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考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价

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岩土力学 2023年第7期44卷 2115-2128页

作者：刘国锋冯坤晏长根丰光亮徐鼎平周迟长安大学公路学院陕西西安7100641 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

鉴于目前关于节理岩体力学参数空间变异性表征及存在潜在滑移面边坡的可靠性问题研究较多,但对于岩质边坡力学参数空间变异性影响及开挖卸荷响应(变形与塑性区)不确定性分析的研究较为有限。提出考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸... 详细信息

鉴于目前关于节理岩体力学参数空间变异性表征及存在潜在滑移面边坡的可靠性问题研究较多,但对于岩质边坡力学参数空间变异性影响及开挖卸荷响应(变形与塑性区)不确定性分析的研究较为有限。提出考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价方法,该方法以室内岩石力学试验及现场地质勘察测绘数据为基础,利用Hoek-Brown经验准则与Monte Carlo分析手段,构建了以岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength,简称UCS)、地质强度指标(geological strengthindex,简称GSI)和节理工程参数为输入的边坡岩体力学参数概率统计模型,并采用卡方检验进行模型的吻合度检验;基于点估计原理构建岩体力学参数组合方案,并结合数值模拟开展边坡开挖过程的仿真分析,获得边坡开挖后整体安全系数及位移及塑性区的概率分布。利用该方法对在建京秦高速沿线某路堑边坡岩体力学参数及开挖卸荷响应进行分析,得到了岩体强度、弹性模量、黏聚力与内摩擦角的取值及不确定性分布,采用点估计与FLAC3D模拟分析,得到了边坡安全系数及典型观测点的位移与塑性区分布结果,并与实测值进行对比,结果表明该方法的适用性较高。该研究为岩质挖方边坡的力学参数估计及稳定性分析评价提供了一种有效途径,能够为实际工程施工决策提供重要参考依据。

关键词：岩质边坡力学参数卸荷响应 Hoek-Brown准则 Monte Carlo模拟概率分析

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基于平台力波动的压溃管结构参数优化设计

铁道科学与工程学报 2023年第10期20卷 3965-3975页

作者：许平关月溪阳程星魏鲁宁杨雨晖刘旭东中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 中车青岛四方车辆研究所有限公司山东青岛266031

在列车碰撞时,车钩缓冲装置是最先开始发生变形的部分,其能量吸收特性、压溃平稳性会影响后续列车碰撞的动态行为特性。为提高车钩缓冲装置在碰撞过程中压溃的平稳性,采用基于模型的多目标遗传算法的优化方法,研究车钩压溃管吸能结构碰... 详细信息

在列车碰撞时,车钩缓冲装置是最先开始发生变形的部分,其能量吸收特性、压溃平稳性会影响后续列车碰撞的动态行为特性。为提高车钩缓冲装置在碰撞过程中压溃的平稳性,采用基于模型的多目标遗传算法的优化方法,研究车钩压溃管吸能结构碰撞力学参数的最优配置。通过建立车钩压溃管仿真模型,分析比对仿真模型与试验测试的力学曲线,采用样本方差S2体现平台力波动,分析压溃管厚度T,加压管锥角α和加压管外半径r对比吸能(Sea)、平台力(Favg)和平台力波动(S2)的影响。将Sea,|Favg-1200|作为评价指标,S2作为约束,基于试验设计采用径向基函数法建立T,α和r关于Sea和|Favg-1200|的响应面模型,并基于模型采用多目标遗传算法对车钩压溃管结构的力学参数进行多目标优化,通过多目标优化的帕累托前沿得到了车钩压溃管的最优参数配置。研究结果表明:在所有的设计变量中,加压管外半径r对Sea的影响最大,压溃管厚度T对Favg影响最大,加压管外半径r对S2影响最大。除加压管外半径r对S2是负相关的关系,其余变量对Sea,Favg和S2都是正相关的关系。在最优参数配置下Sea提高了12.16%,Favg提高了8.35%,S2下降了58.47%,吸能量提高了6.34%。优化后的力学参数配置方案提高了车钩的吸能量,降低了压溃管平台力的波动,提高了车钩压溃管在碰撞过程中压溃的平稳性。

关键词：车钩缓冲装置压溃管力学参数平稳性多目标优化

荷载与冻融共同作用对多裂隙砂岩能量转化与损伤特性的影响

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应用基础与工程科学学报 2023年第3期31卷 715-730页

作者：刘享华张科刘文连江西省水利科学院江西南昌330029 昆明理工大学电力工程学院云南昆明650500 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心江西南昌330029 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司云南昆明650051

为研究寒区受荷裂隙岩石的破裂机制,以多裂隙砂岩作为研究对象,开展冻融循环试验和单轴压缩试验.引入能量特征参数,定量研究不同冻融循环次数下多裂隙试件和完整试件的能量转化特征.而后,基于损伤统计理论和应变等效原理,建立冻融裂隙... 详细信息

为研究寒区受荷裂隙岩石的破裂机制,以多裂隙砂岩作为研究对象,开展冻融循环试验和单轴压缩试验.引入能量特征参数,定量研究不同冻融循环次数下多裂隙试件和完整试件的能量转化特征.而后,基于损伤统计理论和应变等效原理,建立冻融裂隙岩石受荷损伤模型,探讨岩石损伤特性与能量转化之间的相关性.研究表明,冻融前后多裂隙砂岩试件的破坏模式均为拉剪混合破坏,试件的强度和弹性模量与冻融循环次数之间均呈指数衰减关系.多裂隙试件和完整试件的储能极限及应变能峰后转化率随着冻融循环次数的增加而不断减小,而相同冻融循环次数下多裂隙试件的能量特征指标均小于完整试件,说明冻融循环作用和多裂隙减缓了变形破裂过程中的能量释放.砂岩试件的峰值应力点损伤值与冻融循环次数之间服从指数增长函数,而多裂隙试件的损伤值大于相应工况下的完整试件,这是因为多裂隙加剧了岩石冻融损伤.数据拟合进一步验证了峰值应力点损伤值与应变能峰后转化率之间呈高度负相关关系,即岩石冻融损伤程度越高,峰后能量转化越弱.

关键词：岩石力学多裂隙岩石冻融循环单轴压缩力学参数应变能损伤相关

城轨列车方锥式防爬吸能结构碰撞力学参数设计及多目标优化

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第5期53卷 1689-1699页

作者：许平杨丽婷姚曙光郭维年车全伟王傲中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

为了提高列车的耐撞性能,采用基于模型的多目标遗传算法的优化方法,研究城轨列车方锥式防爬吸能结构碰撞力学参数的最优配置。设计一种方锥式防爬吸能结构,通过建立8编组列车碰撞纵向多体动力学模型,分析吸能结构不同力学参数配置对列... 详细信息

为了提高列车的耐撞性能,采用基于模型的多目标遗传算法的优化方法,研究城轨列车方锥式防爬吸能结构碰撞力学参数的最优配置。设计一种方锥式防爬吸能结构,通过建立8编组列车碰撞纵向多体动力学模型,分析吸能结构不同力学参数配置对列车耐撞性能的影响;提出头车吸能量(EA)和列车总体减速度(TMA)的车体端部耐撞性评价指标,基于实验设计采用径向基函数法建立F,K和Fmax关于EA和TMA的响应面模型,并基于模型采用多目标遗传算法对防爬吸能结构的力学参数进行多目标优化。研究结果表明:在最优参数配置下,EA提高了1.933%,TMA降低了14.810%;优化后的力学参数配置方案降低了列车碰撞减速度,提高了头车吸能量占比和整车的耐撞性能。

关键词：城轨列车方锥式防爬吸能结构力学参数耐撞性多目标优化

碳纤维对PTFE/Al反应材料动态力学行为和点火特性影响研究

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北京理工大学学报 2023年第10期43卷 1026-1035页

作者：任鑫鑫李裕春吴家祥柳锦春南京航空航天大学民航学院江苏南京211100 陆军工程大学野战工程学院江苏南京210007

本研究旨在探讨短切碳纤维(carbon fiber,CF)单丝对聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)反应材料动态力学和点火特性的影响.首先,制备了PTFE/Al和PTFE/Al/CF反应材料,开展了材料的动态力学性能测试,获得了力学性能与点火参数,记录了冲击压缩过程.结... 详细信息

本研究旨在探讨短切碳纤维(carbon fiber,CF)单丝对聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)反应材料动态力学和点火特性的影响.首先,制备了PTFE/Al和PTFE/Al/CF反应材料,开展了材料的动态力学性能测试,获得了力学性能与点火参数,记录了冲击压缩过程.结果表明,添加CF导致PTFE/Al材料的弹性模量大幅降低,弹性模量因子的应变率效应与失效应变因子的应变率效应降低.在此基础上,分析了不同CF质量分数对反应材料的冲击压缩过程与回收试件、冲击点火速度(应变率)阈值的影响.结果表明,纤维通过固结强化作用,低CF质量分数的PTFE/Al/CF试件具有较好的抗动态压缩性和能量吸收效果.随着CF质量分数的提高,TFE/Al/CF反应材料速度(应变率)点火阈值降低,反应强度和反应时间有提高.为碳纤维填充改性PTFE/Al反应材料的设计和冲击应用提供参考.

关键词：填充改性PTFE/Al反应材料力学参数动态因子压缩形态点火阈值

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钢管叠层黏弹性阻尼器设计方法

建筑结构学报 2023年第3期44卷 79-86页

作者：周云吴胜李家乐广州大学土木工程学院广州510006

钢管叠层黏弹性阻尼器是由钢管和叠层黏弹性体等组成。为建立钢管叠层黏弹性阻尼器设计方法,将钢管叠层黏弹性阻尼器力学模型等效为叠层黏弹性体的线性模型和钢管的双线性模型叠加,通过虚功原理推导出钢管叠层黏弹性阻尼器初始刚度计算... 详细信息

钢管叠层黏弹性阻尼器是由钢管和叠层黏弹性体等组成。为建立钢管叠层黏弹性阻尼器设计方法,将钢管叠层黏弹性阻尼器力学模型等效为叠层黏弹性体的线性模型和钢管的双线性模型叠加,通过虚功原理推导出钢管叠层黏弹性阻尼器初始刚度计算公式;由von Mises屈服准则推导出钢管叠层黏弹性阻尼器屈服承载力计算公式,在此基础上推导出屈服位移和极限承载力计算公式,给出钢管叠层黏弹性阻尼器的设计流程。采用有限元分析软件对4个钢管叠层黏弹性阻尼器进行模拟分析,并与理论计算结果对比,验证了理论计算公式与设计流程的合理性。研究结果表明:钢管叠层黏弹性阻尼器等效计算模型合理可靠;初始刚度、屈服力、屈服位移和极限承载力的理论公式计算结果与有限元模拟结果吻合较好,且理论公式计算结果偏于安全;给出的设计流程简单可行,可用于钢管叠层黏弹性阻尼器的设计与加工制造。

关键词：钢管叠层黏弹性阻尼器力学参数理论公式有限元分析设计方法

基于测井的煤层力学特性评价及煤层气开发有利区预测--以沁南郑庄区块3号煤层为例

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煤田地质与勘探 2023年第4期51卷 46-56页

作者：邱峰刘晋华蔡益栋刘大锰孙逢瑞中国地质大学(北京)能源学院北京100083 煤层气开发利用国家工程研究中心煤储层物性实验性北京100083

准确掌握煤岩力学性质对储层改造及煤层气开发具有重要意义,以郑庄区块3号煤层为研究层位,建立以多测井参数为基础的煤储层横波时差预测模型和以动静态力学参数转换为依据的脆性指数评价模型;利用弹性参数法对研究区内煤储层脆性指数进... 详细信息

准确掌握煤岩力学性质对储层改造及煤层气开发具有重要意义,以郑庄区块3号煤层为研究层位,建立以多测井参数为基础的煤储层横波时差预测模型和以动静态力学参数转换为依据的脆性指数评价模型;利用弹性参数法对研究区内煤储层脆性指数进行了综合评价,发现单井中煤层脆性指数受“边界效应”影响明显且分布具有区域性;脆性指数与煤体结构指数存在正相关关系,并据此提出以脆性指数为依据的煤体结构划分标准;脆性指数与抗压强度、抗拉强度均为负相关关系;四维地震裂缝监测结果显示碎裂结构煤压裂效果最好,原生结构煤次之,碎粒结构煤最差;最后,以含气量与脆性指数为主要评价参数,预测了区块内煤层气开发地质有利区,为煤储层压裂设计提供了依据。

关键词：力学参数测井评价脆性指数煤体结构有利区优选

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透明岩石相似材料配比试验研究

煤炭科学技术 2023年第6期51卷 52-61页

作者：胡南燕黄建彬罗斌玉刘兰心元宙昊武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 湖北省工业安全工程技术研究中心湖北武汉430081

针对传统岩石相似材料不透明而导致内部变形破裂过程无法直接观测的难题,使用透明材料制作相似模型是有效的解决方法。采用E-44型环氧树脂作为骨料,三乙醇胺作为固化剂,外加酒精松香饱和溶液(RSS)调节脆性,应用全面试验方法,研究了环氧... 详细信息

针对传统岩石相似材料不透明而导致内部变形破裂过程无法直接观测的难题,使用透明材料制作相似模型是有效的解决方法。采用E-44型环氧树脂作为骨料,三乙醇胺作为固化剂,外加酒精松香饱和溶液(RSS)调节脆性,应用全面试验方法,研究了环氧树脂与三乙醇胺质量比和RSS含量对透明岩石相似材料密度、单轴抗压强度、峰值应变、弹性模量、抗拉强度、黏聚力和内摩擦角的影响规律。研究结果表明:环氧树脂与三乙醇胺质量比对材料抗压强度、弹性模量、抗拉强度、黏聚力和内摩擦角起主导作用,而RSS含量对相似材料的密度和峰值应变起主导作用。密度和峰值应变与环氧树脂与三乙醇胺质量比呈正相关,与RSS含量呈负相关。在环氧树脂与三乙醇胺质量比为3∶1时,试件的抗压强度与RSS含量呈负相关,而在其他比例时,抗压强度变化不显著。试件的弹性模量和内摩擦角与环氧树脂与三乙醇胺质量比呈正相关,在环氧树脂与三乙醇胺的质量比为3∶1时,试件的弹性模量和内摩擦角与RSS含量呈负相关,在其他比例时,则与RSS含量呈正相关。抗拉强度和黏聚力随着RSS含量的增加而降低,随着环氧树脂与三乙醇胺质量比的增加而先增加后减少。在同一环氧树脂与三乙醇胺质量比中,抗拉强度和黏聚力与RSS含量呈负相关。基于多元线性回归分析建立了透明岩石力学性能与环氧树脂与三乙醇胺质量比和RSS含量间的经验公式,为透明岩石相似材料配比提供借鉴参考。

关键词：透明岩石相似材料三乙醇胺环氧树脂配比试验力学参数

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藏青杨旧材无疵试样力学性质试验研究

建筑结构学报 2022年第11期43卷 168-176页

作者：杨娜王忠铖常鹏北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京城建集团有限责任公司北京100088

藏青杨是藏式古建筑木结构的常用材料,但目前对该种材料的力学性质研究不足,尤其是藏式古建筑中的藏青杨旧材。为此,通过对锯解自一根典型藏式古建木结构旧梁的无疵试样进行力学测试,得到了藏青杨旧材的力学性质参数。研究表明:高宽比为... 详细信息

藏青杨是藏式古建筑木结构的常用材料,但目前对该种材料的力学性质研究不足,尤其是藏式古建筑中的藏青杨旧材。为此,通过对锯解自一根典型藏式古建木结构旧梁的无疵试样进行力学测试,得到了藏青杨旧材的力学性质参数。研究表明:高宽比为1∶3试样的径向、弦向局部抗压强度较全截面抗压强度分别提升33.8%和64.2%;对于文中使用的小尺寸受拉试样,试样的锯解方式对抗拉性质影响较大;在考虑强重比的情况下,对于大多数藏式木结构构件,落叶松是更为合适的替换用材,而若仅需要对横纹径向受压构件进行替换时,红松则更合适。此外,通过试验得到的藏青杨旧材弹性常数也可作为藏式古建筑木结构仿真建模和有限元分析的基础。

关键词：藏式木结构藏青杨旧材无疵试样静力试验力学参数弹性常数