考虑尖点突变理论的边坡安全稳定性综合评价

边坡稳定性受多种因素影响而且目前的分析方法仍存在不足,为了更加高效准确地判断边坡的稳定性,实现失稳判据的量化,基于尖点突变理论-强度折减法,运用FLAC3D数值模拟软件,以某工程边坡计算边坡逐步强度折减系数下位移变化情况,建立强度折减系数-位移的突变数学模型,分析在天然工况及地震工况下边坡的稳定性情况,并与强度折减法、极限平衡法进行对比分析。研究结果表明：基于尖点突变理论得出的安全系数与强度折减法、极限平衡法所得安全系数基本一致,验证了此类方法的可行性,为边坡稳定性分析提供了新判据。     

含Ⅰ型边缘裂纹离心叶轮的应力强度因子预测方法

离心叶轮叶片在高速旋转时容易因裂纹扩展出现断裂破坏。由于叶片几何形状和载荷均很复杂,采用公式法计算I型裂纹的应力强度因子不可避免地存在着误差。扩展有限元法分析应力强度因子虽精度较好,但一般要花费大量的计算时间且有时收敛困难。首先基于ABAQUS软件扩展有限元法模块,仿真分析了不同的裂纹起始位置和裂纹长度下的叶片裂纹尖端应力强度因子,得到其与裂纹长度和起始位置的关系。接下来,基于断裂力学理论知识,检验了公式法估算应力强度因子的准确度。最后,以扩展有限元法的仿真结果为训练数据,以叶片裂纹位置和裂纹长度为输入参数,建立了裂纹尖端应力强度因子的多层反向传播人工神经网络(back propagation artificial neural network, BP-ANN)。算例表明,BP-ANN的预测精度优于公式法,并可有效减少扩展有限元法的仿真次数,推进断裂力学在离心叶轮可靠性设计中的应用。     

岩质边坡节理信息数字识别及三维模型重构——以石家庄市南障城镇边坡为例

在地质调查中,为了实现岩质边坡节理信息数字识别及三维模型重构,开发设计了基于倾斜摄影的裂隙岩体边坡三维模型重构软件。该软件通过小型无人机倾斜摄影采集数据,然后基于增量式运动结构恢复算法和深度图融合的多视点立体视觉算法（multi-view stereo,MVS）进行三维模型重构,最后利用随机抽样一致算法（random sample consensus,RANSAC）和区域生长法对得到的结果进行岩体结构面识别,得到结构面产状等节理信息。把软件得到的三维模型和节理信息结合FLAC3D有限元软件,运用强度折减法进行稳定性分析。结果表明：采用小型无人机采集的数据完整有效;三维重构出的模型可以很好的描述出实际岩质边坡;结构面识别得到的岩质边坡节理信息误差较小;基于岩体体积节理数和结构面条件因子量化地质强度指标（Geological Strength Index,GSI）的方法得到Hoek-Brown准则参数准确可靠。可见,利用小型无人机倾斜摄影结合开发设计的软件,可以快捷、高效和准确的实现岩质边坡节理信息数字识别及三维模型重构,对于实际工程具有一定的应用价值。     

基于弹塑性理论的软岩隧道最大变形量预测方法研究

软岩隧道支护时机选择和安全评价过程中,隧道边缘最大变形量是一个重要的参数。为了准确预测隧道边缘最大变形量,基于松动圈剪切滑移理论,利用Hoek-Brown准则推导得到最小支护应力,将其带入到隧道边缘位移公式中,得到圆形隧道边缘最大变形量的理论解。利用现有研究成果对所提出的计算方法进行验证,并探究远场应力、岩体力学参数对最大变形量的影响规律,分别利用现有数值模拟方法和所提算法对2条隧道最大变形量进行计算。结果表明：所提算法的误差均小于5%,证明了所提估算方法的合理性与准确性。最大变形量与远场应力呈现正相关,与单轴抗压强度、参数m_i呈现负相关。随着地质强度指标(GSI)的增加,敏感性均呈现减弱的趋势,当GSI较大时(超过40时),敏感性可近似忽略。最大变形量与弹性模量、泊松比呈负相关,随着地质强度指标GSI的增大,敏感性并未产生显著的改变。     

基于离散元方法的层理发育地层水力裂缝扩展规律

层理发育是页岩储层的典型特征,水力裂缝能否穿过层理面继续扩展决定了裂缝形态的复杂程度,其中层理强度是影响水力裂缝穿层行为的关键因素。为了探究层理强度对水力裂缝穿层行为的影响,采用块体离散元方法,分别计算了层理面的抗剪强度(黏聚力)和抗拉强度对水力裂缝在层状地层内扩展行为的影响。结果表明,水力裂缝遇到水平层理后的形态可分为转向层理面扩展和继续竖向扩展两种类型。层理面强度对水力裂缝的穿层能力具有显著影响,当层理面的抗拉强度和抗剪强度均较低时,水力裂缝的穿层能力差,水力裂缝不能穿过层理;当层理面的抗拉强度和抗剪强度均较高时,水力裂缝的穿层能力增强,水力裂缝穿过层理面扩展;当层理面的某一个强度较低时(抗拉或抗剪),则低强度因素成为主控因素,另一强度参数的增加不会改变水力裂缝的穿层能力。厘清了层理强度对水力裂缝穿层行为的影响,对层理发育地层的水力压裂施工具有重要的理论指导意义。     

小潜深充压式轻质防水耐压舱设计及分析

基于跨介质飞行器对小潜深、轻量化、严密封的综合控制舱的迫切需求,设计了一种充压式复合材料防水耐压舱。通过预先充入2 MPa气体产生内压以抵抗水下200 m附近工作时的外部静水压力,使舱体处于轻微受力状态,最大程度减小舱体壁厚,进而实现轻量化设计。开展舱体纤维铺层角度和铺层厚度等设计,建立有限元模型,对其刚度、强度和稳定性进行校核,并通过5轮充压2 MPa并浸泡、保压48 h测试,验证结构安全性和密封可靠性。设计的3 L容积耐压舱总质量仅390 g,比常规结构减重22.4%。本方法有望为后续跨介质飞行器控制舱设计提供参考。     

一种针对脑部图像分割强度不均匀性的改进方法

强度不均匀性是医学图像中常见的问题,对图像的精确分割提出了许多挑战,图像分割是计算机视觉和计算的基础步骤,提出了一种基于模糊C均值（FCM）的能量最小化方法,将全局聚类和局部聚类相结合,用于磁共振（MR）脑图像的偏场估计和分割。该方法将MR图像分解为两个分量作为全局聚类项的优点,充分利用了表征组织物理性质的真实图像和解释强度不均匀性的偏置场及其各自的空间特性。MR图像的分解描述了整个图像中偏移场的变化,其中组织边界的某些深层变化细节可能会丢失。该方法利用了图像局部区域的不同偏移场的局部聚类项,较好地处理了不同组织间强度的深刻变化。由于局部聚类方法对偏移场的分布缺乏全局控制,此文利用了全局聚类和局部聚类的优点,考虑了两者的结合。在该方法中,通过能量最小化过程同时实现了偏移场估计和组织分割。用FCM迭代优化能量最小化问题,通过真实图像和合成图像与相关模型的对比实验,证明了该模型在偏差校正和分割精度方面的优越性。     

松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律

为深入了解松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律,同时为东北寒区工程及寒区农业的土体环境的高效利用提供科学依据。本文基于松嫩平原北部季节冻土原位监测,开展季节冻土温度变化特性及分层热通量变化规律研究。结果表明：深度小于50 cm土体温度日变化明显,土体温度季节差异随着土体深度增大而减小。2017年3月3日达到最大冻深(164 cm),4月22日为最终融化日期,最终融化深度为130 cm。不同深度土体温度对地表温度响应呈滞后效应,随着土体深度的增加,滞后时间延长;季节冻土在冻融期内浅层土体受到净辐射的影响,热量交换极其频繁;随着土层深度的增加,净辐射的作用减小,热量在土体中传递的损耗增加,热量交换程度减弱,在冻结期,土体损失的热量大于吸收的热量。在整个冻融期内保持负值,冻深线以下土体中的热量持续向上传输,表明160 cm深度以下土体持续对冻土层传递热量。     

基于掺铕钨酸盐荧光强度比的非接触温度传感

为了突破传统测温技术应用的局限性,利用NaY （WO₄）₂：Eu³⁺玻璃陶瓷（glass ceramics,GC）实现了具有非接触、实时响应、自校准等优势的双模荧光强度比（luminescence intensity ratio,LIR）测温。采用高温熔融淬灭法制备出含NaY （WO₄）₂：Eu³⁺纳米晶的透明GC样品,并进行系列光谱测量和热敏性能分析。结果表明,样品中Eu³⁺的激发态能级⁵D₁和⁵D₀和基态能级⁷F₂和⁷F₀为两对独立的热耦合能级,可分别基于这两对热耦合能级实现性能优异的双模LIR温度传感。该双模LIR测温技术数据可靠、测温范围广、灵敏度高,再结合GC材料优势,是可用于光纤温度传感器的核心技术材料。     

超高性能海水海砂混凝土的组成设计与纤维增强增韧

基于单纯形重心设计法对超高性能海水海砂混凝土（ultra-high performance seawater sea-sand concrete, UHPSSC）进行了配合比设计优化,并研究了短切超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE）纤维和钢纤维对UHPSSC工作性能和力学性能的影响. 结果表明：在综合考虑UHPSSC的流动度、抗折强度和抗压强度的情况下,胶凝材料组成的最优配比确定为水泥、硅灰、粉煤灰的质量比为0.75∶0.15∶0.10. 随着短切纤维掺量的增加,UHPSSC的流动度逐渐降低,抗折强度、抗压强度和弯曲韧性均逐渐增加. UHMWPE纤维对UHPSSC流动度的影响程度更大,而钢纤维对力学性能的提升效果更明显. 随着UHMWPE纤维体积分数的增加,UHPSSC的弯曲破坏模式逐渐由脆性破坏转变为韧性破坏. 当UHMWPE纤维掺量为1.0%时,二次峰值荷载会高于初裂荷载. 此外,当同时混掺钢纤维和UHMWPE纤维时,UHPSSC的流动度略有下降,抗折强度、抗压强度及弯曲韧性均大幅提高. 本研究成果可为UHPSSC的设计和工程应用提供一定的参考.