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Guided wave propagation in multilayered piezoelectric structures

Science china(Physics,mechanics & Astronomy) 2009年第7期52卷 1094-1104页

作者： guo yongqiang1, chen weiqiu2,3 & zhang yongliang4 1 key laboratory of mechanics on disaster and environment in western china, ministry of education, and school of civil engineering and mechanics, lanzhou university, lanzhou 730000, china 2 key laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental engineering, ministry of education, and Department of civil engineering, Zhejiang university, Hangzhou 310058, china 3 Department of engineering mechanics, Zhejiang university, Hangzhou 310027, china 4 school of civil engineering, lanzhou Jiaotong university, lanzhou 730070, china key laboratory of mechanics on disaster and environment in western china Ministry of Education and School of Civil Engineering and Mechanics Lanzhou University Lanzhou China key laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental engineering Ministry of Education and Department of Civil Engineering Zhejiang University Hangzhou China Department of engineering mechanics Zhejiang University Hangzhou China school of civil engineering Lanzhou Jiaotong University Lanzhou China

A general formulation of the method of the reverberation-ray matrix (MRRM) based on the state space formalism and plane wave expansion technique is presented for the analysis of guided waves in multilayered piezoelectric structures. Each layer of the structure is made of an arbitrarily anisotropic piezoelectric material. Since the state equation of each layer is derived from the three-dimensional theory of linear piezoelectricity, all wave modes are included in the formulation. Within the framework of the MRRM, the phase relation is properly established by excluding exponentially growing functions, while the scattering relation is also appropriately set up by avoiding matrix inversion operation. Consequently, the present MRRM is unconditionally numerically stable and free from computational limitations to the total number of layers, the thickness of individual layers, and the frequency range. Numerical examples are given to illustrate the good performance of the proposed formulation for the analysis of the dispersion characteristic of waves in layered piezoelectric structures.

关键词： multilayered piezoelectric structures the method of reverberation-ray matrix guided waves dispersion characteristic

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甘肃省单体土遗址的时空分布特征

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兰州大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 205-213页

作者：谌文武祁强郭志谦张帅吴海鱼刘沛然兰州大学土木工程与力学学院西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 兰州大学历史文化学院兰州730000

利用地理信息系统空间分析技术,结合工程地质条件和气候因素,研究甘肃省内全国重点文物保护和省级文物保护土遗址的空间分布特征.土遗址主要位于海拔相对较低(<2 000 m)、坡度较缓(<15°)、地形起伏度小(<5 m)、离河流近(<5 km)的平原... 详细信息

利用地理信息系统空间分析技术,结合工程地质条件和气候因素,研究甘肃省内全国重点文物保护和省级文物保护土遗址的空间分布特征.土遗址主要位于海拔相对较低(2 000 m)、坡度较缓(15°)、地形起伏度小(<5 m)、离河流近(<5 km)的平原、台地和丘陵地带.大多数土遗址位于第四纪沉积物沉积区域,区域土壤主要为初育土.河西走廊及以西地区的土遗址处于干旱、半干旱区,东部土遗址处于半湿润区,土遗址所处区域自南至北的气候有显著差异.通过ArcGIS软件的核密度分析发现,甘肃省重点土遗址自西向东分布密度逐渐变大,且整体沿甘肃省的主要水系干流及其支流展开分布.各历史时期的土遗址选址因其功能性而异,主要受地质环境条件的制约,也受社会生产力的影响.

关键词：甘肃省土遗址空间分布地理信息系统

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急倾斜巨厚煤层组开采煤岩体联动诱冲机制与防冲调控

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岩石力学与工程学报 2023年第S1期42卷 3226-3241页

作者：崔峰张随林来兴平陈建强贾冲冯港归孙敬轩西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 国家能源集团新疆能源有限责任公司新疆乌鲁木齐830027

针对急倾斜巨厚煤层组开采时岩柱及顶板悬空致使动力灾害严重的现状,综合运用理论分析、现场监测等研究方法,构建岩柱、顶板力学模型,并推导表征岩柱、顶板弯矩和能量演化规律的表达式,研究随采深增加岩柱、顶板弯曲变形及能量演化的规... 详细信息

针对急倾斜巨厚煤层组开采时岩柱及顶板悬空致使动力灾害严重的现状,综合运用理论分析、现场监测等研究方法,构建岩柱、顶板力学模型,并推导表征岩柱、顶板弯矩和能量演化规律的表达式,研究随采深增加岩柱、顶板弯曲变形及能量演化的规律,评估不同煤层开采的冲击危险性,分析诱冲机制并提出防冲策略及方案。研究结果表明:(1)急倾斜巨厚煤层组开采时,随采深增加岩柱、顶板弯曲变形和能量蓄积均呈非线性加速变化,且回采阶段内弯曲变形严重、能量蓄积更高。采深300 m后能量急剧增加,确定该采深为冲击灾害发生临界值。(2)B1+2煤层回采时,岩柱撬转、能量积聚均较B3+6煤层回采时小,评估得出回采B1+2煤层的冲击危险性较回采B3+6煤层时小。相比岩柱,B3+6煤层顶板的弯曲变形更严重,能量蓄积更高。(3)确定冲击易发区域为各应力峰值叠加位置。冲击力源有静载和动载,静载是冲击发生的基础条件,为蓄能作用;动载为诱冲作用,动静载联动作用诱发冲击。(4)防冲的关键是弱化静载,B3+6煤层回采时需加强防治,重点防治对象为岩柱及顶板,重点防治区域为各应力峰值叠加位置。现场实施岩柱、顶板爆破及煤体注水后,有效弱化了静载水平,防冲调控效果良好。上述研究结果对乌东煤矿急倾斜巨厚煤层组开采时冲击地压灾害的防治提供了科学依据。

关键词：采矿工程急倾斜巨厚煤层组弯曲变形能量蓄积诱冲机制防冲调控

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敦煌莫高窟北区崖体沿纵深方向风化特征研究

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工程地质学报 2018年第6期26卷 1499-1507页

作者：张景科梁行洲叶飞郭志谦谌文武郭青林于宗仁敦煌研究院国家古代壁画与土遗址保护工程技术研究中心敦煌736200 中国文化遗产研究院文物保护修复所北京100029 四川大学水利水电学院成都610065 兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室土木工程与力学学院兰州730000

日益严重的风化侵蚀,严重影响了莫高窟围岩的稳定性和壁画的赋存环境,成为威胁洞窟文物安全的严重隐患。为研究莫高窟北区崖体沿纵深方向的风化特征,选取莫高窟北区北侧一处崖体为试验点,采用逐层剖切的方法,沿水平方向由外向里依次取... 详细信息

日益严重的风化侵蚀,严重影响了莫高窟围岩的稳定性和壁画的赋存环境,成为威胁洞窟文物安全的严重隐患。为研究莫高窟北区崖体沿纵深方向的风化特征,选取莫高窟北区北侧一处崖体为试验点,采用逐层剖切的方法,沿水平方向由外向里依次取样编号。通过室内颗分试验、现场声波测试、可溶盐测试及X射线衍射测试,分析其变化规律。试验结果表明:地层颗粒组成的差异将影响崖体的抗风化能力;声波波速呈现震荡性的变化趋势;在水平深度0. 7 m范围内钠长石含量相对减少,石英含量相对增加;崖体在水平深度0. 4～1. 0 m范围内可溶盐含量呈现递减特征;可溶盐是影响北区崖体风化的重要因素之一。综合分析各测试结果,认为1号、2号和3号探洞风化厚度分别为1. 0 m、0. 6 m和0. 4 m。崖体风化呈现空间差异性,顶部风化最为严重,底部风化最弱。

关键词：莫高窟崖体地层砂砾岩风化特征

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苔藓植物护坡及固土作用试验研究

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兰州大学学报（自然科学版） 2018年第3期54卷 364-368页

作者：赵海燕郭荣慧段宇涛章浩天谌文武兰州大学土木工程与力学学院西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074 兰州大学生命科学学院兰州730000

以兰州市榆中县夏官营古城的苔藓坡面为研究对象,通过野外调查,研究苔藓的生长环境特征.选择有代表性的自然坡面进行风蚀、雨蚀实验,研究苔藓坡面的抗风蚀、雨蚀能力.取当地的原状土样进行室内土工实验研究其强度特征.结果表明:苔藓能... 详细信息

以兰州市榆中县夏官营古城的苔藓坡面为研究对象,通过野外调查,研究苔藓的生长环境特征.选择有代表性的自然坡面进行风蚀、雨蚀实验,研究苔藓坡面的抗风蚀、雨蚀能力.取当地的原状土样进行室内土工实验研究其强度特征.结果表明:苔藓能显著提高黄土坡面的抗风蚀、雨蚀能力和抗剪强度.苔藓覆盖度越大,抗风蚀、雨蚀能力越强.相比较无苔藓的坡面,苔藓覆盖度达到40%时,抗风蚀能力可提高2～3倍,抗雨蚀能力可提高3～4倍,苔藓覆盖度超过40%后,抗风蚀、雨蚀能力提高幅度会下降.随着苔藓覆盖度增大,原状土样的内聚力显著增大,抗剪强度整体增大.

关键词：苔藓覆盖度干旱地区水土流失侵蚀模量抗剪强度

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楼梯间外纵墙一字形墙肢的稳定性问题及处理

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工程力学 2019年第8期36卷 133-140页

作者：蔚博琛张敬书于晓旭柳涛兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院兰州730000 中国建筑东北设计研究院有限公司沈阳110000 山东省建筑设计研究院有限公司济南250000

高层建筑中,部分剪力墙楼梯间外纵墙两侧仅通过连梁与其它墙肢相连,由于剪力墙先于楼梯施工,该墙肢为无支高度较高的一字形墙肢,存在平面外失稳的可能,从而使结构设计偏于不安全。该文首先根据能量法基本原理,考虑施工完成前和完成后两... 详细信息

高层建筑中,部分剪力墙楼梯间外纵墙两侧仅通过连梁与其它墙肢相连,由于剪力墙先于楼梯施工,该墙肢为无支高度较高的一字形墙肢,存在平面外失稳的可能,从而使结构设计偏于不安全。该文首先根据能量法基本原理,考虑施工完成前和完成后两种工况,建立了一字形墙肢考虑自重时平面外失稳的计算方法,并采用有限元数值模拟验证了该方法的正确性。然后以某高层剪力墙结构为例进行验算,指出楼梯间外纵墙一字形墙肢存在失稳的可能。最后给出了四种处理方法:添加翼缘或风井、梯板分布筋锚入一字形墙肢中整浇、用填充墙替代一字形墙肢及计算时不考虑一字形墙肢承担地震作用,并对上述方法进行了分析。该文认为,取消一字形墙肢,沿层高处布置梁,梁上设置轻质填充墙,则可避免楼梯间一字形墙肢的稳定性问题。该做法施工方便,建议采用。但在地震区,需提高楼梯间轻质填充墙的抗倒塌能力,保证生命通道的畅通。

关键词：高层剪力墙稳定性能量法一字形墙肢有限元模拟

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红柳林煤矿火烧区烧变岩巷道稳定性研究

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煤炭工程 2018年第10期50卷 121-125页

作者：张恩强陈泽年侯兰涛邵亚武杨正春西安科技大学能源学院陕西西安710054 陕西汇森煤业开发有限责任公司陕西西安710064 陕煤集团神木红柳林矿业有限公司陕西榆林719300

为解决红柳林煤矿火烧区巷道支护困难问题。以该矿4-2煤回风大巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟及工程实践,对火烧区巷道围岩工程地质力学和相应的支护技术进行了研究。结果表明:火烧区巷道变形破坏主要原因是煤岩体受到热损伤、物... 详细信息

为解决红柳林煤矿火烧区巷道支护困难问题。以该矿4-2煤回风大巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟及工程实践,对火烧区巷道围岩工程地质力学和相应的支护技术进行了研究。结果表明:火烧区巷道变形破坏主要原因是煤岩体受到热损伤、物理膨胀及氧化变质等复杂物化影响导致煤岩力学强度降低、节理裂隙发育及矿物成分改变,导致锚杆(索)难以锚固,使巷道顶板初期变形量和离层量较大以致破坏。因此应提高锚杆(索)预应力,增加锚固剂数量,使巷道顶板形成稳定的挤压平衡拱,充分发挥锚杆(索)主动支护作用。

关键词：火烧区数值模拟热损伤

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