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基于机器学习的总溶解气体预测模型构建与评估

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湖泊科学 2025年

作者：杨玲杨慧霞王云云姚云波王顺贵州大学土木工程学院

随着梯级水库的持续开发，大坝泄流产生的过饱和总溶解气体在河道内难以消散，这将导致鱼类患气泡病甚至死亡，因此，开发大坝下游总溶解气体预测模型对保护生物多样性具有重要意义。本文收集美国哥伦比亚河上3个大坝监测站点的日监测... 详细信息

随着梯级水库的持续开发，大坝泄流产生的过饱和总溶解气体在河道内难以消散，这将导致鱼类患气泡病甚至死亡，因此，开发大坝下游总溶解气体预测模型对保护生物多样性具有重要意义。本文收集美国哥伦比亚河上3个大坝监测站点的日监测数据（水温、气压、流量、大坝溢流以及总溶解气体饱和度），在此基础上利用BP神经网络、随机森林以及提升树3种机器学习算法预测总溶解气体饱和度，并对3种算法的预测性能进行评价和对比。研究发现，随着具有显著性相关性的输入变量个数增加，各模型预测性能呈上升趋势，且不同模型受输入因子的影响不同。在最佳输入变量方案下，随机森林（平均绝对误差(MAE)=1.273%,、均方根误差(RMSE)=1.775%, R2=0.952）和提升树（MAE=1.268%, RMSE=1.622%, R2=0.960）的预测性能最佳。在模型验证阶段，提升数模型可以将预测值与真实值的平均相对误差控制在2.4%以内。本研究所构建的模型能够快速准确地预测大坝泄流期间下游河道内总溶解气体饱和度，有助于提前评估过饱和风险，及时调整排放调度方案，对于局部鱼类保护区提前采取防护措施，从而减少总溶解气体对水生生态的影响。研究结果可为深入开展基于机器学习的总溶解气体预测模型提供一定的参考价值。

关键词：总溶解气体过饱和机器学习预测梯级水库

基于三轴不排水有效应力路径的结构性剑桥模型的修正研究

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岩土工程学报 2025年第1期47卷 115-124页

作者：加瑞李逸群雷华阳姜宇轩天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350

室内外试验和工程实践都表明天然沉积黏土具有一定的结构性,因此建立结构性本构模型对准确预测天然黏土的力学响应和解决实际岩土工程问题具有重要意义。首先,基于结构性黏土的三轴固结不排水试验的有效应力路径对结构性剑桥(SCC)模型... 详细信息

室内外试验和工程实践都表明天然沉积黏土具有一定的结构性,因此建立结构性本构模型对准确预测天然黏土的力学响应和解决实际岩土工程问题具有重要意义。首先,基于结构性黏土的三轴固结不排水试验的有效应力路径对结构性剑桥(SCC)模型进行了两点改进:(1)对附加孔隙比Δe的计算公式进行了修正,可以准确模拟结构性黏土超过临界状态线后的有效应力路径;(2)考虑了屈服面内的塑性即亚屈服特性,可以较好地模拟屈服面内的有效应力路径然后,利用修正结构性剑桥(MSCC)模型对结构性黏土的侧限压缩试验、三轴固结不排水和三轴固结排水试验进行了模拟计算,并与试验结果和SCC模型的计算结果进行了对比分析,结果表明MSCC模型可以更好地模拟结构性黏土的三轴不排水有效应力路径以及侧限压缩和三轴固结排水试验的应力应变曲线。最后,对MSCC模型中的参数β(屈服面内塑性变形参数)、p'_(yi)(初始结构屈服应力)、Δe_i(初始附加孔隙比)、b(结构破损速率)、γ(剪切引起结构破损的参数)和ω(反映结构性对塑性流动准则的影响)进行了参数敏感性分析,结果表明参数β影响结构性黏土屈服面内的有效应力路径,参数p'_(yi)影响峰值强度,参数Δe_i影响残余强度,参数b和γ影响峰值后的强度衰减速率,参数ω影响强度开始衰减时的偏应变大小。

关键词：结构性黏土结构性剑桥模型有效应力路径亚屈服附加孔隙比

基于贝叶斯多元泊松-对数正态分布的交通冲突模型

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中国公路学报 2018年第1期31卷 101-109页

作者：郭延永刘攀吴瑶杨梦琳东南大学交通学院江苏南京210096 不列颠哥伦比亚大学土木工程系

为了构建信号交叉口直左交通冲突模型,利用计算机视频识别技术提取了温哥华市12个信号交叉口101h的交通冲突数据和交通流数据,考虑交通流状态对交通冲突的影响,用v/c(v为实际交通流量;c为基本通行能力)将交通流状态划分为4种场景。构建... 详细信息

为了构建信号交叉口直左交通冲突模型,利用计算机视频识别技术提取了温哥华市12个信号交叉口101h的交通冲突数据和交通流数据,考虑交通流状态对交通冲突的影响,用v/c(v为实际交通流量;c为基本通行能力)将交通流状态划分为4种场景。构建了多场景下基于多元泊松-对数正态分布的交通冲突模型和单一场景下基于单维泊松-对数正态分布的交通冲突模型,采用贝叶斯估计方法对模型参数的后验分布进行了推导,利用马尔可夫链蒙特卡罗仿真方法对模型参数进行了估计,分别利用方差信息准则(DIC)和模型期望方差对2种模型的拟合优度和精度进行了比较。研究结果表明:多元泊松-对数正态分布交通冲突模型拟合优度优于单维泊松-对数正态分布交通冲突模型;4种场景下,多元泊松-对数正态分布交通冲突模型拟合精度分别是传统单维泊松-对数正态分布交通冲突模型拟合精度的2倍、1.5倍、2倍和1.4倍;不同交通流状态下的冲突流量对交通冲突的影响具有差异性;若保持左转车流量不变,当直行车流量增加1%时,交通流状态场景为1,2,3,4下的直左交通冲突频次分别增加0.36%、0.56%、0.17%和0.78%;若保持直行交通流量不变,左转交通流量增加1%时,交通流状态场景为1,2,3,4下的直左交通冲突频次分别增加0.40%、0.67%、0.40%和0.51%。

关键词：交通工程交通冲突模型贝叶斯方法多元泊松-对数正态分布

基于交通冲突模型的信号交叉口右转设施安全分析

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中国公路学报 2016年第11期29卷 139-146页

作者：郭延永刘攀徐铖铖吴瑶东南大学交通学院江苏南京210096 东南大学自动化学院江苏南京210096 不列颠哥伦比亚大学土木工程系

为了研究不同右转交通设施对信号交叉口交通安全性的影响,针对昆明市20个信号交叉口的30个右转交通设施,利用统计学方法构建交通冲突模型,分析右转交通设施设计要素、右转控制方式、交通特征和直右交通冲突的关系。鉴于传统广义线性模... 详细信息

为了研究不同右转交通设施对信号交叉口交通安全性的影响,针对昆明市20个信号交叉口的30个右转交通设施,利用统计学方法构建交通冲突模型,分析右转交通设施设计要素、右转控制方式、交通特征和直右交通冲突的关系。鉴于传统广义线性模型无法刻画异质性的缺陷,建立了随机参数负二项交通冲突模型。结果表明:随机参数负二项模型比固定参数负二项模型拟合结果更好;直行交通量、右转交通量、软渠化岛、右转让行标志和右转半径5个变量系数估计结果参数服从正态分布;渠化岛、右转加速车道、右转让行标志、右转专用相位和大右转半径可显著降低交通冲突;直行交通量、右转交通量和右转大车比例对直右交通冲突具有显著正相关影响。

关键词：交通工程交通冲突随机参数负二项模型右转交通设施安全影响因素

热-流耦合作用下渡槽冬季水温变化及结冰规律

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农业工程学报 2025年

作者：刘德仁任玉刚窦顺牛亚强徐鹏举兰州交通大学土木工程学院道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室甘肃铁科建设工程咨询有限公司

寒区引水渡槽在冬季低温环境中极易发生结冰堵塞等灾害，其输水效率受到严重影响，而目前对渡槽冬季运行特性的研究尚缺乏对多因素耦合作用的水温时空变化规律及结冰特性的深入探讨。针对该问题，研究建立了封闭式渡槽非等温流动传热三... 详细信息

寒区引水渡槽在冬季低温环境中极易发生结冰堵塞等灾害，其输水效率受到严重影响，而目前对渡槽冬季运行特性的研究尚缺乏对多因素耦合作用的水温时空变化规律及结冰特性的深入探讨。针对该问题，研究建立了封闭式渡槽非等温流动传热三维耦合数值模型。考虑气温、水流流速、进口水温、太阳辐射及风速的影响，以渡槽水流温降值（ΔT）和温降速率（Δfu）为表征参数，探究封闭式渡槽冬季水温时空变化规律，并构建了渡槽水温变化及冰点预测模型。此外，考虑冰水相变对水流流动传热的影响，建立了渡槽水流结冰瞬态计算模型，研究渡槽水流结冰演变特征。结果表明：冬季低温环境中，沿渡槽长度方向的水温降幅整体呈现出先高后低的变化趋势。渡槽截面水流温降值随着流速的减小或初始水温的升高而增大，而水流流速对水温变化的影响最为明显，且在0～1m/s区间内温降速率最大。同一工况下，渡槽固壁附近的水流温降值约为截面中心的2～4倍，太阳辐射作用导致壁面周侧的夜间水流温降值高于白昼日照期间。根据对渡槽水流结冰规律的研究可知，凝结潜热对水流温度起到一定的补偿作用，以岸冰宽度为结冰量化指标，凝冰量随时间的推移而沿程增加，渡槽背阴侧壁面附近水流比其他区域到达冰点的临界长度更短，且阴侧水体凝冰量约为阳侧的3倍。研究可为渡槽在冬季低温环境中的安全运行提供参考。

关键词：温度热流耦合引水渡槽冰水相变数值模拟

新型木建筑材料——交叉层积木介绍及其连接的试验研究

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工程科学学报 2015年第11期37卷 1504-1512页

作者：沈银澜牟在根 Johannes Schneider Siegfried F.Stiemer 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 中国电子工程设计院北京100840 英属哥伦比亚大学应用学院土木工程系

交叉层积木作为一种新型木建筑材料已经在北美地区推广开来,然而在我国还没有得到引进和推广.本文介绍了这种新型材料的性能特点,总结其生产工艺、设计方法和研究进展,重点对交叉层积木七种半刚性连接的抗震性能进行试验研究.研究表明:... 详细信息

交叉层积木作为一种新型木建筑材料已经在北美地区推广开来,然而在我国还没有得到引进和推广.本文介绍了这种新型材料的性能特点,总结其生产工艺、设计方法和研究进展,重点对交叉层积木七种半刚性连接的抗震性能进行试验研究.研究表明:紧固件全部被拔出的失效模式为理想的延性破坏模式,滞回曲线表现出高度非线性、刚度退化、强度退化以及捏拢现象.通过试验数据分析,给出了在延性和承载能力两方面最佳的连接.

关键词：层积木结构生产工艺设计方法连接抗震性能破坏模式

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交叉层积木数值模拟研究以及连接损伤分析

工程科学学报 2016年第1期38卷 149-157页

作者：沈银澜牟在根 Johannes Schneider Siegfried F.Stiemer 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 中国电子工程设计院北京100142 英属哥伦比亚大学应用学院土木工程系

木建筑由于结构冗余性以及钉接节点超强的吸能耗能能力在抗震中表现良好.交叉层积木是一种新型的建筑材料.本文以交叉层积木3种柔性连接试验为基础,采用Open Sees中Pinching4自定义模型模拟连接滞回曲线的高度非线性、强度退化、刚度退... 详细信息

木建筑由于结构冗余性以及钉接节点超强的吸能耗能能力在抗震中表现良好.交叉层积木是一种新型的建筑材料.本文以交叉层积木3种柔性连接试验为基础,采用Open Sees中Pinching4自定义模型模拟连接滞回曲线的高度非线性、强度退化、刚度退化和捏拢现象.基于主次半循环累积能量的损伤模型,对交叉层积木连接进行损伤分析,并提出该连接的5种性能水平的损伤指数.Pinching4模型与连接试验结果吻合较好,进一步证明该模型模拟木节点连接性能的可行性和有效性.损伤因子对应的损伤程度基本符合试验规律,其平均值在合理范围内,计算结果离散性较低.

关键词：交叉层积木结构连接数值研究损伤分析损伤累积模型

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近断层地震动对高层建筑结构抗震性能的影响

同济大学学报（自然科学版） 2012年第1期40卷 14-21页

作者：李旭 Carlos Estuardo Ventura 何敏娟同济大学建筑工程系上海200092 英属哥伦比亚大学土木工程学院地震工程研究中心

近断层地震地面运动区别于远场地震,具有滑冲效应特性和向前方向性效应特性.其中,具有单方向速度脉冲和阶跃式永久位移的滑冲效应对长周期结构影响较大.取1999年Turkey地震中台站SKR带有滑冲效应的近断层地震记录作为输入获得弹性和弹... 详细信息

近断层地震地面运动区别于远场地震,具有滑冲效应特性和向前方向性效应特性.其中,具有单方向速度脉冲和阶跃式永久位移的滑冲效应对长周期结构影响较大.取1999年Turkey地震中台站SKR带有滑冲效应的近断层地震记录作为输入获得弹性和弹塑性反应谱,并详细分析具有不同大小线性特征周期的单自由度体系从线性发展到非线性的整个过程中滑冲效应的作用.以某典型的钢筋混凝土剪力墙高层建筑结构为例,具体研究近断层地震滑冲效应对结构抗震性能的影响.结果表明,近断层地震滑冲效应除了对较长周期的高层结构抗震性能具有不利影响之外,对可能产生较大非线性变形的短周期结构的影响同样不可忽视.

关键词：近断层地震滑冲效应高层混凝土结构

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电动自行车事故和车牌使用影响因素分析

交通运输系统工程与信息 2017年第3期17卷 229-234页

作者：周继彪郭延永吴瑶董升宁波工程学院建筑与交通工程学院浙江宁波315211 英属哥伦比亚大学应用科学学院土木工程系东南大学交通学院南京210096

为分析电动自行车事故和车牌使用影响因素,采用问卷调查和电话访谈方式采集了宁波市862个电动自行车用户有效样本,利用统计学方法构建了Bivariate Probit(BP)联立方程模型,计算了显著影响因素的边际效应,量化分析了电动自行车事故和车... 详细信息

为分析电动自行车事故和车牌使用影响因素,采用问卷调查和电话访谈方式采集了宁波市862个电动自行车用户有效样本,利用统计学方法构建了Bivariate Probit(BP)联立方程模型,计算了显著影响因素的边际效应,量化分析了电动自行车事故和车牌使用影响因素效用,并检验了两者之间潜在的关联关系.结果表明:BP模型不仅可以识别电动自行车事故和车牌使用的影响因素,而且可以有效刻画两者之间的潜在联系;两者之间关联系数为-0.475,表明电动自行车车牌的使用可以降低电动自行车事故概率;模型结果显示性别、年龄、驾驶执照、家庭是否拥有小汽车、电动自行车驾龄、法律遵守程度、驾驶行为、危险感知度等具有统计显著性,是影响电动自行车事故和车牌使用的显著因素.

关键词：交通工程事故影响因素 Bivariate Probit(BP)模型电动自行车车牌使用