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循环荷载下双裂隙砂岩弹性模量及裂纹动态演化

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 361-371页

作者：王述红庄贤鹏王菲赵乾百东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

为研究不同岩桥倾角砂岩在循环荷载作用下的弹性模量变化和裂纹动态演化规律,对裂隙倾角固定为45°,岩桥倾角分别为15°,45°,75°,90°,105°的砂岩试件开展了单轴循环加、卸载试验和PFC^(2D)模拟.结果表明,不同裂隙砂岩的弹性模量随... 详细信息

为研究不同岩桥倾角砂岩在循环荷载作用下的弹性模量变化和裂纹动态演化规律,对裂隙倾角固定为45°,岩桥倾角分别为15°,45°,75°,90°,105°的砂岩试件开展了单轴循环加、卸载试验和PFC^(2D)模拟.结果表明,不同裂隙砂岩的弹性模量随循环荷载作用得到了明显的强化;在循环荷载作用下,应力-应变曲线与离散元模拟得到的试件瞬时微裂纹演化曲线存在对应关系;岩桥倾角对砂岩的破坏模式有影响,PFC^(2D)模拟的裂纹动态演化可以合理地反映岩石中裂纹的萌生位置、扩展方向.基于微裂纹数目所定义的损伤与破坏模式很好地对应,岩桥倾角为45°时原始损伤是最大的.

关键词：双裂隙砂岩循环荷载弹性模量应力-应变曲线 PFC^(2D) 破坏模式损伤变量

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隧道围岩最大可移动块体求解及其应用

岩土工程学报 2024年

作者：张敏思杨勇王述红查文华东北大学资源与土木工程学院东华理工大学江西省地质环境与地下空间工程研究中心

由于结构面的隐蔽性，目前的勘察技术无法精确获取每条结构面的定位及力学参数，仅能根据出露情况获取产状信息。而结构面的定位是求解块体的关键因素，因此有必要考虑不同定位情况下结构面与开挖面的所有组合，并找到最不利情况，为工... 详细信息

由于结构面的隐蔽性，目前的勘察技术无法精确获取每条结构面的定位及力学参数，仅能根据出露情况获取产状信息。而结构面的定位是求解块体的关键因素，因此有必要考虑不同定位情况下结构面与开挖面的所有组合，并找到最不利情况，为工程开挖提供预测及评价。本文在构建节理锥的基础上，提出了一种投影平移法，实现了任意柱状开挖面上最大可移动区域的求解。在此基础上，采用离散-切割-组合方法重构了曲面块体。首先，设置一组放射状虚拟结构面对锥形块体进行切割，完成块体的单元离散；其次，在面单元分类的基础上提出了曲面切割单元的详细算法。最后对切割后的单元进行分类组合，实现了曲面块体的重构。基于VC++和OpenGL开发了三维可视化程序，通过算例和工程实例验证了算法的精度、适用性及鲁棒性。最大可移动块体程序可用于隧道走向的选择，为工程设计提供依据。

关键词：块体理论最大关键块体隧道工程节理岩体

基于主动超声激励的岩石节理刚度分布测量研究

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岩土工程学报 2024年第3期46卷 662-669页

作者：王鹏宇杨天娇王述红南京工业大学交通运输工程学院江苏南京210009 南京工业大学数理科学学院江苏南京210009 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110004

Goodman提出采用节理刚度表征复杂岩石节理面的拓扑行为并为其提供定量值,而无需对节理面的粗糙度、接触面积等参数进行详细测量分析。然而目前对岩石节理刚度的测量仍存在局限,因此,在试验室环境下采用压电陶瓷换能器对完整平板试件和... 详细信息

Goodman提出采用节理刚度表征复杂岩石节理面的拓扑行为并为其提供定量值,而无需对节理面的粗糙度、接触面积等参数进行详细测量分析。然而目前对岩石节理刚度的测量仍存在局限,因此,在试验室环境下采用压电陶瓷换能器对完整平板试件和含节理平板试件进行弹性波激励,同时采用三维扫描激光多普测振仪监测平板内弹性波的传播数据。将采集的波场信号数据进行滤波、插值、积分等一系列处理,并基于Schoenberg线性滑移模型计算节理刚度分布,实现岩石节理接触行为的全局参数表征,同时进一步验证了岩石节理全场超声表征的可行性。全场波形数据清晰地揭示了岩石节理界面接触行为,为后续深入探索岩石节理几何形状、孔径、界面性质及其地震特征之间的相互关系奠定了基础。

关键词：岩石节理接触行为弹性波剪切刚度法向刚度

基于t-SNE的多参数岩体结构面分步聚类方法

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岩土力学 2024年第5期45卷 1540-1550页

作者：李新正王述红侯钦宽董福瑞东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

结构面聚类是进行岩体稳定性评价的重要步骤。常用聚类方法多以产状作为分组依据,忽略了结构面物理特性指标对岩体稳定性的影响。针对分组依据单一化的不足,综合考虑结构面倾向、倾角、迹长、张开度、填充状态和粗糙度的影响,提出一种... 详细信息

结构面聚类是进行岩体稳定性评价的重要步骤。常用聚类方法多以产状作为分组依据,忽略了结构面物理特性指标对岩体稳定性的影响。针对分组依据单一化的不足,综合考虑结构面倾向、倾角、迹长、张开度、填充状态和粗糙度的影响,提出一种基于学生分布随机邻近嵌入(student-distributed stochastic neighbor embedding,简称t-SNE)的多参数岩体结构面分步聚类方法。首先,利用t-SNE算法对除产状外的结构面特征进行数据降维;进而利用模拟退火算法搜索K-means算法的全局最优初始值,并采用分步聚类思想完成聚类。研究表明:所提方法有效地解决了高维空间样本稀疏的问题,同时保留了数据的局部结构与全局结构。新方法相比于传统方法能对空间分布相似区内结构面的物理特性进行精确划分,分组精度更高,且在避免复杂权重值计算的条件下,能有效区分产状与物理特性参数对岩体稳定性的影响差异。最后,将所提方法应用于中国新疆某露天矿坡结构面实测数据分析中,所得分组结果合理可靠,进一步证明该方法在实际工程中的有效性。研究方法可为多参数岩体结构面的分步聚类提供参考。

关键词：岩体结构面多参数分步聚类 t-SNE K-means算法

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不同剪切历史下结构面的剪切特性和滑移特征

金属矿山 2024年

作者：王斐笠郑鸿康王述红张俊楠孟凡震青岛理工大学理学院东北大学资源与土木工程学院

结构面的剪切特性和滑移特征与滑移型岩爆以及诱发地震等动力灾害密切相关。实验室中的周期性粘滑现象与工程实际中的周期性地震和滑移型岩爆具有相似的发生过程，认为粘滑时产生的应力降和释放的极大能量是产生滑移型岩爆的主要原因，... 详细信息

结构面的剪切特性和滑移特征与滑移型岩爆以及诱发地震等动力灾害密切相关。实验室中的周期性粘滑现象与工程实际中的周期性地震和滑移型岩爆具有相似的发生过程，认为粘滑时产生的应力降和释放的极大能量是产生滑移型岩爆的主要原因，所以粘滑特征的研究有助于揭示工程中滑移型岩爆、诱发地震等动力灾害的诱发机理。但断层或结构面在实际采矿过程中会经历不同的剪切历史。为研究结构面在经历不同剪切历史后的剪切滑移特征，对锯切花岗岩结构面开展了不同应力路径（1→3→5 MPa和5→3→1 MPa）和速率路径（0.1→0.3→0.6 mm/min和0.6→0.3→0.1 mm/min）下的直剪试验。结果表明：① 高应力下的剪切应力、应力降幅值以及滑移速率均大于相应低应力下的数值，但在不同应力路径中呈现出了不同的变化规律；② 在变速率加载过程中，剪切应力差异性很小，但应力降幅值和滑移速率存在速率依赖性（加载速率大，应力降幅值和滑移速率均减小）并受速率路径的控制。上述分析有助于进一步探讨天然地震、诱发地震、断层滑移型岩爆等与断层或结构面不稳定剪切破坏有关的动态地质灾害的发生机理。

关键词：岩石力学结构面剪切历史直剪试验粘滑抗剪强度滑移速率

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土木工程KAQ三维教学模式改革探索

黑龙江教育（理论与实践） 2024年第6期 49-53页

作者：贾蓬王述红康玉梅东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

随着我国新产业和新经济的蓬勃发展,社会对工程教育提出了更高的要求。文章针对目前土木工程专业人才培养中存在的问题,基于OBE(Outcome Based Education,成果导向教育)理念,从知识、价值、能力、实践和创新5个方面,优化教学内容和课程... 详细信息

随着我国新产业和新经济的蓬勃发展,社会对工程教育提出了更高的要求。文章针对目前土木工程专业人才培养中存在的问题,基于OBE(Outcome Based Education,成果导向教育)理念,从知识、价值、能力、实践和创新5个方面,优化教学内容和课程体系,改革传统教学模式,突出实践创新能力培养,探索构建了以学生为中心、以成果为导向的“知识(Knowledge)”“能力(Ability)”“素质(Quality)”相结合的KAQ三维教学模式,以期培养出满足新工科要求的新时代土木工程高素质复合型人才。

关键词：新工科成果导向教学改革土木工程专业课程思政

基于变形预测和参数反演的山岭隧道围岩稳定性分析

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岩土工程学报 2023年第5期45卷 1024-1035页

作者：王述红董福瑞东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

隧道围岩变形与岩体力学参数之间存在复杂的非线性关系,是围岩状态改变最直观的表现,也是围岩稳定性综合判别的重要指标。提出一种基于变形时序预测和力学参数反演的山岭隧道围岩稳定性分析方法。首先引入Tent混沌扰动和自适应警戒调整... 详细信息

隧道围岩变形与岩体力学参数之间存在复杂的非线性关系,是围岩状态改变最直观的表现,也是围岩稳定性综合判别的重要指标。提出一种基于变形时序预测和力学参数反演的山岭隧道围岩稳定性分析方法。首先引入Tent混沌扰动和自适应警戒调整机制,构建基于自适应混沌麻雀搜索算法优化极限学习机(ACSSA-ELM)的变形时序预测模型和力学参数反演模型,进一步采用三次样条插值和变分模态分解(VMD)对已开挖断面围岩实测变形预处理,利用变形时序预测模型采取窗口滚动单步预测的方式对已开挖断面围岩最终变形值进行预测,并用于力学参数反演模型中获取开挖段围岩的“修正”力学参数,基于数值模型正算结果和开挖段已测变形值预测开挖段围岩变形和变形速率,进而分析其稳定性。依托重庆市花阳隧道进行了方法的验证与应用,并对隧道ZK40+820断面围岩的稳定性进行了合理可靠的预测分析。最后对方法的使用条件和反演参数的准确性进行了讨论。

关键词：隧道工程麻雀算法极限学习机时序预测参数反演稳定性分析

基于HDBSCAN算法的岩体结构面产状识别及分组方法

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东北大学学报（自然科学版） 2022年第6期43卷 888-896页

作者：王述红魏崴陈浩尹宏东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

精准获取岩体结构面的产状信息是进行岩体稳定性分析工作的首要和关键步骤.针对基本DBSCAN算法在处理点云数据时存在聚类判据不足、参数敏感性较强等问题,提出了基于点云附加属性扩展聚类判据的HDBSCAN算法,旨在提高算法聚类的准确性及... 详细信息

精准获取岩体结构面的产状信息是进行岩体稳定性分析工作的首要和关键步骤.针对基本DBSCAN算法在处理点云数据时存在聚类判据不足、参数敏感性较强等问题,提出了基于点云附加属性扩展聚类判据的HDBSCAN算法,旨在提高算法聚类的准确性及鲁棒性.同时,基于点云的颜色及密度属性实现了对自然状态下非全裸露岩体研究区域的分割和提取,减少非岩体结构面点云对结构面产状识别和分组的影响.将该方法应用于大石洞灰岩矿某一典型覆土岩坡,结果表明:该方法能够有效地剔除非目标点云数据,同时结构面产状提取和优势分组结果令人满意.与人工测量结构面产状方法相比,最大相对误差小于0.59%,具有一定的工程实用价值.

关键词：无人机测量三维点云处理结构面产状识别结构面分组

基于主成分分析的多参数岩体结构面优势分组方法研究

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岩土力学 2022年第9期43卷 2457-2470页

作者：董福瑞王述红侯钦宽东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

对赋存于岩体内的结构面进行统计分析、分组聚类,是进行岩体工程稳定性分析的基础。考虑到结构面的力学和水力学性质受产状、迹长、张开度、粗糙度和充填状态等诸多因素共同影响,提出一种基于主成分分析的多参数岩体结构面优势分组方法... 详细信息

对赋存于岩体内的结构面进行统计分析、分组聚类,是进行岩体工程稳定性分析的基础。考虑到结构面的力学和水力学性质受产状、迹长、张开度、粗糙度和充填状态等诸多因素共同影响,提出一种基于主成分分析的多参数岩体结构面优势分组方法。首先,利用主成分分析法选取多参数岩体结构面优势分组的判据,并计算其参与相似性度量的权重值。进而,基于退火遗传算法搜寻模糊C均值聚类算法的全局最优初始聚类中心。最后,以待分组结构面与聚类中心的距离加权和最小的方式建立目标函数,实现多参数岩体结构面优势分组。对计算机模拟的200个结构面进行多参数优势分组并与其他方法对比,计算结果表明,该方法具有较高的分组精度。将该方法用于重庆市三环高速花阳隧道实测结构面多参数优势分组中,分组结果合理、可靠,进一步验证了该方法具有较好的工程应用价值。

关键词：岩体结构面优势分组主成分分析退火遗传算法聚类分析