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不同温度路径与干湿状态下粉砂质泥岩冻融特征及劣化机制

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铁道科学与工程学报 2024年第6期21卷 2331-2341页

作者：曾铃刘赛于晓伟刘杰长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学水利与环境工程学院湖南长沙410141

为探究冻融条件下粉砂质泥岩冻胀力演化规律与变形特征,针对干燥及饱和状态粉砂质泥岩,开展冻结温度分别为-5,-10和-20℃,融化温度为30℃岩体室内冻融循环试验,结合扫描电镜揭示其冻融特征及劣化机制。结果表明:饱和岩石冻胀力演化可分... 详细信息

为探究冻融条件下粉砂质泥岩冻胀力演化规律与变形特征,针对干燥及饱和状态粉砂质泥岩,开展冻结温度分别为-5,-10和-20℃,融化温度为30℃岩体室内冻融循环试验,结合扫描电镜揭示其冻融特征及劣化机制。结果表明:饱和岩石冻胀力演化可分为孕育、陡增、平衡、融化波动及消散5个阶段,随温度降低冻胀力峰值增长、冻胀力孕育时间减少呈二项式关系;干湿状态对粉砂质泥岩冻融变形过程影响显著,饱和岩石冻融变形可分为降温冻缩、降温冻胀、低温冻缩、冻缩平台、升温融胀、升温融缩及融化平台7个阶段,而干燥岩石仅存在降温冻缩、冻缩平台、升温融胀及融化平台4个阶段;饱和岩样冻融应变特征值远大于干燥岩样,且均随冻融周期增大,其残余应变、最大应变在不同温度路径下呈指数函数关系增长,-5,-10和-20℃冻结温度下饱和岩样残余应变增长幅值分别为341.05με、377.27με、545.53με,最大应变增长幅值为355.85με、476.64με、536.36με;冻融变形与冻胀力存在一定对应关系,冻胀力萌生时,冻胀变形达到峰值,融化时冻胀力的二次峰值对应融缩变形峰值;冻融劣化包含温度损伤、溶蚀损伤与冻胀损伤,三者反复循环作用,使粉砂质泥岩产生显著冻融劣化。研究结果可为优化寒区工程安全建设及营运提供参考。

关键词：岩石力学冻融循环冻胀力冻融变形劣化机制

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盾构切削大直径钢筋混凝土群桩掘进参数研究

应用基础与工程科学学报 2024年

作者：乔世范张睿王刚陈道龙檀俊坤李杨湖南工商大学前沿交叉学院长沙理工大学土木工程学院中南大学土木工程学院

针对盾构隧道施工穿越建筑物桩基的安全问题，本文依托沈阳地铁4号线左线盾构截桩工程，通过对比盾构正常推进和截桩过程中的掘进参数，研究掘进参数的变化规律；结合灰色关联法分析主要掘进参数变化的影响因素，从而提出对应的掘进参... 详细信息

针对盾构隧道施工穿越建筑物桩基的安全问题，本文依托沈阳地铁4号线左线盾构截桩工程，通过对比盾构正常推进和截桩过程中的掘进参数，研究掘进参数的变化规律；结合灰色关联法分析主要掘进参数变化的影响因素，从而提出对应的掘进参数优化方案。研究表明：盾构截桩时掘进参数波动较大，其中掘进速度和刀盘扭矩整体减小，盾构推力增大；盾构截桩时掘进速度应控制在15～30mm/min，扭矩应控制在3500～5500kN·m，推力应不超过28000kN；截桩时，泡沫注入量与掘进速度、推力、扭矩等盾构的主要掘进参数相关性最大，土仓压力次之；盾构截桩时应增大泡沫注入量，同时根据主要掘进参数的变化调整膨润土注入量和稠度，以避免刀盘结泥饼。实践表明通过合理设置掘进参数可实现盾构直接切削大直径钢筋混凝土群桩，为今后类似工程提供参考。

关键词：隧道工程直接截桩掘进参数灰色关联分析泥饼

降雨作用下堆积层边坡与下穿隧道相互作用模型试验研究

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岩土力学 2024年

作者：张永杰胡涛郭一鹏邓沛宇罗志敏陶坡长沙理工大学土木工程学院中交路桥华南工程有限公司

为了掌握降雨条件下堆积层边坡蠕动变形规律以及隧道衬砌结构受力变形特征，利用土压力盒、应变片、百分表和湿度计等测试仪器，开展了降雨工况下隧道-边坡平行体系渗流与受力变形特性的响应物理模型试验。试验结果表明，在降雨过程中... 详细信息

为了掌握降雨条件下堆积层边坡蠕动变形规律以及隧道衬砌结构受力变形特征，利用土压力盒、应变片、百分表和湿度计等测试仪器，开展了降雨工况下隧道-边坡平行体系渗流与受力变形特性的响应物理模型试验。试验结果表明，在降雨过程中，雨水的入渗深度跟边坡高度以及与坡面的距离呈反比，隧道的存在会影响雨水的渗流路径，导致隧道上方坡体的雨水入渗速率加快、含水率峰值增大，而隧道下方坡体的雨水入渗速率减缓、含水率峰值减小；坡体变形量和含水率变化速率正相关，坡体变形集中在含水率快速上升阶段，在这个阶段，坡顶、坡中和坡脚发生的竖向位移分别占降雨全过程总竖向位移量的89.6%、96.4%、98.9%；同时隧道随边坡变形而受压，隧道顶部由边坡变形带来的土压力增量同隧道在堆积体中的埋深正相关，平均每隔15 cm增加24%，基岩端土压力增量约为洞口端土压力增量的2.4倍，且隧道底部土压力增量小于隧道顶部土压力增量；隧道受力变形特征表现为顶部受压，底部受拉，隧道整体下沉，局部呈以中心位置为反曲点的向下的弯曲变形，并在基岩-堆积层交界处受剪切应力影响，在交界处外侧的应变发生突变，近似于一端铰接，一端锚固的梁结构受力模式。建议在同类型的隧道设计施工过程中，在隧道上部边坡表面增加喷砼、浅层注浆或采用边坡生态防护等防渗措施，对隧道洞口区域以及隧道变形较大的中部及岩土交界位置进行加固处理。

关键词：模型试验人工降雨隧道堆积层边坡

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层状地基中海洋大直径管桩水平动力响应分析

岩土力学 2024年第6期45卷 1873-1883页

作者：林浩郑长杰丁选明福建理工大学福建省土木工程新技术与信息化重点实验室福建福州350118 福建理工大学土木工程学院福建福州350118 重庆大学土木工程学院重庆400045

考虑桩−海水−层状土相互作用,研究了水平动荷载作用下层状地基中海洋大直径管桩的动力响应特性。将海水视为无黏性可压缩流体介质建立桩周、桩芯海水的运动方程,通过分离变量法并结合海水的边界条件求得桩周、桩芯海水作用在管桩上的动... 详细信息

考虑桩−海水−层状土相互作用,研究了水平动荷载作用下层状地基中海洋大直径管桩的动力响应特性。将海水视为无黏性可压缩流体介质建立桩周、桩芯海水的运动方程,通过分离变量法并结合海水的边界条件求得桩周、桩芯海水作用在管桩上的动水压力。将海床土体视为黏弹性介质并考虑其成层非均质性,利用微分变化并结合土体振动边界条件解得桩周、桩芯土体作用在管桩上的水平抗力。进而根据各桩段上水平力的平衡建立管桩控制方程,利用传递矩阵法并结合桩身的连续条件以及桩顶、桩底的边界条件,得到层状海床土中海洋大直径管桩的水平动力响应解析解,给出了桩顶位移解析表达式。将所得解与有限元模拟结果以及退化解与已有文献解进行对比,验证了本研究计算方法的合理性。并基于所得解分析了管桩−海水−层状土系统水平动力响应对动水压力、水深、土体模量、土层厚度等关键参数的敏感性。

关键词：桩顶位移海洋大直径管桩水平振动特性桩芯海水层状海床地基

黄原胶生物聚合物改良膨胀土裂隙演化规律研究

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岩土工程学报 2024年

作者：欧阳淼张红日邓人睿王桂尧肖杰赵亚长沙理工大学交通运输工程学院广西交科集团有限公司长沙理工大学土木工程学院上海交通大学土木工程系

采用既可抑制膨胀土裂隙扩展，又不影响坡面植被生长的黄原胶生物聚合物对膨胀土进行改良，是膨胀土边坡生态防护新思路。对黄原胶改良膨胀土开展室内干湿循环试验，利用数字图像处理技术(PCAS)对裂隙发育的整个过程进行定量分析，探究... 详细信息

采用既可抑制膨胀土裂隙扩展，又不影响坡面植被生长的黄原胶生物聚合物对膨胀土进行改良，是膨胀土边坡生态防护新思路。对黄原胶改良膨胀土开展室内干湿循环试验，利用数字图像处理技术(PCAS)对裂隙发育的整个过程进行定量分析，探究了黄原胶掺量对膨胀土裂隙形态特征指标的影响规律，并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)试验分析了改良前后膨胀土的微观结构与矿物成分的变化，结合膨胀率试验结果探讨了黄原胶对膨胀土的改良机理。研究结果表明，黄原胶的掺入可以有效提高膨胀土的保水性和抗裂性，试样的平均失水速率和裂隙率均随着掺量的增加呈减小趋势；黄原胶能够降低干湿循环效应对膨胀土的影响，将裂隙宽度控制在较小范围内，增湿过程中易闭合；黄原胶主要通过两个方面抑制膨胀土开裂，一方面通过成键和胶结作用与土颗粒形成“桥联”结构，整体增强土体的抗拉强度；另一方面通过填充和成膜作用阻隔水分与土颗粒接触，减小黏土矿物的水化膜厚度。

关键词：道路工程黄原胶生物聚合物干湿循环裂隙微观结构

干湿交替环境下非贯通裂缝混凝土中氯离子传输研究

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建筑材料学报 2024年

作者：程小康彭建新董范君杨向红李朝长沙理工大学土木工程学院湖南省第六工程有限公司

为了获得干湿交替作用下开裂混凝土中氯离子传输规律，此文通过拉普拉斯变换方法，建立了干湿交替作用下裂缝非贯通混凝土结构中的氯离子对流扩散模型，分析了裂缝宽度和深度对氯离子分布的影响，统计了裂缝参数与表面氯离子含量的关系... 详细信息

为了获得干湿交替作用下开裂混凝土中氯离子传输规律，此文通过拉普拉斯变换方法，建立了干湿交替作用下裂缝非贯通混凝土结构中的氯离子对流扩散模型，分析了裂缝宽度和深度对氯离子分布的影响，统计了裂缝参数与表面氯离子含量的关系。研究结果表明，随着裂缝宽度和裂缝深度的增加混凝土表面氯离子含量积累加快，从而加速了氯离子传输。与现有模型相比，此文理论模型精度提高了30%，验证了其正确性。

关键词：开裂混凝土结构氯离子对流扩散理论模型干湿交替

基于网络开放数据的区域消防救援总体有效覆盖率评估

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安全与环境学报 2024年第2期24卷 666-674页

作者：刘伟军李颖刘顶立徐志胜朱思程长沙理工大学交通运输工程学院长沙410114 中南大学土木工程学院长沙410075

高效准确地掌握消防救援有效覆盖率是优化消防站点资源配置的前提。将判断是否有效覆盖的消防救援行程时间阈值定为240 s,建立了基于时间加权的区域消防救援总体有效覆盖率评估模型。基于网络开放数据收集了长沙的50座消防站作为消防救... 详细信息

高效准确地掌握消防救援有效覆盖率是优化消防站点资源配置的前提。将判断是否有效覆盖的消防救援行程时间阈值定为240 s,建立了基于时间加权的区域消防救援总体有效覆盖率评估模型。基于网络开放数据收集了长沙的50座消防站作为消防救援供给点、5746家被抽查到的社会单位作为消防救援需求点,并调用网络地图应用程序编程接口基于实时路况来仿真消防救援行程时间。在连续7 d内设置197个评估场景,共获得了1131962个有效样本,进而得出:长沙消防救援总体有效覆盖率为21.22%,结果等级为“C”,消防救援水平一般,需加强消防站建设。这种基于网络开放数据的区域消防救援有效覆盖率评估,具备高效和准确的特点,可为优化消防站点资源配置、提升公共安全水平提供关键理论和方法支撑。

关键词：公共安全消防救援有效覆盖率消防站开放数据实时路况时间加权

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基于模拟月壤的贯入模块化试验

地球科学 2024年第3期49卷 1052-1065页

作者：胡定坤李谦吕嘉航邹欣悦罗浩天成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059

为了解采样机具与模拟月壤间的相互作用,同时验证月壤采样机具模块化建模的可行性.基于中国地质大学(武汉)研制的CUG-1A型模拟月壤,开展不同条件下机具贯入力载的试验研究,并依据试验结果建立理论模型进行验证.各机具在浅层模拟月壤贯... 详细信息

为了解采样机具与模拟月壤间的相互作用,同时验证月壤采样机具模块化建模的可行性.基于中国地质大学(武汉)研制的CUG-1A型模拟月壤,开展不同条件下机具贯入力载的试验研究,并依据试验结果建立理论模型进行验证.各机具在浅层模拟月壤贯入阻力平均增长率为19.9%,次浅层提升至38.18%,深层出现陡增达到63.43%;贯入速度对贯入阻力的平均误差为2.5%;不同入土角度下贯入阻力的平均增长率为62.85%;不同截面机具贯入阻力随截面面积增长而增长,值近似为1∶2∶3∶4.同时进行了机具结构模块化验证,理论模型与试验结果吻合度在85%以上.采样机具所受贯入阻力与贯入深度、方式和机具结构明显相关,可建立模块化理论模型准确预估不同条件机具的贯入阻力.

关键词：表层贯入模块化贯入阻力机土作用模拟月壤土力学工程地质

基于自适应代理模型的桥梁风屏障参数多目标优化方法

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工程力学 2024年

作者：王力东付岱林卜秀孟胡朋韩艳长沙理工大学土木工程学院桥梁工程安全控制教育部重点实验室长沙理工大学

结合车-桥-风屏障系统CFD模拟和自适应代理模型，提出了一种桥梁风屏障参数多目标优化方法。首先，建立了车-桥-风屏障系统二维CFD模型，获得了不同风屏障参数下列车和桥梁的气动力系数，并通过与风洞试验测试结果对比验证了数值模型的... 详细信息

结合车-桥-风屏障系统CFD模拟和自适应代理模型，提出了一种桥梁风屏障参数多目标优化方法。首先，建立了车-桥-风屏障系统二维CFD模型，获得了不同风屏障参数下列车和桥梁的气动力系数，并通过与风洞试验测试结果对比验证了数值模型的计算精度。其次，选取风屏障高度和透风率作为设计参数并获取候选样本点集，采用最优拉丁超立方试验设计方法选择优化参数的初始样本点集，以桥梁阻力系数和列车倾覆力矩系数最小为优化目标，通过自适应采样技术快速构建目标函数代理模型。最后，基于多目标灰狼优化算法，计算两个目标函数相应的Pareto最优解集，通过熵权TOPSIS综合评价方法对Pareto解集中的个体进行评分和排序，从中选择最优解并得到对应的风屏障参数。结果表明：风屏障高度对车、桥气动力均有较大影响，风屏障透风率对列车气动力影响更大，高度3.37 m、透风率0%的风屏障参数对于该桥梁和列车综合抗风效果最佳。本研究可为各类桥梁风屏障参数优化及相关研究提供参考。

关键词：桥梁风屏障 CFD 自适应代理模型多目标优化 Pareto最优解