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基于机器学习的超高性能混凝土成本优化

同济大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 1018-1023页

作者：周帅贾跃李凯李紫剑巫晓雪彭海游张成明韩凯航王冲重庆大学材料科学与工程学院重庆400045 同济大学材料科学与工程学院上海200092 重庆大学土木工程学院重庆400045 深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518061

近年来,超高性能混凝土(UHPC)凭借其优异的力学性能和耐久性能成为热点研究方向之一,但高昂的成本始终限制其在工程中的应用。提出了一种基于机器学习的超高性能混凝土配合比优化的方法,以降低UHPC的成本。为实现这一目标,首先通过人工... 详细信息

近年来,超高性能混凝土(UHPC)凭借其优异的力学性能和耐久性能成为热点研究方向之一,但高昂的成本始终限制其在工程中的应用。提出了一种基于机器学习的超高性能混凝土配合比优化的方法,以降低UHPC的成本。为实现这一目标,首先通过人工神经网络(ANN)建立了UHPC 28 d抗压强度与扩展度的预测模型,再以其为约束条件,同时考虑UHPC组分含量约束、组分比例约束,通过遗传算法(GA)降低UHPC的成本。研究结果表明,ANN模型的预测结果与实验结果的误差在10%以内,具有良好的预测精度;遗传算法优化后的UHPC成本降低至838.8美元,低于文献中1000美元的成本。

关键词：超高性能混凝土(UHPC) 机器学习人工神经网络(ANN) 遗传算法成本

浆砌石挡墙非均匀数值模拟和电磁响应特征研究

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地球物理学进展 2024年

作者：张浚丰许明刘先珊甘峰帆蔡宇重庆大学土木工程学院库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心中国中铁二院工程集团有限责任公司重庆设计集团有限公司

探地雷达法是检测浆砌石挡墙的有效方法。目前浆砌石挡墙数值模拟常见方法是将墙体视为均匀材料，对挡墙内部异常体图像特征的研究多着眼于异常体而对挡墙产生的背景噪声研究较少。针对以上问题，提出了基于维诺图算法的非均匀浆砌石挡... 详细信息

探地雷达法是检测浆砌石挡墙的有效方法。目前浆砌石挡墙数值模拟常见方法是将墙体视为均匀材料，对挡墙内部异常体图像特征的研究多着眼于异常体而对挡墙产生的背景噪声研究较少。针对以上问题，提出了基于维诺图算法的非均匀浆砌石挡墙数值模型建模方法；通过现场试验和开源软件gprMax对完整挡墙与挡墙中的空洞、不密实区、含水区和钢筋等异常体进行雷达探测与数值模拟，研究浆砌石挡墙的电磁响应特征、雷达图像主要成像影响因素和挡墙内异常体的图像特征。试验和模拟结果表明：提出的非均匀挡墙数值模型模拟结果与实测雷达响应特征基本一致，可为挡墙雷达图像解译提供一定的指导；墙体背景波中石块反射波的同相轴趋于与石块形状一致，石块平均面积较大时需注意区分背景波和某些异常体的图像，砂浆厚度和相对介电常数差值越大背景波幅值越高，天线频率越高分辨率越好但探测深度越浅；空洞、含水区、钢筋的雷达图像为同相轴连续的曲线波形，幅值较周围墙体背景波高，不密实区雷达图像为同相轴杂乱的团块状波形，幅值与周围墙体背景波接近。

关键词：探地雷达浆砌石挡墙非均匀数值模型有限差分模拟

砂岩质文物内部毛细水运移过程微电极响应特征

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工程地质学报 2024年第1期32卷 120-132页

作者：杨海清陈池威赵岗周家源重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 重庆大学库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心重庆400045 重庆大足石刻研究院重庆402360

盐结晶病害是砂岩质文物中最为常见的病害之一,可溶盐溶液在砂岩内部的毛细运移直接影响着文物保存的完整性。为了进一步了解不同因素影响下砂岩质文物内部中毛细水运移特征,以大足石刻砂岩材料为研究对象,自主设计了毛细吸水试验及微... 详细信息

盐结晶病害是砂岩质文物中最为常见的病害之一,可溶盐溶液在砂岩内部的毛细运移直接影响着文物保存的完整性。为了进一步了解不同因素影响下砂岩质文物内部中毛细水运移特征,以大足石刻砂岩材料为研究对象,自主设计了毛细吸水试验及微电极电阻率测试装置,定量分析孔隙结构、孔隙溶液、干湿循环及相对湿度对毛细运移和电阻率分布特征的影响。结果表明,松散的孔隙结构及较低的相对湿度对毛细运移有促进作用。毛细运移受可溶盐溶液表面张力影响明显,吸水量和运移速率随表面张力增加呈递增趋势。干湿循环作用导致内部孔隙扩张使毛细迁移速率加快,同时呈现出试样饱和度和砂岩电阻率的负相关性。可溶盐的存在极大降低了砂岩的电阻率,通过电阻率的时空分布特征,识别湿润锋的视电阻率范围与试样表层盐结晶劣化区域大致重合,整体趋势沿深度方向呈凹曲面变化。研究结果揭示了砂岩质文物内部毛细水运移规律,可为合理追踪盐害范围提供理论支撑。

关键词：砂岩质文物毛细水运移可溶盐电阻率测试大足石刻

含建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系振动台模型试验研究

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土木与环境工程学报（中英文） 2024年第2期46卷 11-22页

作者：吴曙光毛振南潘林薛尚铃徐革重庆大学土木工程学院库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心重庆400045 重庆电力高等专科学校发展规划与质量保障处重庆400053 中冶赛迪工程技术股份有限公司重庆400013

基于Bockinghamπ定理,对具有建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系开展振动台模型试验,通过分析预应力锚索、建筑桩基的应变以及边坡坡顶加速度,研究支护体系的动力响应规律。结果表明,预应力锚索的应变在地震波加速度达到峰值时达到最... 详细信息

基于Bockinghamπ定理,对具有建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系开展振动台模型试验,通过分析预应力锚索、建筑桩基的应变以及边坡坡顶加速度,研究支护体系的动力响应规律。结果表明,预应力锚索的应变在地震波加速度达到峰值时达到最大值,且上排锚索受力大于下排锚索,随着地震幅值的增大,最上排锚索锚固段率先发生滑移破坏失去锚固作用;建筑桩基应变最大值点位于滑动面以下一定深度,且远离边坡坡面的建筑桩基受力大于邻近边坡坡面的建筑桩基;坡顶各点峰值加速度随地震波幅值增大整体表现为线性增大,但在Wenchuan-Wolong波(0.55g)和Sin波(0.4g)工况时,各点峰值加速度相对有所下降,随着地震波幅值增大,各点峰值加速度放大系数在汶川波和正弦波作用下并非单调变化,而是表现为先减小后增大波动变化特点。

关键词：建筑桩基顺层岩质边坡桩锚挡墙振动台模型试验

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微生物加固模拟月壤强度特性试验研究

土木与环境工程学报(中英文) 2024年

作者：史金权付贵永刘汉龙肖杨重庆大学土木工程学院重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆大学库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心

为探究微生物固化月壤作为建筑材料的潜力，通过微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）对CQU-L1和CQU-L2模拟月壤进行加固，对不同加固次数和不同胶结液（CS）浓度的固化模拟月壤进行无侧限抗压试验、剪切波速试验及扫描电镜SEM微观观测。结果... 详细信息

为探究微生物固化月壤作为建筑材料的潜力，通过微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）对CQU-L1和CQU-L2模拟月壤进行加固，对不同加固次数和不同胶结液（CS）浓度的固化模拟月壤进行无侧限抗压试验、剪切波速试验及扫描电镜SEM微观观测。结果表明：随着MICP加固次数和胶结液浓度的增加，固化模拟月壤强度提升显著。相同加固次数下，固化模拟月壤强度随胶结液浓度的提升而提升，12次2.0 mol/L CS加固的样品峰值强度可达1.303 MPa。土体剪切波速与无侧限抗压强度增加的趋势相似，最大剪切波速可达508 m/s。微生物注浆加固对CQU-L1模拟月壤的加固效果较CQU-L2差，原因在于CQU-L1模拟月壤颗粒较细，在相同加固次数下试样渗透性下降更为显著，使得有效加固次数降低。SEM试验结果表明：随着加固次数和胶结液浓度的增加，固化模拟月壤孔隙中形成更为明显的致密结构，并且碳酸钙以球霰石为主。微生物加固有望为月球建造提供一种新的建造方式，但需要根据月壤的级配以及月壤的物理化学特性对加固方法改进。

关键词：微生物诱导碳酸钙沉淀模拟月壤无侧限抗压强度剪切波速月球建造

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基坑开挖引起下穿交叉隧道变形效应分析

地下空间与工程学报 2024年第5期20卷 1695-1705页

作者：谢强马瑗婕吴俊薛孝强涂正楠重庆大学土木工程学院重庆400045 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆) 重庆400045 中电建华东勘测设计研究院(郑州)有限公司郑州450003 浙江江南工程管理股份有限公司杭州310013

以某地铁站换乘大厅工程为例,利用FLAC 3D数值模拟软件,分析总结了上跨深大基坑开挖对不同空间距离和分布形式的下穿立体交叉隧道的变形影响规律,并结合现场监测数据与数值模拟结果进行相互验证,结果表明:(1)基坑开挖卸荷对下穿隧道结... 详细信息

以某地铁站换乘大厅工程为例,利用FLAC 3D数值模拟软件,分析总结了上跨深大基坑开挖对不同空间距离和分布形式的下穿立体交叉隧道的变形影响规律,并结合现场监测数据与数值模拟结果进行相互验证,结果表明:(1)基坑开挖卸荷对下穿隧道结构变形的影响主要表现为竖向位移,其变形量与基坑的空间位置和基坑岩土体开挖卸荷量密切相关;(2)1号线左、右线隧道全施工周期监测数据与数值模拟结果吻合较好,验证了数值计算方法对施工活动影响判断的准确性;(3)多种应力状态耦合的叠落隧道竖向位移受叠加效应影响显著,最大竖向位移位于影响因素较多的区域,最大竖向位移值为34.84 mm;(4)埋深较浅隧道对施工扰动比深埋隧道更加敏感,不同位置处的变形离散性更强,变形具有一定的整体性和协同性。

关键词：基坑开挖立体交叉隧道数值模拟接近施工

静-动荷载作用下欠固结软土盾构隧道长期沉降与最优埋深计算方法

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隧道建设（中英文） 2024年第9期44卷 1829-1840,I0005-I0016页

作者：仉文岗唐学成刘汉龙杨文钰刘智成王鲁琦李红蕊重庆大学土木工程学院重庆400045 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 库区环境地质灾害国家地方联合研究中心重庆400045 广州地铁集团有限公司广东广州510220

为研究地表堆载、列车荷载和欠固结软土固结沉降联合作用下的盾构隧道长期沉降数值及其变化规律问题,依托广州市南沙至珠海(中山)城际项目,利用PLAXIS建立有限元模型计算外部作用下的盾构隧道长期沉降值,通过单因素敏感性分析和非线性... 详细信息

为研究地表堆载、列车荷载和欠固结软土固结沉降联合作用下的盾构隧道长期沉降数值及其变化规律问题,依托广州市南沙至珠海(中山)城际项目,利用PLAXIS建立有限元模型计算外部作用下的盾构隧道长期沉降值,通过单因素敏感性分析和非线性拟合方法分析各影响因子对长期沉降的影响并确定5种关键影响因子,提出长期沉降与最优埋深计算方法。研究结果表明:1)超固结比与隧道埋深对长期沉降影响最大,上部堆载荷载值、荷载作用宽度和列车荷载影响次之,而荷载距离、列车速度和渗透系数对长期沉降的影响可以忽略不计;2)为求解盾构隧道长期沉降值,提出静-动荷载作用下欠固结软土盾构隧道的长期沉降计算方法,计算值与模拟值吻合良好;3)将国家规范中盾构隧道变形控制值(20 mm)作为隧道沉降控制值,代入长期沉降计算公式,反推得到隧道最优埋深计算公式,其中软土欠固结特性对最优埋深影响最大。为有效控制长期沉降发展,建议将隧道整体置于较好的土层中,如需设置在淤泥及淤泥质土层中,则应进行地基处理、排水固结,以改善土体欠固结程度。

关键词：欠固结软土盾构隧道长期沉降非线性拟合上部堆载列车荷载

基于马尔科夫理论优化的地下咸水层CO_(2)溶解性能灰色预测模型

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大庆石油地质与开发 2024年第1期43卷 95-101页

作者：董利飞钟品志张旗董文卓余波韦海宇杨超重庆三峡学院土木工程学院重庆404120 三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002

在地下咸水层封存过程中,CO_(2)的溶解反应将会影响其封存容量和稳定性,并对周围环境和生态系统造成不利影响。为合理分析CO_(2)在地下咸水层中的溶解性能,基于马尔科夫理论对灰色GM(1,1)模型进行优化,构建CO_(2)溶解性能灰色预测模型... 详细信息

在地下咸水层封存过程中,CO_(2)的溶解反应将会影响其封存容量和稳定性,并对周围环境和生态系统造成不利影响。为合理分析CO_(2)在地下咸水层中的溶解性能,基于马尔科夫理论对灰色GM(1,1)模型进行优化,构建CO_(2)溶解性能灰色预测模型。通过预测单因素影响下CO_(2)在地下咸水层中的溶解性能,科学分析模型预测值与实测值的平均相对误差。结果表明:通过压强、温度及矿化度分析不同影响因素对CO_(2)在水中溶解性能,得出CO_(2)溶解性能灰色马尔科夫优化预测模型预测值与实测值的平均相对误差分别为0.37%、17.73%、0.21%;与灰色GM(1,1)模型相比,预测结果的平均相对误差分别降低了0.35、1.56、3.41百分点,CO_(2)溶解性能灰色预测模型预测精度更高。研究成果为CO_(2)在地下咸水层中的溶解封存提供数据支撑。

关键词：溶解性能 CO_(2)溶解封存马尔科夫理论灰色GM(1,1)模型相对误差预测性能咸水层

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基于易发性和降雨阈值的岩溶塌陷风险预测

地下空间与工程学报 2024年

作者：杨忠平高宇豪何科均卢丙清杨发祥重庆大学土木工程学院山地城镇建设与新技术教育部重点实验室库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆) 重庆南江工程勘察设计集团有限公司

为提高岩溶塌陷风险预测精度,以重庆市中梁山地区457处历史塌陷点为基础数据,结合模糊层次分析法与信息量法划定岩溶塌陷易发性分区,并基于考虑塌陷点密度选定的均布非塌陷点建立受试者曲线(ROC),验证了该分区的准确性。利用近期57处降... 详细信息

为提高岩溶塌陷风险预测精度,以重庆市中梁山地区457处历史塌陷点为基础数据,结合模糊层次分析法与信息量法划定岩溶塌陷易发性分区,并基于考虑塌陷点密度选定的均布非塌陷点建立受试者曲线(ROC),验证了该分区的准确性。利用近期57处降雨型岩溶塌陷点历史数据建立前期有效降雨量降雨历时(EE-D)阈值方程,结合易发性分区构建启发式矩阵风险预测模型。通过塌陷概率同有效降雨强度和降雨历时的非线性拟合,得到降雨引发岩溶塌陷的连续概率值,进而与易发性分区耦合构建连续概率性预测模型。利用2021—2022年4次近发降雨致塌事件对以上两种岩溶塌陷预测模型进行了验证。结果表明:(1)选定不同倍数于塌陷点数的非塌陷点所得各ROC曲线下面积(AUC值)均达0.95以上,表明所划分易发性分区的准确性较高;(2)建立了中梁山地区降雨型岩溶塌陷连续概率的逻辑回归模型,该模型与临界降雨阈值模型所得离散概率结果拟合优度达0.913 5;(3)两种预测模型对4次近发塌陷事件出了基本相同的风险级别预测,但启发式矩阵风险预测模型所划分的极高风险区面积显著大于连续性概率预测模型,其预测结果偏保守。启发式矩阵风险预测模型易于实施,连续概率型风险预测模型具有更高的精度和空间辨识度。

关键词：岩溶塌陷降雨易发性分区预测模型信息量法模糊层次分析法