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橡胶-砂混凝土耗能特性智能预测模型研究

铁道工程学报 2024年第7期41卷 113-120,126页

作者：梅贤丞马亚丽娜李建贺丁长栋陈兴强崔臻白强强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试验室武汉430071 中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉430056 长江勘测规划设计研究有限责任公司水利部水网工程与调度重点试验室武汉430010 长江科学院水利部岩土力学与工程重点试验室武汉430010 中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043 中国建筑第六工程局有限公司天津300171

研究目的:减震层结构设计是保障西部强震区地下工程结构稳定的重要措施,而减震材料的发展和应用是丰富减震层结构设计和保障其性能的关键,全面认识橡胶-砂混凝土耗能特性为其有效应用于地下工程减震层奠定基础。本文通过霍普金森压杆试... 详细信息

研究目的:减震层结构设计是保障西部强震区地下工程结构稳定的重要措施,而减震材料的发展和应用是丰富减震层结构设计和保障其性能的关键,全面认识橡胶-砂混凝土耗能特性为其有效应用于地下工程减震层奠定基础。本文通过霍普金森压杆试验测试橡胶-砂混凝土的耗能性能,并基于试验结果,以反向传播神经网络为基础算法,通过四种不同的群体智能优化算法分别对其进行优化,从而构建四种集成反向传播神经网络-群体智能优化算法的混合智能预测模型。研究结论:(1)影响橡胶-砂混凝土耗能特性的重要程度从高到低依次为:橡胶含量>水泥含量>橡胶粒径;(2)四种混合智能预测模型的最佳种群数量为150(PSO-BPNN)、75(FOA-BPNN)、75(LSO-BPNN)和80(SSA-BPNN);(3)对橡胶-砂混凝土透射能占比预测精度最高的是LSO-BPNN混合智能模型,其他模型预测精度从优到劣依次为:PSO-BPNN、FOA-BPNN、SSA-BPNN;(4)本研究成果可用于研制适用于铁路隧道等地下工程减震材料的橡胶-砂混凝土,为保证铁路隧道安全建造和稳定运营的减震设计提供理论指导依据。

关键词：地下工程减震层橡胶-砂混凝土耗能特性智能预测模型

走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞破坏机制模型试验

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岩土力学 2022年第1期43卷 37-50页

作者：周光新盛谦崔臻王天强马亚丽娜付兴伟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 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 中国长江三峡集团有限公司北京100038

以滇中引水香炉山隧洞为背景工程,通过小尺度物理模型试验,对断层错动模拟过程中的隧洞上覆围岩破裂形态、衬砌破坏形态和裂纹发展、应变分布特征等关键响应特征开展试验分析,深入地研究了走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞的破坏形... 详细信息

以滇中引水香炉山隧洞为背景工程,通过小尺度物理模型试验,对断层错动模拟过程中的隧洞上覆围岩破裂形态、衬砌破坏形态和裂纹发展、应变分布特征等关键响应特征开展试验分析,深入地研究了走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞的破坏形式及破坏机制。在铰接隧洞抗错断设计参数作用机制方面,详细研究了衬砌节段长度、衬砌厚度、隧洞直径、隧洞轴线与断层带夹角、隧洞断面形式,衬砌材料力学特性等因素对铰接设计隧洞抗断性能的影响。研究结果表明:(1)当跨活断层隧洞不采用铰接设计时,在断层错动作用下隧洞破坏模式为剪切和弯曲组合破坏,衬砌破坏程度严重,存在剥离脱落现象。隧洞截面呈现椭圆化变形,整体坍塌趋势明显;在当前试验中,无铰接隧洞破坏范围达4W_(f)(W_(f)为断层带的宽度)。(2)当跨活断层隧洞采用铰接设计时,在断层错动作用下隧洞整体变形呈现S形,衬砌结构破坏形式为节段间的转动和错台,衬砌节段相对完整,破坏程度较轻;当前试验中,铰接隧洞破坏范围为2.14W_(f),相较于无铰接隧洞减少48%,表明铰接设计可改变活断层错断作用下隧洞的变形破坏模式,并减小隧洞结构的损伤范围。(3)铰接设计条件下,隧洞衬砌结构应变峰值主要分布在断层带内,隧洞易发生屈服破坏;与无铰接隧洞相比,铰接隧洞左右边墙纵向最大拉应变减少了56%,纵向最大压应变减少了68%,进一步表明铰接设计可以有效提高隧洞的抗错断性能。(4)在铰接隧洞抗错断设计参数作用机制方面,研究表明增加衬砌厚度、增加衬砌混凝土强度等级、减小节段长度、减小隧洞直径均可提高铰接隧洞的抗错断性能,隧洞穿越断层带的最佳角度为正交,圆形断面相较于三心圆断面可提升铰接隧洞的抗断能力。综上所述,研究成果可以为跨活断裂隧洞工程抗错断措施提供必要的理论参考和技术支持。

关键词：隧洞工程走滑断层模型试验破坏形式铰接设计

盾构隧道20m深度以下饱和砂质地层地震液化判别方法探索

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现代隧道技术 2022年第S1期59卷 50-58页

作者：马亚丽娜李金宋明刘继国舒恒中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉430056 中国交建隧道与地下空间工程技术研发中心武汉430056

目前在液化地基条件下盾构隧道抗震设计中,国内外对于20 m深度以下饱和砂质地层的地震液化判别方法较为空白,严重威胁着饱和砂质地层深埋盾构隧道结构的安全。基于典型饱和砂质地层地震液化判别方法,通过大量数据搜集,得到应力折减系数r... 详细信息

目前在液化地基条件下盾构隧道抗震设计中,国内外对于20 m深度以下饱和砂质地层的地震液化判别方法较为空白,严重威胁着饱和砂质地层深埋盾构隧道结构的安全。基于典型饱和砂质地层地震液化判别方法,通过大量数据搜集,得到应力折减系数r_(d)与液化深度关系曲线,提出20 m深度以下饱和砂质地层地震液化简化判别方法,填补了现有20 m深度以下地震液化简化判别方法的空白。同时,针对卡纳普里河盾构隧道,利用FLAC 3D中的FINN模块建立土层三维模型对液化区域进行判断,验证了所提出的地震液化简化计算方法的正确性。研究表明:应力折减系数r_(d)随计算深度的增加逐渐减小,当埋深大于20 m时,应力折减系数取值逐渐趋于常数,约为0.5。

关键词：盾构隧道抗震砂土液化判别方法数值模拟

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跨走滑断层铰接式隧洞衬砌错断破坏机制研究

现代隧道技术 2023年第5期60卷 136-147页

作者：马亚丽娜陈雅琪刘继国崔臻周光新中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉430056 中国交建隧道与地下空间工程技术研发中心武汉430056 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武汉430071 南昌市水利局南昌330000

以香炉山输水隧洞为研究对象,利用小尺度物理模型试验和数值模拟手段,开展走滑断层错动作用下铰接式隧洞衬砌错断响应特征、破坏形态和错断破坏机制研究。对比分析有无采用铰接设计的隧洞在走滑断层错动条件下的衬砌破坏特征、整体变形... 详细信息

以香炉山输水隧洞为研究对象,利用小尺度物理模型试验和数值模拟手段,开展走滑断层错动作用下铰接式隧洞衬砌错断响应特征、破坏形态和错断破坏机制研究。对比分析有无采用铰接设计的隧洞在走滑断层错动条件下的衬砌破坏特征、整体变形和细部破坏形态,系统研究衬砌结构的纵向位移和纵向应力变化趋势,以及包括弯矩、轴力、剪力在内的纵向内力分布规律,揭示穿越走滑断层隧洞错断破坏机理,剖析铰接式隧洞衬砌抗错断机制。研究表明:(1)在走滑断层的错动作用下,断层带附近衬砌应变较大,易发生屈服破坏;(2)断层错动作用使得主动侧隧洞衬砌产生纵向裂纹,随着错动量的增加,纵向裂纹逐渐演变成环形裂纹,衬砌发生隆起破坏,同时衬砌截面形状变为椭圆形;(3)铰接式衬砌破坏主要集中于断层错动面附近,表现为衬砌节段之间发生大角度转动和断层带内变形缝压剪破坏。

关键词：隧洞工程走滑断层铰接设计破坏机制模型试验数值模拟

刚体离散元动力方法在基于位移的岩坡地震响应分析中的应用

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岩石力学与工程学报 2017年第11期36卷 2672-2685页

作者：崔臻盛谦马亚丽娜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

当前岩坡地震动力响应分析中,多采用极限平衡方法分析拟静力安全系数,采用Newmark滑块分析动力永久位移,假设较多,工程实用性受限。将刚体离散元方法引入岩坡地震动力稳定性评价工作中。通过与强度折减法、Newmark法中的永久位移评价相... 详细信息

当前岩坡地震动力响应分析中,多采用极限平衡方法分析拟静力安全系数,采用Newmark滑块分析动力永久位移,假设较多,工程实用性受限。将刚体离散元方法引入岩坡地震动力稳定性评价工作中。通过与强度折减法、Newmark法中的永久位移评价相结合,提出一种复杂岩坡静动力稳定性分析方法。初步认识表明:(1)采用极大节理刚度可以减少节理刚度带来的弹性接触位移,使得刚体离散元用于求解岩坡楔形块体的静/动力稳定性问题。(2)刚体离散元强度折减法可以无需假设块体运动方向或假定滑动形式,直接求解获取安全系数、下滑力等结果,可以考虑复杂形状块体,相比传统方法更具优势和实用性。(3)与4个经典静力算例与3个动力算例的对比验证,表明提出的刚体离散元方法及程序实现的正确性。(4)采用提出的方法,研究幅值、节理面交线倾角等参数对岩坡地震响应永久位移的影响规律研究,表明刚体离散元方法可以根据参数变化得到正确的得到相应的结果变化规律。且对比发现在某些特定条件下拟静力安全系数不能正确反映岩坡地震响应的陡增程度。(5)在工程实例中,采用刚体离散元方法进行K1块体基于位移的地震稳定性评价,给出基于超越概率的支护设计方案。相比拟静力安全系数设计方案,在满足使用条件的前提下优化程度更高。研究可为岩坡静动力稳定性分析提供一种新的思路。

关键词：边坡工程岩质边坡地震稳定性刚体离散元永久位移 Newmark法

川滇地区强震诱发断层错动量值的概率危险性分析

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人民长江 2022年第1期53卷 182-188页

作者：马亚丽娜史世波舒恒盛谦崔臻中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 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

在中国川滇强震区兴建的大型工程中,隧道常不可避免地横跨多条区域性活动断裂。受活断裂错动的影响,隧洞结构面临着严重的错断威胁。在跨活断层隧洞抗断设计中,断层错动量是重要的输入参数。然而,传统的确定性方法提供的断层错动量很难... 详细信息

在中国川滇强震区兴建的大型工程中,隧道常不可避免地横跨多条区域性活动断裂。受活断裂错动的影响,隧洞结构面临着严重的错断威胁。在跨活断层隧洞抗断设计中,断层错动量是重要的输入参数。然而,传统的确定性方法提供的断层错动量很难反映地震发生并引发断层错动的随机性影响,因此常高估了错动量大小。为此,提出了强震诱发断层错动的超越概率理论错动量分析方法,引入了目标区域地震活动性参数及地震引发断层错动的概率,以工程服役期限内,可能发生的位错量达到给定值的概率来评价活动断层发生错动的危险性,从而为穿越活断裂隧洞的抗错断设计提供一定参考。为了说明该概率分析方法,以滇中引水工程香炉山隧洞为例,对隧洞跨越的龙蟠-乔后断裂展开错动量的估算,并进行了参数分析。

关键词：活动断层错动量值地震活动参数概率分析方法滇中引水工程川滇地区

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走滑断层作用下跨断层隧洞错断模型试验研究

防灾减灾工程学报 2022年第3期42卷 597-605页

作者：王天强崔臻盛谦宁宝宽马亚丽娜周光新沈阳工业大学建筑与土木工程学院辽宁沈阳110870 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

隧洞抗错断研究中,正、逆断层研究较多,走滑断层研究较少。针对走滑断层引起的隧洞变形破坏、应变分布规律以及上覆围岩的破裂形态等关键问题,以滇中引水输水隧洞为依托工程,制作了隧洞模型开展走滑断层作用下断层隧洞的抗错断模型试验... 详细信息

隧洞抗错断研究中,正、逆断层研究较多,走滑断层研究较少。针对走滑断层引起的隧洞变形破坏、应变分布规律以及上覆围岩的破裂形态等关键问题,以滇中引水输水隧洞为依托工程,制作了隧洞模型开展走滑断层作用下断层隧洞的抗错断模型试验研究,得到隧洞在走滑断层断层错动作用下的结构响应规律。结果表明:①隧道衬砌结构在走滑断层作用下的破坏形式是弯曲张拉破坏以及直接剪切组合破坏,其中剪切破坏是主要破坏形式;②隧道衬砌结构沿纵向以受拉为主,主要集中在活动盘距离错断面⁃0.5D~2.0D(D为隧洞直径)范围内的隧洞衬砌顶部以及两侧拱腰沿纵向位置处,而受压区主要在活动盘距离错动面⁃0.5D~0.5D内与活动盘移动方向一致的一侧拱腰;环向应变的影响主要集中在断层错动面附近;③活动盘受断层错动影响范围和剧烈程度均小于固定盘,故断层错动作用下的固定盘是隧洞抗错断控制重点。

关键词：隧洞走滑断层模型试验应变分布变形特性

基于三维离散–连续耦合方法的跨活动断裂隧洞错断破坏机制研究

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岩土工程学报 2018年第S2期40卷 240-245页

作者：马亚丽娜盛谦崔臻张勇慧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中国科学院大学

在中国西部强震区兴建的大型水利工程中,输水隧洞常不可避免地横跨多条区域性活动断裂,受活断裂错断运动影响,这些输水隧洞面临着严重的错断威胁。传统隧洞抗错断数值模拟方法多将围岩简单考虑为等效连续体,不能从细观尺度模拟断裂错动... 详细信息

在中国西部强震区兴建的大型水利工程中,输水隧洞常不可避免地横跨多条区域性活动断裂,受活断裂错断运动影响,这些输水隧洞面临着严重的错断威胁。传统隧洞抗错断数值模拟方法多将围岩简单考虑为等效连续体,不能从细观尺度模拟断裂错动时围岩的破裂过程和大变形现象。将三维离散–连续耦合方法引入跨活动断裂隧洞抗错断问题的研究上,研究在断裂错动作用下衬砌的内力响应,及围岩破裂的细观特征。在该分析方法中,采用离散元球形颗粒表征围岩,同时将隧洞衬砌结构考虑为连续单元体。验证接触边界上耦合力的相容性与连续性的同时,通过参数标定使离散区域与连续区域的宏观属性一致,在此基础上建立穿越活动断裂隧洞的三维离散–连续耦合数值模型。利用这一方法,讨论了不同断裂错距影响下隧洞因断裂错动而产生的位移变化与力学响应,并从细观角度对围岩破坏特征进行了探讨。获得的结论可以为穿越活断裂隧洞的抗错断设计提供一定参考。

关键词：隧洞工程活动断裂带离散–连续耦合细观力学内力响应

基于C2阶连续函数的广义Hoek-Brown强度准则屈服面与塑性势面棱角圆化方法

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岩土力学 2018年第S1期39卷 477-487页

作者：周兴涛盛谦崔臻朱泽奇胡之锋马亚丽娜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

Hoek-Brown强度准则的屈服面与塑性势面在棱角处导数无定义,具有数值奇异性,采用圆角进行光滑过渡只能满足一阶导数连续性,而二阶导数仍然无定义,使得棱边上一致切线模量矩阵无法正确计算,导致有限元总体平衡方程组Newton-Raphson隐式... 详细信息

Hoek-Brown强度准则的屈服面与塑性势面在棱角处导数无定义,具有数值奇异性,采用圆角进行光滑过渡只能满足一阶导数连续性,而二阶导数仍然无定义,使得棱边上一致切线模量矩阵无法正确计算,导致有限元总体平衡方程组Newton-Raphson隐式迭代二阶收敛性丧失。提出基于C2阶连续函数的广义Hoek-Brown准则屈服面与塑性势面棱角圆化方法,使得棱角处函数曲面二阶连续可导,棱边上一致切线模量矩阵可精确计算。基于ABAQUS数值开发平台,采用FORTRAN语言编制Hoek-Brown准则理想弹塑性UMAT用户子程序,通过数值算例验证所提方法的正确性。

关键词：广义Hoek-Brown强度准则屈服函数与塑性势函数 C2阶连续函数圆化