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基于机器学习-网格搜索优化的砂土液化预测

振动与冲击 2024年第5期43卷 82-93页

作者：王昭栋王自法李兆焱苗鹏宇吴禄源河南大学土木建筑学院河南开封475004 中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 中震科建(广东)防灾减灾研究院广东韶关512026

砂土液化是一种破坏力较强的地震次生灾害,传统的砂土液化判别方法存在一定的局限性。提出两种液化判别方法,第一种是基于新西兰岩土数据库(New Zealand Geotechnical Database,NZGD)中519组静力触探试验数据,建立具有砂土液化预测功能... 详细信息

砂土液化是一种破坏力较强的地震次生灾害,传统的砂土液化判别方法存在一定的局限性。提出两种液化判别方法,第一种是基于新西兰岩土数据库(New Zealand Geotechnical Database,NZGD)中519组静力触探试验数据,建立具有砂土液化预测功能的机器学习模型。首先建立支持向量机(support vector machine,SVM)、随机森林(random forest,RF)、XGboost(eXtreme gradient boosting,XGB)三种机器学习分类模型,运用网格搜索(GridSearchCV)法进行超参数优化后,采用整体精度(overall accuracy,OA)、精确率(P)、召回率(R)、F_(1)值对模型进行性能评估,对历史液化数据进行模型验证并与国内外方法进行结果对比。第二种是基于历史震害数据,采用经验判断法确定的静力触探初判条件。结果表明:随机森林可作为一种具有较强的预测能力的液化判别模型,通过与国内《岩土工程勘察规范》以及国际Olsen方法进行对比,选取要素简便且计算迅速的随机森林能够达到与上述两种权威方法接近的准确性,是一种可实行的液化判别模型;此外,基于历史液化数据库归结出不同烈度下,具备液化埋深限制的锥尖阻力阈值,经数据验证在7烈度区、8烈度区、9烈度区的准确率良好,与《岩土工程勘察规范》进行对比发现有可操作性好、可解释性强、可适用性广等优点。所建立的模型对砂土液化预测具有较强的适用性,静力触探初判条件亦可作为快速液化判别的参考值,两种方法结合可对科学研究和工程建设提供较好的参考价值。

关键词：砂土液化机器学习液化预测静力触探初判条件网格搜索

基于拉压杆模型的装配式混凝土挡墙结构设计方法

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第3期54卷 639-646页

作者：蔡建国钱润民陈中向冯健东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京211189 东南大学土木工程学院南京211189

为了研究装配式混凝土箱体挡墙结构在水压力和土压力共同作用下的受力机理,提出了一种基于拉压杆模型的装配式混凝土挡墙结构设计方法.以体积和应变能为优化目标,采用Tosca软件对数值模拟得到的主要受力骨架进行拓扑优化.构建拉压杆模型... 详细信息

为了研究装配式混凝土箱体挡墙结构在水压力和土压力共同作用下的受力机理,提出了一种基于拉压杆模型的装配式混凝土挡墙结构设计方法.以体积和应变能为优化目标,采用Tosca软件对数值模拟得到的主要受力骨架进行拓扑优化.构建拉压杆模型,结合箱体挡墙结构的破坏机理,分析并推导出侧墙受压、临水面挡墙和集束连接受拉3种主要破坏模式的承载力公式.实际工程对比分析结果表明:进行900次模型优化后,优化形态和应变能基本保持不变;基于拉压杆模型的装配式混凝土箱体挡墙结构的承载能力低于规范值和有限元模拟值,但误差均保持在16%范围内,从而验证了该方法的合理性.

关键词：装配式混凝土箱体挡墙结构受力机理数值模拟拓扑优化拉压杆模型

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近断层基于损伤的结构残余位移比谱研究

振动与冲击 2024年第13期43卷 70-77页

作者：刘巴黎胡进军湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080

残余位移是震后结构损伤评估的重要指标。为了揭示近断层区域基于损伤残余位移的变化规律,基于Park-Ang损伤模型建立单自由度体系基于损伤残余位移比谱C_(r),研究恢复力模型和Park-Ang损伤模型对基于损伤C_(r)的影响,通过回归分析建立... 详细信息

残余位移是震后结构损伤评估的重要指标。为了揭示近断层区域基于损伤残余位移的变化规律,基于Park-Ang损伤模型建立单自由度体系基于损伤残余位移比谱C_(r),研究恢复力模型和Park-Ang损伤模型对基于损伤C_(r)的影响,通过回归分析建立基于损伤C_(r)预测方程,对比分析了近断层和远场地震动作用下C_(r)以及基于延性和基于损伤C_(r)的差异。结果表明:具有刚度退化模型的结构C_(r)谱值小于刚度无退化模型结构的C_(r)谱值;与远场地震动作用下结构C_(r)谱值相比,近断层脉冲型地震动作用下结构C_(r)谱值在周期为1.5 s时增大40%~80%;结构基于损伤与基于延性C_(r)谱值之比大于1.1,基于延性C_(r)谱值估计趋于不保守,结构累积滞回耗能对C_(r)具有放大作用;构建的基于损伤C_(r)谱预测方程可用于近断层区域结构残余位移需求评估以及精细化结构抗震韧性评价。

关键词：脉冲型地震动远场地震动残余位移损伤指数位移延性系数

建成环境对轨道站点早高峰步行接驳比例的影响研究

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现代城市研究 2024年第3期39卷 80-85页

作者：费跃温旭丽刘云毛盈盈东南大学成贤学院土木与交通工程学院

为了分析城市建成环境对轨道交通站点早高峰步行接驳比例的影响,文章提出利用梯度提升决策树(GBDT)模型研究建成环境与步行接驳比例间的非线性关系。以南京地铁为例,获取开放平台POI数据,结合规划路网数据、接驳调查数据等多源数据,选... 详细信息

为了分析城市建成环境对轨道交通站点早高峰步行接驳比例的影响,文章提出利用梯度提升决策树(GBDT)模型研究建成环境与步行接驳比例间的非线性关系。以南京地铁为例,获取开放平台POI数据,结合规划路网数据、接驳调查数据等多源数据,选取并计算站点周边半径800 m覆盖范围内的建成环境指标,利用GBDT算法进行回归分析,得到各指标对步行接驳比例的相对重要度和部分依赖图。研究结果表明,就业岗位密度、路网密度、用地混合熵指数、出入口方向覆盖率和公交站点密度对早高峰进出站步行接驳比例有明显的正向影响,步行可达性存在双向的影响,而住户密度和出入口数量的影响是负向的。

关键词：建成环境步行接驳比例 POI数据 GBDT模型非线性关系

面向数值模拟的砖砌体单轴受压本构关系模型研究

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建筑结构 2024年第8期54卷 107-112,119页

作者：程浩然胡松涛敬登虎东南大学土木工程学院南京211189

在现有的砖砌体单轴受压本构关系模型中,弹性模量和峰值应变预测精度较差,导致砖砌体的数值模拟分析难度较大。基于收集到的145个试件数据,对砖砌体的弹性模量、轴心抗压强度以及峰值应变取值进行分析。结果表明:现有的弹性模量计算公... 详细信息

在现有的砖砌体单轴受压本构关系模型中,弹性模量和峰值应变预测精度较差,导致砖砌体的数值模拟分析难度较大。基于收集到的145个试件数据,对砖砌体的弹性模量、轴心抗压强度以及峰值应变取值进行分析。结果表明:现有的弹性模量计算公式不适用于过低或高弹性模量的砖砌体,弹性模量与峰值点割线模量呈倍数关系,应按照砌体的材料强度和种类进行取值;轴心抗压强度计算公式适用性较好;砖砌体的峰值应变应按照混凝土砖和非混凝土砖进行分类,非混凝土砖砌体峰值应变与砂浆强度呈非线性关系,应按照砂浆强度大小进行取值;然而混凝土砖砌体峰值应变受砂浆强度影响较小,取值在0.001和0.002之间。最后,提出了适用性更好的面向数值模拟的砖砌体单轴受压本构关系模型。

关键词：砖砌体单轴受压本构关系数值模拟弹性模量计算公式

考虑介入惩罚因子的智能车辆人机协同控制架构

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机械工程学报 2024年第14期60卷 238-251页

作者：冯吉伟殷国栋梁晋豪庄伟超彭湃卢彦博采国顺徐利伟东南大学机械工程学院南京211189

人机交互中的不确定性易引起驾驶人与智能辅助驾驶系统的冲突,进而削弱驾驶性能。为此,提出一种基于动态介入惩罚的智能车辆人机协同控制架构,以提升车辆的驾驶性能与侧向稳定性。针对人机共享控制系统的不确定性,建立考虑驾驶人时变预... 详细信息

人机交互中的不确定性易引起驾驶人与智能辅助驾驶系统的冲突,进而削弱驾驶性能。为此,提出一种基于动态介入惩罚的智能车辆人机协同控制架构,以提升车辆的驾驶性能与侧向稳定性。针对人机共享控制系统的不确定性,建立考虑驾驶人时变预瞄行为与轮胎非线性特性的车辆模型;引入影响共享驾驶权限分配的人机介入惩罚因子,并根据驾驶人手力矩和实际预瞄点侧向偏差建立模糊规则,减少由个性化驾驶行为导致的驾驶人与辅助驾驶行为之间的冲突;提出基于极点配置的线性参数时变(Linear parameter varing,LPV)控制策略以提升控制系统鲁棒性。最后,采用Matlab/Carsim联合仿真和基于NI-LabVIEW-RT系统的硬件在环测试(Hardwave-in-loop,HIL)进行试验验证,结果表明,所提出的人机协同控制架构能够在保证车辆操纵性能的同时有效缓解人机冲突。

关键词：车辆稳定控制 LPV鲁棒控制人机协同控制车辆系统动力学

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海底长周期地震动预测模型:以日本相模湾海域为例

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振动与冲击 2024年第5期43卷 188-201页

作者：田浩胡进军谭景阳靳超越刘名吉中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 华中科技大学土木与水利工程学院武汉430074

地震动反应谱预测模型是地震危险性分析的基础,基于日本K-NET台网相模湾地区的892组海域地震动数据和4 033组陆域地震动数据,考虑震级、震源距、震源深度以及震源类型和场地,建立了PGA和0.05~15.0 s的海域地震动加速度反应谱预测模型。... 详细信息

地震动反应谱预测模型是地震危险性分析的基础,基于日本K-NET台网相模湾地区的892组海域地震动数据和4 033组陆域地震动数据,考虑震级、震源距、震源深度以及震源类型和场地,建立了PGA和0.05~15.0 s的海域地震动加速度反应谱预测模型。通过残差分析以及相关性分析检验了模型的合理性,并分析了震源类型以及震源深度对反应谱的影响,对比了海陆地震动预测模型的差异。结果表明:震源类型以及震源深度对模型预测结果影响显著,水平向海域模型以及长周期(T≥1.0 s)竖向海域模型所预测反应谱大于陆域模型所预测的反应谱值,且水平向和长周期竖向模型的场地放大系数均大于1。该模型可为长周期海域地震动模型的建立和概率地震危险性分析提供参考,为长周期海域工程的抗震设防提供依据。

关键词：海域地震动长周期地震动预测模型随机效应模型海域工程

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橡胶混合黏土小应变剪切模量特性试验研究

岩土力学 2024年第3期45卷 705-713页

作者：周恩全白宇航姚缘王龙陆建飞江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013 江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔... 详细信息

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔隙比e_(sk)对混合土的最大动剪切模量G_(max)进行评价。结果表明:掺入橡胶颗粒后,混合土的G减小,λ增大,且橡胶掺量增大时,混合土的G减小、λ增大;围压增大时,混合土的G增大、λ减小;橡胶粒径增大时,混合土的G增大、λ减小。随着橡胶掺量增大,骨架孔隙比e_(sk)增大,G_(max)降低;在相同橡胶掺量时,随着橡胶粒径的增大,e_(sk)增大,G_(max)升高。在Hardin公式的基础上,基于骨架孔隙比e_(sk)提出了考虑橡胶掺量和橡胶粒径的G_(max)表征模型,该模型具有较好的准确性,可为评价橡胶混合黏土G_(max)提供依据。

关键词：橡胶混合黏土动剪切模量阻尼比骨架孔隙比 Hardin模型

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基于偏振投影与空域耦合的两步相移测量方法

实验力学 2024年第2期39卷 158-167页

作者：梁妍尹卓异何小元王澄非东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096 东南大学土木工程学院江苏南京211189

栅线投影测量是一种被广泛采用的非接触、高精度三维形貌测量方法。然而由于时间相移技术不能在同一时刻采集相移图像,导致这一技术在工业在线检测中难以发挥应有的作用,因此本文结合偏振相机技术,提出了一种基于双偏振投影校正的空间... 详细信息

栅线投影测量是一种被广泛采用的非接触、高精度三维形貌测量方法。然而由于时间相移技术不能在同一时刻采集相移图像,导致这一技术在工业在线检测中难以发挥应有的作用,因此本文结合偏振相机技术,提出了一种基于双偏振投影校正的空间相移测量方法。该方法通过在一对投影仪镜头前加装偏振方向正交的线偏振片,并采用本文提出的投影仪自校正方法,将具有恒定相移量、但偏振方向不同的相移栅线图案投影到待测物体表面,利用偏振相机单帧采集即可获得不同偏振方向的2幅相移图像,从而实现空间两步相移。实验结果表明,该方法对于非消偏振表面具有很好的测量效果,2幅相移图像的采集时间与相机曝光时间相同,可以用于在线测量。

关键词：栅线投影技术偏振两步相移三维测量