流变岩体中让压支护作用下隧道力学行为研究

高地应力深埋软岩隧道大变形问题已成为隧道工程建设领域的突出难题. 根据高地应力深埋软岩隧道的变形特征, 基于"围岩能量吸收、变形释放"的让压支护是解决软岩隧道大变形问题的有效方法. 针对流变岩体中深埋圆形隧道在让压支护作用下的力学响应问题, 通过引入分数阶微积分理论, 采用Abel黏壶元件建立了改进的分数阶Burgers蠕变模型来表征围岩的时效变形. 此外, 通过在让压支护不同变形阶段引入刚度修正系数, 克服了传统支护未能考虑围岩变形释放的问题. 据此, 本文推导了在考虑支护延迟安装影响下, 不同变形阶段围岩与让压支护相互作用的解析解. 为了验证理论研究的正确性, 对一算例进行了不同解答及工程结果的比对, 吻合较好. 最后, 参数研究结果表明: 围岩与让压支护间的相互作用受蠕变本构模型分数阶阶数影响较大. 隧道的位移或支护压力与让压位移、支护刚度修正系数间存在线性比例关系, 但由于刚度修正系数仅保持在较小的变化范围内, 隧道的位移或支护压力变化并不显著.      

《数值流形法》序

得知郑宏教授的《数值流形法》即将脱稿,激动之情难以言表.我完全同意郑教授将流形法的特点归结为“升阶”和“切割”.受郑教授的委托,我愿在此将建立流形法的历程做一简单的回忆.其实早在1985年———也就是在我完成不连续变形分析法(DDA)之前,“升阶”在我心中已完全成熟.“升阶”似乎能取得一致收敛,弥补有限元只能按能量收敛的缺憾.我没有急于发表是因为一直没能想到令我满意的解决“不连续”的办法.起初曾想过在DDA块体上引入高阶多项式,或在块体上再划网格,也就是用分片多项式来提高DDA块体的变形精度.但我对这些方案都不甚满意,因为实际计算时多项式的阶数会受到限制,引入网格又会招致有限元既有的毛病——解的精度受控于网格质量.     

高熵合金的力学性能及变形行为研究进展

高熵合金是近年来提出的一种新的合金设计理念,打破了一般合金中以1种或2种元素为主,辅以极少量其他元素来改善合金性能的传统思想,由多种元素以等原子或近似等原子比混合后形成具有独特原子结构特征的单一固溶体合金.高熵合金的多主元特性使其在变形过程中表现出多重机制(包括位错机制、形变孪生、相变等)的协同,因而高熵合金已经展示了优异的力学性能,如高强、高硬、高塑性、抗高温软化、抗辐照、耐磨等,被认为是最具有应用潜力的新型高性能金属结构材料,已经成为国际固体力学和材料科学领域研究的热点.本文首先介绍了高熵合金独特的结构特征,即具有短程有序结构和严重的晶格畸变;随后对近年来针对不同类型高熵合金(包括具有面心立方相、体心立方相、密排六方相、多相以及亚稳态高熵合金)力学性能、变形行为方面的研究成果,特别是强韧化机制以及相关的原子尺度模拟,进行了较为系统的综述;最后强调了高熵合金未来研究中所面临的一些主要问题和挑战,并对其研究进行了展望.     

基于视频序列的虚拟人渲染方法

针对肢体动作有限的虚拟人仿真系统,提出了一种基于视频序列的虚拟人渲染方法。首先利用建模工具获取关键表情和口型的脸部模型,并对脸部模型进行预处理,在选取脸部模型后,采用基于模型的脸部姿态估计算法,将其叠加到包含肢体动作的图片上以生成具有新表情的图片;然后利用图像变形技术逐次生成含有虚拟表情的图像序列,并将图像序列转换为视频,通过播放视频渲染出逼真的虚拟人。实验结果表明,渲染得到的虚拟人的真实度有了明显的提高。     

基于层次分析-可拓模型的公路隧道施工风险评估

公路隧道施工存在的风险因素较多、较为复杂,运用科学的方法对公路隧道施工风险进行评估,具有一定的现实意义.首先,从地质条件、开挖断面等四个方面对风险进行划分,建立公路隧道施工风险评估指标体系.其次,运用层次分析法确定各评估指标权重,基于该权重建立层次分析-可拓模型,综合考虑公路隧道施工风险发生的概率及带来的损失,将风险定级.最后,结合湖南地区某公路隧道工程进行实例分析,得出地质条件风险、开挖断面风险、隧洞施工风险、洞口工程风险分别为高、较高、中等、较高,总体风险为较高的结论.在项目实施过程中,风险的现场调研情况与评估结果较为接近,证明了方法可行.运用层次分析-可拓模型对公路隧道施工风险评估是一种新的尝试,能够为同类问题的研究提供借鉴.     

寒区非圆形隧道冻胀力的解析解

利用复变函数相应理论引入一种求解考虑衬砌结构的季节性冻土地区非圆形隧道冻胀力和冻胀变形的方法.方法克服了隧道断面形状为非圆形状并且同时考虑非圆形隧道支护、冻胀圈、未冻围岩时,经典的复变函数理论不能直接应用求解非圆形隧道应力和位移的问题.方法通过将经典复变函数理论与连续性条件结合,导出了非圆形隧道衬砌-冻胀圈-未冻围岩系统在正交曲线坐标系ζ平面内的解析式,然后通过保角变换求得直角坐标系Z平面上考虑衬砌支护的寒区非圆形隧道冻胀力和冻胀变形.将推导的解析式应用于鹧鸪山隧道洞口段研究中,得到鹧鸪山隧道洞口段冻胀应力和冻胀位移解析解,并将解析解与数值解进行对比,验证解析解的正确性.由结果可知:围岩冻胀力对衬砌影响明显,在拱顶、拱脚、拱底处因冻胀造成的环向附加应力显著增大;在拱脚及两侧拱肩处会受到较大的法向附加应力;由于衬砌几何形状的原因,造成了衬砌冻胀变形的不均匀,进而造成冻胀力分布不均.应用复变函数理论将冻胀圈考虑为马蹄形、直墙拱形等非圆形状较以往将冻胀圈考虑为单一圆环的冻胀力研究更符合实际,较以往研究更能反映实际工况.研究结果为季节性冻土地区非圆形隧道冻胀力的弹塑性分析奠定了基础.     

Real-time accurate Free-Form Deformation in terms of triangular Bezier surfaces

We implemented accurate FFD in terms of triangular Bezier surfaces as matrix multiplications in CUDA and rendered them via OpenGL. Experimental results show that the proposed algorithm is more efficient than the previous GPU acceleration algorithm and tessel- lation shader algorithms.     

考虑底部隆起的浅埋隧道围岩压力计算分析

针对浅埋隧道开挖后底部隆起变形现象,应用极限分析上限法构造了考虑底部隆起变形的围岩压力计算模型,结合线性Mohr-Coulomb准则等推导出极限围岩压力的理论表达式。通过约束条件将围岩压力的计算转化为数学中的最优化问题,编制程序进行了优化计算。将计算结果与工程实测数据及文献计算结果进行了对比,验证了当前方法的可靠性。同时,指出在运用极限分析法处理浅埋隧道围岩压力问题过程中应将隧道底部一同考虑,对隧道底部支护会对整个围岩压力产生影响,有助于隧道结构的整体稳定。研究可以为浅埋隧道的开挖、支护提供一定的理论指导.     

碱性电解液中K3[Fe(CN)6]在锌阳极上的自发还原和吸附延长锌镍电池的循环寿命

In view of the continuously worsening environmental problems, fossil fuels will not be able to support the development of human life in the future. Hence, it is of great importance to work on the efficient utilization of cleaner energy resources. In this case, cheap, reliable, and eco-friendly grid-scale energy storage systems can play a key role in optimizing our energy usage. When compared with lithium-ion and lead-acid batteries, the excellent safety, environmental benignity, and low toxicity of aqueous Zn-based batteries make them competitive in the context of large-scale energy storage. Among the various Zn-based batteries, due to a high open-circuit voltage and excellent rate performance, Zn-Ni batteries have great potential in practical applications. Nevertheless, the intrinsic obstacles associated with the use of Zn anodes in alkaline electrolytes, such as dendrite, shape change, passivation, and corrosion, limit their commercial application. Hence, we have focused our current efforts on inhibiting the corrosion and dissolution of Zn species. Based on a previous study from our research group, the failure of the Zn-Ni battery was caused by the shape change of the Zn anode, which stemmed from the dissolution of Zn and uneven current distribution on the anode. Therefore, for the current study, we selected K₃[Fe(CN)₆] as an electrolyte additive that would help minimize the corrosion and dissolution of the Zn anode. In the alkaline electrolyte, [Fe(CN)₆]^3– was reduced to [Fe(CN)₆]^4– by the metallic Zn present in the Zn-Ni battery. Owing to its low solubility in the electrolyte, K₄[Fe(CN)₆] adhered to the active Zn anode, thereby inhibiting the aggregation and corrosion of Zn. Ultimately, the shape change of the anode was effectively eliminated, which improved the cycling life of the Zn-Ni battery by more than three times (i.e., from 124 cycles to more than 423 cycles). As for capacity retention, the Zn-Ni battery with the pristine electrolyte only exhibited 40% capacity retention after 85 cycles, while the Zn-Ni battery with the modified electrolyte (i.e., containing K₃[Fe(CN)₆]) showed 72% capacity retention. Moreover, unlike conventional organic additives that increase electrode polarization, the addition of K₃[Fe(CN)₆] not only significantly reduced the charge-transfer resistance in a simplified three-electrode system, but also improved the discharge capacity and rate performance of the Zn-Ni battery. Importantly, considering that this strategy was easy to achieve and minimized additional costs, K₃[Fe(CN)₆], as an electrolyte additive with almost no negative effect, has tremendous potential in commercial Zn-Ni batteries.