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周期性孔隙水压作用下砂岩损伤劣化特性研究

岩土力学 2024年第7期45卷 2000-2010页

作者：李洪亚马林建刘杰李增邓家军许宏发陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾全国重点实验室江苏南京210007 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

消落带砂岩由于受到周期性水压渗透的影响,其物理力学特性随时间损伤劣化,导致岸坡稳定性降低。开展了周期性孔隙水压力损伤砂岩的不排水三轴压缩试验,分析了砂岩强度、变形及脆性特征演化规律,讨论了细微观结构劣化机制。结果表明:砂... 详细信息

消落带砂岩由于受到周期性水压渗透的影响,其物理力学特性随时间损伤劣化,导致岸坡稳定性降低。开展了周期性孔隙水压力损伤砂岩的不排水三轴压缩试验,分析了砂岩强度、变形及脆性特征演化规律,讨论了细微观结构劣化机制。结果表明:砂岩峰值强度随着孔隙水压作用周次的增大而减小,且强度劣化度随围压增大逐渐降低。随着孔隙水压作用周次增大,黏聚力和内摩擦角分别呈现指数式衰减和线性衰减,其中黏聚力下降是强度劣化的主要原因。弹性模量、破坏应变和Tarasov脆性指数均随孔隙水压作用周次增大逐渐降低,而随围压增大具有明显增强效应。破坏模式由单斜面剪切破坏发展至共轭剪切破坏,破裂角由67.20°逐渐减小至62.05°。周期性孔隙水压作用在裂隙尖端导致的应力集中和应力疲劳加剧了砂岩内部结构劣化,且不排水压缩过程中的孔隙水压力的增长进一步加剧了砂岩的损伤劣化,而围压作用导致部分渗流通道闭合,降低了砂岩的渗流损伤。

关键词：库岸边坡砂岩应力-渗流耦合周期性孔隙水压脆性指数损伤劣化

基于深度神经网络的锈蚀RC梁位移角限值与破坏模式多目标预测方法

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工程力学 2024年

作者：陈柳灼邱羿志周炎防灾减灾湖北省重点实验室(三峡大学) 三峡大学土木与建筑学院

进行锈蚀钢筋混凝土（RC）结构抗震韧性评估时，亟需建立锈蚀RC构件损伤状态判别方法。本文提出了一种基于机器学习的锈蚀RC梁位移角限值（DRLs）与破坏模式（FM）的多目标预测方法，以实现锈蚀构件的损伤状态快速评估。通过调研既有文... 详细信息

进行锈蚀钢筋混凝土（RC）结构抗震韧性评估时，亟需建立锈蚀RC构件损伤状态判别方法。本文提出了一种基于机器学习的锈蚀RC梁位移角限值（DRLs）与破坏模式（FM）的多目标预测方法，以实现锈蚀构件的损伤状态快速评估。通过调研既有文献，建立了包含110根锈蚀RC梁的抗震试验数据集。利用数据集开展了DRLs的锈蚀影响分析并建立了弯曲和剪切型失效的锈蚀RC梁易损性曲线；分别建立了Sparrow search algorithm-Extreme gradient boosting（SSA-XGBOOST）回归和分类模型，采用递归特征消除交叉法（RFECV）调用模型的重要因子信息剔除冗余特征，确定了各输出目标的最优特征数量及组合。利用Shapley additive explanations（SHAP）方法实现对SSA-XGBOOST“黑盒”模型的可解释性，从全局、局部层面揭示了钢筋锈蚀程度指标、力学性能参数、配筋参数等输入特征与输出目标间的复杂映射关系。构建了含有分类层和回归层的深度神经网络（DNN）模型实现多目标预测变量的并行输出，开发模型可服务于锈蚀RC构件地震损伤状态判别与锈蚀结构抗震韧性评估。

关键词：抗震韧性机器学习构件损伤状态锈蚀RC梁位移角

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泥岩卸荷损伤-水次序作用下的劣化规律研究

岩土工程学报 2024年第2期46卷 385-395页

作者：王宇夏厚磊茆苏徽闫亮三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室湖北宜昌443002

工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物... 详细信息

工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物颗粒形态破坏、微裂缝发育,在后续水-岩作用下颗粒间胶结程度持续弱化,孔隙、裂缝进一步扩展。宏细观参数随水-岩作用时间的增长,其中质量m呈现先上升后骤然下降再趋于稳定的趋势,纵波波速P呈现先减少后上升的趋势,体积应变εv呈现逐渐增大的趋势,分形维数K呈逐渐增长的趋势;且各参数的增长速率均随卸荷损伤程度D的增大呈幂函数增加,当D≥0.49时,各参数的增长速率急剧增大;确定以质量、纵波波速、体积应变和分形维数作为与水反应系统的变量,并运用非线性动力学理论建立了水-岩作用下的泥岩劣化模型,并验证了模型的合理性。研究结果表明所建模型能表征卸荷损伤泥岩在水-岩作用下的宏细观特征参数变化趋势提供一定理论参考。

关键词：卸荷损伤水-岩作用宏细观参数劣化规律非线性动力学模型

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磷石膏矿化固定CO制备碳酸钙微粉

化工进展 2024年

作者：刘冬梅庄昭霖王青刁华利徐港彭艳周鲍浩李东升三峡大学土木与建筑学院防灾减灾湖北省重点实验室湖北三峡实验室

以磷石膏为原料，采用D-葡萄糖酸钠浸取磷石膏中Ca2+，再以该浸出液固定CO2制备碳酸钙微粉。研究了液固质量比、反应温度对Ca2+浸出率的影响，以及氨水添加量、碳化时间对Ca2+转化率的影响。通过SEM、XRD、粒度分析等方法分析了不同氨... 详细信息

以磷石膏为原料，采用D-葡萄糖酸钠浸取磷石膏中Ca2+，再以该浸出液固定CO2制备碳酸钙微粉。研究了液固质量比、反应温度对Ca2+浸出率的影响，以及氨水添加量、碳化时间对Ca2+转化率的影响。通过SEM、XRD、粒度分析等方法分析了不同氨水添加量、碳化时间下碳化产物的形态特征及生成机理。结果表明：随着液固质量比增大，Ca2+浸出率增加；反应温度由85 ℃降到25 ℃时，磷石膏Ca2+浸出率由91%增至100%。在反应温度20℃、CO2浓度为20%下，随氨水添加量、碳化时间增加，碳酸钙粒径分布区间呈减小趋势，且Ca2+转化率不断增加。氨水添加量为20mL、碳化时间为150min时，碳酸钙的转化率可达92.7%，碳化产物为圆角菱形方解石，峰值粒径以及中值粒径分别为1.5μm、5μm。反应溶液中氨水添加量增加更有利于方解石的形成，而碳化时间增加会促进球霰石的形成，但随着反应溶液中Ca2+减少，碳化产物数量骤减，由于已生成的球霰石稳定性较差以及有机溶剂D-葡萄糖酸钠溶液作用，反应产物会发生溶解重结晶，形成粒径小且均匀的圆角菱形方解石。本研究为磷石膏综合利用，以及CO2的捕集并制备碳酸钙微粉提供了一种新的工艺方法。

关键词：磷石膏碳化 D-葡萄糖酸钠碳酸钙微粉

超高性能纤维增强混凝土单轴本构关系和钢纤维增强作用对其影响

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复合材料学报 2024年第2期41卷 911-924页

作者：邓金岚杨简陈宝春徐港李洋三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院宜昌443002 福建理工大学土木工程学院福州350118 福州大学土木工程学院福州350108

超高性能纤维增强混凝土的单轴本构关系是认识其材料特性和非线性结构设计的基础。本文从本构方程函数模型建立的角度梳理了现有超高性能纤维增强混凝土单轴本构关系的相关研究;发现本构关系经验模型适用于结构设计计算,其中轴拉和轴压... 详细信息

超高性能纤维增强混凝土的单轴本构关系是认识其材料特性和非线性结构设计的基础。本文从本构方程函数模型建立的角度梳理了现有超高性能纤维增强混凝土单轴本构关系的相关研究;发现本构关系经验模型适用于结构设计计算,其中轴拉和轴压本构方程式均宜采用有理分式;本构关系简化模型适用于简化受力分析和数值模拟,其中轴拉宜采用三折线模型,轴压宜采用双折线模型;本构关系损伤模型适用于材料特性研究,其损伤演化函数较多采用Weibull分布。此外,还发现现有各种研究所得的本构方程中均不包含纤维相关参数,不能充分体现钢纤维的重要影响。因此,针对3种长径比、6种体积率的超高性能纤维增强混凝土进行轴拉和轴压试验,分析纤维对本构关系的影响。结果表明:超高性能纤维增强混凝土的轴拉和轴压本构关系经验模型均采用有理分式更适合,结合试验与收集的文献数据分析了纤维对经验模型本构方程系数的影响,提出了单轴本构关系经验模型的方程式;还探究了钢纤维参数对单轴损伤本构关系的影响,试验结果表明,钢纤维增强因子与损伤模型的控制系数间存在较强相关性,以试验数据为基础,数值分析得到钢纤维参数与本构方程控制系数间的关系式,进而提出包含钢纤维参数的轴拉和轴压损伤本构方程;并收集文献数据进行验证和修正,结果表明本文提出的本构方程与试验结果更吻合。

关键词：超高性能纤维增强混凝土本构关系轴拉轴压钢纤维体积率长径比

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基于耐震时程法的高拱坝地震易损性分析

水力发电学报 2024年第3期43卷 108-119页

作者：陈灯红王睿楠林天成潘子悦张心瀚防灾减灾湖北省重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002

基于耐震时程分析方法(ETA),建立了三维坝体-库水-地基动力相互作用模型,进行高拱坝抗震性能评价。以基于目标反应谱合成的10条耐震加速度时程曲线为地震输入,选取坝体损伤体积比、坝顶坝踵顺河向相对位移和拱冠梁横缝开度作为结构性能... 详细信息

基于耐震时程分析方法(ETA),建立了三维坝体-库水-地基动力相互作用模型,进行高拱坝抗震性能评价。以基于目标反应谱合成的10条耐震加速度时程曲线为地震输入,选取坝体损伤体积比、坝顶坝踵顺河向相对位移和拱冠梁横缝开度作为结构性能指标,通过对结构不同性能水准的定义,建立了极限状态与结构性能指标之间的关系,以此为基础绘制易损性曲线。结果表明:随着耐震时程输入时间的增加,拱坝的各项响应值随之增大,不同响应指标对地震强度的敏感性不同,且ETA法与增量动力分析法(IDA)得到的响应结果基本一致,在同一性能水平下采用不同评价指标时对应的超越概率也不相同。因此,在进行结构的抗震性能评价时应综合考虑不同结构响应指标,选取不同性能下超越概率最大的结构响应指标进行分析。

关键词：高拱坝地震响应分析耐震时程分析易损性分析地震动特性

基于迭代协同克里金反演的非均质地基固结沉降预测研究

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岩土力学 2024年第S1期45卷 761-770页

作者：高旭宋琨李凌晏鄂川王卫明中国地质大学(武汉)工程学院三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室襄阳地质工程勘察院有限责任公司

目前地基固结沉降反演预测多是以土体均质或分层假设为前提，然而天然地基水文、力学参数具有空间变异性是客观事实。鉴于此，提出了一种基于迭代协同克里金的非均质地基土体参数反演方法，据此开展了利用沉降和超孔隙水压力观测数据反... 详细信息

目前地基固结沉降反演预测多是以土体均质或分层假设为前提，然而天然地基水文、力学参数具有空间变异性是客观事实。鉴于此，提出了一种基于迭代协同克里金的非均质地基土体参数反演方法，据此开展了利用沉降和超孔隙水压力观测数据反演非均质地基土参数的数值试验研究，并结合敏感度分析解释了不同类型观测数据对非均质地基参数反演解析度的影响机制。结果表明：此方法反演的参数场是最优无偏估计；同时采用沉降和超孔隙水压力观测数据反演刻画非均质地基比单独采用沉降或超孔压数据反演刻画的非均质地基解析度更高，用于地基固结沉降预测效果也更好；不同类型观测信息对不同参数反演刻画解析度高低与观测信息对参数敏感度数量级呈正相关关系。

关键词：迭代协同克里金反演方法非均质地基固结沉降预测敏感性

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板状碎片对建筑屋面的冲击破坏概率模型

同济大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 717-725页

作者：黄鹏蓝鑫玥同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092

飞掷物对建筑的冲击破坏是围护结构在强风作用下受损的主要原因之一。为针对不同围护结构建立考虑多因素影响的冲击破坏概率模型,提出了一种基于马格努斯效应的板状碎片三维轨迹方程的板状碎片冲击破坏概率模型。与现有模型相比,额外考... 详细信息

飞掷物对建筑的冲击破坏是围护结构在强风作用下受损的主要原因之一。为针对不同围护结构建立考虑多因素影响的冲击破坏概率模型,提出了一种基于马格努斯效应的板状碎片三维轨迹方程的板状碎片冲击破坏概率模型。与现有模型相比,额外考虑了在不同风速风向下板状碎片来源、起飞初始条件和建筑相对位置对屋面冲击破坏概率的影响。利用风速15 m·s^(-1)~45 m·s^(-1),风向0°~90°和上游建筑高度8.0 m~12.5 m作为模型的输入,实现了可考虑多因素影响的板状碎片对低矮建筑屋面冲击破坏的概率估计,验证了模型的实用性。该模型计算过程简单,可应用于建筑屋面易损性分析。

关键词：飞掷物冲击破坏概率模型板状碎片建筑屋面强风作用

干湿循环作用下微生物改良花岗岩残积土劣化规律研究

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岩石力学与工程学报 2024年

作者：朱文羲邓华锋李建林马林建李锦瑞陈勇琪陈向阳三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室三峡大学土木与建筑学院陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾全国重点实验室

采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)对岩土体进行改良是当前的研究热点，而针对改良后土体抵抗干湿循环作用能力的研究以及劣化机制的分析鲜有报道。因此，以微生物改良后的花岗岩残积土为研究对象，结合典型环境因素设计干湿循环试验... 详细信息

采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)对岩土体进行改良是当前的研究热点，而针对改良后土体抵抗干湿循环作用能力的研究以及劣化机制的分析鲜有报道。因此，以微生物改良后的花岗岩残积土为研究对象，结合典型环境因素设计干湿循环试验，综合力学试验和微细观检测，系统分析微生物改良后花岗岩残积土在干湿循环作用下力学性能变化及劣化机制。结果表明：(1)干湿循环作用下，改良土的抗压强度、抗剪强度呈先快后慢的劣化趋势，30期干湿循环作用后，抗压强度，黏聚力，内摩擦分别降低56.73%,38.73%,24.66%，其中，前12个周期的劣化速度较快，而后劣化速度明显降低并逐渐趋于稳定；(2)在干湿循环作用下，由于碳酸钙胶结物和长石矿物的溶解作用影响，改良土的孔隙率、密度、纵波波速呈现与力学参数一致的变化规律。(3)微细观结构显示，改良后花岗岩残积土的孔隙结构结构明显改善，密实性明显增强，联通的孔隙明显减少，干湿循环作用下，部分联通孔隙处的碳酸钙胶结物和长石矿物发生溶解，导致孔隙率呈一定的增大趋势，但碳酸钙胶结形成封闭孔隙处的碳酸钙依然保持完整的性态，同时，长石溶解生成的高岭石与钙离子反应生成硅铝酸盐沉淀对孔隙通道形成填充和堵塞，进而使得改良体在干湿循环作用下的微细观结构变化和物理力学性能劣化也趋于稳定。相关研究思路和结果可为MICP技术在花岗岩残积土改良中的应用提供参考。

关键词：土力学干湿循环花岗岩残积土 MICP 劣化机制