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周期排列水平管对地铁振动的隔振性能研究

岩土力学 2022年第4期43卷 1147-1155页

作者：王明瑶高盟山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590

根据声子晶体理论,提出了一种周期性排列的水平管隔振方法并探讨了其对地铁振动的隔振性能。利用平面波展开法与Bloch定理结合,得到水平管的能带结构。建立轨道-隧道-土体相互作用的三维ABAQUS精细化模型,进一步验证了周期性水平管对地... 详细信息

根据声子晶体理论,提出了一种周期性排列的水平管隔振方法并探讨了其对地铁振动的隔振性能。利用平面波展开法与Bloch定理结合,得到水平管的能带结构。建立轨道-隧道-土体相互作用的三维ABAQUS精细化模型,进一步验证了周期性水平管对地铁振动的减振效果,并探究了水平管材料及其相关参数对隔振带隙的影响。结果显示:数值计算所得的衰减域与理论分析的带隙结果相吻合,周期性排列的水平管对特定频带的振动隔离效果明显且其隔振频带较宽。衰减域随填充材料弹性模量的减小逐渐下移;隔振频带的起始值随桩径的增大而提高;随着轴心间距的增大,衰减域上下限同时减小,同时也在一定程度上降低了整个隔振结构的带隙宽度。计算表明周期性水平管在不同参数条件下的频带范围在40~900 Hz之内。

关键词：地铁隔振声子晶体理论平面波展开法衰减域带隙

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非饱和土中圆柱形衬砌隧道的瞬态动力响应

岩土力学 2022年第11期43卷 3185-3197页

作者：王滢王海萍高盟山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590

在以往关于圆柱形衬砌隧道的瞬态动力响应中,衬砌周围土体大多假定为弹性介质或饱和介质。然而,自然界中的土体大多为非饱和介质。考虑土体与衬砌结构的动力相互作用及动荷载引起的附加质量密度的影响,研究了瞬态荷载作用下非饱和土中... 详细信息

在以往关于圆柱形衬砌隧道的瞬态动力响应中,衬砌周围土体大多假定为弹性介质或饱和介质。然而,自然界中的土体大多为非饱和介质。考虑土体与衬砌结构的动力相互作用及动荷载引起的附加质量密度的影响,研究了瞬态荷载作用下非饱和土中无限长深埋圆柱形衬砌隧道的动力响应。基于多孔介质混合物理论和连续介质力学理论,建立了非饱和土中圆柱形衬砌隧道受到瞬态荷载作用时衬砌及周围土体的控制方程,利用Durbin数值反演法得到了衬砌及土体在时间域的动力响应。数值分析了饱和度对瞬态荷载下径向位移、径向应力、环向应力和孔隙水压力的影响。结果表明:饱和度对衬砌及周围土体的瞬态响应影响显著;饱和度对径向位移沿径向的衰减影响较小,对环向应力和孔隙压力沿径向的衰减影响较大。

关键词：非饱和土圆柱形衬砌隧道动力响应 Laplace变换饱和度

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周期结构波阻板的带隙特性研究

土木工程学报 2023年第7期56卷 147-156页

作者：高盟孔祥龙赵礼治山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590

波阻板(WIB)常被埋置于动力机器、轨道及路基下方以减小人工振源产生的振动。但波阻板受土层截止频率的制约(只有振源频率低于该截止频率时,波阻板才能起到隔振效果)隔振频带较窄,而振源频率成分往往复杂,低、中、高频均有分布。为克服... 详细信息

波阻板(WIB)常被埋置于动力机器、轨道及路基下方以减小人工振源产生的振动。但波阻板受土层截止频率的制约(只有振源频率低于该截止频率时,波阻板才能起到隔振效果)隔振频带较窄,而振源频率成分往往复杂,低、中、高频均有分布。为克服波阻板隔振频率依赖于土层截止频率的技术缺陷,根据声子晶体原理,提出一种周期结构波阻板(Periodic Structural WIB,PSWIB)。理论和数值计算均表明:周期结构波阻板具有带隙特性,有限周期结构波阻板所得衰减区与无限周期波阻板带隙范围一致,振动衰减区内最大振幅衰减分别可达47dB和65dB。相比传统波阻板,周期结构波阻板突破了土层截止频率的制约,并且可根据振源特性设计其组成参数实现对目标频率振动的隔离。

关键词：周期结构波阻板目标频率带隙衰减域

基于分形维数特征的岩石介质气-水相对渗透率预测模型研究

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岩土工程学报 2023年第7期45卷 1421-1429页

作者：孔德森赵明凯时健滕森山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590

相对渗透率是表征岩石介质两相流动特征的重要力学参数,如何快速有效地获取相对渗透率是当前研究的热点问题。采用分形方法将岩石孔隙等效为尺寸不规则的毛细管,基于动量平衡原理建立气-水两相流动的平衡关系式,开发了一种预测相对渗透... 详细信息

相对渗透率是表征岩石介质两相流动特征的重要力学参数,如何快速有效地获取相对渗透率是当前研究的热点问题。采用分形方法将岩石孔隙等效为尺寸不规则的毛细管,基于动量平衡原理建立气-水两相流动的平衡关系式,开发了一种预测相对渗透率的分形解析模型。然后,基于孔径尺度和流动路径的迂曲度特征,研究了岩石的孔隙结构对两相流体渗流特性的影响。该模型得出的相对渗透率曲线与相关试验数据吻合程度高,验证了模型的合理性。研究结果表明:该模型相比于其他相对渗透率模型准确性更高。岩石的渗流特性与流体性质和孔隙结构有关,表征孔径尺度的分形维数Df和迂曲度分形维数DT越小,两相流的渗透率越大,而DT的值增大会降低水相的相对渗透率,增大气相的相对渗透率。该模型无需使用任何经验常数计算相对渗透率,避免了数据处理的繁琐过程,可有效应用于页岩气开采等工程领域。

关键词：岩石两相流分形维数动量平衡相对渗透率

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双孔切缝爆破裂纹扩展机理及损伤特性研究

爆破 2023年

作者：张宪堂陈长青刘小康夏姣姣周红敏山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室

为研究双孔切缝爆破控制断裂损伤效果，开展现场双孔切缝爆破试验，结合ANSYS/LS-DYNA软件构建试验双孔切缝爆破模型，对比分析其裂纹扩展与孔壁气体单元压力变化。现场结果表明：爆后两炮孔间在切缝方向形成贯穿相交断裂面，半眼残痕... 详细信息

为研究双孔切缝爆破控制断裂损伤效果，开展现场双孔切缝爆破试验，结合ANSYS/LS-DYNA软件构建试验双孔切缝爆破模型，对比分析其裂纹扩展与孔壁气体单元压力变化。现场结果表明：爆后两炮孔间在切缝方向形成贯穿相交断裂面，半眼残痕更加明显；改变切缝角度至157°，裂纹仍会向切缝方向发展，切缝导向作用不受角度改变而影响；增设孔间空孔时断裂效果优于无空孔切缝爆破，说明空孔的存在能有效改善切缝爆破的定向断裂效果。模型结果显示：裂纹扩展与损伤与现场结果基本拟合，对比分析双孔切缝爆破与普通光面爆破模型，应力波的叠加作用使得孔间裂纹发育发生偏转，在两炮孔间形成裂纹空白带；分析孔壁0°～90°周围气体单元压力峰值，切缝方向达到压力峰值的时间早于非切缝方向，切缝爆破在0°～15°区间内，压力峰值下降幅度较大，随后曲线逐渐趋于平缓，角度越大，峰值变化也越来越小；切缝管在爆炸过程中有效地控制爆炸能量的分布，在切缝处形成应力集中，最大应力峰值约为垂直方向4倍以上。

关键词：聚能切缝爆破双孔爆破数值模拟爆破损伤压力分析

考虑裂隙面粗糙度和开度分形维数的岩石裂隙渗流特性研究

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岩石力学与工程学报 2022年第10期41卷 1993-2002页

作者：赵明凯孔德森山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590

岩石裂隙的粗糙度表征及其渗流特征的描述一直是岩石力学和工程地质领域的难点和热点问题。基于分形理论和流体力学基本原理,首先量化裂隙面的不规则粗糙元素,建立相对粗糙度与分形维数以及裂隙微观结构参数之间的定量关系。然后将粗糙... 详细信息

岩石裂隙的粗糙度表征及其渗流特征的描述一直是岩石力学和工程地质领域的难点和热点问题。基于分形理论和流体力学基本原理,首先量化裂隙面的不规则粗糙元素,建立相对粗糙度与分形维数以及裂隙微观结构参数之间的定量关系。然后将粗糙度对渗流的影响转化为裂隙等效开度对流动特性的影响,结合裂隙开度与裂隙长度之间遵循的幂律关系,建立粗糙裂隙的渗透率计算模型。最后研究分形维数和裂隙的几何特征对渗流特性的影响,并使用相关试验数据验证模型的合理性。研究结果表明:裂隙粗糙度对渗流的影响不可忽视,渗透率与裂隙最大开度之间呈平方关系,裂隙开度和粗糙元素几何特征是影响渗流性能的关键因素。建立的渗透率模型不含任何经验常数,避免数据处理的繁琐过程,具有良好的适用性。

关键词：岩石力学裂隙几何特征分形维数相对粗糙度渗流特性

海水侵蚀环境下固化淤泥土氯离子扩散规律及微观机理研究

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工程地质学报 2024年

作者：吴燕开浮朝晖李文艳许振翔王粱山东科技大学土木工程与建筑学院山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室

为研究在海水侵蚀环境下对海洋工程中淤泥质粘土固化改良问题，在室内开展实验研究，分别采用不同的固化剂固化海相淤泥土，对不同配比的固化土：水泥固化土(CS)、钢渣粉水泥固化土(SSP-CS)、掺激发剂钢渣粉水泥固化土(A-SSP-CS)和矿渣... 详细信息

为研究在海水侵蚀环境下对海洋工程中淤泥质粘土固化改良问题，在室内开展实验研究，分别采用不同的固化剂固化海相淤泥土，对不同配比的固化土：水泥固化土(CS)、钢渣粉水泥固化土(SSP-CS)、掺激发剂钢渣粉水泥固化土(A-SSP-CS)和矿渣粉水泥固化土(SP-CS)展开研究，分析其物理力学特性、侵蚀离子在固化土体中的扩散分布规律及侵蚀后的微观结构变化。研究结果表明：海水侵蚀下不同固化剂固化后的试样，随着侵蚀时间的增加，其质量变化率波动幅度较大，均呈现出先降低后增大的走势；侵蚀90d后各类型固化土强度达到最大值，且SP-CS固化土试样的强度从初期就始终远高于其他固化试样；SSP-CS与A-SSP-CS固化土试样对比分析，因激发剂NaOH过多，A-SSP-CS固化土试样内部的密实性被降低，导致其强度出现下降的趋势；氯离子的运移扩散规律展现出，其含量随着深度和侵蚀龄期在不断增长，曲线变化波动大，后期平稳上升，试样中氯离子浓度的对比是：SP-CS>CS>SSP-CS>A-SSP-CS；SP-CS与SSP-CS固化土试样，在海水侵蚀后出现C-S-H胶凝体和ATT针状物等水化产物，内部孔隙较小，排列较紧密。研究结果展现出矿渣粉可替代水泥进行固化淤泥土的可行性，可为实际工程中固化土的抗侵蚀性能研究提供理论依据。

关键词：固化淤泥土海水侵蚀质量变化率无侧限抗压强度氯离子扩散

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露天爆破飞石距离智能预测研究

安全与环境学报 2024年

作者：周红敏赵玉杰张宪堂王洪立山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东科技大学土木工程与建筑学院

为了在露天爆破中更准确地预测出飞石的抛掷距离，该文引入多科得分的概念，利用提出的多科得分思维进化算法（MSMEA）对BP神经网络进行优化并建立模型来预测飞石距离。通过分析隐含层神经元个数、种群大小、子种群大小、优胜及临时子... 详细信息

为了在露天爆破中更准确地预测出飞石的抛掷距离，该文引入多科得分的概念，利用提出的多科得分思维进化算法（MSMEA）对BP神经网络进行优化并建立模型来预测飞石距离。通过分析隐含层神经元个数、种群大小、子种群大小、优胜及临时子种群个数建立了64个多科得分思维进化算法优化BP神经网络模型（MSMEA-BP模型），并选取了其中最优的MSMEA-BP模型。为了验证预测模型的有效性，分别用MSMEA-BP模型、思维进化算法优化BP神经网络模型（MEA-BP模型）和BP神经网络模型对10组爆破飞石距离进行预测，结果表明，MSMEA-BP模型得到的预测结果与真实值之间的平均相对误差、决定系数、均方根误差、均方根百分比误差分别达到3.67%、0.980 8、7.357 1、1.33%，依次优于MEA-BP模型和BP神经网络模型，说明在相同训练条件下，采用多科得分思维进化算法对BP神经网络模型进行优化，可以克服BP神经网络易陷入局部最优解的问题，显著提高模型的预测精度，该方法为预测爆破飞石距离提供了一个新思路。

关键词：安全工程爆破安全距离飞石思维进化算法神经网络

环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土柱抗震性能与损伤评价

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建筑结构学报 2022年第7期43卷 290-300页

作者：黄一杰力传玺高朋肖建庄山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 同济大学土木工程学院上海200092

为了研究海水珊瑚混凝土柱的抗震性能,以混凝土类型、纵筋配筋率、配箍率和轴压比为主要参数,开展了6个环氧涂层钢筋混凝土柱低周反复荷载试验,分析了柱的破坏形态、承载力、延性和滞回耗能等变化。研究结果表明:环氧涂层钢筋海水珊瑚... 详细信息

为了研究海水珊瑚混凝土柱的抗震性能,以混凝土类型、纵筋配筋率、配箍率和轴压比为主要参数,开展了6个环氧涂层钢筋混凝土柱低周反复荷载试验,分析了柱的破坏形态、承载力、延性和滞回耗能等变化。研究结果表明:环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土具有良好的抗震性能,海水珊瑚混凝土对柱延性、刚度退化有明显影响,而对承载力与耗能能力影响较小;海水珊瑚混凝土柱位移延性系数和承载力较普通混凝土柱降低19.25%与6.67%,而屈服荷载和峰值位移分别提高5.94%、25.90%;环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土柱耗能能力和滞回特性随纵筋配筋率和轴压比的变化而显著改变;增大配箍率可提高其延性。针对环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土柱提出了骨架曲线模型与抗震损伤评估模型。分析表明,侧移达到弹塑性层间位移角限值时,海水珊瑚混凝土柱纵筋配筋率或配箍率宜分别提高10%、16%,可以使其震损水平与普通混凝土柱相近。

关键词：钢筋混凝土柱海水珊瑚混凝土环氧涂层钢筋拟静力试验抗震性能骨架曲线模型损伤指标