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设定地震的近断层地铁车站结构宽频地震响应分析

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工程科学与技术 2024年

作者：吴孟桃王斌巴振宁戴靠山梁建文四川大学土木工程系天津大学土木工程系

利用确定性物理模拟方法构建震源-路径-场地耦合的强地震动场，进而将模拟地震动作为输入评估近断层场地中重要工程结构的抗震性能是当前地震工程领域的前沿课题。本文针对断层-车站全过程响应模拟，在前期提出的频率波数域-谱元-有限元... 详细信息

利用确定性物理模拟方法构建震源-路径-场地耦合的强地震动场，进而将模拟地震动作为输入评估近断层场地中重要工程结构的抗震性能是当前地震工程领域的前沿课题。本文针对断层-车站全过程响应模拟，在前期提出的频率波数域-谱元-有限元（FK-SE-FE）强耦合3步方法的基础上，进一步引入结合确定性低频成分和随机高频扰动的运动学混合震源模型，实现基于设定地震的近断层地铁车站结构宽频地震响应分析。以天津市地铁地下车站为例，根据现有轨道交通线网选取6个重要站点作为研究对象，建立了考虑土-结构动力相互作用的地铁车站结构精细化有限元模型；以天津南隐伏断裂为背景，基于目标地区的活动断层探测、地震危险性评价和岩土勘探钻孔数据等资料，构造了目标断层的运动学混合震源模型和区域地下速度结构，给出了设定6.1级地震下车站所在场地的0～10 Hz地震动幅值及波形特征；将合成的宽频地震波作为土层-车站系统的多维多点地震动输入，从变形云图、最大层间位移角和侧墙相对位移等多个角度比较了不同车站的动力响应。结果表明：本文研究方法能够反映不同车站场地地震动的空间差异，可评估潜在地震发生时近断层地铁车站结构的破坏风险，为相关场地区域内的地下交通抗震设防提供参考。

关键词：设定地震地震波传播混合震源模型地铁车站全过程响应

震源-盆地-结构整体物理模型地震模拟：FK-SE-FE方法

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振动工程学报 2024年

作者：吴孟桃王斌巴振宁戴靠山梁建文四川大学土木工程系天津大学土木工程系

震源特性、传播路径和场地条件是影响地震动的关键因素，相关研究为结构抗震设计提供基础。本文针对考虑震源-路径-场地效应的工程结构地震响应模拟，充分发挥频率-波数域（FK）技术半解析求解深部地壳半无限空间内源格林函数、SEM高效... 详细信息

震源特性、传播路径和场地条件是影响地震动的关键因素，相关研究为结构抗震设计提供基础。本文针对考虑震源-路径-场地效应的工程结构地震响应模拟，充分发挥频率-波数域（FK）技术半解析求解深部地壳半无限空间内源格林函数、SEM高效计算大尺度复杂场地非均匀波场、FEM精细模拟工程结构与构件及其弹塑性特性的优势，建立了FK-SE-FE强耦合三步走方法。通过“震源-场地”和“场地-结构”两方面的算例比较，逐步验证了方法的正确性和精度。进而以美国SAC钢框架结构基准模型为实例，开展位错点源、沉积盆地和上部结构的地震模拟及其作用效应分析，重点探讨了有无沉积盆地和是否考虑土-结构相互作用对钢框架结构地震响应的影响。结果表明：与从模型底部直接输入加速度地震波的方案相比，考虑土-结构相互作用情况的结构顶层峰值响应显著降低；波传播过程中沉积盆地的存在显著增大了结构的整体地震响应和最大形变沿层高的分布，且结构开始振动时间明显延后。

关键词：位错点源盆地效应结构基准模型地震波传播全过程模拟

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

近距离爆炸作用下工字形截面钢柱荷载分布与动态响应数值模拟研究

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建筑结构学报 2024年第1期45卷 12-26页

作者：肖伟芳陈思琦赵宪忠同济大学土木工程学院

作为钢结构中主要承重构件的钢柱，其在近距离爆炸作用下的荷载分布和动态响应，尤其是入射角对钢柱爆炸荷载和动态响应的影响规律等方面研究较为匮乏。为此，采用LS-DYNA有限元分析软件，研究近距离爆炸作用下工字形截面钢柱在不同入... 详细信息

作为钢结构中主要承重构件的钢柱，其在近距离爆炸作用下的荷载分布和动态响应，尤其是入射角对钢柱爆炸荷载和动态响应的影响规律等方面研究较为匮乏。为此，采用LS-DYNA有限元分析软件，研究近距离爆炸作用下工字形截面钢柱在不同入射角下的爆炸荷载分布和动态响应。结果表明：当冲击波加载于钢柱截面强轴时，翼缘板爆炸荷载受稀疏波效应影响显著，与无限大反射面的相比，其反射冲量下降10%～50%;近距离爆炸工况下稀疏波传播速度远大于现行抗爆设计规范中所假设的环境声速，表明环境声速假设在近距离爆炸工况下并不适用；在弱轴加载工况下，稀疏波效应并不明显，由于冲击波在截面内发生多次反射，延长了其正相持时，因而腹板上的峰值冲量反而高于无限大反射面条件下的峰值冲量；当入射角小于同时通过迎爆侧翼缘板边缘点与工字形截面形心的入射角时，冲击波的主要作用区域为两翼缘板与腹板所围内凹区域，其爆炸荷载和腹板局部变形在入射角为30°时达到最大值，两个半翼缘板呈向外张开态势，且张开幅度随入射角的增大而减小；而当入射角大于同时通过迎爆侧翼缘板边缘点与工字形截面形心的入射角时，冲击波则主要作用于迎爆侧翼缘板，其爆炸荷载和整体挠度在入射角为90°时达到最大值，两个半翼缘板向内闭合，且闭合幅度随入射角的增大而增大。

关键词：工字形截面钢柱近距离爆炸爆炸荷载数值模拟变形模式入射角稀疏波效应

基于脆弱性曲线的寿溪河流域村镇建筑洪灾风险评估

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 68-76页

作者：刘曙光郑伟强钟桂辉甄亿位韩征李艳鸽同济大学土木工程学院上海200092 中南大学土木工程学院湖南长沙410083

以寿溪河流域的村镇建筑为研究对象,采用MIKE FLOOD耦合水动力模型计算洪水淹没特征,结合结构静力学原理与洪水冲击荷载经验公式,建立村镇建筑的洪灾脆弱性曲线,开展洪灾风险评估。结果表明,寿溪河流域洪水淹没范围呈狭长的条状,洪水流... 详细信息

以寿溪河流域的村镇建筑为研究对象,采用MIKE FLOOD耦合水动力模型计算洪水淹没特征,结合结构静力学原理与洪水冲击荷载经验公式,建立村镇建筑的洪灾脆弱性曲线,开展洪灾风险评估。结果表明,寿溪河流域洪水淹没范围呈狭长的条状,洪水流速较大。低重现期下房屋以中低风险为主,高重现期下高风险与极高风险房屋主要分布在洪水发生点、洪水淹没区以及河坝村附近。建立的脆弱性曲线考虑了洪水流速的影响,能较好地刻画村镇建筑的结构损伤程度。

关键词：洪灾风险评估村镇建筑脆弱性曲线寿溪河流域情景模拟

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基于离散元的岩石冻融损伤劣化机制研究

岩土力学 2024年第2期45卷 588-600页

作者：贾朝军庞锐锋俞隽雷明锋李忠中南大学土木工程学院湖南长沙410075 南通大学交通与土木工程学院江苏南通226019 湖南铁院土木工程检测有限公司湖南长沙410075

冻融损伤岩石的劣化机制研究对于认识冻融灾害机制、灾变预测与寒区隧道防护体系设计具有重要理论意义。基于体积膨胀理论,建立了冻融过程中不可逆体积增加与冻融次数的关系方程,推导了冻融循环过程中圆柱形试样热量径向传递规律。考虑... 详细信息

冻融损伤岩石的劣化机制研究对于认识冻融灾害机制、灾变预测与寒区隧道防护体系设计具有重要理论意义。基于体积膨胀理论,建立了冻融过程中不可逆体积增加与冻融次数的关系方程,推导了冻融循环过程中圆柱形试样热量径向传递规律。考虑饱和试样冻融损伤过程,建立了基于离散元的岩石冻融损伤模型。开展了不同冻融循环次数的砂岩物理力学性质测试,通过应力-应变曲线及单轴抗压强度验证了该模型的有效性。在此基础上,分析了冻融循环过程中岩石试样中裂纹生长规律及层进式分布特征,研究了冻融-应力耦合条件下岩石试样裂纹扩展过程。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,裂纹的发育经历了缓慢增长、快速增长及趋于稳定3个发展阶段。裂纹数沿径向方向由内而外层进式增加,80%左右的冻胀裂纹分布在距离试样轴心10~25 mm的圆环柱区域内。当冻融次数小于80次时,裂纹数随距圆心距离的增加呈指数函数关系;当冻融次数大于80次时,裂纹数与距圆心距离呈对数函数关系。冻融循环过程中,试样内的破坏以拉伸破坏为主,岩石的冻融损伤过程受初始孔隙结构控制。

关键词：冻融损伤离散元方法体积膨胀热传导裂纹

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轻型组合桥梁负弯矩区接缝抗弯性能试验

浙江大学学报（工学版） 2024年第2期58卷 399-412页

作者：邓舒文邵旭东晏班夫邱明红湖南农业大学水利与土木工程学院湖南长沙410125 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 香港大学土木工程系中国香港999077

对适用于轻型组合桥梁负弯矩区的T形横向接缝抗弯性能进行试验研究,对负弯矩加载接缝的全过程进行理论分析,对接缝设计参数进行讨论.研究结果表明,随着荷载的增大,试件的主裂缝出现在连续浇筑的UHPC接缝界面和加载点下方的面板表面,试... 详细信息

对适用于轻型组合桥梁负弯矩区的T形横向接缝抗弯性能进行试验研究,对负弯矩加载接缝的全过程进行理论分析,对接缝设计参数进行讨论.研究结果表明,随着荷载的增大,试件的主裂缝出现在连续浇筑的UHPC接缝界面和加载点下方的面板表面,试件中部未发现明显裂纹,UHPC接缝界面的可视初裂强度可以满足实桥设计荷载.对试验梁进行分析,提出接缝最大裂缝宽度、考虑UHPC拉伸刚度效应的设计弯矩和挠度计算公式,获得每阶段承载力的计算式,预测结果与试验结果吻合良好.通过参数讨论和计算可知,跨度L=20~50 m的轻型组合桥梁T形接缝上部加长长度可以设置为0.1L.

关键词：超高性能混凝土(UHPC) UHPC接缝抗弯性能试验裂缝宽度计算式挠度计算式极限承载力计算式

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橡胶混合黏土小应变剪切模量特性试验研究

岩土力学 2024年第3期45卷 705-713页

作者：周恩全白宇航姚缘王龙陆建飞江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013 江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔... 详细信息

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔隙比e_(sk)对混合土的最大动剪切模量G_(max)进行评价。结果表明:掺入橡胶颗粒后,混合土的G减小,λ增大,且橡胶掺量增大时,混合土的G减小、λ增大;围压增大时,混合土的G增大、λ减小;橡胶粒径增大时,混合土的G增大、λ减小。随着橡胶掺量增大,骨架孔隙比e_(sk)增大,G_(max)降低;在相同橡胶掺量时,随着橡胶粒径的增大,e_(sk)增大,G_(max)升高。在Hardin公式的基础上,基于骨架孔隙比e_(sk)提出了考虑橡胶掺量和橡胶粒径的G_(max)表征模型,该模型具有较好的准确性,可为评价橡胶混合黏土G_(max)提供依据。

关键词：橡胶混合黏土动剪切模量阻尼比骨架孔隙比 Hardin模型

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粤闽浙沿海重点城市道路交通节能减排路径

环境科学 2024年第5期45卷 3107-3118页

作者：徐艺诺翁大维王硕胡喜生王占永张园园张兰怡福建农林大学交通与土木工程学院福州350108

随着社会和经济的高速发展,能源消耗量快速增加,随之而来的污染问题也日益加剧.目前的研究主要集中于单一城市或长三角、珠三角和京津冀等中国三大经济圈的道路交通节能减排,缺乏对东南沿海经济圈的相关研究.粤闽浙三省位于我国东南沿... 详细信息

随着社会和经济的高速发展,能源消耗量快速增加,随之而来的污染问题也日益加剧.目前的研究主要集中于单一城市或长三角、珠三角和京津冀等中国三大经济圈的道路交通节能减排,缺乏对东南沿海经济圈的相关研究.粤闽浙三省位于我国东南沿海经济发展的核心地带,在其经济发展的同时不可避免地带来了能耗及排放问题.基于长期能源替代规划系统模型,构建了2015~2035年粤闽浙沿海重点城市道路交通基准情景(BAU)以及现有政策情景(EPS)和改进政策情景(MPS),其中,EPS和MPS均设置了车辆结构优化情景(VSO)、提高燃油经济性情景(IFE)和年均行驶里程减少情景(RDM).基于情景模拟,评估在各项政策和措施的作用下,粤闽浙沿海重点城市的道路交通节能减排潜力.结果表明,在一级情景中,改进政策情景对于节约能耗、碳减排以及污染物减排效果最好,相比于基准情景2035年其节能力度达75%,且对CO_(2)、CO、NO_(x)、PM_(2.5)和SO_(2)的排放削减力度分别达68%、59%、66%、70%和64%;在二级情景中,提升燃油经济性的改进情景对于节约能耗(削减30%)效果显著;车辆结构调整的改进情景(削减36%、30%、36%、26%和40%)和年均行驶里程减少的改进情景(削减37%、37%、36%、37%和36%)对于CO_(2)、CO、NO_(x)、PM_(2.5)和SO_(2)减排效果显著.

关键词：粤闽浙沿海重点城市长期能源替代规划系统模型(LEAP) 道路交通节能减排减排路径