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碳纤维水泥土压电性及传感器性能研究

岩土力学 2024年第7期45卷 2105-2116页

作者：林江源童立元李洪江马海洋刘文源闫鑫东南大学岩土工程研究所江苏南京210096

国内外研究表明,在常规混凝土中加入碳纤维形成导电网络,可以使混凝土根据导电网络的变化感知自身应力应变、裂缝及损害,并提高混凝土强度和耐久性。鉴于碳纤维的自感知特性,提出碳纤维水泥土这一新型智能感知材料,通过无侧限抗压强度... 详细信息

国内外研究表明,在常规混凝土中加入碳纤维形成导电网络,可以使混凝土根据导电网络的变化感知自身应力应变、裂缝及损害,并提高混凝土强度和耐久性。鉴于碳纤维的自感知特性,提出碳纤维水泥土这一新型智能感知材料,通过无侧限抗压强度试验、电阻率试验、微观试验和模型试验,研究纤维掺量和纤维长度对碳纤维水泥土无侧限抗压强度和电阻率变化率的影响规律,并按最优配比制作碳纤维水泥土“传感器”,将此种传感器植入水泥土构件,建立传感器电阻率变化率与水泥土构件应力的函数关系,从而实现传感器对水泥土构件的应力监测。结果表明:在碳纤维水泥土材料的强度研究方面,碳纤维掺量和碳纤维长度均对碳纤维水泥土的无侧限抗压强度有影响,抗压强度随二者的增大均呈现先增大后减小的趋势。在试验范围内,2%为最优碳纤维掺量,6 mm为最优碳纤维长度;在碳纤维水泥土的电阻率变化率研究方面,碳纤维掺量为1%,纤维长度为3 mm时,试件破坏时的电阻率变化率最大,碳纤维水泥土的受压自感应灵敏度最好;埋入构件的传感器电阻率变化率与水泥土构件的应力之间存在明显的指数关系,通过建立基于电阻率变化率的应力预测公式,从而可以实现水泥土结构的受力状态监测。

关键词：碳纤维水泥土无侧限抗压强度电阻率变化率自感传感器

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考虑土-膨润土化学相容性的阻隔墙长期服役性能研究

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岩土工程学报 2024年第2期46卷 282-290页

作者：黄博曹林峰李育超浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310000 超重力研究中心浙江杭州310000

考虑到填埋场渗滤液中较高Na^(+)和Ca^(2+)浓度会让土-膨润土的渗透系数显著增大,从而加速高危害性污染物击穿土-膨润土阻隔墙,建立了Na^(+)和Ca^(2+)作用下土-膨润土阻隔墙-含水层系统中有机物污染物运移数值模型。该模型可以考虑渗透... 详细信息

考虑到填埋场渗滤液中较高Na^(+)和Ca^(2+)浓度会让土-膨润土的渗透系数显著增大,从而加速高危害性污染物击穿土-膨润土阻隔墙,建立了Na^(+)和Ca^(2+)作用下土-膨润土阻隔墙-含水层系统中有机物污染物运移数值模型。该模型可以考虑渗透系数和水动力弥散系数等参数随Na^(+)和Ca^(2+)浓度的变化。利用有限差分法,获得了该模型的数值解。通过将所建模型的计算结果分别与已有解析解计算结果和COMSOL软件计算结果进行对比分析,验证了模型的正确性。最后基于所建数值模型,以甲苯作为代表性有机污染物分析和讨论了考虑和未考虑土-膨润土化学相容性、水头差和膨润土掺量对阻隔墙长期服役性能的影响。结果表明:考虑土-膨润土化学相容性之后,阻隔墙从不会被击穿变成了服役75 a后被击穿,服役寿命大幅缩短;降低阻隔墙两侧水头差,能够有效延缓污染物的击穿时间;阻隔墙膨润土掺量的下限值应在原先防渗要求的基础上适当提高,以应对污染物作用下墙体防污阻隔性能的削弱。

关键词：化学相容性阻隔墙污染物运移数值模型长期服役性能

基于混合物理论的饱和孔隙-裂隙岩体本构模型

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浙江大学学报（工学版） 2024年第7期58卷 1446-1456页

作者：胡亚元叶飞浙江大学滨海与城市岩土工程研究中心浙江杭州310058

考虑饱和孔隙-裂隙岩体中固相材料应变与固相材料压力间的关系,完善模型力学参数的取值理论依据,建立新的本构模型.在混合物理论框架内,依据变形特征将固相体应变分解为裂隙骨架体应变、孔隙骨架体应变、岩块材料体应变.假定应变仅取决... 详细信息

考虑饱和孔隙-裂隙岩体中固相材料应变与固相材料压力间的关系,完善模型力学参数的取值理论依据,建立新的本构模型.在混合物理论框架内,依据变形特征将固相体应变分解为裂隙骨架体应变、孔隙骨架体应变、岩块材料体应变.假定应变仅取决于能量方程中的共轭应力,基于自由能势函数构建饱和孔隙-裂隙岩体本构模型,根据模型力学含义推导模型力学参数取值方法.结合达西定律建立流固耦合控制方程.一维固结算例分析表明,相比其他方法确定的参数,所提方法确定参数计算的初始超孔压偏低、初始沉降偏大,孔隙超孔压消散滞后于裂隙超孔压.参数敏感性分析表明,增大渗透系数比会显著提高岩体固结速率,增大形状系数对裂隙超孔压消散和岩体沉降影响较小.

关键词：饱和孔隙-裂隙岩体混合物理论岩块材料变形参数的取值方法一维固结

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基于现场试验的海上筒型基础风电结构动力特性研究

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岩土工程学报 2024年

作者：蔡正银范开放朱洵南京水利科学研究院岩土工程研究所

海上风电结构在正常服役过程中长期承受风、浪等复杂环境荷载，其结构动力特性是整机安全性评估的重要依据。基于江苏如东复合筒型基础海上风电结构的原位测试数据，识别了不同环境激励下的结构模态参数，探讨了海上风电结构动力特性随... 详细信息

海上风电结构在正常服役过程中长期承受风、浪等复杂环境荷载，其结构动力特性是整机安全性评估的重要依据。基于江苏如东复合筒型基础海上风电结构的原位测试数据，识别了不同环境激励下的结构模态参数，探讨了海上风电结构动力特性随环境激励、时间等的演化规律。结果表明：结构模态频率和阻尼比总体服从正态分布，随时序表现出一定离散性，径向频率集中在0.308～0.315 Hz范围，径向阻尼比集中在2.75%～3.5%范围；风荷载为风电结构振动特性的关键控制荷载，模态频率与风速之间呈负相关，模态径向阻尼比与风速之间呈正相关，且风速大于7 m/s后，其相关性随着风速增大均略有增加；随时间推移，结构频率出现一定程度的退化，退化主要集中在测试期间的前150天，反映出土体对筒型基础整体约束能力的下降。研究指出筒-土接触作用减弱是造成结构频率退化的主要原因，并采用筒-土界面刚度弱化作用和海底潮流冲刷作用做出了相应的解释和讨论。

关键词：筒型基础原位测试模态参数环境激励

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考虑波浪对粉砂质岸坡作用的离心模型试验

海洋工程 2024年

作者：张晨朱洵王羿顾行文南京水利科学研究院岩土工程研究所

波浪作用对岸坡稳定性有显著影响。为在模型试验中反映波浪作用下岸坡的真实应力状态，完成了一组关于有限水深条件下波浪对砂质岸坡作用的离心模型试验，其中超重力环境下的波浪由冲箱式造波器生成。介绍了超重力场下冲箱式造波机的造... 详细信息

波浪作用对岸坡稳定性有显著影响。为在模型试验中反映波浪作用下岸坡的真实应力状态，完成了一组关于有限水深条件下波浪对砂质岸坡作用的离心模型试验，其中超重力环境下的波浪由冲箱式造波器生成。介绍了超重力场下冲箱式造波机的造波特点，根据试验结果分析了粉砂质岸坡在波浪作用下的冲刷特征，分析了粉砂质岸坡在波浪作用下的破坏模式，提出了基于冲刷形态的剥蚀率指标，并探讨了岸坡表面和土体内部孔隙水压力的变化规律。结果表明，粉砂质岸坡在波浪作用下出现了明显地侵蚀—后退现象，水面线附近侵蚀严重，破坏面的坡率大约在65°左右，破坏模式表现为浅层滑坡。水面线附近的岸坡受波浪作用影响，出现了类似“液化”现象；同时坡内的渗流过程进一步影响了岸坡稳定性。

关键词：粉砂质岸坡离心模型试验冲箱式造波机波浪作用侵蚀特性

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盐溶液饱和岩土的本构理论及在黏土中的应用

岩土工程学报 2024年第2期46卷 223-234页

作者：胡亚元袁书行浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058

盐溶液中离子的化学活性会改变饱和岩土的力学性质,诱发其工程性能出现劣化甚至失效等岩土工程问题。为了研究化学活性对饱和岩土水力与变形特性的影响,基于混合物理论与热力学溶液理论,建立了盐溶液饱和岩土材料的本构理论框架。与以... 详细信息

盐溶液中离子的化学活性会改变饱和岩土的力学性质,诱发其工程性能出现劣化甚至失效等岩土工程问题。为了研究化学活性对饱和岩土水力与变形特性的影响,基于混合物理论与热力学溶液理论,建立了盐溶液饱和岩土材料的本构理论框架。与以往研究不同,该理论将固相应变分解为孔隙率变化引起的骨架应变、固相材料变形引起的基质应变以及化学反应等物质交换引起的质量交换应变,用以凸显孔隙率在水-力-化学多场耦合机制中的关键作用;采用溶质的现时质量分数作为化学状态变量来反映化学活性的影响;利用自由能和耗散势分别建立弹性和塑性本构关系。根据该理论框架建立了NaCl溶液饱和黏土的固相、流相本构关系以及溶质的渗流-扩散方程,并得到了已有试验数据的验证,表明该框架可以指导盐溶液饱和岩土的本构建模工作。

关键词：混合物理论盐溶液饱和岩土材料化学活性本构理论等向压缩

基于TR-Unet的隧道渗漏水智能识别方法

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应用基础与工程科学学报 2024年

作者：陈曦张坤王伟胡坤徐阳淮阴工学院河海大学岩土工程研究所

为了有效解决隧道渗漏水智能识别方法中存在的抗环境干扰能力差、病害边界分割不准确的问题。本文构建了一种基于超分辨率重构与三重注意力的公路隧道渗漏水智能分割方法，名为TR-Unet。首先采用Real-ERSGAN超分辨率重构算法对隧道渗漏... 详细信息

为了有效解决隧道渗漏水智能识别方法中存在的抗环境干扰能力差、病害边界分割不准确的问题。本文构建了一种基于超分辨率重构与三重注意力的公路隧道渗漏水智能分割方法，名为TR-Unet。首先采用Real-ERSGAN超分辨率重构算法对隧道渗漏水图像进行分辨率提升，强化病害区域的边缘细节，提升模型对于渗漏水区域的定位能力。然后融合通道注意力、空间注意力以及自注意力机制建立了三重注意力机制模块，并将其引入至Unet网络的编码器结构中，提升了模型的抗环境干扰能力，从而有效减少渗漏水识别过程中复杂环境（光线、深色物质干扰、附属设施等）造成的错检和漏检问题。本文进一步综合分析隧道渗漏水区域的颜色以及危害程度等特征，将渗漏水划分为暗黑色渗水区域、绿色渗水区域、白色干水渍区域三类，并基于此建立了公路隧道渗漏水病害数据集。为了验证TR-Unet的有效性，选取了Unet、FCN、PSPnet、SegNet和DeepLabv3+五种广泛使用的深度语义分割算法进行比较。实验结果表明：本文提出的TR-Unet的平均像素准确率(mPA)和平均交并比（mIoU）分别为83.25%和87.93%，相较于其他对比模型具有更高的分割精度。此外，TR-Unet具有更好的渗漏水识别效果，主要体现在更少的错误识别以及更优秀的渗漏水边缘分割细节。研究结果为实现复杂隧道环境中的渗漏水高精度识别提供了一种新的思路和方法。

关键词：隧道工程渗漏水深度学习神经网络图像分割注意力机制

巨型臂式离心机的试验不平衡量识别方法与试验

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北京理工大学学报 2024年第2期44卷 156-162页

作者：凌道盛胡承华邱冰静郑建靖浙江大学建筑工程学院岩土工程研究所浙江杭州310058 浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058

针对滑动轴承转子系统非线性动力学特性强,传统不平衡量识别方法应用于采用液压滑动轴承的巨型臂式离心机不平衡量监测时局限性较大的问题,提出一种基于径向轴承反力实时识别巨型臂式离心机试验不平衡量的方法.首先,根据臂式离心机的结... 详细信息

针对滑动轴承转子系统非线性动力学特性强,传统不平衡量识别方法应用于采用液压滑动轴承的巨型臂式离心机不平衡量监测时局限性较大的问题,提出一种基于径向轴承反力实时识别巨型臂式离心机试验不平衡量的方法.首先,根据臂式离心机的结构特点与其不平衡量的组成,通过受力分析获得径向轴承反力与试验不平衡量之间的关系;其次,对轴承刚度变化对径向轴承反力的影响规律进行分析,结果表明轴承荷载分担比受轴承刚度非线性影响较小,理论上证明了基于径向轴承反力识别试验不平衡量的可行性;最后,通过台架试验对识别方法进行了初步验证.试验结果表明,该方法受系统非线性特性影响小,在工作转速范围内能够有效识别试验不平衡量.

关键词：臂式离心机液压滑动轴承识别方法不平衡量

穿越液化流滑区盾构隧道纵向非线性地震响应研究

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振动与冲击 2024年第1期43卷 131-137,183页

作者：李孝雄庄海洋王伟赵凯陈国兴南京工业大学岩土工程研究所南京210009 华东交通大学土木建筑学院南昌330013

为了明确场地液化流滑区越江跨海盾构隧道结构的抗震性能,以宽河谷微倾斜可液化场地在不同地震动强度下土层的位移时程作为输入地层震动状态,并基于广义反应位移法,建立了4.8 km精细化梁-弹簧盾构隧道模型,研究了场地液化流滑对盾构隧... 详细信息

为了明确场地液化流滑区越江跨海盾构隧道结构的抗震性能,以宽河谷微倾斜可液化场地在不同地震动强度下土层的位移时程作为输入地层震动状态,并基于广义反应位移法,建立了4.8 km精细化梁-弹簧盾构隧道模型,研究了场地液化流滑对盾构隧道纵向地震响应和相邻管环纵向张开量的影响。研究结果表明:场地的液化流滑将导致盾构隧道产生极大的环间纵向张开量、截面拉力和压力突变,充分说明了场地流滑对隧道结构地震安全的危害性;盾构隧道损害严重位置处均位于液化土层的滑动面;沿轴线的弯矩变化曲线与加速度放大系数曲线和河谷地形具有一致性,且曲线在液化区呈现出明显的突变现象。

关键词：盾构隧道广义反应位移法液化流滑环间张开量地震响应