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基于Newmark法的土钉支护边坡震后位移三维上限分析

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铁道科学与工程学报 2025年第1期22卷 161-171页

作者：余家骥黄旭东陈志宇王玲阮波潘秋景中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中国土木工程集团有限公司北京100038 湖南工商大学设计艺术学院湖南长沙410205 湖南铁院土木工程检测有限公司湖南长沙410075

基于极限分析上限理论,结合边坡三维旋转破坏机制和Newmark位移法,利用水平地震加速度时程曲线表征地震效应,对地震作用下土钉支护边坡三维稳定性及永久位移开展研究。通过与振动台试验对比,发现本文方法预测的土钉支护边坡破坏面和位... 详细信息

基于极限分析上限理论,结合边坡三维旋转破坏机制和Newmark位移法,利用水平地震加速度时程曲线表征地震效应,对地震作用下土钉支护边坡三维稳定性及永久位移开展研究。通过与振动台试验对比,发现本文方法预测的土钉支护边坡破坏面和位移与试验结果大致吻合,验证了所提方法的可靠性。提出一个表征边坡中土钉强度及三维分布特征的无量纲系数Mt,探究3组Mt下边坡宽高比、c/γH、边坡倾角和土内摩擦角对临界地震加速度的影响规律,计算不同边坡倾角、土内摩擦角及Mt的位移系数设计图表,并通过对2种水平地震加速度时程曲线二次积分得到了地震积分位移表。研究结果表明:无量纲系数Mt越大,土钉支护边坡的临界地震加速度越大,地震诱发边坡位移越小,且随着土钉的长度和强度的提高,相应临界地震加速度增长率逐渐降低;边坡倾角增大会导致位移系数先增大后减小,且Mt越大时位移系数取峰值时对应的边坡倾角越大。基于边坡参数,结合临界地震加速度、位移系数和地震积分位移的设计图表,可直接估计边坡的地震永久位移值。研究结果可对土钉支护边坡工程的震后位移预测以及土钉参数取值提供参考。

关键词：土钉支护边坡地震稳定 Newmark位移三维稳定性极限分析上限法

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钢模块单元承插式柱-柱节点弯剪承载力研究

湖南大学学报(自然科学版) 2025年第1期52卷 93-107页

作者：周凌宇魏宏远陈浩王其良张明亮彭琳娜王关朝贺学军中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖南建设投资集团有限公司湖南长沙410029 高速铁路建造技术国家工程研究中心(中南大学) 湖南长沙410075

提出一种新型承插式柱-柱节点,采用内外套筒作为上下钢管柱的拼接构件,仅通过高强对穿螺栓拼装,可以满足建筑结构装配化的需求.针对其在弯剪作用下的承载性能,设计并制作了三个足尺试件进行静力加载试验,获得了节点的受力特征、破坏模... 详细信息

提出一种新型承插式柱-柱节点,采用内外套筒作为上下钢管柱的拼接构件,仅通过高强对穿螺栓拼装,可以满足建筑结构装配化的需求.针对其在弯剪作用下的承载性能,设计并制作了三个足尺试件进行静力加载试验,获得了节点的受力特征、破坏模式、极限承载力和应变分布等.建立数值模型,在验证数值模型正确性的基础上,对节点进行参数化分析,探讨了套筒灌浆、内套筒厚度、节点长度对节点极限承载力的影响.试验和数值模拟研究结果表明:内套筒近端板处至第一根竖向螺栓前是节点域传力的关键部位;套筒灌浆和减小节点长度能够延缓节点核心区应变发展,但影响程度有限;当保证节点长度和内外套筒相对抗弯刚度比一定时,套筒灌浆可使连接受力性能更优,极限承载力提高19.3%;控制其他参数相同,节点长度越大,“杠杆效应”越强,抗弯承载力也随之提高,节点长度由300 mm增加至600 mm,极限承载力提高15.1%;内套筒厚度越大,截面承载力的安全储备越高,内套筒厚度由8 mm增加至12 mm,极限承载力提高31.4%.基于“有限塑性发展强度准则”和“杠杆效应”理论提出了节点的抗弯承载力计算公式,通过和数值计算结果的对比,验证了计算式的准确性.

关键词：柱-柱节点静力试验参数化分析有限塑性发展强度准则杠杆效应极限承载力

深圳土工参数数据库及基于生成对抗网络的多元参数分布预测模型研究

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岩土力学 2025年第2期46卷 563-572页

作者：潘秋景孙广灿蔡永敏苏栋李凤伟中南大学土木工程学院湖南长沙410075 新加坡科技设计大学建筑学与可持续设计系新加坡487372 深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060 中国铁建股份有限公司北京100855

借鉴大数据思想,充分利用岩土工程勘察数据,实现岩土参数精细化表征和建模,是岩土工程数字孪生的重要组成部分。通过收集深圳市75个工程项目的岩土工程勘察报告,建立了深圳黏性土及风化残积土8个土工试验参数数据库SZ-SOIL/8/11369,分... 详细信息

借鉴大数据思想,充分利用岩土工程勘察数据,实现岩土参数精细化表征和建模,是岩土工程数字孪生的重要组成部分。通过收集深圳市75个工程项目的岩土工程勘察报告,建立了深圳黏性土及风化残积土8个土工试验参数数据库SZ-SOIL/8/11369,分析了深圳黏性土及风化残积土土工试验参数的分布特征和规律。进一步利用该数据库,提出了基于生成对抗网络(generative adversarial network,简称GAN)的土工试验物理力学参数概率分布及预测模型,并将提出的方法应用于深圳某项目,针对单组土工试验样本利用物理参数成功预测了其力学参数,并利用少量样本正确预测了该工程场地的土工试验参数的分布。结果表明,所提方法能够对缺失参数样本进行合理预测,并实现了通过大范围地区勘察数据降低局部工程场地岩土参数不确定性的目的,可为深圳岩土与地下工程结构韧性设计和风险评价提供参数保障。

关键词：土工参数分布数据库预测生成对抗网络

缓冲层-桩板墙组合支护膨胀土边坡现场试验研究

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湖南大学学报(自然科学版) 2025年第1期52卷 24-33页

作者：杨果林李文生段君义杨啸李兴瑷夏晓鹏中南大学土木工程学院湖南长沙410075 南昌大学工程建设学院江西南昌330031 中铁九局集团有限公司辽宁沈阳110013

为研究缓冲层对桩板墙结构支护膨胀土边坡的力学与变形特性的影响,以湖北当阳某铁路膨胀土边坡的桩板墙-缓冲层[包括聚苯乙烯泡沫(EPS)缓冲层和袋装砂石缓冲层2种]组合支护结构为对象,通过实施现场试验,分析气候环境作用下该组合支护结... 详细信息

为研究缓冲层对桩板墙结构支护膨胀土边坡的力学与变形特性的影响,以湖北当阳某铁路膨胀土边坡的桩板墙-缓冲层[包括聚苯乙烯泡沫(EPS)缓冲层和袋装砂石缓冲层2种]组合支护结构为对象,通过实施现场试验,分析气候环境作用下该组合支护结构中的土体湿度、桩身位移、板后土压力及桩与板弯矩的变化规律,揭示不同缓冲层情况下膨胀土边坡-缓冲层-桩板墙组合支护结构的相互作用及其协同的力学与变形关系.结果表明:相比于袋装砂石缓冲层,EPS缓冲层能够更有效地降低侧向膨胀压力,在本试验中测得最大消减率为69%.同时,EPS缓冲层能够及时响应气候环境引起的膨胀土胀缩变化,继而动态改善板后侧向总土压力的分布,而袋装砂石缓冲层对气候环境的响应能力明显相对较弱.膨胀土边坡-EPS缓冲层-桩板墙结构三者之间能够形成稳定的协调相互作用,进而降低膨胀土膨胀特性对桩间板弯矩的影响.

关键词：膨胀土边坡桩板墙结构 EPS缓冲层侧向膨胀压力桩身弯矩

深部高地应力隧道开挖卸荷围岩能量计算方法及演化机制

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岩土力学 2025年第1期46卷 165-177页

作者：郑可跃施成华娄义黎贾朝军雷明锋杨益高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中国中铁股份有限公司北京100039

深部高地应力隧道开挖卸荷后围岩的变形破坏过程受能量的驱动,其本质是输入能超出围岩储能极限后耗散和释放的结果。既有的理论研究主要针对弹性卸载条件下深部圆形隧(巷)道围岩弹性应变能的计算,很少有学者对弹塑性卸载下深部圆形隧道... 详细信息

深部高地应力隧道开挖卸荷后围岩的变形破坏过程受能量的驱动,其本质是输入能超出围岩储能极限后耗散和释放的结果。既有的理论研究主要针对弹性卸载条件下深部圆形隧(巷)道围岩弹性应变能的计算,很少有学者对弹塑性卸载下深部圆形隧道围岩的能量计算和能量演化开展理论研究。首先根据岩石的能量演化过程,明确了弹性应变能、塑性耗散能和塑性释放能的定义;然后基于弹塑性理论和Hoek-Brown强度准则,考虑岩石的峰后应变软化特性,提出半径增量法计算围岩的卸荷应力路径;最终,建立了基于卸荷应力路径的深部圆形隧道围岩能量计算方法。基于能量守恒定律验证了计算方法的正确性,并分析了不同峰值强度下深部圆形隧道围岩的能量演化机制。研究结果表明:隧道开挖后能量从远处围岩输入,弹性阶段输入能全部转化弹性应变能,越靠近隧道洞壁弹性应变能密度越大。塑性阶段能量持续输入,弹性应变总能继续增大,但靠近洞壁的围岩达到储能极限,产生塑性区,且受应变软化行为影响,塑性区的储能极限降低,围岩的耗散能和释放能呈指数增加;峰值强度越大的深部岩体,在高地应力环境下开挖后以能量释放为主,硬岩岩爆源于能量释放机制。对于峰值强度低的深部软岩,在高地应力环境下开挖后以能量耗散为主,软岩挤压大变形源于能量耗散机制。

关键词：深部隧道卸荷应力路径能量演化能量耗散能量释放

考虑风浪相关性影响的高速列车−轨道−跨海斜拉桥时变系统动力响应分析

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中南大学学报(自然科学版) 2025年第2期56卷 598-609页

作者：蔡宝锋谌启发郭文华段彬鑫中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600

为研究波浪参数及风浪相关性对跨海高铁桥梁车-轨-桥耦合系统的影响,基于耿贝尔逻辑模型,根据实测风浪同步观测数据建立了平均风速-有效波高联合概率模型,并采用谱解法随机生成可考虑相关性影响的风、浪时程曲线。以某跨海高铁双塔斜拉... 详细信息

为研究波浪参数及风浪相关性对跨海高铁桥梁车-轨-桥耦合系统的影响,基于耿贝尔逻辑模型,根据实测风浪同步观测数据建立了平均风速-有效波高联合概率模型,并采用谱解法随机生成可考虑相关性影响的风、浪时程曲线。以某跨海高铁双塔斜拉桥为例,基于ANSYS和SIMPACK联合仿真,建立高速列车-轨道-跨海斜拉桥空间振动分析模型,分别开展单独波浪、单独风、相干风浪联合作用下高速列车通过跨海斜拉桥时的空间振动分析,研究有效波高、桥位处水深、风速对车桥动力响应的影响。研究结果表明:波浪作用主要影响列车与桥梁的横向响应,对竖向响应影响较小;波浪作用所致列车和桥梁动力响应随有效波高及桥位处水深增大而增大,且增幅也越来越高;当波高较大时,有效波高是影响车桥系统动力响应的主要因素,当波高较低时,桥位处水深及有效波高对车桥动力响应的影响相当;在波浪作用下,主梁跨中横向位移时程主要包含波浪频率和主梁一阶横弯频率两个频率成分,增大有效波高可使主梁一阶横弯频率成分占比提高;与单独风作用相比,考虑风浪联合作用后,车桥系统动力响应明显增大,在选取风速与波高进行动力响应分析时,应合理考虑风浪相关性。

关键词：风浪相关性随机风浪跨海桥梁斜拉桥车-轨-桥耦合振动

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高速铁路桥梁巨震响应分析

振动工程学报 2025年第1期38卷 191-203页

作者：陈令坤时红琦康欣胡晓伦蒋丽忠扬州大学交通工程系江苏扬州225009 南京工大交通科学研究院(滁州)有限公司安徽滁州239050 湖南省第二工程有限公司湖南长沙410036 东南大学交通学院江苏南京211189 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为保障高速列车的运行安全,高铁桥梁应具有足够的刚度,这势必会增大结构的地震反应。同时铁路组网,如川藏铁路,已经延伸到西部大震风险区。在高铁桥梁中建立第四级设防的分析方法。在振动台上测试了3个1/5和6个1/8缩尺的圆端矩形截面钢... 详细信息

为保障高速列车的运行安全,高铁桥梁应具有足够的刚度,这势必会增大结构的地震反应。同时铁路组网,如川藏铁路,已经延伸到西部大震风险区。在高铁桥梁中建立第四级设防的分析方法。在振动台上测试了3个1/5和6个1/8缩尺的圆端矩形截面钢筋混凝土实体桥墩,并进行数值分析。试验结果表明,桥墩在峰值加速度为0.96g(原型0.32g,七度罕遇)以内的地震作用下,墩身仍保持较好的完整性和稳定性,桥墩的地震损伤程度不明显,混凝土桥墩试件没有出现明显的开裂和剥落现象,这表明按规范设计的桥梁具备较好抗震安全性。当地震强度增加到1.71g(原型0.57g,八度罕遇)时,桥墩顺桥向出现中等到严重损伤,而横桥向大多还处于中等损伤。但所有桥墩试件在强度为1.86g的巨震作用下不会发生倒塌破坏。研究表明,在相同地震动作用下,随着纵筋率提高,结构耗能总体呈增加趋势;随着地震设防水平增加,耗能随纵筋率的变化更加显著,试验桥墩可以承担更大的地震荷载。纵筋率对桥墩滞回曲线形状影响较大,增加纵筋率,耗能能力随之增大。需要强调的是,由于高铁桥墩不是按照延性设计,桥墩的体积配箍率均较低,研究表明其对桥墩的滞回性能的影响不明显。

关键词：抗震性能高速铁路桥梁圆端矩形实体墩巨震振动台试验

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负前角刀具切削圆截面钢筋2D数值分析及考虑切屑堆积影响的切削力计算理论

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机械工程学报 2025年

作者：乔世范冯超博檀俊坤王刚李杨中南大学土木工程学院中铁七局集团有限公司湖南工商大学前沿交叉学院长沙理工大学土木工程学院

盾构截桩时刀具切削钢筋的切削力是影响盾构推进参数的重要因素。主要针对第一次切削时的切削力进行研究，基于二维有限元对负前角刀具正交切削的初始切削阶段进行分析，观察其滑移面模式，结合已有的滑移线理论及剪切带模型，提出在不... 详细信息

盾构截桩时刀具切削钢筋的切削力是影响盾构推进参数的重要因素。主要针对第一次切削时的切削力进行研究，基于二维有限元对负前角刀具正交切削的初始切削阶段进行分析，观察其滑移面模式，结合已有的滑移线理论及剪切带模型，提出在不同切深条件下考虑切屑堆积影响的负前角刀具第一次切削二维圆截面的切削力计算模型，并与数值模拟结果比较。计算模型得出的水平切削力与数值模拟结果相近，误差绝对值最大为33.85%，误差绝对值平均值为14.23%，但竖向切削力计算误差较大，误差绝对值最大为64.2%，误差绝对值平均值为14.06%。同时通过比较分析，发现刀前切屑堆积影响对水平切削力的计算影响较大，而滑移线上平均应力的变化对水平切削力的计算影响较小。所提出的理论计算模型可对刀具水平向受力进行初步估计，可为后续多次切削及其他边界条件下切削二维圆截面钢筋及三维刀具切削钢筋的切削力计算模型提供理论基础及思路，但还需进一步研究及改进本文提出模型以减少其相对于数值计算结果的误差。

关键词：盾构切削负前角刀具滑移线剪切带二维仿真理论计算

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面向低光照环境的车辆目标检测方法

湖南大学学报(自然科学版) 2025年第1期52卷 187-195页

作者：孔烜彭佳强张杰戴剑军潘思宇吴政奇湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 湖南省交通科学研究院有限公司湖南长沙410015 中策橡胶集团股份有限公司浙江杭州310018

在智慧交通系统和城市安全领域中,准确获取车辆信息至关重要.通过视频或图像等视觉识别手段可以直接获取车辆相关信息.然而,在低光照环境下,图像亮度和对比度降低、噪声增加、图像细节特征易丢失,这些问题导致车辆目标检测算法的精度大... 详细信息

在智慧交通系统和城市安全领域中,准确获取车辆信息至关重要.通过视频或图像等视觉识别手段可以直接获取车辆相关信息.然而,在低光照环境下,图像亮度和对比度降低、噪声增加、图像细节特征易丢失,这些问题导致车辆目标检测算法的精度大大降低.为此,提出了一种基于低光照图像增强算法和改进目标检测算法的车辆检测方法.首先,利用图像增强算法ZeroDCE对低光照图像进行增强,以提升图像亮度;然后,利用改进的AFF-YOLO目标检测网络对增强后的图像进行车辆检测;最后,将本文方法在车辆数据集上进行测试,并分析不同低光照等级对于车辆检测精度的影响.结果表明,本文方法能够有效提升车辆目标检测的精度,与低光照图像相比,增强后图像的目标检测精度mAP@0.5提升了4.9%,达到94.7%;而且光照强度越低,增强后图像的目标检测精度提升越显著.研究成果可为低照度环境下的车辆检测提供参考.

关键词：车辆检测计算机视觉低光照环境图像增强目标检测

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