坚硬岩层下煤柱岩爆前兆规律的探讨

将坚硬岩层下煤柱岩爆视为具有约束的弹性嵌固梁失稳问题，研究其非稳定机制、前兆与过程阐明了在亚临界失稳阶段煤壁前方顶板下沉速率趋于无穷是岩爆临近的便于监测的前兆     

土本构关系的尖点突变模式

本文首次应用突变理论的尖点突变模型分析土的本构特性,建立了土相应的统一本构关系方程。该方程可以考虑软化土的应力路径,亦可分析硬化土的应力路径,统一本构方程通过试验检验是令人满意的。     

均布压力作用下圆弧双铰拱对称和反对称失稳的折迭突变和尖点突变模型

建立了径向均布压力作用下圆弧双铰拱正对称失稳和反对称失稳的折迭和尖点突变模型，模型可以很好地描述这两个失稳过程的各种性态，求解拱失稳时的临界荷载，给出拱屈曲后路径与荷载的初步关系。     

孤立煤柱非线性蠕变失稳滞后时间的研究

为了明确描述煤矿冲击地压的发生具有时间滞后特性,基于冲击地压失稳理论,采用解析分析的方法研究孤立煤柱非线性蠕变失稳,得到了孤立煤柱冲击地压蠕变失稳条件;采用幂次关系、分数-线性关系两种非线性蠕变模型,推导出了孤立煤柱冲击地压非线性蠕变失稳滞后时间的理论公式;并结合工程实际,与两种蠕变模型条件下孤立煤柱冲击地压滞后时间理论值进行了对比。分析发现:3107工作面上顺槽保护煤柱处发生冲击地压的滞后时间实际为8.5d;采用分数-线性关系模型得到孤立煤柱冲击地压滞后时间为9.10d;采用幂次关系模型得到冲击地压滞后时间为10.45d。结果表明分数-线性关系模型与工程实际符合更好。     

基于尖点突变模型的地震液化和孔压研究

地震液化是一种严重的自然灾害，然而如何准确判断液化目前作的还很不成功。本文以经过持时修正的能量函数和经过粘粒及上覆压力修正的标贯击数为控制变量，以孔压发展为状态变量，根据液化的物理意义、室内孔压发展曲线的特点和国内外实测液化资料，建立了基于修正Zeeman突变方程的孔压液化发展模型。在此基础上，利用统计学中控制“弃真”概率的方法，确定了分叉曲线和新旧坐标之间的转换关系并且从统计的角度给出了不同土的孔压发展曲线。从孔压发展曲线看，对于R＞0的任何土，超静水压力均达不到1，其实这正好反映了宏观液化现象。在宏观震害中，只要有喷水冒砂现象即认为是液化，超静水压力只要能克服埋深而无须达到上覆压力即可使地下水到达地面从而显现宏观液化现象。检验结果表明这一模型是合理的。     

煤柱-顶板系统协同作用的脆性失稳与非线性演化机制

把坚硬顶板视为弹性梁,把煤柱视为应变软化介质并采用W e ibu ll分布描述它的损伤本构模型,本文对坚硬顶板和煤柱组成的力学系统,用突变理论方法研究了它的演化失稳过程。通过对建立的尖点突变模型的分析发现,系统失稳主要取决于系统的刚度比k与材料的均匀性或脆性指标m值,并给出了失稳的充要条件力学判据和失稳突跳量的表达式。考虑煤柱介质的粘性或蠕变性,建立了系统演化的非线性动力学模型———物理预报模型,并给出了根据顶板沉降观测数据反演非线性动力学模型的方法和稳定性判别准则。对木城涧矿根据观测序列进行了动力学模型的反演分析,一个重要发现是:D值在临近失稳时陡增出现峰值而后急剧下降。根据材料损伤与声发射累计计数的对应关系,建立了系统演化过程中声发射率的动力学模型,并进行了声发射模拟分析和分维分析,发现m值与系统的演化路径对系统演化的声发射活动规律及分维特征有重要影响,单纯根据声发射监测和降维现象预报冲击地压是不可靠的。     

滑坡演化的非线性动力学与突变分析

基于对任-连续函数, 至少在较小的邻域内可以用多项式任意逼近的数学理论, 运用改进的Backus广义线性反演理论, 以斜坡位移时间序列为基础, 反演建立了斜坡演化的非线性动力学模型。并利用自治梯度系统与突变模型的等价性, 通过变量代换得到标准的尖点突变模型。以黄茨及卧龙寺滑坡为例对滑坡的发展孕育过程进行分析, 结果表明:该非线性动力学模型不仅预测效果十分理想, 而且具有较高的自我调整适应能力; 斜坡临滑前都以突变特征值D的突降至零为前兆特征, 可作为-个具有物理意义的前兆指标。     

岩爆预警与烈度评价的声音信号分析

利用真三轴岩爆实验系统在室内再现了岩爆动力破坏过程,采用数字录音笔对岩爆过程的声音信号进行监测,在声音信号预处理的基础上,对岩爆过程中的颗粒弹射、岩板劈裂、块片弹射3种岩石脆性破坏现象的不同声音特征指标进行分析。结果表明:3种典型脆性破坏现象的声音信号在波形、频谱、声纹和短时能量等特性指标上存在明显差异,这些特征指标适用于岩爆的特征提取。提出了一种基于声音信号的岩爆烈度评价指标——局部声响总能量,该指标适用于定量评价岩爆发生的剧烈程度。     

基体开裂的正交复合材料对称层合板的粘弹性力学行为

本文讨论了含有均匀基体裂纹的正交复合材料对称层合板的线性粘弹性力学行为.采用二维剪切滞后模型并对其层间剪应力在厚度方向进行线性假设分布,求得层合板的平均应力应变的线弹性解,利用等效约束模型和经典层合理论可得到层合板因为含有基体裂纹而所引起的刚度退化现象.在弹性-粘弹性对应原理的基础上对其层合板的线粘弹性进行了讨论和研究.结果表明:层合板的松弛模量和蠕变泊松比随着时间的增加而减少,到达稳态后其值基本上是恒值.并跟Zocher的解析解和有限元数值解作了比较,发现结果非常吻合.     

不同压实矸石充填体置换``三下'煤柱的岩层移动规律

为了分析不同压实矸石的充填体置换``三下'煤柱所引起的岩层移动及稳定性等问题, 采用弹簧原理和弹塑性理论分析了上覆岩层和矸石充填支撑体的压缩机理, 并推导了矸石充 填体的初期压缩量; 根据充填体的压实原理、岩层力学及相关理论, 推导了不同矸石充填体 压实度所对应的压缩值及等价采高的解析式; 结合工程实例, 采用理论计算和数值模拟方法 分析了不同矸石充填体置换煤柱所对应的上覆岩层移动规律. 结果表明, 随着充填体压实度 的减小, 二次岩层移动所引起的顶板下沉值和等价采高都是不断增大的, 而当孔隙比达到 0.55左右, 所得到的等价采高$H_{e}$增长速度更加灵敏, 并且最大侧向位移增加趋势明显 加快.     

蒸汽压力作用下板条的湿热粘弹性分析

本文分别采用Fick第二定律和Fourier热传导定律模拟了板条的湿气场和温度场,并利用分离变量法给出了板条湿气场和温度场的解析解;采用Wong模型的Kitano和Galloway形式,模拟了回流焊接过程中产生的蒸汽压力;基于Weitsman湿热粘弹性本构关系,利用半逆解法和Laplace变换法,给出了在蒸汽压力作用下湿热粘弹性板条位移场和应力场的解析解.借助解析解,研究了温度和湿度对蒸汽压力作用下粘弹性板条位移场和应力场时空分布的影响.     

基于冲击环境下粘弹性胶泥缓冲器的动力学建模

为了提高军用车辆被动悬挂系统在各种路面的平顺性,设计了一款具有单向节流阀活塞结构的新型粘弹性胶泥缓冲器,并阐述了其工作原理,分析了该胶泥缓冲器的粘滞耗能特性与弹性储能特性。在此基础上,针对粘弹性胶泥缓冲器动力学建模较复杂以及测量数据与理论数据吻合度低的问题,将粘弹性胶泥的本构模型和胶泥在缓冲器中的运动过程结合起来对缓冲器进行动力学建模,克服了传统建模中只重视胶泥材料的本构模型而忽视运动过程的缺点。分别推导了该胶泥缓冲器在进程和回程过程中的阻力公式,最后用冲击实验证明：在各种不同速度下,测量数据与理论拟合曲线最大阻力的相对误差均小于5%。该研究工作为胶泥缓冲器的优化设计和车辆悬挂系统的动力学匹配提供了理论指导。     

粘弹性时变体的损伤演化理论与分析

探讨物体形状变化而引起体内损伤演化的损伤力学课题给出了粘弹性时变体损伤力学的基本方程,并对时变体损伤场及位移场的时空变化规律以及时变效应作出定量分析,同时论证了岩土工程施工分析中应用时变力学理论与方法的必要性.     

线性变厚度粘弹性矩形板在随从力作用下的动力稳定性

利用粘弹性微分型本构关系和薄板理论,对线性变厚度粘弹性矩形薄板建立了在切向均布随从力作用下的运动微分方程,采用微分求积法研究了在随从力作用下线性变厚度粘弹性矩形薄板的稳定性问题,具体对对边简支对边固支和三边简支一边固支条件下体变为弹性、畸变服从Kelvin-Voigt模型的变厚度粘弹性矩形板在随从力下的广义特征值问题进行了求解,分析了薄板的长宽比、厚度比及材料的无量纲延滞时间的变化对随从力作用下矩形薄板的失稳形式及相应的临界荷载的影响.     

基于复变函数的矩形巷道围岩应力与变形粘弹性分析

矩形巷道越来越多地被应用到实际工程当中,其巷道围岩稳定性理论分析具有重要的意义。本文建立了矩形巷道围岩分析的力学模型,运用复变函数理论推导,通过保角变化,得到了矩形巷道外围岩到复平面单位圆上的映射函数;在复变函数域内分析了矩形巷道围岩应力、变形的求解步骤;运用弹性力学、粘弹性理论等推导得到了巷道围岩应力变形的粘弹性解;...     

热载荷下粘弹性功能梯度材料薄板的准静态响应

由热粘弹性功能梯度材料的本构方程出发,利用Laplace变换,通过引进薄板的"结构函数"和"热函数",建立了各向同性薄板的数学模型.采用卷积双线性形式,给出了薄板准静态问题的简化Gurtin型泛函.在空域上和时域上分别采用Ritz法和Legendre插值法考察了温度变化和功能梯度对于薄板响应的影响.     

接触角滞后与流体动压润滑的相关性研究

理论研究表明不同润湿性界面对流体动压润滑油膜厚度有着显著地影响,一般采用接触角(CA)来表征固液界面润湿性. 而由热力学原理推导出的界面势能垒理论模型不仅与接触角相关,也是接触角滞后(CAH)的函数. 本文作者通过对不同基体材料的滑块进行表面张力修饰,获得了不同亲和性的界面. 利用干涉法及荧光法分别测量了不同润湿性界面的流体动压润滑膜厚及油膜受剪切的流动特性,研究了接触角及接触角滞后两个界面参数对流体动压润滑油膜厚度的影响,并对势能垒与接触角滞后的关系进行了讨论. 结果表明:接触角与流体动压润滑油膜厚度的相关性较差,接触角滞后可以更好地表征界面效应对流体动压润滑油膜厚度的影响.      

竖向力作用在粘弹性土体内部时的解答与应用

选择三参量固体模型描述土体的粘弹性本构关系,利用半空间体内部受竖向集中力的Mindlin弹性解,根据粘弹性理论中的准静态弹性-弹粘性对应原理,推导了竖向力作用在粘弹性半无限土体内部的理论解。通过对应力和位移解答进行Laplace逆变换,给出了应力与位移的时域解。作为解答的应用,建立了粘弹性半无限体内部矩形面积上作用有三角形分布、均匀分布荷载时的粘弹性沉降计算公式。为了便于计算与工程应用,根据粘弹性理论解编制了计算程序。结果验证和实例分析表明,文中理论解是正确的,并为工程实际应用提供了理论依据。     

热载荷作用下功能梯度材料梁的热粘弹性弯曲

由记忆型非均匀热粘弹性材料的积分型本构关系出发,在时空可分离松弛函数假设和平截面几何假设下,通过引进"结构热函数",建立了FGM梁热粘弹性弯曲问题的数学模型及其简化Gurtin型变分原理.在热弹性参数沿厚度方向呈幂律形式变化和热粘弹性松弛函数空域部分沿厚度方向呈指数形式变化的情况下,借助Ritz解和解析解,研究了热载荷作用下材料组分对热弹性/热粘弹性挠度响应和应力分布的影响,发现了热应力反向分布现象.     

水库诱震机制新理论的探索──断层带弱化与岩体软化效应诱震理论

针对走滑断层诱发的水库地震，建立了尖点突变模型，提出了发震的充要力学条件判据及地震释放能量的简单表达式。以突变理论分析为依据，建立了水库诱震机制的新假说，简称为断层带弱化与岩体软化效应诱震理论，较合理地解释了水库地震与岩性、构造、水位的关系及水库地震序列ｂ值的特征。本文的讨论从整体上深化了对水库诱震机制的认识。