松散边坡演化特征及其应用

用单面坡沙堆作为松散边坡的简化模型，研究松散边坡的演化规律和复杂性。认为松散边坡自发地向临界状态演化，其演化特征表现为两种不同的动力学行为：对于颗粒均匀的松散边坡，其大规模的坍塌呈现准周期分布，而颗粒不均匀的松散边坡，坍塌的规模服从幂律分布，出现自组织临界性。据此提出，颗粒均匀的松散边坡，可以利用其平均周期和大规模坍塌的平均值进行预报，采用安全系数法进行防治工程设计；而对于颗粒不均匀的松散边坡，目前还难于进行预测预报，采用可靠性方法防治工程进行设计。     

散粒体组构特征对系统自组织临界性的影响

为验证散粒体崩塌中的自组织临界现象是否是一种有限尺度效应,自组织临界现象的发生终究由系统的尺寸还是系统的组织原则来确定,进行了均匀和非均匀散粒体崩塌的实验.实验证明影响系统自组织临界性的关键内因应为系统组构特征而并非前人所认为的组元尺度或系统规模.进而采用离散单元法对均匀和非均匀砂堆的应力传递和分布状况进行了数值模拟,从孔隙率、配位数和信息熵三个指标的比较来看,非均匀散粒体系统内部颗粒之间相互充填更充分,应力分布和传递状况更趋复杂,从而系统结构更具稳定性,系统呈现自组织临界性.同时,模拟结果表明,二者应力传递路径的分维值并无明显差别,说明分形结构目前尚不能作为系统自组织临界性质的判据.     

地震触发崩塌滑坡自组织临界性研究

汶川地震触发了大量崩塌滑坡灾害.这些规模差异巨大的现象之间,能量及空间是否存在着确定的分布规律?巨型崩滑和小规模坍塌是否遵从不同的形成机理?这些都是亟待解决的基本科学问题.作者在自组织临界状态(SOC)的概念框架下,通过震区典型路段考察,发现位于地震Ⅸ度区的崩滑工点,崩滑方量及崩滑体深度,与崩滑工点数目之间存在着良好的负幂律关系,地震Ⅹ度区也体现出有类似特征;拟静力模拟地震的沙堆离心模型实验表明,模型底板倾斜1.5°时,崩塌的动力学特性可以用幂律描述,底板倾斜达到3°时服从正态分布;元胞自动机模型数值模拟表明,随扰动强度增加沙堆模型动力学特性的演变是渐进的.从而从整体理论上对上述问题提出新的解释:处于青壮年期的山地斜坡系统具有SOC的内禀基本属性;存在一个地震强度阈值,在此之下地震触发的崩滑规模与出现频率之间的分布规律可用幂律描述,巨型崩滑灾害和小规模坍塌现象遵从同一形成机理.全新的认识可望为地震触发崩塌滑坡灾势评估提供普适性的概型并建立应用框架.     

散粒体的自组织临界性分析

基于二维模拟实验,研究竖向荷载下散粒体中的自组织临界性,揭示细观拱效应与宏观大崩塌的变化规律,以及拱效应与材料性质的关系.散粒体中每个小自组织的临界发展过程包括自组织搭拱、拱随遇平衡和拱崩塌的动力学演化.散粒体大坍塌是众多小自组织临界发生后的力学性质由量变到质变的过程.用随机理论细观探讨一个预期失败模式的理论模型,为研究散体材料结构自组织临界性系统的可预测性及灾害预测预报提供了科学依据.     

一种新型加权有向网络演化模型

针对现有加权有向网络演化模型大多基于常量平均度假设和网络直径缓慢增长假设,无法刻画现实网络的稠密幂律和直径收缩性质的问题,对无向加权网络演化模型BBV引入森林火灾模型的思想,提出一种新的加权有向网络演化模型BBV_d,刻画了新节点加入引起的基于入节点强度和出节点强度的新的有向边的生成过程,以及网络局部的有向边权重的动态变化。仿真实验结果表明:BBV_d不仅满足BBV模型提出的节点强度分布符合幂律分布的性质,同时还满足稠密幂律和直径收缩的性质。     

岩石破坏过程的自组织特征与临界条件研究

岩石破坏过程具有自组织临界特征。为了研究这种临界问题,提出了一种利用自组织程度参数α刻画单元之间的应力转移和局部单元上的应力集中的方法,并以单元的破坏强度服从二次Weibull分布为基础,运用重整化群理论建立了计算力学模型,推导了岩石破坏的临界破坏概率pc。结果表明,当单元的破坏概率p小于临界破坏概率pc时,单元的破坏是独立的和随机的,系统向稳定态演化;当单元的破坏概率p大于临界破坏概率pc时,单元的破坏向宏观贯通的张裂面这一吸引域集中,张裂面是自组织临界性的一个动力学吸引子;临界破坏概率pc以及单元承受外载F的能力均与初始条件有关,pc和F/F0随自组织程度参数α增大而减小,且F/F0<1,表明由于应力的转移使得单元破坏应力降低。     

球床高温气冷堆初装堆芯建立过程模拟

针对球床高温气冷堆HTR-PM的初始临界和启动运行问题,提出了一个初装堆芯建立过程的完整方案,并采用VSOP和蒙卡程序进行了模拟,计算了初装堆建立过程关键时刻的Keff、堆芯临界高度和最大单球功率等物理参数。计算结果表明:在冷态、空气气氛下堆芯达到首次临界时,混合区高度为2. 819 3 m;依靠吸收球分组下落,可以将混合区装载到设定值7. 7 m;在进行气氛切换的过程中,堆芯始终处于次临界状态;在功率提升阶段,单球功率的峰值为2. 42 k W/FS,燃料温度的峰值为1 035℃,依靠22组吸收球可以实现冷停堆。计算结果均满足设计要求,证明了所设计的初装堆建立过程方案的安全可行性,可以为HTR-PM初始临界和启动运行提供参考。     

基于PSNodeRank算法的电力系统关键节点辨识方法

电力系统中的某些关键节点在系统发生大规模连锁故障的时候可能会对故障的扩大起着推动的作用。为了提高关键节点辨识的速度和准确性,该文通过对Google公司提出的PageRank算法进行改进,提出基于PSNodeRank算法的电网关键节点辨识方法。该方法选取电网关键节点的重要评价指标,建立电力系统有向加权网络模型。考虑电力系统网络的网络链接方向和权值的特性,该文提出PSNodeRank值对节点进行评估,并具体描述每个节点的重要性,再利用电力系统分区特点,对大电网节点重要性的复杂计算过程进行改进,大大提高了运算速度,减少了运算所需存储容量。最后,通过对IEEE 39节点系统进行仿真,所得结果表明:该文所提方法计算的指标可以有效、准确地辨识出电网中的关键节点,判断它们在交直流电网自组织临界演化过程中的作用。对预防系统向连锁故障临界状态演化有着重要的意义。     

基于系统SOC理论的直流运行方式及控制参数分析

为了研究直流输电对交直流系统自组织临界性（SOC）的影响,提出包含系统完整动态特性的连锁故障动态仿真模型,计及了紧急控制保护装置及直流系统的概率动作特性.应用该模型对2010年华东电网实际系统进行连锁故障蒙特卡洛仿真,在不同的直流运行方式及控制参数下,计算系统的停电功率-停电概率幂律曲线,分析直流运行方式及控制参数对系统自组织临界性的影响.结果表明,在某些情况下选取合适的直流运行方式及控制参数可以有效防范连锁故障及大停电的发生.     

高分子反应Markov过程的渐近性质分析

以存在凝胶化现象的高分子反应模型为背景,定义了高分子反应所对应的可逆M arkov过程,给出了过程的稳定分布及配分函数,推导出了分子间协方差的表达式.通过对该过程在下临界、临界、上临界状态下的渐近性质的分析,证明了仅在临界状态下系统存在长程相关性.     

Self-organized criticality and its application in the slope disasters under gravity

Firstly, three kinds of sand pile experiments which reflect the universalprocess of energy dissipation within the slope accumulation under the self-organizedaction are reviewed. They all show that self-organized criticality (SOC) is related togranular non-uniform. The experiment of Tokamak plasma system is introduced, whichshows some of SOC properties of Tokamak plasmas in Ohmic region or L-mode.Secondly, material tests in geotechnical engineering and numerical simulations ofmicro-structure of sand piles indicate that SOC is determined by the structuralcharacteristics. Finally, according to the principle of SOC, the behavior of slope disastersunder gravity and its forecast as well as the design of protection engineering arediscussed.     

基于元胞自动机的沙堆模型并行计算

为了研究大规模沙堆模型的自组织临界性,必须进行大量计算,为了克服原有串行计算技术浪费大量时间的缺点,引入并行计算技术。利用MPI消息传递和C语言,采用主从模式编程实现沙堆模型的并行算法。仿真实验结果表明：当模型格点总数不大时,并行计算的优势并不能很好地体现出来;但当模型规模增大到L≥200后,并行计算时间大大缩短,取得较好的加速比。将并行计算技术应用到二维沙堆模型,将会减少大规模模型的计算时间,提高计算效率,为下一步研究自组织临界性是否具有尺度效应提供可借鉴的经验。     

考虑尺寸效应的桩侧摩阻力修正计算方法

为研究砂颗粒尺寸效应对桩侧摩阻力的影响, 开展理论分析和室内模型试验研究桩侧摩阻力随桩径、桩表面粗糙度和砂土中值粒径的变化规律, 建立考虑尺寸效应的桩侧摩阻力修正计算方法。考虑尺寸效应后, 通过拟合试验数据得到桩-土界面极限摩擦角与相对粗糙度的关系。为反映尺寸效应对桩侧法向应力增量的影响, 将桩-土界面剪切带视作弹性空心圆柱, 基于小孔扩张理论建立桩侧法向应力增量的改进计算方法, 并通过与模型试验结果对比验证该方法的可靠性。研究表明, 在一定范围内桩侧摩阻力主要受桩-土界面相对粗糙度和桩基与砂土中值粒径的比值两个参数影响, 其中界面相对粗糙度和桩基与砂土中值粒径比值分别通过影响桩-土界面极限摩擦角和法向应力增量进而影响桩侧摩阻力。研究结果可为微型桩等小直径桩基承载力设计提供相应的理论依据。     

由喷管临界压力比确定安全阀临界压力比的计算公式

在安全阀临界压力比分析研究的基础上，提出了一种确定安全阀临界压力比的计算公式，安全阀临界压力比主要受喷管临界压力比和阀瓣流阻系数的影响。由于管临界压力比可确定安全阀临界压力比。由于阀瓣流阻系数过大，安全阀一般处于亚临界流动状态。     

小型预制桩基础承载特性数值模拟研究

本文建立硬化土本构模型,针对江苏省软土地区的土质条件选取数值计算参数,通过PLAXIS 2D软件对小型预制桩在的单桩水平受荷及竖向受荷进行数值模拟,得到桩身弯矩沿桩长的分布以及荷载-位移曲线,分析小型预制桩基础桩身弯矩的分布特点,并探求其在水平及竖向荷载作用下的承载特性,进而能够为小型预制桩基础工程设计以及计算方面提供一定的参考依据。     

钙质砂中单桩水平承载特性模型试验研究

通过室内模型试验研究钙质砂地基中桩基的水平承载特性,分析桩长对桩顶位移、桩顶转角、桩身弯矩以及桩侧土体压力分布的影响,并与福建标准砂地基中的模型桩进行了比较。试验结果表明：桩长对水平承载特性具有显著影响;增加桩长能明显提高单桩水平极限承载力,桩身变形逐渐由刚性转动转变为弯曲变形;弯矩沿桩身的分布范围由全段分布转变为集中在桩身上半部分;桩侧土压力主要分布在迎土侧的上部土层中,土体压力随着水平荷载的增加而发生明显变化;在低应力水平下,钙质砂中单桩水平承载力要大于标准砂中桩基承载力,钙质砂在较高应力水平下的模型试验有待进一步探究。     

可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用大型振动台试验研究

采用大型振动台试验,研究可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用。试验很好再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象。小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂土层上部轻微液化;桩－柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应的约束效应较大,桩在砂土层中动应变大于黏土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变。大震输入下,砂土层很快全部液化而发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;桩－柱墩动力反应十分强烈,由于墩顶配重较大惯性力作用,加之砂土层全部强烈液化,致使桩上部嵌固点发生大幅度上移,并在砂土层与上覆粘土层过渡带出现大范围破裂且于粘土层中折断,下伏粘土层对桩的嵌固作用失效。试验成果,有利于合理认识可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用,并为可液化场地桩基桥梁地震安全性评价与抗震设计积累宝贵的基础资料。     

水泥土搅拌桩复合地基室内模拟试验研究

通过水泥土搅拌桩的室内模拟试验，得出了水泥土搅拌桩桩身刚度、持力层刚度、有效桩长之间的关系．本室内静载试验模型虽然不能完全模拟现场水泥土搅拌桩的破坏状态，但从定性上分析水泥土搅拌桩复合地基的工作机理是可行的．由于本试验模型操作方便，省时省力，能实现多种试验功能，可以予以推广；又由于此模型试验结果与现场试验结果的一致性，对水泥土搅拌桩的实际工程设计，具有一定的参考价值。     

小三轴压缩试验确定内摩擦角的可行性

由于砂砾石材料的内摩擦角(?)是其力学性能的一个重要参数,为了简单、快速、准确地确定(?),通 过对不同砂砾石粘土配比下混合料的大、小三轴试验的对比分析后认为,大、小三轴试验中所用材料的 级配、试样破坏模式以及试验的影响因素等存在较大的差异,但最终的试验结果均呈现出小三轴试验所 得(?)值比大三轴试验所得(?)值大3～5°,在此基础上提出了由小三轴试验测试结果预测大三轴试验测试结 果的数学模型,通过分析,该模型能较好地反映砂砾石混合料真实的(?)值。试验测试及模型预测结果的 一致性表明,通过小三轴试验确定砂砾石混合料的内摩擦角是可行的。