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基于非线性动力分析的隧洞稳定性评价

岩石力学与工程学报 2017年第A1期36卷 3156-3163页

作者：刘耀儒武哲书何柱杨强冷旷代清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

随着地下洞室工程建设的增多,在复杂地质条件及动力条件下的地下洞室的稳定性受到越来越多的重视,其抗震稳定性及加固设计成为保证工程安全运行的重要课题。基于变形加固理论和过应力概念,提出采用塑性余能范数及不平衡力时程评价结构... 详细信息

随着地下洞室工程建设的增多,在复杂地质条件及动力条件下的地下洞室的稳定性受到越来越多的重视,其抗震稳定性及加固设计成为保证工程安全运行的重要课题。基于变形加固理论和过应力概念,提出采用塑性余能范数及不平衡力时程评价结构整体稳定性及局部失稳的分析理论。基于三维非线性有限元动力分析,提出适用于地下工程结构抗震稳定性评价的分析方法,并在三维非线性有限元程序TFINE中实现。地下工程结构稳定性的最危险状态通过塑性余能范数时程曲线来确定。通过不平衡力大小及分布的时程变化来确定容易破坏的部位,同时也可以为支护设计提供指导。对隧洞模型的应力位移反应做了分析,并将屈服区与不平衡力分布进行对比,并分析有、无衬砌对结构稳定性的影响。计算结果表明,不平衡力可以直观地表示结构的局部失稳情况,比采用位移、应力和围岩屈服区评价隧洞围岩稳定性更为准确、有效,塑性余能范数可以定量评价隧洞围岩的整体稳定性及围岩衬砌效果。

关键词：地下工程隧洞稳定性评价非线性动力分析余能范数时程不平衡力时程

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库岸边坡滑塌及涌浪数值模拟

库岸边坡滑塌及涌浪数值模拟

作者：武哲书清华大学

学位级别：硕士

一些高坝大库已经投入运行,未来几年,我国西南地区还将有多座大型水电工程相继完工。这些工程开挖边坡高度大,岩体完整性差,地质条件恶劣,对边坡的稳定性造成了极大挑战。不仅这些高边坡自身稳定性不强,在水库蓄水等水位变化作用下,边... 详细信息

一些高坝大库已经投入运行,未来几年,我国西南地区还将有多座大型水电工程相继完工。这些工程开挖边坡高度大,岩体完整性差,地质条件恶劣,对边坡的稳定性造成了极大挑战。不仅这些高边坡自身稳定性不强,在水库蓄水等水位变化作用下,边坡更易发生局部失稳,引起滑坡灾害。较大滑坡体滑落至水库,不仅危害水库的健康运行,伴随产生的巨大的涌浪还对大坝作用超载力,甚至造成漫坝危险,对库区及下游安全构成了极大的威胁。为了能对边坡的稳定安全及涌浪灾害提供预警,本文提出了库岸边坡稳定性及滑坡涌浪分析系统。首先进行库岸边坡的稳定性分析,并确定可能出现的滑坡,在此基础上进行滑坡涌浪的模拟。库岸边坡的稳定性分析采用基于变形加固理论的三维非线性有限元方法。通过计算分析工程应用的简化模型,即均质边坡、含有软弱夹层的边坡、边坡坡脚加固等,说明了不平衡力在边坡稳定性分析中的适应性,提出利用不平衡力的分布确定潜在的滑坡体。涌浪灾害的分析采用基于浅水波方程和类流体颗粒模型的海啸模拟程序COMCOT,该程序可以模拟滑坡涌浪的产生与传播过程。滑坡体的确定采用前述边坡稳定分析方法。用类流体颗粒模型模拟滑坡的运动时,颗粒底部与地面的摩擦对其运动有着重要影响。通过参数敏感性分析可知,摩擦系数越小,滑坡下滑速度越快,引起涌浪的首波高度也越大。利用上述库岸边坡稳定性及滑坡涌浪分析系统对拉西瓦果卜边坡的稳定性和可能的滑坡涌浪进行了模拟。计算分析了水位在2452m和2448m的正常工况下的边坡稳定性,对削坡方案的处理效果进行了评价。同时,基于边坡稳定性分析,确定了3个比较危险的滑坡体进行了涌浪的数值模拟。结果表明,滑坡涌浪到坝前最高约为6.8m,部分区域涌浪爬坡较高,对工程有一定的影响。本文提出的边坡滑塌及涌浪数值模拟方法能够科学地进行库岸边坡滑塌的风险分析,相关成果可以为库岸边坡及类似工程的除险加固提供合理建议,为库岸边坡滑塌及涌浪灾害提供预警信息。

关键词：库岸边坡风险分析滑坡涌浪数值模拟

大粒径SAP混凝土缓冲材料的物理力学性能研究

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隧道建设（中英文） 2023年第12期43卷 2056-2065页

作者：武哲书曹俊孙文昊崔臻张津中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心湖北武汉430063 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

为提高隧道抗错断结构缓冲层的压缩性能,增强穿越活动断层的隧道对于较大断层错动位移的消纳能力,提出并制备一种基于厘米级大粒径SAP成孔的新型多孔混凝土缓冲材料,开展基于含砂率、SAP体积分数与SAP集料粒径等因素设置的单因素试验,... 详细信息

为提高隧道抗错断结构缓冲层的压缩性能,增强穿越活动断层的隧道对于较大断层错动位移的消纳能力,提出并制备一种基于厘米级大粒径SAP成孔的新型多孔混凝土缓冲材料,开展基于含砂率、SAP体积分数与SAP集料粒径等因素设置的单因素试验,分析以上因素对SAP混凝土物理力学性能的影响。研究表明,SAP体积分数、含砂率对SAP混凝土力学性能具有显著影响,但影响规律有所差异,SAP集料粒径对SAP混凝土的影响较小。在此基础上对材料配比进行优化,获取具有一定力学强度、较大孔隙率且具有脆性破坏特性的缓冲材料,力学性能满足衬砌结构要求,压缩量大幅提高,可用于隧道穿越大位移活动断层抗错断结构。

关键词：活动断层隧道缓冲材料 SAP混凝土抗压强度

胶州湾第二海底隧道穿越活动断层抗错断结构方案研究

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隧道建设（中英文） 2023年第5期43卷 826-836页

作者：武哲书孙文昊肖明清管鸿浩陈立保中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心湖北武汉430063 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

为保证海底隧道在断层错动作用下的结构安全,依托胶州湾第二海底隧道工程,对隧道穿越最大位错量为0.49 m的沧口断裂段落进行衬砌结构设计,提出扩大断面和多孔脆性材料填充2种方案。采用有限元数值模拟方法对2种方案衬砌结构的变形与受... 详细信息

为保证海底隧道在断层错动作用下的结构安全,依托胶州湾第二海底隧道工程,对隧道穿越最大位错量为0.49 m的沧口断裂段落进行衬砌结构设计,提出扩大断面和多孔脆性材料填充2种方案。采用有限元数值模拟方法对2种方案衬砌结构的变形与受力特点进行分析,并综合对比2种方案的衬砌结构受力情况、扩挖量和施工难易度,最终推荐采用柔性连接结合多孔脆性材料填充的抗错断结构设计方案。该方案在减小开挖量、未明显增加施工难度的同时,克服了扩大断面方案二次衬砌在断层错动作用下易破坏的问题,可保证止水构造正常发挥作用,提升海底隧道衬砌结构在断层错动下的安全性。

关键词：海底隧道活动断层抗错断结构柔性连接多孔脆性填充材料

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胶州湾第二海底隧道跨断裂带抗错方案研究

铁道标准设计 2021年第10期65卷 116-122,166页

作者：陈立保孙文昊孙州武哲书中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心武汉430063 上海同岩土木工程科技股份有限公司上海200092 上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心上海200092

以胶州湾第二海底隧道工程为例,结合穿越活动断裂带的相关类似工程,通过数值模拟方法研究沧口断裂带断层错动位移对主线钻爆法隧道结构应力、变形影响规律,对比分析不同衬砌模宽、剪切缝宽度、剪切缝模量比以及柔性层厚度的抗错效果,明... 详细信息

以胶州湾第二海底隧道工程为例,结合穿越活动断裂带的相关类似工程,通过数值模拟方法研究沧口断裂带断层错动位移对主线钻爆法隧道结构应力、变形影响规律,对比分析不同衬砌模宽、剪切缝宽度、剪切缝模量比以及柔性层厚度的抗错效果,明确了断层错动引起的隧道结构破坏范围,提出活动断裂带大错断量作用下钻爆法隧道的合理抗震设防区域及抗错措施。研究表明:(1)抗震设防区域可设置为上盘左边界4D至下盘右边界4D范围;(2)建议采用衬砌模宽6 m,剪切缝宽度0.5 m,剪切缝弹性模量50 MPa及柔性层厚度45 cm的隧道进行抗错断设计。

关键词：海底隧道钻爆法错动断层抗错设计剪切缝宽度设防区域

Stability and reinforcement analysis of rock slope based on elasto-plastic finite element method

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Journal of Central South University 2015年第7期22卷 2739-2751页

作者：刘耀儒武哲书常强李波杨强 State Key Laboratory of Hydroscience and Hydraulic Engineering (Tsinghua University) Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research

The rigid body limit equilibrium method(RBLEM) and finite element method(FEM) are two widely used approaches for rock slope's stability analysis currently. RBLEM introduced plethoric assumptions; while traditional FEM relied on artificial factors when determining factor of safety(FOS) and sliding surfaces. Based on the definition of structure instability that an elasto-plastic structure is not stable if it is unable to satisfy simultaneously equilibrium condition, kinematical admissibility and constitutive equations under given external loads, deformation reinforcement theory(DRT) is developed. With this theory, plastic complementary energy(PCE) can be used to evaluate the overall stability of rock slope, and the unbalanced force beyond the yield surface could be the identification of local failure. Compared with traditional slope stability analysis approaches, the PCE norm curve to strength reduced factor is introduced and the unbalanced force is applied to the determination of key sliding surfaces and required reinforcement. Typical and important issues in rock slope stability are tested in TFINE(a three-dimensional nonlinear finite element program), which is further applied to several representatives of high rock slope's stability evaluation and reinforcement engineering practice in southwest of China.

关键词： stability analysis rock slope plastic complementary energy(PCE) unbalanced forces elasto-plasticity FEM

散粒体压制成型过程非线性负载力补偿算法研究

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 63-70页

作者：武哲袁畅李宝仁杨钢华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

针对特殊散粒体压制成型过程发生弹塑性变形时,负载刚度呈现复杂的非线性时变特性,散粒体压制成型装置容易产生抖动现象,进而影响产品的密度均匀性和一致性问题,建立了散粒体压制成型装置电-液伺服系统的数学模型,提出了一种基于压制成... 详细信息

针对特殊散粒体压制成型过程发生弹塑性变形时,负载刚度呈现复杂的非线性时变特性,散粒体压制成型装置容易产生抖动现象,进而影响产品的密度均匀性和一致性问题,建立了散粒体压制成型装置电-液伺服系统的数学模型,提出了一种基于压制成型过程的非线性负载力补偿算法,通过对消补偿机制将非线性负载力对系统的影响进行抑制,使系统成为解耦线性系统.试验结果表明:当采用PID+LOC非线性负载力补偿算法时,散粒体压制成型过程中非线性负载力对控制系统性能的影响显著降低,运动控制曲线基本上呈线性变化;由于散粒体的蠕变特性,当采用比例-积分-微分(PID)控制算法时,在保压阶段容易诱发压制力的衰落振荡现象,而采用PID+LOC非线性负载力补偿算法则彻底消除了压制力的衰落振荡现象,并且提高了系统的控制精度,扩展了系统的频宽.

关键词：散粒体压制成型非线性负载对消补偿机制解耦线性系统

相似还是互补?时间个性异质性对创业团队决策绩效的影响

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科技进步与对策 2024年第18期41卷 129-138页

作者：王渊李浩郭武哲西安工程大学管理学院陕西西安710048 中国海警局直属第四局海南文昌571300

基于IPO理论框架构建研究模型,揭示时间个性异质性对创业团队决策绩效的影响及时间压力的调节作用,基于创业模拟实验设计进行实验研究,对提出的模型和假设进行检验。研究发现:时间个性异质性对团队决策绩效存在显著正向影响,团队时间心... 详细信息

基于IPO理论框架构建研究模型,揭示时间个性异质性对创业团队决策绩效的影响及时间压力的调节作用,基于创业模拟实验设计进行实验研究,对提出的模型和假设进行检验。研究发现:时间个性异质性对团队决策绩效存在显著正向影响,团队时间心智模型在其中发挥中介作用;时间压力调节时间个性异质性和团队时间心智模型之间的作用关系,但对团队决策绩效的调节作用不显著。研究结论能够完善现有文献对团队异质性研究的不足,为理论分歧提供新的学理解释,并为创业团队提高决策绩效提供实践启示。

关键词：时间个性异质性决策绩效团队时间心智模型时间压力

考虑挠度的宽温域陶瓷轴承转子系统动态特性分析

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振动与冲击 2024年第1期43卷 28-35,53页

作者：白晓天杨武哲王子男郑浩沈阳建筑大学机械工程学院沈阳110168

宽温域下陶瓷轴承外圈与轴承座之间配合间隙发生变化,同时转子质量对轴特别是细长轴会产生挠度影响,导致轴与轴承接触处力的边界条件发生变化,对轴承性能有很大影响。建立一种考虑挠度变化对宽温域内轴承转子系统影响的动力学模型,将轴... 详细信息

宽温域下陶瓷轴承外圈与轴承座之间配合间隙发生变化,同时转子质量对轴特别是细长轴会产生挠度影响,导致轴与轴承接触处力的边界条件发生变化,对轴承性能有很大影响。建立一种考虑挠度变化对宽温域内轴承转子系统影响的动力学模型,将轴承座与陶瓷轴承的热变形分别计算,并将不同温度下配合间隙作为边界条件,最后引入挠度因素改变轴与轴承接触处力的边界条件,来对全陶瓷球轴承动态特性进行求解。考虑轴承工作温度以及转轴挠度变化,对全陶瓷球轴承外圈振动情况展开参数化研究,并结合试验手段对模型精度加以验证。结果表明,挠度的产生使宽温域内全陶瓷轴承径向竖直正方向振动幅值减小,导致系统运行不稳定。研究结果对全陶瓷轴承动力学分析提供参考,并为提高陶瓷轴承转子系统稳定性提供理论依据。

关键词：全陶瓷轴承动力学模型配合间隙挠度