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基于岩土材料临界状态理论的有限元非局部软化算法——以CSUH模型为例

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岩石力学与工程学报 2023年第7期42卷 1759-1766页

作者：姚仰平武孝天崔文杰北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100083

实际工程中岩土材料往往表现出剪胀和软化特性。采用传统有限元方法模拟这种材料软化特性及其产生的剪切带时,预测结果往往表现出较强的网格依赖性,从而极大地影响了土体软化阶段计算结果的准确性且计算过程中极易出现不收敛的问题。提... 详细信息

实际工程中岩土材料往往表现出剪胀和软化特性。采用传统有限元方法模拟这种材料软化特性及其产生的剪切带时,预测结果往往表现出较强的网格依赖性,从而极大地影响了土体软化阶段计算结果的准确性且计算过程中极易出现不收敛的问题。提出一种基于岩土材料临界状态理论的有限元非局部软化新算法,该方法与有限元传统本构积分算法相比,有效地避免了模拟材料软化特性时的网格依赖性和收敛性问题。同时,该方法能够合理地将非局部应变与本构模型的有限元本构积分过程相结合,对于以修正剑桥模型为代表的经典临界状态弹塑性本构模型具有普适性。以适用于黏土和砂土的统一硬化(CSUH)模型为例,详细介绍该方法在有限元中的实现步骤,并以典型的双轴压缩问题为例进行验证。结果表明,当网格划分超过一定数量后,有限元计算结果差异性显著减小,计算过程具有良好的收敛性和稳定性。

关键词：土力学非局部软化算法 CSUH模型有限元法网格依赖性双轴压缩

基于CSUH模型的砂/黏土不排水柱孔扩张统一解

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岩土工程学报 2021年第6期43卷 1019-1028页

作者：武孝天徐永福上海交通大学土木工程系上海200240

目前大多解答难以合理考虑密砂和超固结土的诸多力学特性,因而解答与实际情况存在一定偏差,此外可以统一描述砂土和黏土不排水柱孔扩张的解答很少。基于CSUH本构模型(Unified hardening model for clays and sands)推导了砂土和黏土中... 详细信息

目前大多解答难以合理考虑密砂和超固结土的诸多力学特性,因而解答与实际情况存在一定偏差,此外可以统一描述砂土和黏土不排水柱孔扩张的解答很少。基于CSUH本构模型(Unified hardening model for clays and sands)推导了砂土和黏土中不排水柱孔扩张的弹塑性刚度矩阵[Dep]。在此基础上,联合大应变理论推导了不排水扩孔的控制方程,最后通过数值方法得到了方程的半数值半解析解。计算结果表明,预测结果不仅可以合理模拟柱孔扩张过程中松砂的液化和正常固结土的硬化,还可以模拟密砂和超固结土的剪胀、峰值强度、密实状态的衰化和特征状态等特性,因此可以合理模拟砂/黏土柱孔扩张过程中土体应力场和应变场的变化规律。

关键词：柱孔扩张砂/黏土 CSUH模型不排水解

搅拌桩和管桩施工的挤土效应及其控制措施研究

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搅拌桩和管桩施工的挤土效应及其控制措施研究

作者：武孝天上海交通大学

学位级别：硕士

天然地基土的强度和刚度较小,因此常在天然地基中加入竖向增强体,使这种复合地基在工程上满足承载力和沉降的要求。然而,在天然地基土中加入竖向增强体的过程存在明显的挤土效应,该效应对周边环境极易造成不利的影响,严重者可能造成邻... 详细信息

天然地基土的强度和刚度较小,因此常在天然地基中加入竖向增强体,使这种复合地基在工程上满足承载力和沉降的要求。然而,在天然地基土中加入竖向增强体的过程存在明显的挤土效应,该效应对周边环境极易造成不利的影响,严重者可能造成邻近的建筑物开裂、路基破坏以及地下管线断裂等工程事故。此外,施工过程中会引起桩周孔隙水压力的急剧升高,导致土体前期强度过低,桩周围土体的劈裂,甚至出现桩体下沉等灾变的发生。因此,有效地预估桩施工的挤土效应并采取减少挤土效应的施工措施具有非常重要的工程意义。现阶段,由于桩-土之间相互作用的复杂性,使得施工对桩周土体扰动的定量分析还存在较多的不足之处。基于此,本文主要采用现场试验、理论分析和数值模拟的方式,对搅拌桩和管桩施工引起的扰动进行分析,主要研究内容如下:（1）在双向搅拌桩、双轴搅拌桩和管桩施工现场的不同位置埋设孔隙水压力计和土压力计,对施工时桩周土体中的孔隙水压力和土压力进行了观测。研究了桩连续施工引起的超孔隙水压力和土压力的积累和消散规律,研究了单桩施工引起的超孔隙水压力和土压力在水平和竖直方向的分布规律。（2）在现场试验基础上,建立了桩施工的柱孔扩张模型。为了合理计算孔周正常固结土和超固结土的应力应变关系,基于UH本构模型（Unified hardening model）并联合应力转换法和大应变理论等,推导了正常固结土和超固结土中不排水/排水的柱孔扩张控制方程,并通过数值的方法得到了控制方程的半数值半解析解。通过本文解答与基于修正剑桥模型的解答对比,详细分析了柱孔扩张过程中孔周土体的剪缩和剪胀、峰值强度、超固结比的衰化以及三维强度效应等问题。最后结合第二章的实际案例,通过室内试验确定土体参数,预测了搅拌桩和管桩施工引起的桩周超孔压。（3）针对连续施工引起的扰动问题,建立有限元模型分析了桩长、间距、桩径和施工方法等差异对桩周扰动的影响。最后,基于单桩和群桩施工扰动的数值分析和现场试验结果,提出了一些优化群桩施工的施工方法和施工工艺。

关键词：桩挤土效应柱孔扩张 UH模型控制措施

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超固结土中排水圆孔扩张弹塑性UH解

岩土工程学报 2020年第10期42卷 1903-1913页

作者：武孝天徐永福上海交通大学土木工程系上海200240

目前超固结土中圆孔扩张排水解无法合理考虑超固结土的应力–应变关系和三维强度效应,因而其解答与实际情况存在一定偏差。现有研究表明三维统一硬化(UH)本构模型可以合理描述超固结土的力学特性,基于该模型推导了超固结土中柱孔和球孔... 详细信息

目前超固结土中圆孔扩张排水解无法合理考虑超固结土的应力–应变关系和三维强度效应,因而其解答与实际情况存在一定偏差。现有研究表明三维统一硬化(UH)本构模型可以合理描述超固结土的力学特性,基于该模型推导了超固结土中柱孔和球孔扩张的排水半解析解。为得出该问题的精确解答,通过引入辅助变量并联合UH模型、应力转换法和大应变理论等,将弹塑性圆孔扩张问题归结为非线性微分方程组的初值问题。解答中孔周无弹性区,所需的岩土参数与剑桥模型相同。通过与基于修正剑桥模型的解答相对比,详细研究了圆孔扩张过程中孔周超固结土应力场和体积的变化规律。结果表明,预测结果合理模拟了超固结土的剪缩和剪胀、峰值强度、超固结比和潜在强度的衰化以及三维强度效应等特性,因此可以广泛应用于超固结土地区的扩孔工程分析。

关键词：柱(球)孔扩张超固结土 UH模型三维强度排水

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我国海滩评价与管理标准现状分析与优化对策

上海第二工业大学学报 2023年第3期40卷 229-236页

作者：武孝天陈帅董昊上海第二工业大学资源与环境工程学院上海201209

海滩是宝贵的旅游资源,对当地经济增长有重要贡献,海滩质量是吸引游客的关键因素。国际上关于海滩质量评价的标准较多,蓝旗标准目前已获得较大范围接受。我国近年来对海滩旅游资源逐渐开发,于2018年制定了海滩质量评价的行业标准。对比... 详细信息

海滩是宝贵的旅游资源,对当地经济增长有重要贡献,海滩质量是吸引游客的关键因素。国际上关于海滩质量评价的标准较多,蓝旗标准目前已获得较大范围接受。我国近年来对海滩旅游资源逐渐开发,于2018年制定了海滩质量评价的行业标准。对比了蓝旗标准和我国标准的条文,分析了蓝旗标准和我国标准在适用性、因子选择、水质检测要求及服务设施与管理等方面的异同。选取国内恒大海上威尼斯水城度假区海滩、棒棰岛海滩和西班牙Malvarrosa海滩与丹麦BrøndbyStrand海滩作为样本开展实地调查。结果如下:我国海滩质量评价标准的评价因子更细致,但在评价因子的分值确定上还需进行细致的规定和要求;我国需推进各地在海滩管理标准上的统一;蓝旗标准中对信息板使用特别是对环保节能的宣传值得借鉴。研究结果可为我国海滩质量评价标准的完善提供参考。

关键词：海滩质量评价蓝旗标准水质检测旅游

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植物根系吸水对边坡稳定性的影响

长江科学院院报 2020年第8期37卷 120-125,136页

作者：张攀徐永福武孝天上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

植物蒸腾作用导致根系吸水对边坡稳定性起着至关重要的作用。为了量化根系吸水的影响效果,采用有限元方法模拟了均布形、三角形、指数形、抛物线形4种植物根系的吸水作用,同时分析了根系形态、深度对于孔隙水压力分布的影响,并对边坡稳... 详细信息

植物蒸腾作用导致根系吸水对边坡稳定性起着至关重要的作用。为了量化根系吸水的影响效果,采用有限元方法模拟了均布形、三角形、指数形、抛物线形4种植物根系的吸水作用,同时分析了根系形态、深度对于孔隙水压力分布的影响,并对边坡稳定性进行了定量计算。研究结果表明:随着根系吸水的不断进行,浅层孔隙水压力逐渐减小,基质吸力增大,非饱和土体剪切强度增加,边坡安全性逐渐提高;4种形态植物根系的孔隙水压力及安全系数比的包络线与根系分布形函数基本相同;指数形根系的地表孔隙水压力最小,安全系数比最大,对于边坡加固效果最明显;在根系总量一定时,植物根系深度越大,其影响范围(深度)相应增大,而对于地表根系土剪切强度增量的作用越小,相应边坡安全系数增量也越小。

关键词：植物根系吸水边坡稳定性根系形态根系深度孔隙水压力蒸腾作用

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双向搅拌桩施工对桩周土体扰动分析

长江科学院院报 2020年第5期37卷 127-132页

作者：武孝天李洪涛徐永福上海交通大学土木工程系上海200240 扬州五峰山过江通道公路接线工程建设指挥部江苏扬州225000

为探究双向搅拌桩施工时桩周超孔隙水压力和有效应力的分布和变化规律,依托江苏某高速公路软基处理工程,通过在不同位置布置传感器,测得单桩和群桩施工时桩周孔隙水压力和土压力的变化。结果表明:在施工过程中桩周土体孔隙水压力和土压... 详细信息

为探究双向搅拌桩施工时桩周超孔隙水压力和有效应力的分布和变化规律,依托江苏某高速公路软基处理工程,通过在不同位置布置传感器,测得单桩和群桩施工时桩周孔隙水压力和土压力的变化。结果表明:在施工过程中桩周土体孔隙水压力和土压力变化剧烈,靠近桩的位置产生了很高的超静孔隙水压力,孔压在桩周土的固结作用下消散规律表现为先快后慢;背离施工方向孔压累积值小于沿着施工方向的累积值,遮拦效应阻挡了约60Symbole@@的超孔隙水压力,工程中可利用该现象减小施工对土体的扰动;单桩施工时桩周超孔压的分布与半径比的对数呈线性关系,分布规律与Vesic圆孔扩张理论解答的趋势相同,扰动影响范围约为20倍桩半径;施工过程中孔隙水压力小于土压力,桩体不会出现下沉和孔周土体液化等灾变,基于该原理可以通过改良设备和施工方法避免掉桩等灾变的发生。研究结果可为软土加固工程的施工安全提供参考。

关键词：双向搅拌桩桩周土体软基处理孔隙水压力土压力有效应力

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镇雄县畜禽产品监管存在的问题与建议

中国畜牧业 2023年第6期 42-43页

作者：何天武宋维刘孝文云南省镇雄县动物卫生监督所云南省镇雄县农业综合行政执法大队云南省镇雄县畜牧兽医站

“民以食为天,食以安为先”。畜禽产品质量安全既是产出来的,也是管出来的,畜禽产品监管是保障畜禽产品质量的重要措施。由于受畜牧业生产水平、管理体制、基层队伍能力建设等方面因素制约,畜禽产品质量安全监管工作还存在一些问题和不... 详细信息

“民以食为天,食以安为先”。畜禽产品质量安全既是产出来的,也是管出来的,畜禽产品监管是保障畜禽产品质量的重要措施。由于受畜牧业生产水平、管理体制、基层队伍能力建设等方面因素制约,畜禽产品质量安全监管工作还存在一些问题和不足,造成畜禽产品质量安全在一段时间内仍然存在较大的风险隐患。笔者简要介绍了镇雄县畜禽产品质量安全监管存在的问题,并提出几点建议。

关键词：畜牧业生产畜禽产品质量安全基层队伍风险隐患镇雄县问题与建议管理体制监管

基于心电-压力多源传感器脉诊仪冠心病的脉象信号与心电信号关联研究

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时珍国医国药 2023年第8期34卷 2027-2030页

作者：武文杰郭睿张春柯马孝天颜建军王忆勤燕海霞张叶青上海中医药大学基础医学院上海201203 华东理工大学机械与动力工程学院上海200237 上海市中医医院上海200071

目的运用心电-压力多源传感器脉诊仪同步采集冠心病(coronary heart disease,CHD)患者的脉象和心电信号并提取信号特征,旨在探讨两种信号特征之间的相关性。方法利用心电-压力多源传感器脉诊仪同步采集222例CHD患者的脉象信号和心电信号... 详细信息

目的运用心电-压力多源传感器脉诊仪同步采集冠心病(coronary heart disease,CHD)患者的脉象和心电信号并提取信号特征,旨在探讨两种信号特征之间的相关性。方法利用心电-压力多源传感器脉诊仪同步采集222例CHD患者的脉象信号和心电信号,运用特征提取方法提取脉象时域特征和心电信号特征,运用典则相关分析(canonical Correlation Analysis,CCA)探究两种信号的关联性。结果脉象时域特征和心电信号特征两组变量间的第一典则变量U1和V1的相关系数为0.850(P<0.01);脉象时域特征T、t1、t3、t4、t4/T在自身第一典则变量U1上的载荷系数分别为-0.942、-0.531、-0.661、-0.585、0.808,在对方第一典则变量V1上的交叉载荷系数分别为-0.801、-0.451、-0.562、-0.497、0.687;心电信号特征PR间期、ST片段、QT间期、心率(heart rate,HR)在自身第一典则变量V1上的载荷系数分别为-0.395、0.464、-0.412、0.945,在对方第一典则变量上U1的交叉载荷系数分别为-0.566、0.355、-0.496、0.803。结论脉象时域特征T、t1、t3、t4、t4/T和心电信号特征PR间期、ST片段、QT间期、HR之间具有相关性;T、t1、t3、t4和心电信号特征PR间期、QT间期呈正相关,和ST片段、HR呈负相关;t4/T和ST片段、HR呈正相关,和PR间期、QT间期呈负相关。CHD患者脉象时域特征在一定程度上可以反映心电信号特征的变化。

关键词：冠心病心电-压力多源传感器脉诊仪脉象时域特征心电信号特征典则相关分析