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地铁车站深基坑开挖变形智能多步预测方法

上海交通大学学报 2024年第7期58卷 1108-1117页

作者：刘俊城谭勇张生杰同济大学地下建筑与工程系上海200092

为更好预测深基坑开挖期间地下连续墙的侧向位移变形,基于长短期记忆神经网络(LSTM)智能算法理论构建了LSTM多步预测模型.首先对多步预测模型的多输出策略进行论述,其次详细介绍了LSTM多步预测模型的构建方法,并对模型输入集空间维度和... 详细信息

为更好预测深基坑开挖期间地下连续墙的侧向位移变形,基于长短期记忆神经网络(LSTM)智能算法理论构建了LSTM多步预测模型.首先对多步预测模型的多输出策略进行论述,其次详细介绍了LSTM多步预测模型的构建方法,并对模型输入集空间维度和时间维度两项超参数进行探究,以提高模型的预测准确度.最后依托某富水砂土深基坑工程实例,分析了模型预测值与实际监测值的差异.3个典型监测点的数据分析结果表明LSTM多步预测模型具有较强的泛化能力,相关算法对深基坑开挖变形预测方法的改进优化具有参考价值.

关键词：基坑工程开挖变形预测长短期记忆神经网络智能算法多步预测模型

多道负刚度阻尼伸臂结构减震性能的随机响应分析

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建筑结构学报 2024年第5期45卷 55-68页

作者：孙飞飞杨光刘越杨嘉琦同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学建筑工程系上海200092

针对传统黏滞阻尼伸臂(conventional damped outrigger, CDO)结构中由于外柱刚度有限造成最大附加阻尼比受限的不足,引入负刚度机制,将负刚度装置与阻尼器并联,形成负刚度阻尼伸臂(negative stiffness damped outrigger, NSDO)结构,在... 详细信息

针对传统黏滞阻尼伸臂(conventional damped outrigger, CDO)结构中由于外柱刚度有限造成最大附加阻尼比受限的不足,引入负刚度机制,将负刚度装置与阻尼器并联,形成负刚度阻尼伸臂(negative stiffness damped outrigger, NSDO)结构,在降低阻尼需求、控制结构的风振及地震作用响应方面具有显著的优势。基于连续化的Timoshenko梁建立多道负刚度阻尼伸臂结构的简化分析模型,并通过虚拟小质量法建立核心筒-伸臂结构的状态空间方程,最终通过求解Lyapunov方程得到结构的随机地震响应。并以两道伸臂为例,对两道NSDO(简称“2NSDO”)结构、两种布置方案的混合伸臂结构进行了随机地震响应参数化分析。结果表明:与传统阻尼伸臂结构相比,合理设置的NSDO结构的减震效果明显提高,层间位移角与无控结构(仅核心筒)层间位移角之比(即层间位移角减震效果)从0.68降至0.25以下,有害层间位移角的减震效果从0.71降至0.4以下,加速度、基底剪力和倾覆弯矩的减震效果均从0.7左右降至0.5以下;对比不同的NSDO布置形式,对于有害层间位移角、加速度、基底剪力和倾覆弯矩指标,2NSDO结构和传统伸臂(conventional outrigger, CO)在下部、NSDO在上部(1CO+1NSDO)的混合伸臂结构具有基本相同的显著减震效果,均能降至0.55以下,NSDO在下部、CO在上部(1NSDO+1CO)混合伸臂结构的可降至0.82以下;对于层间位移角,2NSDO结构的减震效果最好,可降至0.25左右,1CO+1NSDO和1NSDO+1CO结构的分别降至0.3和0.4以下。综合考虑减震效果及对结构静力刚度的影响,工程中更推荐采用1CO+1NSDO的伸臂布置形式。

关键词：伸臂结构负刚度阻尼伸臂多伸臂随机地震响应减震效果

基于数据驱动和设计规则约束的钢框架-支撑结构平面布置智能设计方法

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 13-21页

作者：王伟付柏超同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 同济大学建筑工程系上海200092

人工智能算法是实现建筑结构自动化、智能化设计的关键技术。然而,由于缺乏物理规则的约束,人工智能算法在实际工程的应用中时而会生成不合理的结果。因此,将结构设计规则以神经网络模块的形式融合到生成对抗网络(GAN)中,提出一种钢框架... 详细信息

人工智能算法是实现建筑结构自动化、智能化设计的关键技术。然而,由于缺乏物理规则的约束,人工智能算法在实际工程的应用中时而会生成不合理的结果。因此,将结构设计规则以神经网络模块的形式融合到生成对抗网络(GAN)中,提出一种钢框架-支撑结构平面布置智能设计方法(FrameGAN-sym)。对该方法的基本原理和思路进行介绍,并将FrameGAN-sym的设计结果与FrameGAN进行详细的对比和分析,证明其能够按照所提出的对称约束网络模块的要求,生成对称性更强的结构图纸。通过不同高度的3个钢框架-支撑结构工程算例,对比FrameGAN、FrameGAN-sym以及人工设计平面布置方案的力学性能,结果表明,FrameGAN-sym布置方案在力学性能上更加接近人工设计布置方案,且较FrameGAN布置方案降低了结构的扭转效应。

关键词：钢框架-支撑结构人工智能平面布置设计对称性扭转效应

一维管网与二维地表双向耦合的城市暴雨内涝模拟

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 223-231页

作者：郑茂辉姚帅周念清刘俊兵同济大学上海防灾救灾研究所上海200092 同济大学城市安全风险监测预警应急管理部重点实验室上海200092 同济大学水利工程系上海200092

为快速、准确模拟城市暴雨内涝演化过程,提出一种排水管网与上覆地表动态水力交互方法,构建了一维管网模型(SWMM)与二维水动力(LISFLOOD-FP)双向耦合的模型,解决了一维管网和二维地表的双向流量交换和时间同步难题。以上海外高桥地区为... 详细信息

为快速、准确模拟城市暴雨内涝演化过程,提出一种排水管网与上覆地表动态水力交互方法,构建了一维管网模型(SWMM)与二维水动力(LISFLOOD-FP)双向耦合的模型,解决了一维管网和二维地表的双向流量交换和时间同步难题。以上海外高桥地区为例,采用两次短历时降雨过程对耦合模型进行校准和验证,比较分析了单向、双向耦合的淹没范围与水深变化。结果表明:双向耦合模拟精度较高,在研究区具有良好的适用性;对于占比80%以上的轻度(0.3 m)积水区,单向耦合模拟结果趋于严重,该比值分别增至1.88和2.1。所构建的双向耦合模型能够揭示城区内涝积水、扩散及消退的全过程,可用于城市暴雨内涝推演,为内涝治理和灾害防御提供科学依据。

关键词：城市暴雨内涝排水管网双向耦合流量交互时间同步

南海西沙典型珊瑚砂岛礁场地地震响应模拟与监测研究

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岩土工程学报 2024年第8期46卷 1723-1731页

作者：毕研栋郭桢卢劲锴王清陈慧娥黄雨同济大学土木工程学院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 吉林大学建设工程学院吉林长春130061

南海珊瑚砂岛礁场地的非线性地震响应分析对中国南海岛礁建设的地震安全保障具有重要现实意义。以南海西沙某典型珊瑚砂岛礁为研究对象,建立了考虑该岛礁场地地形地貌特征及非饱和带水文地质特征的岛礁场地地震响应分析二维有限元数值... 详细信息

南海珊瑚砂岛礁场地的非线性地震响应分析对中国南海岛礁建设的地震安全保障具有重要现实意义。以南海西沙某典型珊瑚砂岛礁为研究对象,建立了考虑该岛礁场地地形地貌特征及非饱和带水文地质特征的岛礁场地地震响应分析二维有限元数值模型。基于南海岛礁现场监测地震数据验证了模型的有效性,数值分析了不同输入地震信号的岛礁场地非线性地震响应规律。结果表明:①受岛礁岩盆效应影响,岛礁边缘处的PGA放大效应较为显著;沿高程方向,受地层岩性变化及地下水饱和度的影响,PGA放大因子曲线表现出明显的界面转折特征,并且松散珊瑚砂层的PGA放大效应较基岩更为显著;②岛礁场地加速度反应谱的卓越周期与输入地震动基本吻合,但岛礁场地的地表地震动显著持时与输入地震动相比均有不同幅度的延长;③全饱和与否对PGA放大因子和Arias强度有一定影响,但对PSA反应谱影响较小。研究成果可为南海西沙类似珊瑚砂岛礁场地的地震安全研究及场地抗震提供参考。

关键词：珊瑚砂岛礁岛礁实测地震数据场地地震响应分析非饱和珊瑚砂

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

基于图像识别仿生木纹的三维打印路径规划方法

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 268-275页

作者：于颖白捷仁李帅帅李思齐王玉同济大学机械与能源工程学院上海201804 同济大学中德工程学院上海201804

针对传统三维打印采用的诸如网格、三角等均匀同构介观结构填充存在结构效率低、与承载零件应力场不协调等问题,受自然生长的木纹可提高木材整体性能的启发,提出基于图像识别仿生木纹的三维打印路径规划方法,旨在借鉴木材的纤维排布以... 详细信息

针对传统三维打印采用的诸如网格、三角等均匀同构介观结构填充存在结构效率低、与承载零件应力场不协调等问题,受自然生长的木纹可提高木材整体性能的启发,提出基于图像识别仿生木纹的三维打印路径规划方法,旨在借鉴木材的纤维排布以改善零件的机械性能。通过木材铣削分层,依次提取各层图像木纹并生成对应打印路径,并逐层打印出仿生木纹试件。拉伸试验结果表明:相比同质量的网格填充、三角填充、直线填充三种传统均匀同构填充试件,基于仿生木纹的非均匀异构打印试件最大拉伸载荷分别提高了115.03%、72.89%、64.39%,证明了基于仿生木纹的非均匀介观填充结构能够显著提高打印件拉伸强度。

关键词：仿生木纹介观结构图像识别路径规划三维打印

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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无纺土工织物过滤黏性土的长期渗透试验研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 121-127页

作者：杜春雪徐超杨阳李明艳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

为研究无纺土工织物过滤黏性土在长期渗流条件下的反滤特性,采用不同单位面积质量(克重)的无纺土工织物和淤泥质粉质黏土,通过长期渗透试验,测量了土-无纺土工织物体系渗透系数随时间的变化过程,分析了渗透系数随时间的变化规律,探讨了... 详细信息

为研究无纺土工织物过滤黏性土在长期渗流条件下的反滤特性,采用不同单位面积质量(克重)的无纺土工织物和淤泥质粉质黏土,通过长期渗透试验,测量了土-无纺土工织物体系渗透系数随时间的变化过程,分析了渗透系数随时间的变化规律,探讨了土工织物滤层的反滤特性,并结合已有的无纺土工织物渗透系数的计算公式,提出了计算过滤后无纺土工织物渗透系数的等效孔隙率法.结果表明:土-无纺土工织物体系渗透系数随着渗透时间持续减小并趋于稳定,与时间之间符合幂函数关系;无纺土工织物滤层的透水性用渗透系数来表征,其被土粒堵塞后的孔隙率决定了渗透系数的大小;基于等效孔隙率的简化方法,计算过滤后无纺土工织物的渗透系数下降了一个数量级,但仍满足反滤准则中的透水性要求;建立的渗透系数随时间变化的幂函数关系式可以较好地反映无纺土工织物滤层的堵塞情况和透水性.

关键词：土-无纺土工织物体系反滤长期渗透试验渗透系数等效孔隙率