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物理信息双驱动的长距离盾构隧道结构纵向力学性态智能诊断方法

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岩土力学 2023年第10期44卷 2997-3010页

作者：张东明周烨璐黄宏伟张晋彰同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

针对目前盾构隧道纵向结构安全诊断面临的瓶颈,提出了一种物理信息双驱动的隧道纵向结构力学性态智能诊断方法。通过将表征隧道纵向结构力学性态的物理方程嵌入物理神经元中,利用实测数据作为信息神经元综合构建了物理信息双驱动的神经... 详细信息

针对目前盾构隧道纵向结构安全诊断面临的瓶颈,提出了一种物理信息双驱动的隧道纵向结构力学性态智能诊断方法。通过将表征隧道纵向结构力学性态的物理方程嵌入物理神经元中,利用实测数据作为信息神经元综合构建了物理信息双驱动的神经网络(physics-informed neural networks,PINNs)模型,可实时更新反演盾构隧道结构参数、周围地层参数以及荷载分布规律,继而正演求解隧道的纵向结构力学性态。将反演得到的参数进一步用于其他隧道段的分析,以实现长距离盾构隧道结构纵向智能诊断。算例与工程实例应用表明,提出的PINNs模型能有效求解隧道结构纵向问题,且相较传统的纯数据驱动的深度神经网络(deep neural network,DNN)模型,PINNs模型表现出了显著的泛化能力与鲁棒性,具有十分可观的工程应用前景。

关键词：物理信息双驱动盾构隧道纵向力学性态反演

基于在机开挖离心模型试验的改进MSD法评估

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岩土工程学报 2024年第1期46卷 190-198页

作者：曹明洋马险峰同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

研发了一套应用于高离心力场条件下在机基坑开挖装置和支撑施加系统,开展了多支撑支护的黏土基坑开挖的离心模型试验。将开挖引起的墙后地表沉降与挡墙变形的试验数据与已发表的相关研究成果进行对比分析,证明了该套在机开挖装置和支撑... 详细信息

研发了一套应用于高离心力场条件下在机基坑开挖装置和支撑施加系统,开展了多支撑支护的黏土基坑开挖的离心模型试验。将开挖引起的墙后地表沉降与挡墙变形的试验数据与已发表的相关研究成果进行对比分析,证明了该套在机开挖装置和支撑系统可有效模拟实际基坑工程的土体开挖及支撑。在离心试验数据的基础上,对基坑体系的变形机制进行了修正,提出了全量变形机制计算的改进动员强度法(mobilizablestrengthdesign,MSD)。应用改进MSD法计算多支撑开挖的挡墙变形曲线,并将计算结果与现场监测数据对比。结果表明:改进MSD法预测结果与实测数据较吻合,论证了改进MSD法的有效性。

关键词：基坑开挖离心模型试验在机开挖装置改进MSD法

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泥石流防治措施与冲击力研究进展

地球科学 2022年第12期47卷 4339-4349页

作者：石振明吴彬郑鸿超彭铭同济大学地下建筑与工程系同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

泥石流是一种世界范围内各个历史时期均普遍发生的地质灾害现象,尤其频发于地震多发的山地地区,每年均给人民的生命财产造成重大损失.为了应对这种暴发突然,来势凶猛,破坏力强的泥石流灾害,一系列防治措施应运而生.系统总结泥石流的防... 详细信息

泥石流是一种世界范围内各个历史时期均普遍发生的地质灾害现象,尤其频发于地震多发的山地地区,每年均给人民的生命财产造成重大损失.为了应对这种暴发突然,来势凶猛,破坏力强的泥石流灾害,一系列防治措施应运而生.系统总结泥石流的防治措施.泥石流的防治措施可分为结构化措施和非结构化措施.其中结构化措施包括拦挡坝、拦挡网、导流渠、沉淀池和植被防护措施等,其设计依据可通过泥石流冲击力模型获取.泥石流冲击力模型可分为静力模型、动力模型.非结构化措施即建立泥石流预警和预报系统体系.

关键词：泥石流拦挡坝拦挡网导流渠预警预报系统冲击力模型工程地质

复合衬垫中污染物一维瞬态扩散-对流运移规律研究

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岩土工程学报 2022年第5期44卷 799-809,I0003,I0004页

作者：冯世进彭明清陈樟龙陈宏信同济大学地下建筑与工程系岩土及地下工程教育部重点实验室上海200029

采用GMB(土工膜)/GCL(膨润土防水毯)/SL(土质垫层)复合衬垫全瞬态扩散-对流运移解析模型,考察了对流区域对污染物运移计算结果的影响;探讨了用渗滤液水头高度替代衬垫水头差的简化计算的可行性;探究了土工膜类型对复合衬垫防污阻隔性能... 详细信息

采用GMB(土工膜)/GCL(膨润土防水毯)/SL(土质垫层)复合衬垫全瞬态扩散-对流运移解析模型,考察了对流区域对污染物运移计算结果的影响;探讨了用渗滤液水头高度替代衬垫水头差的简化计算的可行性;探究了土工膜类型对复合衬垫防污阻隔性能的影响;分析了对流、扩散、吸附作用对渗沥液中典型有机污染物运移规律的影响。研究结果表明:①渗沥液水头为10,5,3,0.3 m的情况下,采用全局对流模型相比局部对流模型的击穿时间相应分别高出了233%,151%,111%,24%;②采用渗沥液水头替代水头差的简化计算结果是可行的;③采用f-HDPE土工膜的复合衬垫,其击穿时间比采用PVC,LLDPE,HDPE的分别提高了36%,33%,22%;④渗沥液水头为10,5,1 m时,忽略对流作用会使击穿时间分别被高估68%,34%,6%;⑤孔洞频数由2.5增大到50,30,10,5个/(10^(3) m^(2)),击穿时间分别缩短了54%,41%,16%,6%;⑥SL有效扩散系数降低90%,衬垫击穿时间提高了2~6倍;SL吸附系数从1 mL/g提升到5,15,30,50 mL/g,击穿时间分别提升了311%,1086%,2249%,3798%。以上对复合衬垫防污阻隔机理的研究结果,可为实践中衬垫的使用和改进提供一定的参考和建议。

关键词：垃圾填埋场复合衬垫扩散对流吸附运移规律土工膜

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基于生物诱导碳酸钙沉淀的土体固化研究进展

岩土力学 2022年第2期43卷 345-357页

作者：张茜叶为民刘樟荣王琼陈永贵同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

基于微生物或脲酶诱导碳酸钙沉淀(MICP/EICP)的土体固化技术是近年来岩土和地质工程领域的研究热点之一。在系统回顾基于生物诱导碳酸钙沉淀的土体固化技术发展历程的基础上,重点阐述了MICP/EICP固化机制、土体孔隙结构、菌液和脲酶性... 详细信息

基于微生物或脲酶诱导碳酸钙沉淀(MICP/EICP)的土体固化技术是近年来岩土和地质工程领域的研究热点之一。在系统回顾基于生物诱导碳酸钙沉淀的土体固化技术发展历程的基础上,重点阐述了MICP/EICP固化机制、土体孔隙结构、菌液和脲酶性质、胶凝液性质和固化方式等方面对碳酸钙特性影响的研究进展。研究结果表明:土体孔隙越小,越不利于微生物或脲酶入渗,固化均匀性越差;土颗粒接触点越多,可为碳酸钙提供的沉积点位越多,碳酸钙与土颗粒间的黏结和桥接作用越强,固化效果越好;一定菌液或脲酶浓度或脲酶活性范围内,碳酸钙的生成速率和生成总量随浓度及活性的增大而增大,但过高的浓度或活性易导致碳酸钙生成速率过快,从而在土体注入端发生堵塞;低浓度胶凝液得到的碳酸钙晶体更小,在土体中的分布更均匀;采用合适的注浆饱和度可提高具有黏结作用的碳酸钙的占比;采用多层交替注入或单相低pH值注入可提高碳酸钙在试样中分布的均匀性。基于碳酸钙沉淀特性的影响因素,提高固化土体的均匀性,验证其耐久性,室内试验结果在现场尺度的适应性和改进方案应该成为以后研究的重点。

关键词：微生物诱导碳酸钙沉淀脲酶诱导碳酸钙沉淀碳酸钙特性脲酶固化机制

基于计算流体力学-离散元耦合的相对密实度对断级配土体渗蚀效应的影响研究

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岩土力学 2024年第1期45卷 267-283页

作者：张沛云木林隆黄茂松同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

土体几何因素(粒径比、细粒含量、相对密实度等)不仅影响土体内部稳定性,同时对侵蚀进程有着重要影响。基于离散单元法(discrete element method,简称DEM)与计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)耦合方法,建立了内部... 详细信息

土体几何因素(粒径比、细粒含量、相对密实度等)不仅影响土体内部稳定性,同时对侵蚀进程有着重要影响。基于离散单元法(discrete element method,简称DEM)与计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)耦合方法,建立了内部不稳定土渗流-侵蚀三维计算模型。考虑细粒含量及相对密实度对内部侵蚀过程的耦合影响,对细观变量:土体孔径分布曲线、颗粒接触数目以及内部传力机制进行分析,以揭示细粒含量与相对密实度的影响的细观机制。研究结果表明:相对密实度的增加降低了侵蚀质量比,且该影响程度与细粒含量相关,细粒含量越高,相对密实度的影响更加明显;内部不稳定土体渗蚀后沿渗流方向可分为上游侵蚀区、中部稳定区及下游侵蚀区。土体渗透性在侵蚀过程中的增长幅度随相对密实度的降低而逐渐增加,随细粒含量的增加而增加;相对密实度对渗蚀过程的影响可归因于三方面:相同水力梯度下渗流流量不同,内部孔隙尺寸分布存在差异,以及细颗粒对土体内部应力传递的贡献不同。研究结果加深了土体几何因素对内部渗蚀过程影响的理解,并为宏观侵蚀本构的建立提供了参考。

关键词：渗蚀 CFD-DEM 相对密实度细粒含量传力机制

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地下结构地震响应分析的高效混合模拟方法

岩土工程学报 2024年第1期46卷 45-53页

作者：禹海涛王治坤同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

数值模拟是地下结构抗震分析的重要手段之一,然而地震动输入及边界效应、模型尺度规模等因素均会影响数值模拟的计算精度和效率,并且存在计算尺度、计算时间、计算精度之间的矛盾,因此如何高效、精确地模拟地下结构与地层相互作用体系... 详细信息

数值模拟是地下结构抗震分析的重要手段之一,然而地震动输入及边界效应、模型尺度规模等因素均会影响数值模拟的计算精度和效率,并且存在计算尺度、计算时间、计算精度之间的矛盾,因此如何高效、精确地模拟地下结构与地层相互作用体系的地震响应仍是亟待解决的关键问题。基于区域缩减法(DRM)将边界元和有限元相融合的核心思想,旨在建立能够合理模拟地下结构-地层系统地震响应特征的高效混合分析方法。首先将地下结构-地层整体模型划分为近场地层-结构内域子模型和远场地层外域子模型,通过构造重合节点保证内域-外域耦合边界处的位移连续性;其次,基于边界元求解外域自由场或地形影响下的非自由场地震动特征,并采用DRM构造矩阵方程将外域动力响应转化为等效地震荷载,可以在保证地震动合理输入的前提下极大地缩减外域模型尺寸,进而实现对内域中地下结构地震响应的快速参数化分析;最后,设计了两组典型算例以检验该方法的可靠性和高效性。结果表明:对于无地形影响下的双线隧道地震响应模拟,通过与远置边界参考解对比验证了方法的有效性;对于受地形条件影响下的双线隧道地震响应模拟,本方法在保证精度要求的基础上极大缩减了包括地形在内的外域模型范围,相比远置边界法和传统黏弹性法,可使计算模型尺度分别缩减97%和83%,计算时间减少72%和58%。此外,该方法还可推广到斜入射地震动作用下地下结构的动力响应分析。

关键词：地下结构混合方法区域缩减法非自由场地震输入

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基于相似性原理超固结土不排水扩张半解析解

岩土力学 2022年第3期43卷 582-590页

作者：李镜培刘耕云周攀同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

在实际工程中,土体往往因卸载、再加载等复杂应力路径而处于超固结状态,而现有的圆孔扩张问题的计算模型往往不能反映超固结土中剪胀、软化等一些特殊性质。为了解决这一问题,基于相似性原理和统一硬化(UH)模型,结合相关联的流动法则和... 详细信息

在实际工程中,土体往往因卸载、再加载等复杂应力路径而处于超固结状态,而现有的圆孔扩张问题的计算模型往往不能反映超固结土中剪胀、软化等一些特殊性质。为了解决这一问题,基于相似性原理和统一硬化(UH)模型,结合相关联的流动法则和大变形理论,采用相似求解技术求解了超固结土不排水扩张问题的半解析解答。通过理想化算例分析了圆孔扩张挤土产生的应力和孔压响应,并通过分析不同超固结比OCR的土体应力路径的变化规律,讨论了UH模型的适用性。结果表明:对于轻超固结土,空腔周围土体孔压在塑性区沿径向单调递减,随着OCR增大,塑性区内孔压分布呈现出“S”形的趋势,孔壁附近的孔压逐渐减小,孔壁周围甚至出现负孔压。随着OCR增大,压力-扩张曲线收敛变慢。在扩孔过程中正常固结土一直处于剪缩硬化阶段。而对于超固结土,土体则经历了临界状态→剪胀硬化阶段→临界(特征)状态→剪缩硬化阶段。该研究成果不仅丰富了相似求解技术的应用,而且为超固结土中桩基承载力、隧道围岩变形预测和原位测试参数等岩土工程问题的计算提供了理论依据。

关键词：超固结土圆孔扩张理论相似性原理 UH模型半解析解

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上海软黏土深基坑在机开挖离心模型试验研究

土木工程学报 2023年第8期56卷 131-139页

作者：马险峰曹明洋同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

基坑变形的预测和控制对于确保基坑自身及周围环境的安全尤为重要。通过设计一种能够在高离心力场中实现深基坑开挖和支撑的模型试验系统来模拟柔性围护结构支护的黏土基坑开挖及支撑的全过程,并与预测基坑变形的方法进行对比分析。研... 详细信息

基坑变形的预测和控制对于确保基坑自身及周围环境的安全尤为重要。通过设计一种能够在高离心力场中实现深基坑开挖和支撑的模型试验系统来模拟柔性围护结构支护的黏土基坑开挖及支撑的全过程,并与预测基坑变形的方法进行对比分析。研究结果表明:该装置能有效模拟高离心力场试验条件下的基坑开挖;在悬臂开挖阶段,挡墙围绕墙趾附近一固定点做旋转运动,且墙体的最大挠度位于墙顶处。墙后地表沉降曲线为拱肩型,地表最大沉降发生在挡土墙附近;在多支撑开挖阶段,挡墙的变形曲线呈凹槽形,挡墙的最大位移发生在开挖面。地表沉降曲线呈凹槽形发展,地表最大沉降位置位于墙后一固定点附近,且不随开挖深度而变化。

关键词：基坑开挖离心机模型试验在机开挖装置挡墙位移地表沉降