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下卧土层侵蚀空腔引起的盾构隧道结构变形及内力响应

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2023年第5期56卷 494-502页

作者：郑刚邱惠敏张天奇王佳琳天津大学建筑工程学院天津300072

当隧道底部出现渗漏时,隧道下方土体可产生侵蚀空腔,从受力角度分析,对隧道结构最为不利.为了研究侵蚀空腔发展对隧道结构变形和内力响应的影响,选取了侵蚀空腔沿纵向发展和横向发展两种典型工况,使用有限元程序ABAQUS建立了精细化盾构... 详细信息

当隧道底部出现渗漏时,隧道下方土体可产生侵蚀空腔,从受力角度分析,对隧道结构最为不利.为了研究侵蚀空腔发展对隧道结构变形和内力响应的影响,选取了侵蚀空腔沿纵向发展和横向发展两种典型工况,使用有限元程序ABAQUS建立了精细化盾构隧道结构模型,考虑土体渗流场、应力场与隧道结构的耦合相互作用,开展了渗流-应力耦合的三维有限元数值模拟,分析了侵蚀空腔引起的隧道沉降、错台、张开以及管片混凝土塑性应变等,揭示了不同侵蚀空腔发展方向引起的隧道结构变形模式的差异,并结合侵蚀空腔引起的隧道周围土压力分布解释了产生该差异的原因.结果表明:当侵蚀空腔的横向尺寸不变,仅沿纵向发展时,引起的隧道沉降量、错台量、张开量沿纵向分布均为渐变型,隧道结构表现出较好的变形协调性;相较之下,当侵蚀空腔沿着黏砂土层分界面向横向发展时,隧道变形在空腔纵向边缘处产生突变,相比于空腔沿纵向发展的工况,隧道环间会出现较大错台.

关键词：下卧砂土层侵蚀空腔盾构隧道变形及内力响应

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水下航行器仿生非光滑表面减阻特性

兵工学报 2022年第5期43卷 1135-1143页

作者：唐俊刘岩岩闫一天天津大学建筑工程学院天津300354

为节约能源和制造高性能的航行器,基于虎鲸皮肤结构设计一种可显著降低水下航行器阻力的新型仿生非光滑表面。通过数值模拟评估不同形状参数下非光滑表面的减阻性能,讨论仿生非光滑表面对近壁面流场和湍流强度的影响。结果表明:仿生非... 详细信息

为节约能源和制造高性能的航行器,基于虎鲸皮肤结构设计一种可显著降低水下航行器阻力的新型仿生非光滑表面。通过数值模拟评估不同形状参数下非光滑表面的减阻性能,讨论仿生非光滑表面对近壁面流场和湍流强度的影响。结果表明:仿生非光滑表面在较大速度范围可以增加湍流边界层厚度,降低流场湍流强度,减少表面摩擦阻力;在0.5~15 m/s速度范围内,应用仿生非光滑表面的平板摩擦阻力减少9%以上,最大总阻力减阻率达到7.57%;将该仿生非光滑表面应用于无附体SUBOFF潜艇模型表面进行减阻优化设计,潜艇最大总阻力减阻率达到11.31%;新型仿生非光滑表面适用范围较广,可有效降低水下航行器的总阻力,具有良好的工程应用前景。

关键词：水下航行器仿生非光滑表面虎鲸 SUBOFF潜艇减阻

盾构法重叠隧道施工过程中施工顺序及施工间隔对土体变形的影响研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2022年第12期55卷 1318-1328页

作者：范奇张天奇天津大学建筑工程学院天津300350

随着我国地下工程的持续开发建设,城市地下空间变得愈发拥挤.城市地铁上下行双线隧道在面对狭窄的地下空间环境限制时,有时需要采取重叠隧道的形式进行施工.由于双线隧道重叠布置,施工引发的土体变形产生叠加效应,因此重叠隧道施工引发... 详细信息

随着我国地下工程的持续开发建设,城市地下空间变得愈发拥挤.城市地铁上下行双线隧道在面对狭窄的地下空间环境限制时,有时需要采取重叠隧道的形式进行施工.由于双线隧道重叠布置,施工引发的土体变形产生叠加效应,因此重叠隧道施工引发的地表沉降更难控制和预测.同时,由于双线隧道重叠一般是为了应对狭窄的空间,因此重叠隧道通常会临近其他结构物施工,如建筑基础、管线和其他隧道.本文以天津地铁5号线程津段重叠隧道工程为背景,建立了精细化模拟的有限元数值模型,考虑了盾构掘进过程中掌子面支撑、盾构摩擦、盾构推力、盾尾注浆和台车重量等施工因素.计算结果与实测数据行了对比验证,证明了数值模型的可靠性.借助该数值模型对重叠隧道施工顺序与盾构施工参数的关系展开研究,优化了已有研究得出的简单定性结论.对重叠隧道双线隧道同步施工时不同施工间隔进行评估,从地表沉降、沉降发展速率、隧道位移和收敛等方面进行了分析,结合统计学方法和施工实际情况给出了推荐的重叠隧道施工间隔方案,应用该结论可以帮助重叠隧道施工节省近一半工期成本.

关键词：重叠隧道施工顺序施工间隔现场实测

基于组合赋权法的小波阈值降噪综合评价指标研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2022年第12期55卷 1300-1308页

作者：熊春宝庞红星天津大学建筑工程学院天津300072

均方根误差、信噪比、相关系数、平滑度等传统小波降噪效果评价指标适用于纯净信号已知的情况,而在实际应用中监测所得信号的纯净状态一般是未知的.为解决传统评价指标的局限性问题,提出一种基于组合赋权法的综合评价指标.该指标首先是... 详细信息

均方根误差、信噪比、相关系数、平滑度等传统小波降噪效果评价指标适用于纯净信号已知的情况,而在实际应用中监测所得信号的纯净状态一般是未知的.为解决传统评价指标的局限性问题,提出一种基于组合赋权法的综合评价指标.该指标首先是在理论分析和实例验证的基础上,从增减性与物理意义角度确定了指标分量为均方根误差和平滑度;然后利用阈值极大法对两个指标进行归一化;最后采用熵权法与变异系数法对均方根误差和平滑度的归一化值进行相应的权重计算并线性组合相加.综合评价指标的极小值对应的分解尺度与小波基函数即为最优小波参数.通过对3种不同信噪比(5 dB、12.5 dB、20 dB)的仿真信号进行分析,结果表明,该综合指标均成功识别到最优的分解尺度和小波基函数,降噪效果达到最佳.与其他综合指标相比,该指标的准确性和普适性更好.另外,将该指标应用到GNSS监测信号中也是可行的,具有一定的工程价值.

关键词：小波阈值降噪综合评价指标熵权法变异系数法组合赋权

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土工管袋理论分析与设计计算

中国科学：技术科学 2022年第12期52卷 1777-1791页

作者：高鑫郭伟天津大学建筑工程学院天津300350

土工管袋技术具有制作简单、施工及运输快捷、经济环保等优点,近年来被广泛用于防洪防汛及水位控制、防波堤、海岸防侵蚀、堤坝、污水存贮和污水沉积等工程领域,根据制作材料和施工工艺的不同可将土工管袋分为土工膜管袋、土工织物管袋... 详细信息

土工管袋技术具有制作简单、施工及运输快捷、经济环保等优点,近年来被广泛用于防洪防汛及水位控制、防波堤、海岸防侵蚀、堤坝、污水存贮和污水沉积等工程领域,根据制作材料和施工工艺的不同可将土工管袋分为土工膜管袋、土工织物管袋和橡胶坝三种.本文综合介绍了土工膜管袋、土工膜垫、土工织物管袋、支挡土工膜管袋以及橡胶坝等结构形式的土工管袋理论计算方法和相应的简化设计计算公式和图表,以期对类似的工程建设和设计起到一定的参考意义.

关键词：土工织物土工管袋橡胶坝抗洪堤坝

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盾构隧道变阻滑移锚式接头抗剪性能研究

同济大学学报（自然科学版） 2023年第4期51卷 495-505页

作者：张稳军李嘉豪张高乐天津大学建筑工程学院天津300350 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004

盾构隧道管片接头是整体衬砌结构的薄弱环节,接缝张开量超限极易导致结构出现不同程度的损伤和破坏。针对盾构隧道环间大变形问题,提出了一种变阻滑移锚式接头,并基于有限元软件ABAQUS,建立了接头-管片三维精细化数值模型,考虑管片厚度... 详细信息

盾构隧道管片接头是整体衬砌结构的薄弱环节,接缝张开量超限极易导致结构出现不同程度的损伤和破坏。针对盾构隧道环间大变形问题,提出了一种变阻滑移锚式接头,并基于有限元软件ABAQUS,建立了接头-管片三维精细化数值模型,考虑管片厚度、强度、轴力等影响因素对接头-管片结构抗剪性能及破坏机理展开深入研究。结果表明:管片强度对接头-管片结构抗剪刚度及结构损伤影响较小;不同轴力下管片损伤及套杆应力分布情况不一致,随着轴力的逐渐增加,摩擦力增大后会分担一部分剪力,造成管片损伤相应减小,而套杆损伤程度相对增加;管片较薄时难以充分发挥接头力学性能,甚至会在管片内侧表面出现裂缝进而影响衬砌结构安全。该研究成果可为新型接头的设计与加工提供技术参考。

关键词：盾构隧道抗大变形锚式接头抗剪性能数值分析

模拟脆性材料动态裂纹扩展的非连续变形分析方法

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岩土工程学报 2022年第1期44卷 125-133,I0005-I0007页

作者：张开雨刘丰夏开文天津大学水利仿真与安全国家重点实验室及建筑工程学院天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

非连续变形分析方法(DDA)属于隐式离散元法,通过引入虚拟节理可以模拟材料从连续到破坏全过程。尝试将DDA方法应用于脆性材料动态裂纹扩展问题。采用基于Voronoi多边形离散的DDA方法进行模拟。由于Voronoi多边形会存在较多短边,采用原始... 详细信息

非连续变形分析方法(DDA)属于隐式离散元法,通过引入虚拟节理可以模拟材料从连续到破坏全过程。尝试将DDA方法应用于脆性材料动态裂纹扩展问题。采用基于Voronoi多边形离散的DDA方法进行模拟。由于Voronoi多边形会存在较多短边,采用原始DDA程序计算时短边会优先发生破坏。针对该问题通过引入均布弹簧算法,在一定程度上减轻了过多短边发生破坏的问题。其次,为了能够定量分析动态裂纹扩展,提出了一套参数标定方案。该方案通过单轴压缩试验进行弹性参数标定,通过带切槽半圆盘试验进行强度参数标定。利用标定后的参数模拟的带切槽半圆盘,裂纹扩展路径与试验结果高度一致。最后,基于标定的参数,模拟了几类典型脆性材料的动态裂纹扩展问题,包括自相似裂纹扩展、裂纹分叉和紧凑拉伸试验。模拟结果表明,DDA方法能够较好地再现自相似裂纹扩展时裂纹扩展速度保持不变的规律,可以真实地模拟出脆性材料的裂纹分叉现象,并成功模拟了不同加载速度下紧凑拉伸试验中不同的破坏模式。这些算例验证了DDA方法在模拟脆性材料动态裂纹扩展问题的可行性,为后续相关应用打下了基础。

关键词：脆性材料非连续变形分析 Voronoi多边形动态裂纹扩展裂纹扩展速度

基于RDT-IVMD算法的大型结构模态频率和阻尼比识别

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工程力学 2023年

作者：熊春宝王猛连思达天津大学建筑工程学院

为从传感器监测到的带噪信号中准确识别结构的模态参数，提出了随机减量技术（random decrement technique，RDT）与改进的变分模态分解（improved variational mode decomposition，IVMD）相联合的算法。经仿真试验验证了IVMD在理论上... 详细信息

为从传感器监测到的带噪信号中准确识别结构的模态参数，提出了随机减量技术（random decrement technique，RDT）与改进的变分模态分解（improved variational mode decomposition，IVMD）相联合的算法。经仿真试验验证了IVMD在理论上更具优势，能够解决传统VMD算法的缺点。所提算法首先利用RDT从原始监测信号中直接获得带有噪声的自由衰减响应（free decay response，FDR），而不对原始信号先降噪，提高了分析效率；然后，采用IVMD得到降噪的FDR；最后，基于降噪的FDR获得结构的模态频率和阻尼比。利用RDT-IVMD算法分别对超高层建筑的位移和悬索桥的加速度进行处理分析，结果表明RDT-IVMD能高效的精确识别两大型结构的频率和阻尼比，并经对比分析证明了该方法的可靠性与优越性，所得结果可为结构的监测与诊断研究提供依据。

关键词：大型结构随机减量技术(RDT) 改进的变分模态分解(IVMD) 降噪分析频率和阻尼比

带贴板销轴耳板连接参数化分析及设计方法研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2023年第10期56卷 1064-1077页

作者：陈志华钱思卿刘红波天津大学建筑工程学院天津300350 河北工程大学土木工程学院邯郸056038

由于销轴耳板连接力学性能良好,施工安装方便,是索节点常用的连接形式.工程中为了提高无贴板销轴耳板连接的极限承载力,常在耳板两侧焊接贴板.然而现阶段针对带贴板销轴耳板连接的研究相对较少,其极限承载力计算方法尚未明确.为探究带... 详细信息

由于销轴耳板连接力学性能良好,施工安装方便,是索节点常用的连接形式.工程中为了提高无贴板销轴耳板连接的极限承载力,常在耳板两侧焊接贴板.然而现阶段针对带贴板销轴耳板连接的研究相对较少,其极限承载力计算方法尚未明确.为探究带贴板销轴耳板连接的破坏形式和极限承载力影响因素,设计了20个销轴耳板连接试件,包括4个无贴板销轴耳板连接试件和16个带贴板的销轴耳板连接试件,并进行破坏性试验.采用有限元软件ABAQUS对其力学性能和破坏形式进行数值模拟,模拟得到的破坏形式、极限承载力与试验结果基本一致,验证了有限元方法的正确性.基于有限元模型对带贴板销轴耳板连接进行参数化分析,研究销孔直径、耳板端距、耳板边距等参数对销轴耳板连接极限承载力的影响.通过理论推导和线性拟合的方法得到了带贴板销轴耳板连接孔壁承压破坏、净截面拉断破坏、端部截面剪切破坏下的极限承载力计算公式.由于贴板通过焊缝与耳板连接,在焊缝的作用下与耳板协同承受荷载,因此必须保证焊缝的强度,通过理论推导得出了环形角焊缝极限承载力的计算公式,并与有限元模拟计算结果对比,结果较为接近.本文为实际工程中验算带贴板的销轴耳板连接的极限承载力提供了理论支持,可用于指导实际工作.

关键词：带贴板的销轴耳板连接试验研究有限元分析极限承载力破坏模式