种量较低。最大主应力在洞室表面的直边界上向围岩中延伸的尺寸较大,这对于围岩的稳定有不利的影响。
- 伍小林王学滨潘一山
- 关键词：粒径围岩孔隙拉应力压力拱
- 加载方式及抗拉强度对巴西圆盘试验影响的连续-非连续方法数值模拟被引量：25
- 2017年
- 研究了集中加载、加载板加载和平台加载3种不同加载方式对巴西圆盘的宏观力学行为、开裂过程以及材料的抗拉强度的影响。对于平台加载方式给出了不同平台加载角时抗拉强度的修正系数。在数值模拟中,采用了自主开发的连续-非连续方法,该方法将拉格朗日元、变形体离散元及虚拟裂纹模型耦合在一起,既可以很好地模拟弹性阶段的变形,又可以较好地模拟材料的真实开裂过程。研究发现,采用平台加载方式,有利于圆盘中心起裂,而采用集中加载和加载板加载方式,圆盘的加载部位容易发生剪破坏。在圆盘中心起裂时,集中加载方式的抗拉强度的数值解最接近于选取的抗拉强度,然后是加载板加载方式,最后是平台加载方式。无论对于哪种加载方式,在材料的抗拉强度较小时,圆盘易于中心起裂,否则圆盘的加载部位将发生剪破坏。圆盘中心起裂后,众多微裂纹汇聚成的裂纹带在垂直方向不断扩展,直至贯穿整个圆盘,同时伴有应力波产生并传播。
- 郭翔王学滨白雪元王春伟齐大雷
- 关键词：开裂抗拉强度集中力数值模拟
- 基于DIC方法的土样剪切带倾角的演变规律研究被引量：1
- 2019年
- 采用数字图像相关(DIC)方法测量了单轴压缩长方体土样变形破坏过程中表面的应变场,并根据最大剪应变场研究了土样剪切带倾角的演变规律。剪切带倾角是通过对包含剪切带的四边形区域内最大剪应变逐行或逐列搜索获得的最大值对应的坐标进行线性拟合得到的。首先,分析了搜索方式及插值点的数量对剪切带倾角的影响,发现采用逐行搜索方法且当插值点的数量与原始测点的数量之比大于16时,获得的剪切带倾角比较准确;然后,对12个土样中24条剪切带的倾角的演变规律进行了测量,发现在剪切带发展过程中,剪切带的形状逐渐由不规则向规则转变,剪切带倾角的最大及最小变化量分别为9°和0.6°,剪切带倾角的范围为46.5°~72.3°,随着纵向应变的增加,剪切带倾角的演变规律主要包含5种模式。
- 杜亚志王学滨王学滨侯文腾冯威武
- 关键词：剪切带倾角数字图像相关方法土样
- 单轴压缩湿砂土试样主应变轴偏转规律试验研究被引量：5
- 2016年
- 利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关方法,获得了单轴压缩湿砂土试样观测平面内主应变轴偏转角的时空分布规律。采用双三次样条插值方法,获取了任意位置的主应变轴偏转角,分析了土样将来出现剪切带位置、剪切带的中心及其尖端附近和剪切带外的主应变轴偏转角随纵向应变的演变规律。研究发现,随着纵向应变的增加,在土样观测平面内,主应变轴偏转角的范围由分散逐渐变得稳定,大部分区域最终分布在-10°~10°之间。当出现较清晰的剪切带以后（硬化阶段后期）,剪切带内不同位置处主应变轴偏转角基本趋于恒定或稍有下降,大致稳定在-5°~5°之间,这与剪切带外的点的主应变轴偏转角均处于发展之中不同;而在剪切带尖端附近的点,主应变轴偏转角随纵向应变的演变规律比较复杂。
- 顾路王学滨杜亚志冯威武
- 关键词：剪切带样条插值数字图像相关方法
- 基于测点优化的亚像素数字图像相关方法被引量：2
- 2017年
- 鉴于传统数字图像相关(DIC)方法采用的布点方式(水平成行,垂直成列)很可能会将一些测点分布在散斑质量较差的位置,提出了一种基于测点优化、Newton-Raphson(N-R)迭代与粒子群优化(PSO)算法的DIC方法。首先,通过在原始测点周围寻找散斑质量较好的区域来优化测点位置;然后,采用基于N-R迭代与PSO的粗细搜索方法计算优化后(非均匀分布)测点的位移场;最后,采用二维格林样条插值算法对该位移场进行插值以获得原始测点处的位移场,再由中心差分方法获得应变场。对3幅散斑质量差别较大的散斑图上的测点进行了优化,并将传统方法和提出方法获得的应变的各种结果进行了比较。研究发现,当样本子区尺寸在21~41 pixel之间时,对于平均灰度梯度处于10~20 pixel^(-3),且预加应变量处于0.01~0.05之间的散斑图,采用该方法可以获得较好的测量结果,这与优化测点位置有关。若采用该方法仅对原始测点中分布在散斑质量较差位置处的那些测点进行优化,有望获得更为理想的测量结果。
- 张楠王学滨杜亚志
- 关键词：数字图像相关方法
- 单轴压缩湿砂样局部及整体体积应变的数字图像相关方法观测被引量：16
- 2014年
- 确定体积应变局部化区域对于涉及孔隙流体的地质灾害研究具有重要意义。体积应变局部化区域可能比最大剪切应变局部化区域更接近于孕灾地点。在单轴压缩位移控制加载条件下,测试了3个湿砂样(含水率为12.7%~17.1%)的应力–纵向应变曲线,在微裂纹出现之前及稍后,利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关(DIC)方法计算了砂样的局部体积应变的变化规律。研究发现,在加载过程中,局部体积应变由均匀分布(近似线性阶段)向不均匀分布(硬化阶段)转变,直至出现局部体积应变局部化现象。在剪切带切向上,和最大剪切应变的相对均匀分布相比,局部体积应变的分布具有多峰性,这应与周期性的微裂纹出现有关。在微裂纹出现稍前,剪切带的变形是以膨胀为主,剪切带已较为显著,带内的最大剪切应变和局部体积应变分别比带外多2倍和4倍,但在此前,剪切带的膨胀和收缩现象共存。计算了所有测点所围区域的整体体积应变随纵向应变的演变规律。基于DIC方法的整体体积应变计算方法的优越性在于:具有亚像素精度,考虑了应变二阶量的影响。
- 王学滨杜亚志潘一山
- 关键词：剪切带体积应变数字图像相关方法地质灾害
- 基于数字图像相关方法的等应变率下不同含水率砂样剪切带观测被引量：16
- 2015年
- 在压缩位移控制加载条件下（加载速率为5 mm/min）,针对不同含水率（12.7%~16.5%）砂样,利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关方法,开展了最大剪切应变场的观测研究,获取了子区尺寸对砂样不同位置最大剪切应变的影响规律。研究发现,随着砂样含水率的增加,变形更加均匀,最大剪切应变高值区分布变得宽广,反映了剪切带的数目增加,微裂纹出现之前的最大剪切应变提高;随着纵向应变的增加,在应变高值区,最大剪切应变以非线性方式迅速增加,但在应变低值区,一般以线性方式增加。当剪切带出现以后,特别是在变形后期,子区尺寸对最大剪切应变有明显的影响。最大剪切应变随子区尺寸变化的演变规律与子区所处位置密切相关。
- 王学滨杜亚志潘一山顾路
- 关键词：含水率剪切带数字图像相关方法
- 巷道围岩卸荷应力波传播及垮塌过程模拟被引量：6
- 2017年
- 采用提出的连续-非连续介质方法,对逐步卸荷条件下圆形巷道围岩中应力波传播、压缩位移控制加载条件下圆形及矩形巷道围岩的变形-开裂-垮塌过程进行了模拟.通过将逐步卸荷条件下圆形巷道围岩的径向及环向应力的数值解和解析解进行对比,验证了本文方法连续介质部分的正确性;研究了卸荷时间及局部自适应阻尼系数对卸荷过程的影响;给出了巷道围岩中应力波传播过程及其变形-开裂-垮塌过程.计算结果表明,卸荷过程越短,围岩的动力响应越明显,围岩达到平衡状态越慢;局部自适应阻尼系数越大,围岩能量消耗越快,越有利于围岩的快速平衡,但越不利于应力波在围岩中传播;当加载的位移达到一定值时,围岩开裂,一些单元从巷道表面脱离,顶板冒落,底板底鼓,随后,许多单元被挤入或落入巷道内,最终导致围岩垮塌.
- 王学滨王学滨马冰潘一山
- 关键词：巷道围岩应力波
- 单轴压缩湿土样最大剪切应变场数字图像相关方法结果的统计分析被引量：9
- 2016年
- 研究了单轴压缩湿土样沿剪切带方向的最大剪切应变的均值和标准差以及剪切局部化区域尺寸的演变规律。为了深入揭示土样剪切带萌生的过程,根据纵向应变较高时清晰剪切带所处位置在土样上布置测线,对由数字图像相关方法获得的结果进行双三次样条插值,从而获得测线上光滑性较好的最大剪切应变分布。研究发现,随着纵向应变的增加,沿剪切带方向的最大剪切应变由低值多峰向高值少峰转变。测线上最大剪切应变发生突增的点、局部高值点及低值点均有可能发展成为主峰。测线上最大剪切应变的均值和标准差随纵向应变的演变规律在总体上均呈上凹形,但当纵向应变较低时,二者均呈线性。以上述两种统计量线性规律丧失所对应的平均最大剪切应变作为剪切带萌生的条件。随着纵向应变的增加,土样中发生剪切局部化的区域越来越大。欲达到相同的剪切局部化区域尺寸,含水率高的土样所要求的纵向应变较高。当纵向应变较高时,含水率高的土样的剪切局部化区域尺寸比含水率低的土样要大,这与其塑性变形阶段较长有关。
- 王学滨张楠潘一山杜亚志
- 关键词：剪切带
- 巷道围岩非均质性对其分区破裂化的影响被引量：8
- 2019年
- 通过在FLAC^(3D)应变软化模型中引入Weibull分布函数,得到了非均质应变软化模型.分析了Weibull分布函数中的形状参数对逐步开挖马蹄形巷道围岩不同平面及测线上剪切应变增量分布特征的影响.研究发现,在均质性较差的围岩中开挖巷道时,围岩的破坏较严重,分区破裂化较复杂,分区破裂化的范围较大.过巷道轴线平面上两簇剪切带的发展可以导致垂直于巷道轴线平面上复杂的分区破裂,第1簇向掌子面方向发展,其前端可能超越掌子面,第2簇背离掌子面发展.剪切应变增量高值区在围岩的环向及径向均有发展.当围岩的均质性较好时,可出现连通的圆环形剪切应变增量高值区.在过巷道轴线平面上,本文结果与已有的试验观察到的围岩中的倾斜裂缝或剪切带在定性上一致.在垂直于巷道轴线的不同平面上,将观察到不同的分区破裂化现象.
- 王学滨王学滨马冰马冰张智慧
- 关键词：分区破裂化非均质性剪切带掌子面
