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基于非线性Baker准则的深埋硐室拱顶稳定性分析

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岩土工程学报 2025年第2期47卷 296-304页

作者：覃长兵李跃阳戴辰宇石雨沙仉文岗重庆大学土木工程学院重庆400045 东南大学土木工程学院江苏南京211189

针对Hoek-Brown和Mohr-Coulomb准则主要分别适用于岩体和土体的情形,采用更具适用性的广义非线性Baker准则,并结合极限分析上限方法,旨在研究深埋硐室拱顶岩土体的动力稳定性。通过构建满足Baker准则下拱顶塌落的曲线型破坏机构,考虑竖... 详细信息

针对Hoek-Brown和Mohr-Coulomb准则主要分别适用于岩体和土体的情形,采用更具适用性的广义非线性Baker准则,并结合极限分析上限方法,旨在研究深埋硐室拱顶岩土体的动力稳定性。通过构建满足Baker准则下拱顶塌落的曲线型破坏机构,考虑竖向地震荷载的影响,计算内外力功率并建立功率平衡方程,基于变分原理推导在有无竖向地震力作用时拱顶破坏机制的上限表达式,从而求解得到破坏面形状、塌落拱高度和宽度的解析解。同时采用ABAQUS数值模拟验证解析解的有效性及合理性,研究分析不同参数下拱顶破坏机制的变化规律。结果表明除岩土体特性参数外,尤其是向上的竖向地震力对拱顶破坏范围有显著影响。

关键词：深埋硐室拱顶稳定性非线性Baker准则竖向地震力上限分析

侵彻爆炸联合作用下超高性能混凝土遮弹层设计

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爆炸与冲击 2025年第1期45卷 88-101页

作者：程月华吴昊岑国华张瑜同济大学土木工程学院上海200092

为了准确评估超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法,首先,开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验,获取了侵彻作用后以及侵... 详细信息

为了准确评估超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法,首先,开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验,获取了侵彻作用后以及侵彻与爆炸联合作用后弹靶的损伤破坏数据;然后,建立了UHPC靶体抗弹体侵彻与爆炸作用的有限元模型,通过对上述试验和已有的有限厚UHPC板埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析,验证了有限元模型和分析方法的可靠性;最后,对比了SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种典型原型战斗部侵彻与爆炸联合作用下,UHPC遮弹层和普通混凝土遮弹层的临界贯彻和震塌厚度。结果表明:3种战斗部侵彻爆炸联合作用下,遮弹层的临界贯穿厚度和震塌厚度范围分别为1.30~2.60 m和1.70~5.00 m,相应的临界贯穿系数和震塌系数范围分别为1.81~2.17和2.46~4.17;与普通混凝土遮弹层对比,3种战斗部侵彻爆炸联合作用下UHPC遮弹层的开坑直径减小了34.4%~42.4%,临界贯穿和震塌厚度分别减小了7.1%~31.6%和39.7%~52.8%。研究结果可为UHPC遮弹层的抗力评估和设计提供参考。

关键词：超高性能混凝土遮弹层侵彻爆炸防护设计

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多根带状弹簧卷绕与松脱分析

振动与冲击 2025年第3期44卷 1-8页

作者：刘丰源吴明儿项平同济大学土木工程学院上海200092

当带状弹簧以卷绕伸展的形式应用于空间可展结构时,常出现松脱问题,因此提出了一种多根带状弹簧卷绕松脱模型:将松脱后的卷绕段分为外部阿基米德螺线状的膨胀区与内部半圆弧状的过渡区,建立应变能解析模型。根据最小势能原理求解了稳定... 详细信息

当带状弹簧以卷绕伸展的形式应用于空间可展结构时,常出现松脱问题,因此提出了一种多根带状弹簧卷绕松脱模型:将松脱后的卷绕段分为外部阿基米德螺线状的膨胀区与内部半圆弧状的过渡区,建立应变能解析模型。根据最小势能原理求解了稳定松脱内径与稳定松脱形态,推导了临界中心体半径、稳定端部力与临界端部力。用ABAQUS软件建立多根带状弹簧卷绕松脱的有限元模型,将稳定松脱内径、稳定松脱形态、临界中心体半径与临界端部力的数值分析结果与理论模型计算结果进行比较,并通过试验验证了稳定松脱形态与稳定松脱内径,证明了理论模型的准确性。

关键词：带状弹簧多根卷绕松脱形态端部力临界条件

陕西蓝田某隧道围岩关键块体的确定及稳定性分析

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应用基础与工程科学学报 2025年第1期33卷 236-243页

作者：张敏思林才泽韩健勇舒帆杨勇段绪清东华理工大学土木与建筑工程学院山东建筑大学土木工程学院东北大学资源与土木工程学院

针对节理发育隧道中块体识别与稳定性分析问题，提出了一种集结构面信息获取与块体准确识别于一体的创新方法.该方法利用摄影测量技术实现了隧道围岩结构面信息的快速采集；在网格化块体识别方法中引入曲面切割单元算法，通过多面体切... 详细信息

针对节理发育隧道中块体识别与稳定性分析问题，提出了一种集结构面信息获取与块体准确识别于一体的创新方法.该方法利用摄影测量技术实现了隧道围岩结构面信息的快速采集；在网格化块体识别方法中引入曲面切割单元算法，通过多面体切割与单元组合技术实现了对复杂块体形态的准确识别.阐述了围岩网格建模、块体识别及稳定性分析流程.以陕西省蓝田县隧道工程为例，成功识别出关键块体，分析结果与现场调查相吻合.研究结果表明，断层和节理对隧道稳定起控制作用，关键块体的失稳会引发连锁反应，危及隧道结构安全，因此准确识别与加固关键块体是一项必要的工作.

关键词：块体理论结构面识别块体识别稳定性分析隧道开挖曲面块体

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震后变电站瓷柱型设备性能快速评估方法

振动工程学报 2025年第1期38卷 68-77页

作者：朱旺张秀丽谢强同济大学土木工程学院上海200092 华南农业大学水利与土木工程学院广东广州510640

当前电力系统的抗震研究技术主要针对震前设计、分析与防灾减震。为了快速辅助震后应急响应工作,本文提出了利用监测数据预测结构地震响应的瓷柱型设备震后性能评估方法。该方法在震前融合机器学习和用于算法架构优化的群体智能演化技... 详细信息

当前电力系统的抗震研究技术主要针对震前设计、分析与防灾减震。为了快速辅助震后应急响应工作,本文提出了利用监测数据预测结构地震响应的瓷柱型设备震后性能评估方法。该方法在震前融合机器学习和用于算法架构优化的群体智能演化技术以构建设备地震响应替代模型,建立瓷柱型设备精细化仿真模型,通过输入大量地震动形成结构响应数据库,进而对替代模型进行训练和性能评价。地震中监测结构响应,震后可利用替代模型快速提供设备根部应力响应以判断设备抗震性能。采用1100 kV变压器套管‐支架体系进行案例研究,并通过振动台试验和分布参数体系理论进行了验证。结果表明利用瓷柱型设备加速度响应数据可在震后准确评估根部应力;粒子群算法能有效调整替代模型的内部结构,提升模型准确性;振动台试验和理论分析结果验证了替代模型评估结果的准确性。

关键词：瓷柱型设备振动台试验快速评估机器学习群体智能演化分布参数体系

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基于非连续地基梁模型的基坑开挖诱发下卧盾构隧道变形分析

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岩土力学 2025年第2期46卷 492-504页

作者：黄明华钟煜轩陆锦斌王克平湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

分析基坑开挖所诱发的下卧盾构隧道变形对评估其安全状态具有重要意义,但已有研究通常将下卧盾构隧道等效为均质连续梁,难以反映其环间接头的影响。为此,引入考虑环间接头转动和错台位移影响的非连续地基梁模型对基坑开挖所诱发的下卧... 详细信息

分析基坑开挖所诱发的下卧盾构隧道变形对评估其安全状态具有重要意义,但已有研究通常将下卧盾构隧道等效为均质连续梁,难以反映其环间接头的影响。为此,引入考虑环间接头转动和错台位移影响的非连续地基梁模型对基坑开挖所诱发的下卧盾构隧道变形进行分析。首先,根据Mindlin解导出基坑开挖卸载作用在下卧盾构隧道轴线处所产生竖向附加荷载的理论表达式;其次,基于非连续地基梁模型,推导竖向附加荷载作用下盾构隧道环段的竖向位移控制微分方程及环间接头的内力连续性条件与变形关系;最后,利用有限差分法建立下卧盾构隧道竖向位移的理论计算方法,并通过实际工程案例进行对比验证,分析接头转动刚度和剪切刚度、地基反力系数、基坑开挖深度以及基坑与盾构隧道水平间距等参数的影响。结果表明:基于非连续地基梁模型所得到的盾构隧道竖向位移与实测值具有较好的一致性,分布曲线在环段内光滑、在环间接头处有突变,反映了环间接头的转动和错台位移特性;随着接头转动刚度的增加,环段接头转角位移会逐渐减小,环间错台量则会逐渐增加;而接头剪切刚度越大,盾构隧道竖向位移与环间错台量则会越小;地基反力系数以及隧道与基坑间距的增大,基坑开挖深度的减小,均会使得盾构隧道竖向位移与环间错台量减小,其弯矩与剪力亦可得到有效控制。

关键词：基坑开挖下卧盾构隧道非连续地基梁模型环段接头竖向变形

木-混凝土螺栓连接力学性能试验及承载力计算模型

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湖南大学学报(自然科学版) 2025年第1期52卷 34-48页

作者：熊海贝武喆欧阳禄王治方陈佳炜同济大学土木工程学院上海200092 南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

连接节点的设计是保证木-混凝土混合结构中两种材料协同工作的基础.为研究常用工程木-混凝土螺栓连接节点的力学性能及破坏模式,分别选用正交胶合木(Crosslaminated timber,CLT)-混凝土螺栓连接和云杉-松木-冷杉(Spruce Pine Fir,SPF)... 详细信息

连接节点的设计是保证木-混凝土混合结构中两种材料协同工作的基础.为研究常用工程木-混凝土螺栓连接节点的力学性能及破坏模式,分别选用正交胶合木(Crosslaminated timber,CLT)-混凝土螺栓连接和云杉-松木-冷杉(Spruce Pine Fir,SPF)规格材-混凝土螺栓连接作为试验对象,设计了27组单调加载试验和低周往复加载试验,归纳并对比了两类木-混凝土螺栓连接的典型破坏模式.结果表明:木-混凝土螺栓连接节点承载力大小与螺栓屈服模式相关,CLT-混凝土螺栓连接相较于SPF-混凝土螺栓连接更易发生双铰破坏,且CLT-混凝土螺栓连接具有更好的延性.基于对两类连接力学性能差异的影响机理分析,考虑钢垫板对承载力的影响,并引入CLT等效截面,提出了木-混凝土螺栓连接的承载力力学模型.计算结果与试验结果对比的平均误差为12.18%,表明计算值与试验值吻合良好,可为木-混凝土螺栓连接的设计与应用提供参考.

关键词：木-混凝土混合结构螺栓连接破坏模式力学性能计算模型

强度空间非均质性与各向异性特征下边坡稳定性极限平衡滑面应力法

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岩土力学 2025年第1期46卷 55-72页

作者：邓东平徐润冬彭一航文莎莎中南大学土木工程学院湖南长沙400075

实际工程中,土体强度存在空间非均质性与各向异性特征,忽视这些特性将难以可靠地评估边坡稳定性。为此,对强度空间非均质性与各向异性特征下边坡稳定性开展深入研究。首先,改进现有空间非均质性模型和原始Casagrande各向异性模型,拓展... 详细信息

实际工程中,土体强度存在空间非均质性与各向异性特征,忽视这些特性将难以可靠地评估边坡稳定性。为此,对强度空间非均质性与各向异性特征下边坡稳定性开展深入研究。首先,改进现有空间非均质性模型和原始Casagrande各向异性模型,拓展其通用性与实用性。其次,对土体强度空间非均质性与各向异性进行耦合,并将其嵌入至拉剪改进模式下Mohr-Coulomb(简称M-C)强度准则当中。然后,在极限平衡理论的框架内,采用滑面应力计算模式代替传统条间力假设模式,并通过构建滑面应力函数以及引入滑面局部安全系数概念和滑面端部应力约束条件,实现边坡拉-剪与压-剪共同作用机制和边坡渐进破坏方式的融入。最后,基于滑体所满足的整体力学平衡条件,建立强度空间非均质性与各向异性特征下边坡稳定性极限平衡严格解答。经后续算例对比分析,提出的方法的可行性与有效性得以验证。此外,研究成果将可用于全面揭示强度空间非均质性与各向异性特征下边坡破坏机制。

关键词：边坡稳定性非均质各向异性极限平衡滑面应力渐进破坏模式

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岩石储能极限演化模型与强度准则研究

岩石力学与工程学报 2025年第1期44卷 140-151页

作者：刘继郭建强王姣姣张钦榕贵州大学土木工程学院贵州贵阳550025

强度理论是岩土工程灾害防控的基础,传统强度理论在复杂应力状态下的适用性仍存在一定不足。针对岩石储能极限的演化机制,在已有理论基础上,通过引入能够反映罗德角的参数λ,建立复杂应力状态下岩石储能极限演化模型,采用该模型对4种特... 详细信息

强度理论是岩土工程灾害防控的基础,传统强度理论在复杂应力状态下的适用性仍存在一定不足。针对岩石储能极限的演化机制,在已有理论基础上,通过引入能够反映罗德角的参数λ,建立复杂应力状态下岩石储能极限演化模型,采用该模型对4种特殊应力状态的分析揭示了岩石拉压强度不等及静水压力下可能破坏的现象。基于岩石储能极限演化模型,建立岩石强度准则,该准则可蜕化为D-P强度准则,且能够解决D-P强度准则不具有罗德角效应和拉剪区偏大的问题。4种岩石的真三轴试验数据验证表明新建立的强度准则具备较高的计算精度,平均误差为2%~12%,而D-P强度准则平均误差为18%~51%。相较于其他强度准则,从岩石储能极限角度建立的强度准则物理意义明确、精度较高,对岩石的破坏行为研究具有参考意义。

关键词：岩石力学复杂应力状态弹性应变能储能极限强度准则