钙质砂颗粒破碎演化规律和预测模型研究

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作者 杨星 旷杜敏 粟劲苍 《湘潭大学学报(自然科学版)》 2025年第2期108-120,共13页

颗粒破碎会引起颗粒级配发生变化,从而对其物理力学性质产生影响.为定量描述侧限压缩作用下混合粒组钙质砂颗粒破碎的演化规律,基于分形分布理论,采用不同初始孔隙比和不同初始分形维数的混合粒组钙质砂,开展了不同终止轴向应变的侧限... 颗粒破碎会引起颗粒级配发生变化,从而对其物理力学性质产生影响.为定量描述侧限压缩作用下混合粒组钙质砂颗粒破碎的演化规律,基于分形分布理论,采用不同初始孔隙比和不同初始分形维数的混合粒组钙质砂,开展了不同终止轴向应变的侧限压缩试验.根据颗粒破碎的级配演化情况,建立了能综合考虑混合粒组中各单粒径组的级配演化模型.试验结果表明:钙质砂试样的压缩过程可依次表述为颗粒的位置调整、颗粒破碎和颗粒重排、颗粒密实化,在颗粒排列相对更为疏松的情况下,即初始孔隙比越大或初始分形维数越小,屈服应力更小.颗粒的相对破碎率随着轴向应变的增大而增大,映射其线性关系的斜率与初始孔隙比和初始分形维数密切相关,进而推导出能描述4个变量之间关系的表达式,其中波动范围最大的参数随初始孔隙比的增大而增大,随初始分形维数的增大而减小.在此基础上,求解了能描述混合粒组钙质砂颗粒破碎级配演化规律的模型,与试验对比分析发现模型预测效果良好,为研究钙质砂的颗粒破碎问题提供了新思路. 展开更多

关键词 钙质砂 侧限压缩试验 分形分布理论 颗粒破碎 级配演化规律

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PVA纤维增强珊瑚混凝土静动态力学性能试验研究 被引量：1

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作者 周进毅 龙志林 +4 位作者 郭瑞奇 旷杜敏 蔡洋 陈莎莎 陈劲杰 《中外公路》 2024年第2期138-147,共10页

为增强珊瑚混凝土的力学性能,对其进行了5种聚乙烯醇纤维体积分数(0、0.5%、1%、1.5%和2%)条件下的静态力学试验,并采用直径为100 mm的分离式霍普金森杆研究其在4种应变率下的冲击压缩性能。结果表明:掺入适量纤维能明显提高混凝土静态... 为增强珊瑚混凝土的力学性能,对其进行了5种聚乙烯醇纤维体积分数(0、0.5%、1%、1.5%和2%)条件下的静态力学试验,并采用直径为100 mm的分离式霍普金森杆研究其在4种应变率下的冲击压缩性能。结果表明:掺入适量纤维能明显提高混凝土静态抗压强度与劈裂抗拉强度;动态力学试验表明珊瑚混凝土具有明显的应变率效应,加入纤维后能提高动态增强因子对应变率的敏感性,增强效果在纤维掺量为1.5%时趋于饱和;纤维在混凝土中起到了阻裂与耗能的作用,能明显地改善混凝土的破坏形态与冲击韧性。 展开更多

关键词 全珊瑚海水混凝土 聚乙烯混纤维 冲击压缩力学性能 应变率效应

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基于BP神经网络的砂土材料离散元微观参数交互作用研究

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作者 王金周 粟劲苍 旷杜敏 《湘潭大学学报（自然科学版）》 CAS 2024年第6期23-34,共12页

为实现对砂土材料离散元参数间交互作用影响的研究,采用反向传播(BP)神经网络建立微观参数与宏观参数的非线性模型,分析离散元微观参数之间的交互作用,提出量化微观参数交互作用强弱的指标和考虑交互作用的离散元宏微观参数换算公式.研... 为实现对砂土材料离散元参数间交互作用影响的研究,采用反向传播(BP)神经网络建立微观参数与宏观参数的非线性模型,分析离散元微观参数之间的交互作用,提出量化微观参数交互作用强弱的指标和考虑交互作用的离散元宏微观参数换算公式.研究结果表明:对峰值偏应力初始弹性模量而言,抗转动系数和摩擦系数的交互项系数分别为776.67和9.524,存在较强的交互作用;对泊松比而言,各微观参数间交互作用较弱;对残余强度而言,刚度比和抗转动系数间的交互项系数最大,为9.524.考虑交互作用得到的宏微观参数换算公式可以很好地计算宏观参数,计算值大致分布在斜率为1的直线附近.实例验证表明基于BP神经网络模型研究离散元参数之间的交互作用具有快速、准确的性能,该方法为研究离散元微观参数交互作用提供了新的手段,使离散元参数确定更加合理. 展开更多

关键词 离散元模拟 BP神经网络 抗转动模型 宏微观参数 交互作用

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浅埋偏压隧道变形特征及施工方案优化 被引量：5

4

作者 王智超 徐伟 +2 位作者 张学兵 沈明燕 旷杜敏 《湘潭大学自然科学学报》 北大核心 2017年第3期34-41,共8页

为研究隧道洞口浅埋偏压段的变形特征,采取现场隧道变形监测和围岩室内三轴率敏性试验相结合,建立隧道围岩的弹黏塑性本构模型.通过有限元软件ABAQUS的UMAT子程序开展了隧道变形三维弹黏塑性数值分析,探讨了隧道在三种开挖工法下的拱顶... 为研究隧道洞口浅埋偏压段的变形特征,采取现场隧道变形监测和围岩室内三轴率敏性试验相结合,建立隧道围岩的弹黏塑性本构模型.通过有限元软件ABAQUS的UMAT子程序开展了隧道变形三维弹黏塑性数值分析,探讨了隧道在三种开挖工法下的拱顶沉降、水平收敛位移、围岩最小主应力及围岩塑性区分布规律,以此确立合理有效的施工工法.研究结果表明:预留核心土法、三台阶法以及上下台阶法这三种施工工法引起的地表沉降,其深埋侧分别是浅埋侧的2.01,1.48,1.83倍,边墙两侧最小主应力则分别相差0.11,0.29,0.05 MPa,表明偏压隧道的应力场和位移场在开挖支护过程中呈现出不对称分布的特点;选出适宜的施工工法为上下台阶法,采用此工法可以使拱顶沉降及地表沉降减少11.7%~22.1%,而且在施工过程中支护结构受力最为合理,有利于偏压隧道的长期稳定. 展开更多

关键词 浅埋偏压隧道 施工工法 现场监测 室内三轴试验 弹黏塑性本构

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珊瑚礁岩土材料的物理力学性能研究综述 被引量：14

5

作者 旷杜敏 龙志林 +5 位作者 周益春 任辉启 王明洋 吴祥云 闫超萍 陈佳敏 《湘潭大学学报（自然科学版）》 CAS 2018年第5期108-126,共19页

为了更深入地了解珊瑚礁灰岩和钙质砂的物理和力学特性,该文通过总结近年来的相关文献,对珊瑚礁的形成机理及其分布区域,珊瑚礁灰岩和钙质砂两种典型珊瑚礁岩土材料的物理力学特性做出了详细的阐述;着重论述了钙质砂的压缩特性、剪切特... 为了更深入地了解珊瑚礁灰岩和钙质砂的物理和力学特性,该文通过总结近年来的相关文献,对珊瑚礁的形成机理及其分布区域,珊瑚礁灰岩和钙质砂两种典型珊瑚礁岩土材料的物理力学特性做出了详细的阐述;着重论述了钙质砂的压缩特性、剪切特性、破碎特性、动力特性、钙质砂混凝土和桩基工程特性及钙质砂数学物理模型几个方面的研究进展.分析表明:钙质砂具有丰富内孔隙、胶结、颗粒破碎三个重要的结构特征,其静力学和动力学特性与其结构特性密切相关;颗粒破碎对钙质砂的变形和强度特性存在十分显著的影响,尤其表现在高应力水平条件下;已有的数学物理模型多关注其胶结和颗粒破碎特性,但难以定量地从微观层面描述钙质砂力学特性的演化;如何通过宏微观表征相结合的方法,建立起钙质砂微观特性和宏观特性之间的关联,并以此为基础构建数学物理模型,进而为发展珊瑚礁岩土力学理论和模型提供了新的研究视角. 展开更多

关键词 珊瑚礁 力学性质 礁灰岩 钙质砂

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基于BP神经网络的岩土胶结材料速率敏感效应预测研究 被引量：2

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作者 旷杜敏 龙志林 +2 位作者 周益春 闫超萍 陈佳敏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期390-399,共10页

为建立针对岩土类胶结材料的微观特征-加载速率-宏观响应之间的对应关系,基于离散单元法,通过施加平行胶结模型模拟胶结材料物理力学特征,并进行不同微观参数(胶结数目、胶结黏聚力、胶结杨氏模量、胶结内摩擦角、孔隙比)以及不同加载速... 为建立针对岩土类胶结材料的微观特征-加载速率-宏观响应之间的对应关系,基于离散单元法,通过施加平行胶结模型模拟胶结材料物理力学特征,并进行不同微观参数(胶结数目、胶结黏聚力、胶结杨氏模量、胶结内摩擦角、孔隙比)以及不同加载速率(1、0.1、0.01、0.002 mm/min)条件下的三轴不排水数值试验。以残余强度、峰值强度及其对应的轴向应变3个参量为基础,探讨不同微观参数条件下的加载速率效应特征。在数值试验结果基础上,采用BP神经网络算法建立胶结材料率效应预测的智能模型。研究结果表明,(1)胶结材料具有显著的速率敏感性特征,其峰值强度随加载速率的增加显著增加,呈半对数线性相关,但其残余强度以及峰值强度处的轴向应变对加载速率敏感性较弱;(2)胶结材料对加载速率敏性的特征主要由其内部胶结破碎引起,剪切全过程中单位应变内的平均胶结破碎率变化趋势与偏应力变化趋势一致,随着加载速率的增加,其内部平均胶结破碎率呈现增加趋势;(3)所建立的BP神经网络模型充分考虑了微观参数以及加载速率对宏观特性的影响,能较好地反映胶结材料对加载速率敏感效应特征,相对误差在10%左右。 展开更多

关键词 胶结材料 离散单元法 率敏性 神经网络

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超固结土三轴率敏性特性及影响因素分析 被引量：1

7

作者 王智超 郑军星 +1 位作者 旷杜敏 胡茜 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期92-99,共8页

为建立超固结土的弹黏塑性本构模型并预测其长期变形,研究土体不同应力历史的时间相依变形特性,采用土体率敏性三轴试验,对预加800k Pa有效应力历史的饱和黏土开展不同加载速率下的三轴剪切试验,并通过改变有效围压(50,100,200和400kPa... 为建立超固结土的弹黏塑性本构模型并预测其长期变形,研究土体不同应力历史的时间相依变形特性,采用土体率敏性三轴试验,对预加800k Pa有效应力历史的饱和黏土开展不同加载速率下的三轴剪切试验,并通过改变有效围压(50,100,200和400kPa)、细砂含量(占比0%,10%和20%)和加载速率(0.5625%/min,0.037 5%/min和0.002 5%/min)等方式,深入探讨超固结比、黏性以及应变速率对土体变形特征的影响,引入能通过试验测定的应变率参数ρ来表征黏土率敏性大小。试验结果表明:归一化不排水抗剪强度随超固结比(OCR)单调递增;随着OCR的增大,土体剪胀软化越明显;应变速率与土体的抗剪强度呈半对数线性关系;随着含砂的降低,土体的黏性增大,剪胀软化也越明显;率敏性随超固结比的增大而增强,土体黏性越大率敏性就越显著。 展开更多

关键词 超固结土 率敏性 应变率参数 黏性

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无胶结材料的离散元微观参数交互作用研究

8

作者 王智超 旷杜敏 赵涛 《计算力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期755-762,共8页

为研究无胶结材料离散元参数之间的交互影响,采用抗转动模型进行三轴排水试验模拟。首先,采用完全试验设计方法和析因试验设计方法,分别对宏微观参数相依规律以及参数之间的交互作用进行定性分析;然后,采用多元非线性回归分析方法对其... 为研究无胶结材料离散元参数之间的交互影响,采用抗转动模型进行三轴排水试验模拟。首先,采用完全试验设计方法和析因试验设计方法,分别对宏微观参数相依规律以及参数之间的交互作用进行定性分析;然后,采用多元非线性回归分析方法对其进行定量分析,并提出了考虑交互作用的宏微观参数换算理论公式。着重探讨了无胶结材料微观参数中的刚度比α=k_s/k_n(0.3~0.9)、滚动刚度系数β(0.1~3)、颗粒内摩擦角θ(10~40)、法向接触刚度k_n(1×10~7~7×10~7)以及塑性弯矩系数η(0.1~3)与材料宏观力学性质峰值应力σ_p、残余强度σ_r、弹性模量E、泊松比ν以及内摩擦角φ之间的相关关系。研究结果表明,(1)颗粒材料的宏观强度参数主要受颗粒内摩擦角以及抗转动参数影响,而其变形参数主要由颗粒接触刚度及接触刚度比控制;(2)各个微观参数之间就存在不同程度的交互作用,且交互作用对试样宏观性质将产生一定影响;(3)对峰值强度、残余强度和宏观内摩擦角而言,两抗转动参数之间以及抗转动参数与颗粒内摩擦角之间存在较强交互作用。对于宏观弹性模量和泊松比而言,颗粒接触刚度和颗粒接触刚度比与其他微观参数产生较强的交互作用。研究成果对合理科学地确定离散元模型的微观参数具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 离散单元法 抗转动 微观参数 交互作用 析因试验设计

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直剪剪切速率对钙质砂强度及变形特征的影响 被引量：15

9

作者 柴维 龙志林 +2 位作者 旷杜敏 陈佳敏 闫超萍 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期359-366,共8页

为深入研究剪切速率对钙质砂强度和变形特征的影响,对钙质干砂进行不同剪切速率条件下的直剪试验。研究结果表明,随剪切速率从0.1 mm/min增至2.4 mm/min时钙质砂抗剪强度先减小后增大,其内摩擦角亦呈现出先减小后增大趋势,临界剪切速率... 为深入研究剪切速率对钙质砂强度和变形特征的影响,对钙质干砂进行不同剪切速率条件下的直剪试验。研究结果表明,随剪切速率从0.1 mm/min增至2.4 mm/min时钙质砂抗剪强度先减小后增大,其内摩擦角亦呈现出先减小后增大趋势,临界剪切速率为1.6 mm/min;低法向应力条件下钙质砂试样随剪切速率的增加更易于呈现剪胀现象,高法向应力条件下剪切速率从0.1 mm/min增长至1.6 mm/min时试样整体剪缩量逐渐减小;当剪切速率继续从1.6 mm/min增长至2.4 mm/min时试样最大剪缩量逐渐增加;不同法向应力水平条件下钙质砂加载速率效应的细观机制不同,较低应力水平条件下钙质砂加载速率效应主要由试样内部颗粒错动、换位、重新排列引起,在较高应力水平条件下钙质砂加载速率效应主要由颗粒破碎引起。 展开更多

关键词 钙质砂 剪切速率 直剪试验 强度指标

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钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应研究 被引量：16

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作者 闫超萍 龙志林 +2 位作者 周益春 旷杜敏 陈佳敏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期581-591,634,共12页

为研究钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应,开展了在不同粒径、不同相对密实度以及不同围压条件下的三轴剪切试验,并引入应力相对软化系数和剪胀系数对应变软化特征及剪胀特征进行了定量表征。试验研究表明,随围压的增大,不同粒径钙质... 为研究钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应,开展了在不同粒径、不同相对密实度以及不同围压条件下的三轴剪切试验,并引入应力相对软化系数和剪胀系数对应变软化特征及剪胀特征进行了定量表征。试验研究表明,随围压的增大,不同粒径钙质砂试样应变软化特征及剪胀特征逐渐减弱,且围压与应力相对软化系数和剪胀系数均呈半对数线性相关。不同粒径钙质砂试样存在一强度临界围压和体变临界围压分别使得应变软化特征和剪胀特征消失。在粒径为5~0.075mm范围内,对松样而言,围压对软化特征和剪胀特征存在显著影响,但与粒径不存在显著相关性;对密样而言,随粒径逐渐减小,围压对试样软化特征的影响逐渐增强,而对试样剪胀特征的影响逐渐减弱。在低围压(50 kPa)条件下,0.5~0.25 mm粒径组试样破碎最显著。 展开更多

关键词 钙质砂 粒径效应 三轴剪切试验

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基于信息熵的地铁车站深基坑开挖安全风险多维度动态评价 被引量：4

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作者 哈吉章 杨良义 +2 位作者 肖旺槟 李晶生 旷杜敏 《工程管理学报》 2022年第5期79-84,共6页

为实现城市地铁车站深基坑开挖过程中安全风险的多维度动态评价,基于信息熵理论提出了针对深基坑开挖过程安全风险评价方法。进一步提出了单项安全风险指标安全风险等级评价值和综合安全风险等级评价值,用以对深基坑开挖施工过程中的单... 为实现城市地铁车站深基坑开挖过程中安全风险的多维度动态评价,基于信息熵理论提出了针对深基坑开挖过程安全风险评价方法。进一步提出了单项安全风险指标安全风险等级评价值和综合安全风险等级评价值,用以对深基坑开挖施工过程中的单项风险评价指标安全风险状态和整体安全风险状态进行多维度动态评价。结合上述两类指标和安全风险等级评价体系,有效地实现了安全风险状态的定量化描述。基于该评价方法,对安徽合肥地铁车站7号线深基坑开挖施工过程开展了安全风险评价,结果表明该方法可有效地评估深基坑开挖过程中安全风险状态,并可有效识别获取不同施工阶段的关键风险指标,可为深基坑开挖施工过程的安全风险管理提供一定技术支撑。 展开更多

关键词 信息熵 深基坑开挖 安全风险 动态评价

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基于多视角二维图像的钙质砂颗粒三维重构方法

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作者 胡聪 龙志林 +3 位作者 旷杜敏 龚钊卯 俞飘旖 徐国斌 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期761-768,共8页

以多视角二维图像为基础进行复杂形状颗粒三维重构。以具有复杂形状的钙质砂颗粒为样本,针对块状、条状以及树枝状等典型复杂形状颗粒进行重构,并以凸度、圆形度以及长宽比等形状指标为依托对其最终重构精度进行表征。在重构过程中,以... 以多视角二维图像为基础进行复杂形状颗粒三维重构。以具有复杂形状的钙质砂颗粒为样本,针对块状、条状以及树枝状等典型复杂形状颗粒进行重构,并以凸度、圆形度以及长宽比等形状指标为依托对其最终重构精度进行表征。在重构过程中,以颗粒初始投影面为基础绕轴转动获取一系列颗粒二维投影图像,并提取其边界坐标值,而后利用三维点云与所获取的二维图像轮廓坐标进行定位匹配,并删除位于二维图像轮廓外部点集,最终得到使得所有点均位于所获取的系列二维图像轮廓内。在此基础上,进一步对点云实体化处理并构建得到三维实体。通过对150个不同形状颗粒展开重构,统计发现90%以上颗粒的重构误差在10%以内,其中,误差范围最大的为树枝状颗粒,最大误差为10.84%,最小误差则小于1.00%。该方法原理简单,可有效地构建得到精度较高的复杂形状颗粒三维模型。 展开更多

关键词 二维图像 钙质砂 三维重构 复杂形状

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