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层状赋存含水合物沉积物的本构模型研究

工程地质学报 2022年第5期30卷 1427-1437页

作者：周鸣亮贺洁同济大学地下建筑与工程系上海200092

推进天然气水合物资源开采是我国能源战略的重要任务。层状赋存形态的含水合物沉积物在目标开采储层中普遍存在,水合物开采引起的沉积物层扰动会直接诱发剪切变形影响储层的稳定性,严重制约水合物资源的安全开采。现有水合物沉积物的本... 详细信息

推进天然气水合物资源开采是我国能源战略的重要任务。层状赋存形态的含水合物沉积物在目标开采储层中普遍存在,水合物开采引起的沉积物层扰动会直接诱发剪切变形影响储层的稳定性,严重制约水合物资源的安全开采。现有水合物沉积物的本构表征主要基于空间均匀分布、各向同性的材料特征假设,缺少考虑水合物沉积物的强非线性力学特性受层状赋存形态影响的本构表征方法,无法准确预测目标开采储层的应力-应变规律。本文采用均匀化理论,基于每层沉积物的弹塑性刚度矩阵构建层状形态代表体积单元的宏细观控制方程,建立了层状赋存含水合物沉积物的本构表征方法。代表体积单元内每层的沉积物模型参数可基于均质含水合物沉积物试样的三轴试验标定获取。通过将层状本构模型预测和层状沉积物三轴试验以及数值试验的应力-应变关系对比验证,本研究提出的层状本构模型可准确描述原位储层中层状赋存含水合沉积物的力学行为。

关键词：水合物沉积物本构模型层状赋存形态均匀化理论

中中新世秦安黄土-古土壤序列磁性增强机制及其环境意义

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地球物理学报 2023年第8期66卷 3316-3334页

作者：周鸣亮张春霞郭正堂山东科技大学地球科学与工程学院山东青岛266590 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院新生代地质与环境重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029

中中新世黄土高原风尘堆积序列磁化率显著增高,在区域内已成为地层对比标志,然而其磁性增强机制依然不清楚.本文对秦安地区QA-I剖面约14~17.1 Ma期间的黄土-古土壤样品进行了系统的环境磁学、岩石磁学(热磁性质、磁滞性质、非磁滞剩磁... 详细信息

中中新世黄土高原风尘堆积序列磁化率显著增高,在区域内已成为地层对比标志,然而其磁性增强机制依然不清楚.本文对秦安地区QA-I剖面约14~17.1 Ma期间的黄土-古土壤样品进行了系统的环境磁学、岩石磁学(热磁性质、磁滞性质、非磁滞剩磁与饱和等温剩磁比值χARM/SIRM等)和色度指标分析.结果表明,QA-I剖面黄土-古土壤序列样品中磁性矿物为准单畴(PSD)磁铁矿、超顺磁/单畴(SP/SD)磁赤铁矿和赤铁矿,古土壤中细粒磁赤铁矿含量高于上下相邻黄土层.CBD(Citrate-Bicarbonate-Dithionite)处理方法显示,中中新世风尘序列中碎屑成因的PSD磁铁矿含量变化不大,约14.5~16.0 Ma期间成壤成因SP/SD磁赤铁矿含量的增多,是导致该时期风尘堆积序列磁化率增强的主要原因;这与该时期较低的土壤发育程度并不一致,表明CBD处理方法虽然可有效获取成壤成因SP/SD磁赤铁矿信息,却无法区分其为当地还是源区成壤成因.低温磁学研究表明,QA-I剖面约14.5~16.0 Ma期间SP/SD磁赤铁矿可能为碎屑磁铁矿颗粒的风化外壳,其含量高低变化与风尘样品中值粒径粗细变化一致,揭示出此类磁性颗粒含量受控于风力强弱,可能为源区风化成因.尽管中中新世古土壤样品的磁化率与上下黄土层相比可反映其成壤强度,但约14.5~16.0 Ma期间SP/SD磁赤铁矿含量变化可能同时受到当地成壤强度以及源区风化的影响,导致磁化率与当地成壤强度之间关系较为复杂.因此,中新世风尘堆积序列长尺度的磁化率趋势并不反映东亚夏季风强度的变化.

关键词：中中新世环境磁学 CBD处理色度成壤强度

运营期盾构隧道结构病害的自动化检测与三维可视化

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应用基础与工程科学学报 2021年第5期29卷 1265-1279页

作者：周鸣亮程文张东明黄宏伟同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

在地铁盾构隧道运营过程中,隧道结构病害的高效检测是保障隧道安全稳定的重要手段,其中隧道结构变形和衬砌表观病害是常见的两大类结构病害检测对象.为了弥补传统人工检测方法低效率性和强主观性的缺陷,本文提出了一种基于移动激光扫描... 详细信息

在地铁盾构隧道运营过程中,隧道结构病害的高效检测是保障隧道安全稳定的重要手段,其中隧道结构变形和衬砌表观病害是常见的两大类结构病害检测对象.为了弥补传统人工检测方法低效率性和强主观性的缺陷,本文提出了一种基于移动激光扫描技术的盾构隧道结构病害自动化检测和三维可视化方法.该方法利用隧道的激光点云数据首先进行去噪和生成灰度图像的预处理.去噪后的点云数据通过椭圆拟合的方式分别计算出隧道横断面的收敛变形值、椭圆度以及环间错台值;同时利用生成的灰度图像通过深度学习的算法对衬砌表面的渗漏水和剥落病害进行自动化识别和量化.为了将自动检测生成的隧道结构病害结果实现三维可视化,本研究提出了基于激光点云数据的曲面重构方法,通过三维游戏引擎Unity 3D软件的二次开发,实现了隧道内部环境的第一人称三维漫游展示.本文提出的方法成功应用于某地铁盾构隧道的运营检测中,验证了方法的可行性,为地铁盾构隧道的结构病害数字化管理提供了全新的视角和技术手段.

关键词：盾构隧道运营移动激光扫描三维点云数据结构病害检测渗漏水混凝土剥落隧道变形三维可视化

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盾构隧道纵缝接头变形可恢复性足尺试验研究

岩土工程学报 2022年第S02期44卷 112-115页

作者：张艳杰黄宏伟周鸣亮中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 同济大学土木工程学院上海200092

进行了盾构隧道拱顶双缝接头和拱腰单缝接头的原型足尺试验,探究两类接头在隧道上方堆载作用下的变形发展规律、以及卸载和土体微扰动注浆条件下的变形可恢复性。试验结果表明:随着地表堆载增大,接头张开变形呈非线性发展;超载引起的变... 详细信息

进行了盾构隧道拱顶双缝接头和拱腰单缝接头的原型足尺试验,探究两类接头在隧道上方堆载作用下的变形发展规律、以及卸载和土体微扰动注浆条件下的变形可恢复性。试验结果表明:随着地表堆载增大,接头张开变形呈非线性发展;超载引起的变形可以通过卸载得到部分恢复,既有变形越小,恢复效果越好;注浆作用下,拱顶接头的变形恢复效果较拱腰接头更为显著。

关键词：纵缝接头变形可恢复性微扰动注浆转动刚度足尺试验

融合机器视觉与性能分析的运营盾构隧道结构安全状态评价

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应用基础与工程科学学报 2023年第6期31卷 1461-1476页

作者：周鸣亮汪长松黄宏伟程文邵华张东明同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学上海自主智能无人系统科学中心上海200092 上海地铁维护保障有限公司上海200070

在地铁盾构隧道运维过程中,隧道结构变形和衬砌表观病害是常见的两大类结构安全状态评价指标.为了平衡专家评价的主观性和物理力学模型的客观性,提出了融合机器视觉结构病害检测信息和不同病害下结构性能分析的隧道安全状态评价方法,基... 详细信息

在地铁盾构隧道运维过程中,隧道结构变形和衬砌表观病害是常见的两大类结构安全状态评价指标.为了平衡专家评价的主观性和物理力学模型的客观性,提出了融合机器视觉结构病害检测信息和不同病害下结构性能分析的隧道安全状态评价方法,基于隧道工程专家对于不同分类病害权重比例的评估,同时综合了位置、面积、体积等细化指标对于各项病害的加权影响.该评价方法以移动激光扫描获取的三维点云作为数据基础,通过椭圆拟合计算出盾构隧道横断面的收敛变形值、椭圆度以及环间错台值,采用提出的深度学习模型对衬砌表观的渗漏水和剥落病害进行自动化识别和量化,基于有限元数值模拟分析量化了渗漏水以及剥落病害在不同位置的安全状态权重,并通过信息熵法确定了横向收敛变形以及椭圆度两种病害的权重,得到了隧道结构安全状态评价公式.最后采用无监督机器学习Kmeans++聚类算法得到了安全状态分级的阈值,现场实例验证结果表明,提出的评价方法在效率、客观、全面性等方面均体现了一定的优越性,能够为盾构隧道维保部门制定运维决策提供参考.

关键词：盾构隧道机器视觉深度学习结构病害识别结构安全评价

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潮汐对海底隧道工作面稳定性的影响研究

地下空间与工程学报 2024年第S01期20卷 381-390页

作者：邢增良张乐谭明伦周鸣亮黄宏伟同济大学土木工程学院上海200092 青岛国信胶州湾第二海底隧道有限公司山东青岛266071

潮汐作用下水位变化触发海床地层应力的重分布,影响海底隧道施工中工作面围岩的稳定性。以青岛胶州湾第二海底隧道为工程背景,采用多相大变形数值计算方法—物质点法,分析了潮汐作用下水位变化对隧道开挖工作面围岩的破坏响应。通过数... 详细信息

潮汐作用下水位变化触发海床地层应力的重分布,影响海底隧道施工中工作面围岩的稳定性。以青岛胶州湾第二海底隧道为工程背景,采用多相大变形数值计算方法—物质点法,分析了潮汐作用下水位变化对隧道开挖工作面围岩的破坏响应。通过数值模拟与现场监测数据的对比,验证了物质点法数值模拟方法的可行性。通过模拟196组不同围岩等级下的水位变化,探究海床沉降、围岩变形、塑性破坏区的分布和特征。结果表明:水位降低会增大施工期间隧道工作面的变形;水位变化与不良围岩参数的组合是隧道工作面失稳的关键,并得到了16组诱发工作面大变形失稳的参数组合。

关键词：海底隧道物质点法水位变化围岩失稳大变形岩石隧道开挖

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含水合物粉细砂的三轴试验及模拟

中国海洋大学学报（自然科学版） 2022年第3期52卷 124-130页

作者：赵志超朱志鹏王栋周鸣亮中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100 同济大学土木工程学院上海200092

利用水饱和法制备含天然气水合物试样,进行等向压缩试验和不排水三轴试验。采用天然气水合物临界状态(MHCS)模型同时预测排水条件和不排水条件下的三轴试验,并进行变动参数分析。不排水条件下,密实纯砂发生应变硬化,而相近密实度的含水... 详细信息

利用水饱和法制备含天然气水合物试样,进行等向压缩试验和不排水三轴试验。采用天然气水合物临界状态(MHCS)模型同时预测排水条件和不排水条件下的三轴试验,并进行变动参数分析。不排水条件下,密实纯砂发生应变硬化,而相近密实度的含水合物试样出现应变软化,峰值偏应力随水合物饱和度和围压增大。通过与排水和不排水三轴试验结果的对比,验证了MHCS模型对含水合物粉细砂的适用性与局限。变动参数分析表明:两个关键参数的取值显著影响峰后偏应力的软化过程,但二者的作用均存在相当程度的不确定性。

关键词：天然气水合物粉细砂三轴试验水饱和本构模型

考虑施工时序的隧道工作面坍塌风险分析方法与验证

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防灾减灾工程学报 2024年第3期44卷 579-595页

作者：周鸣亮李泽豫黄宏伟仝跃张伟同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 云南省交通规划设计研究院有限公司云南昆明650041

岩石隧道钻爆法开挖过程中存在多工序交叉作业,且频繁遭遇复杂的地质环境,导致工作面坍塌事故时有发生。为分析隧道施工中工作面坍塌风险,结合T-S(Takagi-Sugeno)模糊事故树与贝叶斯网络,提出了一种考虑岩石隧道施工基本事件时序性的工... 详细信息

岩石隧道钻爆法开挖过程中存在多工序交叉作业,且频繁遭遇复杂的地质环境,导致工作面坍塌事故时有发生。为分析隧道施工中工作面坍塌风险,结合T-S(Takagi-Sugeno)模糊事故树与贝叶斯网络,提出了一种考虑岩石隧道施工基本事件时序性的工作面坍塌风险分析方法。广泛调研了46起钻爆法岩石隧道工作面坍塌事故,筛选辨识出影响工作面稳定性的30项致险因子与孕险环境作为基本事件,基于统计数据量化计算各基本事件的发生概率模糊子集与各节点间条件概率,构建了隧道工作面坍塌T-S模糊事故树并映射为贝叶斯网络,运用贝叶斯网络的双向推理功能,计算得到各基本事件的后验概率与重要度,筛选出部分对隧道工作面坍塌影响较大的关键基本事件。随后结合隧道施工过程中各基本事件发生的时序性,通过在贝叶斯网络中逐次更新对应事件的风险状态,得到工作面坍塌风险发生概率的时序性变化。以油坊坪隧道坍塌事故为工程实例,讨论了隧道建设中考虑施工时序的工作面坍塌风险分析的可行性与挑战,给出了岩石隧道不同施工阶段的风险管控方案与重点,为岩石隧道施工安全风险分析与管控提供了新的理论基础与技术手段。

关键词：岩石隧道工作面坍塌 T-S事故树贝叶斯网络风险分析时序性

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液相剥离法高效制备石墨烯的研究进展

化工进展 2024年第1期43卷 215-231页

作者：李文鹏刘晴杨志荣高展鹏王景涛周鸣亮张金利郑州大学化工学院同济大学土木工程学院天津大学化工学院

石墨烯是一种具有优良物理化学性质的二维纳米材料，广泛应用于电池、催化、传感器、印刷、生物医药等领域。然而，石墨烯及其衍生产品的应用与发展面临着巨大挑战——低成本、高品质、规模化生产。本文综述了液相剥离法高效制备石墨烯... 详细信息

石墨烯是一种具有优良物理化学性质的二维纳米材料，广泛应用于电池、催化、传感器、印刷、生物医药等领域。然而，石墨烯及其衍生产品的应用与发展面临着巨大挑战——低成本、高品质、规模化生产。本文综述了液相剥离法高效制备石墨烯的研究进展，重点探讨了电化学插层法、溶剂插层法、高温膨胀法和微波膨胀法等液相剥离的前处理方法原理以及对石墨烯剥离效果的影响；分析了水基溶剂、有机溶剂和混合溶剂等剥离溶剂的优缺点与选取原则；对比了超声、高剪切和微通道等过程强化设备的剥离原理和优缺点；简述了离心分离的后处理方法以及分离效果；最后对液相剥离法宏量制备石墨烯的发展趋势进行了展望：通过结合人工智能等方法进行多目标优化，开发无残留的功能化插层剂并匹配温和快速的膨胀方法，寻找低毒、低沸点、高分散的溶剂体系，精确调控液相剥离设备作用机理，设计连续化梯级离心设备，实现液相剥离制备石墨烯的连续化、规模化、低成本快速制备。

关键词：石墨烯液相剥离二维纳米材料高剪切微通道高效制备