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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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岩土力学 2022年第3期43卷 761-768页

作者：胡聪龙志林旷杜敏龚钊卯俞飘旖徐国斌湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105

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... 详细信息

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。

关键词：二维图像钙质砂三维重构复杂形状

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钙质砂颗粒破碎演化规律和预测模型研究

湘潭大学学报(自然科学版) 2023年

作者：杨星旷杜敏粟劲苍湘潭大学土木工程学院湘潭大学材料科学与工程学院

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... 详细信息

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，进而推导出能描述四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。

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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无胶结材料的离散元微观参数交互作用研究

计算力学学报 2017年第6期34卷 755-762页

作者：王智超旷杜敏赵涛湘潭大学岩土力学与工程安全湖南省重点实验室(培育) 湘潭411105 湘潭大学土木工程与力学学院湘潭411105 四川大学水利水电学院成都610059 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059

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... 详细信息

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。

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

岩土力学 2019年第A1期40卷 359-366页

作者：柴维龙志林旷杜敏陈佳敏闫超萍湘潭大学土木工程与力学学院

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... 详细信息

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。

关键词：钙质砂剪切速率直剪试验强度指标

基于BP神经网络的岩土胶结材料速率敏感效应预测研究

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岩土力学 2019年第A1期40卷 390-399页

作者：旷杜敏龙志林周益春闫超萍陈佳敏湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105 湘潭大学材料科学与工程学院湖南湘潭411105

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... 详细信息

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。

关键词：胶结材料离散单元法率敏性神经网络

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钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应研究

岩土力学 2020年第2期41卷 581-591,634页

作者：闫超萍龙志林周益春旷杜敏陈佳敏湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105 湘潭大学材料科学与工程学院湖南湘潭411105

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... 详细信息

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。

关键词：钙质砂粒径效应三轴剪切试验

压实土固结蠕变特征及分数阶流变模型参数分析

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湖南科技大学学报（自然科学版） 2015年第3期30卷 46-51页

作者：尹检务旷杜敏王智超湖南城建职业技术学院湖南湘潭411101 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105

为研究高填方路堤压实土的蠕变特性,对3种不同压实度(90%,93%,96%)的压实土开展了5种不同竖向荷载(100,200,400,600,800 k Pa)的一维固结蠕变试验.试验结果表明:1)压实土的蠕变变形呈现明显的非线性特征;2)蠕变有效应力越大,蠕变变形越... 详细信息

为研究高填方路堤压实土的蠕变特性,对3种不同压实度(90%,93%,96%)的压实土开展了5种不同竖向荷载(100,200,400,600,800 k Pa)的一维固结蠕变试验.试验结果表明:1)压实土的蠕变变形呈现明显的非线性特征;2)蠕变有效应力越大,蠕变变形越显著;3)压实度越高,蠕变变形的敏感性越差.采用基于分数阶微积分的类Kelvin-Voigt流变模型结合试验数据得到模型参数,分析了模型分数阶阶次β,[H]元件弹性模量E0以及[FC]元件弹性模量E1与土样压实度K的关系,结果表明,随着土样压实度的增大,分数阶阶次β减小,模量E0和E1增大,预测结果与试验数据吻合良好,显示分数阶模型参数能合理地反应土样的流动性.

关键词：压实土蠕变分数阶导数本构模型

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超固结土三轴率敏性特性及影响因素分析

铁道科学与工程学报 2019年第1期16卷 92-99页

作者：王智超郑军星旷杜敏胡茜湘潭大学岩土力学与工程安全湖南重点实验室(培育) 湖南湘潭411105 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点试验室湖南湘潭411201

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... 详细信息

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。

关键词：超固结土率敏性应变率参数黏性

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

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工程管理学报 2022年第5期36卷 79-84页

作者：哈吉章杨良义肖旺槟李晶生旷杜敏中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙410000 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105

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... 详细信息

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。

关键词：信息熵深基坑开挖安全风险动态评价