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束浆挤扩钢管桩竖向抗拔承载力计算方法

岩土力学 2024年第3期45卷 846-856页

作者：王长虹杨天笑马铖涛沈洋上海大学力学与工程科学学院土木工程系上海200444

随着城市地下空间的开发,深厚黏性土地区的基础抗浮问题愈发凸显。钻孔预制桩因环境友好,得到了广泛的应用,但钻孔过程削弱了预制桩的抗拔性能。拟开发一种新型的约束注浆挤扩钢管桩,为了准确评估束浆挤扩桩的承载力,分析了抗拔桩的破... 详细信息

随着城市地下空间的开发,深厚黏性土地区的基础抗浮问题愈发凸显。钻孔预制桩因环境友好,得到了广泛的应用,但钻孔过程削弱了预制桩的抗拔性能。拟开发一种新型的约束注浆挤扩钢管桩,为了准确评估束浆挤扩桩的承载力,分析了抗拔桩的破坏模式。基于对数螺旋线,提出局部滑裂面理论。采用经典案例,验证了抗拔承载力公式的有效性。基于正交试验设计理念,研究了束浆挤扩桩承载力的影响因素。结果表明,桩径和桩-土界面强度,对抗拔承载力的贡献最大。开展束浆挤扩桩的现场抗拔试验,与同直径钢管桩相比,束浆挤扩工艺可提高抗拔承载力达到70%。使用简化计算公式,计算基桩的抗拔承载力,误差控制在5%以内,更为准确安全。研究结果为约束注浆挤扩钢管桩承载力的设计和优化,提供了理论和技术参考。

关键词：束浆挤扩钢管桩抗拔承载力对数螺旋线简化计算方法

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杨桃启发的仿生星形薄壁结构耐撞性研究

机械强度 2024年第1期46卷 40-47页

作者：孙煜洲杨卓然夏炎蒋晗西南交通大学力学与航空航天学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031

薄壁吸能结构在航空航天和交通运输等领域发挥着重要作用。受具有出色抗压特性的杨桃果实启发,设计了仿生星形薄壁结构。通过有限元仿真、实验和理论分析结构变形和吸能机制,讨论截面形状和几何参数对薄壁结构吸能特性的影响。探究了层... 详细信息

薄壁吸能结构在航空航天和交通运输等领域发挥着重要作用。受具有出色抗压特性的杨桃果实启发,设计了仿生星形薄壁结构。通过有限元仿真、实验和理论分析结构变形和吸能机制,讨论截面形状和几何参数对薄壁结构吸能特性的影响。探究了层级设计与加强筋配置对星形薄壁结构耐撞性的优化效果。结果表明,星形薄壁结构具有规则的渐进折叠变形机制,其比吸能、压溃力效率等耐撞性能大幅优于常见截面的薄壁结构,具有良好的工程应用潜力。

关键词：耐撞性薄壁结构能量吸收有限元仿真结构仿生学

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基于光谱特征的城市水体提取

测绘通报 2024年第6期 71-76页

作者：马姗姗杨嘉葳王继燕熊俊楠西南石油大学土木工程与测绘学院四川成都610500

现有水体提取方法大多基于多光谱遥感数据,将其应用于高光谱数据时,会出现光谱信息未被充分利用且难以选取合适波段的问题,且未考虑城市中建筑物阴影的影响。因此,本文基于高光谱遥感影像数据,采用近红外波段阈值及固定波段范围内的积... 详细信息

现有水体提取方法大多基于多光谱遥感数据,将其应用于高光谱数据时,会出现光谱信息未被充分利用且难以选取合适波段的问题,且未考虑城市中建筑物阴影的影响。因此,本文基于高光谱遥感影像数据,采用近红外波段阈值及固定波段范围内的积分差异,构建了改进的高光谱差异水体指数(MHDWI),并选取4种常用的水体指数在不同传感器下的嘉兴、长沙和舟山地区进行试验和精度对比分析。试验结果表明,该方法的总体精度和Kappa系数分别为98.50%、98.76%、97.35%及0.88、0.85、0.86,均高于其他4种方法,错分误差对比其他方法有明显降低。表明该方法可以有效抑制建筑物阴影,且适用于不同传感器不同地区的水体提取。

关键词：高光谱遥感光谱特征水体提取建筑物阴影

梯度晶粒结构材料拉伸断裂行为的晶体塑性有限元模拟

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力学学报 2024年第8期56卷 2271-2281页

作者：王彪王姝予熊宇凯赵建锋康国政张旭西南交通大学力学与航空航天学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031 西南交通大学材料科学与工程学院成都610031

梯度晶粒结构材料通过在材料内部构筑由纳米晶、细晶渐进过渡至粗晶的微结构,使其展现出诸多优异的力学性能,如高强度、高韧性和抗疲劳性等.工程材料在长期服役过程中,不可避免会发生疲劳和断裂,严重威胁材料的服役安全和使用寿命.相关... 详细信息

梯度晶粒结构材料通过在材料内部构筑由纳米晶、细晶渐进过渡至粗晶的微结构,使其展现出诸多优异的力学性能,如高强度、高韧性和抗疲劳性等.工程材料在长期服役过程中,不可避免会发生疲劳和断裂,严重威胁材料的服役安全和使用寿命.相关实验研究报道了纳米晶材料具有沿晶断裂的特点,且抗断裂性能与晶粒尺寸相关,然而梯度晶粒结构材料具有复杂的晶粒尺寸分布,其断裂机理仍需进一步揭示.为此,基于晶体塑性有限元方法,将Cohesive单元植入有限元模型的多晶晶界处,分别模拟了均匀晶粒结构铜和梯度晶粒结构铜的单拉力学性能,并研究了预制裂纹对梯度晶粒结构材料裂纹扩展的影响.结果表明,所提出的晶体塑性本构模型结合晶界损伤机制可以有效模拟梯度晶粒结构材料的塑性变形以及裂纹扩展过程.在单轴拉伸变形下,梯度晶粒结构材料展现了应力与塑性应变的梯度分布特征.一方面,由于晶粒尺寸效应,尽管基体细晶区具有相对较低的流动应力,但是表层纳米晶强度高.此外,由于应变硬化能力的不同,尽管纳米晶区域表现出较低的塑性应变,但细晶区域呈现较高的塑性变形能力.因此,梯度晶粒结构通过强度与应变硬化能力的差异,有效地优化了强度与韧性的协同作用,从而增强了抵抗裂纹扩展的能力.纳米晶区域预制裂纹对梯度晶粒结构材料的强度影响较大,因此抑制纳米晶区域的裂纹萌生有助于晶粒结构材料的安全服役.

关键词：梯度晶粒结构晶体塑性有限元方法内聚力单元断裂行为

大跨度公铁两用斜拉-悬索协作体系桥断索动力响应

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浙江大学学报（工学版） 2024年第9期58卷 1874-1885页

作者：张兴标王涛姚森叶华文王路白伦华西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 中铁大桥局集团有限公司湖北武汉430050 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 佛山大学交通与土木建筑学院广东佛山528225

研究大跨度公铁两用斜拉-悬索协作体系桥在极端作用下发生断索时桥梁结构及桥上列车的动力响应,以G3铜陵长江公铁大桥为研究对象,建立全桥有限元模型;研究各个位置斜拉索、吊索断裂后桥梁结构的动力响应;研究在列车-桥梁耦合振动作用下... 详细信息

研究大跨度公铁两用斜拉-悬索协作体系桥在极端作用下发生断索时桥梁结构及桥上列车的动力响应,以G3铜陵长江公铁大桥为研究对象,建立全桥有限元模型;研究各个位置斜拉索、吊索断裂后桥梁结构的动力响应;研究在列车-桥梁耦合振动作用下,各断索组合工况中桥梁及列车的动力响应.结果表明:斜拉-悬索协作体系桥具有较高的结构刚度及安全冗余;在单根斜拉索、吊索断索后,可保持列车通行;在吊索区域单侧发生4根以上断索,可导致连续断索破坏;在斜拉索-吊索交替及斜拉索区域,单侧断索达到8根也不会发生连续断索破坏;断索动力放大系数取2.0合理,但仅对断索位置附近剩余吊索和斜拉索具有工程应用价值;当断索发生时,若列车经过,列车竖向加速度会发生突变,但仍在安全范围内;剩余斜拉索与吊索动应力增加主要来自于主梁作用,列车作用占比不超过13%.

关键词：斜拉-悬索协作体系桥有限元方法断索动力响应列车-桥梁耦合振动

有限平面应变Ⅱ型裂纹尖端幂律塑性应力场全解

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第4期54卷 146-157页

作者：王志强肖怀荣蔡力勋黄茂波西南交通大学力学与航空航天学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031

针对幂律材料、有限平面应变紧凑拉伸剪切(Compact Tension and Shear,CTS)试样,基于能量密度等效方法可得到CTS试样能量密度中值点的代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)的等效应力解析解,以该应力解作为特征应力因子,... 详细信息

针对幂律材料、有限平面应变紧凑拉伸剪切(Compact Tension and Shear,CTS)试样,基于能量密度等效方法可得到CTS试样能量密度中值点的代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)的等效应力解析解,以该应力解作为特征应力因子,采用表征CTS试样Ⅱ型裂纹尖端应力场的三角特殊函数,提出了描述有限平面应变幂律塑性Ⅱ型裂纹尖端应力场的半解析模型以及用于描述Ⅱ型裂纹尖端扇贝轮廓式等应力线的理论解.本文Ⅱ型裂纹裂尖场模型对平面应变CTS试样裂尖应力场的预测结果与有限元分析结果密切吻合,Ⅱ型裂纹裂尖幂律塑性应力场模型完善了弹塑性断裂力学,并对剪切型断裂安全评价有重要工程意义.

关键词：幂律塑性有限平面 Ⅱ型裂纹半解析模型应力场

基于多域物理信息神经网络的复合地层隧道掘进地表沉降预测

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岩土力学 2024年第2期45卷 539-551页

作者：潘秋景吴洪涛张子龙宋克志中南大学土木工程学院湖南长沙410075 鲁东大学土木工程学院山东烟台264025

复合地层中盾构掘进诱发地表沉降的准确预测是隧道工程安全建设与施工决策的关键问题。基于隧道施工诱发地层变形机制构建隧道收敛变形与掘进位置的联系,并将其耦合至深度神经网络(deep neural network,简称DNN)框架,建立了预测盾构掘... 详细信息

复合地层中盾构掘进诱发地表沉降的准确预测是隧道工程安全建设与施工决策的关键问题。基于隧道施工诱发地层变形机制构建隧道收敛变形与掘进位置的联系,并将其耦合至深度神经网络(deep neural network,简称DNN)框架,建立了预测盾构掘进诱发地层变形的物理信息神经网络(physics-informed neural network,简称PINN)模型。针对隧道上覆多个地层的地质特征,提出了多域物理信息神经网络(multi-physics-informed neural network,简称MPINN)模型,实现了在统一的框架内对不同地层的物理信息分区域表达。结果表明:MPINN模型高度还原了有限差分法的计算结果,可以准确预测复合地层中隧道开挖诱发的地表沉降;由于融入了物理机制,MPINN模型对隧道施工诱发地表沉降的问题具有普适性,可应用于不同地质和几何条件下隧道诱发地表沉降的预测;基于工程实测数据,提出的MPINN模型准确预测了监测断面的地表沉降曲线,可为复合地层下盾构掘进过程中地表沉降的预测预警提供参考。

关键词：物理信息神经网络(PINN) 盾构隧道地表沉降机器学习数据物理驱动

循环加卸载过程中灰岩微细观损伤特征的试验研究

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岩土力学 2024年第3期45卷 685-696页

作者：刘汉香叶刁瑜别鹏飞朱星成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059 成都理工大学计算机与网络安全学院四川成都610059

岩石的动力学性质是影响岩质边坡地震动力稳定性的关键内因。地震产生的循环往复作用会造成岩石损伤和破坏,劣化岩石性能,降低岩质边坡的稳定性。为了深入研究岩石在动力荷载下的损伤特征,以某岩质斜坡出露的二叠系灰岩为研究对象,联合... 详细信息

岩石的动力学性质是影响岩质边坡地震动力稳定性的关键内因。地震产生的循环往复作用会造成岩石损伤和破坏,劣化岩石性能,降低岩质边坡的稳定性。为了深入研究岩石在动力荷载下的损伤特征,以某岩质斜坡出露的二叠系灰岩为研究对象,联合单轴循环加卸载试验和微细观试验,从微细观角度研究了岩样在循环加卸载过程中的损伤特征和损伤演化规律,分析了不同加载条件对微细观损伤的影响,开展了宏观和微细观参数的关联分析。研究结果表明:岩样内部的损伤是一个渐进性过程,在破坏前,随着应力幅值和循环周次的增加,表现为以小孔隙的生成、扩展和贯通为主,大孔隙的数量轻微增加且数量相对少得多;与变上限应力加载相比,变下限应力加载更有利于小孔隙的连通和大孔隙的形成,导致岩样内部微裂隙面积更大,在宏观上表现为平均弹性模量的降低;在变上限应力时,低应力幅值的循环荷载对岩石内部结构劣化效应比单轴压缩条件下的大,而高应力幅值的循环荷载反而可能对岩石内部孔隙有一定压密作用,导致孔隙度相对较小,劣化效应相对减弱;综合多种微细观损伤变量演化趋势,可判断岩样在循环加卸载下经历了一段裂纹稳定扩展的阶段,对应的上限应力和下限应力范围分别为(0.4~0.6)σ_(f)(σ_(f)为静态峰值强度)和(0.3~0.5)σ_(f)。研究成果有助于从微细观层次更好地理解岩石的动力学特性,为岩质斜坡在地震作用下的动力响应行为和灾害孕育及启动过程提供理论解释。

关键词：灰岩微细观损伤单轴循环加卸载试验核磁共振试验电镜扫描试验

海水与矿物掺合料对水泥基材料微结构和力学性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1477-1485页

作者：朱德举赵雪薇郭帅成湖南大学土木工程学院长沙410082 湖南大学绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082

海水中多元离子会通过参与水化反应改变水泥水化产物组分和微结构,从而影响其力学性能和耐久性。本工作通过对孔溶液离子成分测试和水化产物矿相表征以揭示海水中多元离子与矿物掺合料耦合作用下,水泥基材料微结构和力学性能演化机制。... 详细信息

海水中多元离子会通过参与水化反应改变水泥水化产物组分和微结构,从而影响其力学性能和耐久性。本工作通过对孔溶液离子成分测试和水化产物矿相表征以揭示海水中多元离子与矿物掺合料耦合作用下,水泥基材料微结构和力学性能演化机制。采用离子色谱仪及电感耦合等离子发射光谱仪测得压滤法获得的净浆孔溶液的离子成分,同时结合X射线衍射、热重分析等微观表征研究水化产物矿相的演变规律。结果表明:海水中多元离子会促进水泥中硅酸三钙和硅酸二钙的水化,提高海水净浆孔溶液碱度,加快矿物掺合料与氢氧化钙的二次水化反应。硅灰对于孔溶液碱度的降低效果显著优于粉煤灰,也能通过生成更多水化硅酸钙凝胶实现钠离子和钾离子的有效固化。粉煤灰可以通过促进钙矾石、Friedel’s盐等铝相产物生成,实现对氯离子的有效固化,同时固化效果优于硅灰。本工作可以为海水海砂混凝土微结构和力学性能调控提供参考。

关键词：海水海砂混凝土孔溶液水化产物矿物掺合料