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[发明专利]一种粘性土-岩石隧道开挖耦合数值方法-CN202310098900.3在审
发明人： 邓鹏海;刘泉声;康瑶莉 -专利权人：武汉大学
申请日： 2023-01-31 - 公布日： 2023-06-06 - 主分类号： G06F30/13 文献下载
摘要：本发明公开了一种粘性土‑岩石复合地层隧道开挖有限元‑离散元耦合数值模拟方法，步骤如下：(1)建立均质围岩隧道开挖数值模型，获得任意三角形单元弹性模量；(2)对所有三角形单元随机性赋值，得到所有三角形单元的随机弹性模量；(3)计算三角形单元的弹性模量E和弹性模量期望值E0的比值，若E/E0≤x，则三角形单元设为粘性土材料，若E/E0x，则三角形单元设为岩石材料；(4)设立二维数组表示三角形单元的三个相邻的三角形单元，对所有三角形进行循环判定以优化空间分布；(5)将粘性土材料和岩石材料分别赋予各自力学属性。本模拟方法能够建立岩石、粘性土在空间上具有随机分布特征的数值模型，且岩石、粘性土的形状和体积比亦具有随机性。
一种粘性岩石隧道开挖耦合数值方法

[发明专利]一种消除加载率效应的断裂能精准标定方法-CN202211201119.6在审
发明人： 邓鹏海;刘泉声 -专利权人：武汉大学
申请日： 2022-09-29 - 公布日： 2022-12-23 - 主分类号： G06F30/23 文献下载
摘要：本发明公开了一种消除加载率效应的断裂能精准标定方法，步骤如下：(1)获取相关力学参数和材料密度；(2)建立具有中央预制破裂路径的巴西劈裂数值模型，采用不同加载速率模拟，将模拟结果进行线性拟合，得到不同GI值零加载速率下的抗拉强度模拟值，并与输入抗拉强度对比，标定得到I型断裂能精确值；(3)建立具有60°倾斜预制破裂路径的单轴压缩模型，采用步骤(2)的方法标定得到II型断裂能精确值；(4)采用线性公式计算不同网格尺寸下的GI和GII值；(5)验证所标定GI和GII值的可靠性。该方法能够消除断裂能对加载速率的依赖性，从而得到零加载速率下的精确值，也能够得到不同网格尺寸下的断裂能。
一种消除加载效应断裂精准标定方法

[发明专利]一种恒阻大变形锚杆隧道围岩加固数值模拟方法-CN202110429026.8有效
发明人： 邓鹏海;刘泉声;徐晓瑜 -专利权人：武汉大学
申请日： 2021-04-21 - 公布日： 2022-08-30 - 主分类号： G06F30/23 文献下载
摘要：本发明公开了一种有限元‑离散元耦合(FDEM)恒阻大变形锚杆隧道围岩加固数值模拟方法，步骤如下：①通过设置功能型四边形节理单元实现恒阻装置在FDEM中的表征；②除恒阻单元外的其余单元采用线弹性本构方程，提出了等效弹性模量和等效剪切模量计算方法；③采用浇筑方法，将锚固剂浇筑成直接拉伸和变角剪切试样，获取锚固剂的拉伸与剪切本构方程；④采用锚杆拉拔试验和锚固剂‑岩石界面拉伸与剪切试验获得锚固剂‑锚杆和锚固剂‑岩石界面本构方程；⑤采用破裂节理单元粘结修复算法，实现锚杆滞后安装的模拟。本发明公开的恒阻大变形锚杆隧道围岩加固FDEM数值模拟方法，为恒阻大变形锚杆隧道围岩加固效果预测和加固机理研究提供了数值模拟工具。
一种恒阻大变形隧道围岩加固数值模拟方法

[发明专利]一种层状岩体FDEM数值模拟输入参数标定方法-CN202210368751.3在审
发明人： 邓鹏海;刘泉声 -专利权人：武汉大学
申请日： 2022-04-08 - 公布日： 2022-08-05 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明公开了一种层状岩体FDEM数值模拟输入参数标定方法，步骤如下：(1)开展单轴压缩试验，获取水平和垂直层状岩体弹性模量和泊松比；(2)开展直接拉伸试验，获取水平和垂直层状岩样抗拉强度；(3)开展直接剪切试验，获取水平和垂直层状岩样粘聚力和内摩擦系数；(4)进行直接拉伸FDEM数值模拟，获取水平和垂直层状岩体I型断裂能；(5)进行直接剪切FDEM数值模拟，获取水平和垂直层状岩体II型断裂能；(6)采用上述宏观参数和断裂能，开展FDEM数值模拟，获得网格尺寸上限值；(7)开展不同倾角岩样的单轴压缩试验和FDEM数值模拟，验证被标参数的可靠性。本发明的标定方法获得的参数能够准确模拟层状岩体的力学特性，且适用于工程尺度的模拟。
一种层状 fdem 数值模拟输入参数标定方法

[发明专利]隧道围岩破裂碎胀大变形失稳灾变过程数值模拟方法-CN202110429028.7有效
发明人： 邓鹏海;刘泉声 -专利权人：武汉大学
申请日： 2021-04-21 - 公布日： 2022-07-19 - 主分类号： G06F30/13 文献下载
摘要：本发明公开了一种隧道围岩破裂碎胀大变形失稳灾变过程2D‑FDEM数值模拟方法，模拟步骤包括建模及赋参、地应力施加、地应力平衡和核心材料软化卸荷。针对上述模拟步骤，本发明提出了：①一种节点力反向施加技术和坐标转换方法，使得任意倾角的地应力能够施加于具有任意形状边界的模型上；②一种新型迟滞阻尼模型及相应的临界阻尼系数取值方法，使得地应力加载阶段的动能能够被快速耗散掉；③一种核心材料逐步软化法以模拟隧道准静态开挖卸荷过程并能够反映掌子面径向支撑效应逐渐消失的过程。本发明提供的方法实现了隧道围岩破裂碎胀大变形失稳灾变全过程的模拟，能够捕获围岩裂隙场、应力场和位移场的孕育演化全过程。
隧道围岩破裂胀大变形失稳灾变过程数值模拟方法

[发明专利]一种分段双向大变形锚杆-CN202111622562.6在审
发明人： 邓鹏海;刘泉声 -专利权人：武汉大学
申请日： 2021-12-28 - 公布日： 2022-05-13 - 主分类号： E21D21/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种分段双向大变形锚杆，包括依次连接的孔外段锚固部分、孔口段锚杆、至少一根孔中段锚杆、和孔底段锚杆；所述孔口段、孔中段和孔底段锚杆头端均内置于恒阻器中并紧固；锚杆尾端螺纹连接有连接链条，连接链条进一步连接到下一结构单元；所述连接链条为扣环连接，以实现锚杆垂直方向大变形。本发明将锚杆分为多节，且每节均设置恒阻器，通过不同部位恒阻器的滑移实现不同部位锚杆的大变形以便与围岩的不均匀位移场相协调，此外，通过连接链条将每节锚杆连接，实现锚杆沿切向的转动，适应围岩的剪切大变形，防止锚杆发生剪切断裂。
一种分段双向变形

[发明专利]一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构及施工方法-CN202210095383.X在审
发明人： 邓鹏海;刘泉声 -专利权人：武汉大学
申请日： 2022-01-26 - 公布日： 2022-05-13 - 主分类号： E21D11/10 文献下载
摘要：本发明公开了一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构及施工方法。所述支护结构包括紧贴岩壁架设的柔性钢筋网、多级恒阻大变形锚杆、环向薄钢带、纵向薄钢带、环向钢拱架、纵向厚钢带；所述环向钢拱架、环向薄钢带环绕内壁，等间隔交替沿隧道轴向设置；所述环向钢拱架包括环向钢拱架片和具有缓冲作用的环向让压构件；所述纵向薄钢带、纵向厚钢带等间隔交替沿隧道轴向设置，与环向钢拱架、环向薄钢带形成网状结构；所述纵向薄钢带和环向薄钢带的交叉处设置有贯穿入围岩内部的多级恒阻大变形锚杆。本发明公开的三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构具有耗能、防冲击、防碎石弹射的特点，能够实现对隧道硬岩强岩爆冲击的有效控制。
一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构施工方法

[发明专利]一种有限元-离散元耦合数值模拟程序(FDEM)输入参数快速标定方法-CN202011186326.X有效
发明人： 邓鹏海;刘泉声;吴坚 -专利权人：武汉大学
申请日： 2020-10-30 - 公布日： 2022-01-04 - 主分类号： G01N3/62 文献下载
摘要：本发明公开了一种有限元‑离散元耦合数值模拟程序(FDEM)输入参数快速标定方法，步骤如下：(1)采用单轴压缩、巴西劈裂和三轴压缩室内试验获得岩石宏观物理力学参数；(2)采用单轴压缩模拟试验峰前阶段曲线标定节理罚值Pf；(3)基于算法改进和单个节理单元压剪破坏标定法向接触刚度Pn；(4)采用单轴压缩模拟试验全过程曲线标定II型断裂能GII；(5)采用直接拉伸试验标定I型断裂能GI；(6)再次采用单轴压缩模拟试验标定切向接触刚度Pt；(7)采用三轴压缩、巴西劈裂和直接剪切模拟试验验算所标定参数的可靠性。本发明提出的标定方法效率高，消除了参数取值对网格尺寸的依赖性，能够适用于工程尺度的模拟。
一种有限元离散耦合数值模拟程序 fdem 输入参数快速标定方法

[发明专利]一种岩石粘聚力和内摩擦角时效劣化演化方程获取方法-CN202110429499.8在审
发明人： 邓鹏海;刘泉声 -专利权人：武汉大学
申请日： 2021-04-21 - 公布日： 2021-07-16 - 主分类号： G01N3/08 文献下载
摘要：本发明公开了一种岩石粘聚力和内摩擦角时效劣化演化方程获取方法，步骤如下：1.对相同批次岩样试件进行波速测量，获取波速相近的岩样；2.进行单轴压缩室内加载试验，获得单轴抗压瞬时强度值σc0；3.将围压设定为单轴抗压瞬时强度的0.05‑0.30倍，进行三轴压缩室内试验，得到三轴抗压强度、瞬时粘聚力c0和内摩擦角4.将荷载施加至0.95σc0后停止加载并维持荷载，监测轴向应变和横向应变随时间的变化关系，得到应力‑时间数据点；5.将荷载分别设定为0.70‑0.90σc0，得到应力‑破坏时间数据点；6.对数据点拟合，得到岩石单轴抗压强度时效劣化演化方程；7.得到岩石粘聚力和内摩擦角时效劣化演化方程。本发明能够实现岩石粘聚力和内摩擦角劣化过程实时预测，以实现岩体工程长期稳定性有效评估预测分析。
一种岩石粘聚力摩擦角时效演化方程获取方法

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