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基于卷积神经网络的桥梁裂缝两阶段识别算法研究

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工程力学 2025年

作者：冯昊龙刘宇飞刘晓刚刘诚清华大学土木工程系北京科技大学土木与资源工程学院土木工程系中路高科交通检测检验认证有限公司

为解决桥梁裂缝智能识别场景下桥梁表面图像条件复杂、对智能识别算法的识别效果产生严重干扰的问题，提出了“分类筛选-裂缝识别”的两阶段桥梁裂缝识别算法。根据桥检实拍图像的图像特征调整MobilenetV3的网络结构，构建桥梁表面图像... 详细信息

为解决桥梁裂缝智能识别场景下桥梁表面图像条件复杂、对智能识别算法的识别效果产生严重干扰的问题，提出了“分类筛选-裂缝识别”的两阶段桥梁裂缝识别算法。根据桥检实拍图像的图像特征调整MobilenetV3的网络结构，构建桥梁表面图像的筛选分类模型，实现对背景图像、干扰图像及低质量图像的自动筛除；通过迁移学习方法训练框-网格融合式裂缝识别模型，实现裂缝识别与定位，为进一步的裂缝精细分割、裂缝测量提供条件。算法开发过程中构建了包含5000张图像的图像分类数据集、包含6400张图像的裂缝识别数据集；最终得到的图像分类最高准确率为97.9%，裂缝网格识别最高准确率为65.6%。结果表明：基于本文提出的桥梁裂缝智能检测方法可实现桥梁裂缝的高效率、自动化检测，算法具有较强的抗干扰能力。

关键词：桥梁与隧道工程裂缝识别算法算法研究深度学习两阶段识别算法卷积神经网络

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百年服役后的混凝土宏观和微观性能

硅酸盐学报 2025年第01期53卷 16-26页

作者：韩建国廉慧珍郭保林清华大学土木工程系山东省交通科学研究院

硅酸盐水泥长龄期服役能力研究，对于水泥矿物组成控制、混凝土配合比设计、建筑结构运维均具有重要的指导价值。对1916年建造于南京的国内首批钢筋混凝土建筑“和记洋行”的钢筋混凝土梁进行钻芯取样。对提取的混凝土芯样进行力学性能... 详细信息

硅酸盐水泥长龄期服役能力研究，对于水泥矿物组成控制、混凝土配合比设计、建筑结构运维均具有重要的指导价值。对1916年建造于南京的国内首批钢筋混凝土建筑“和记洋行”的钢筋混凝土梁进行钻芯取样。对提取的混凝土芯样进行力学性能、抗渗透性能、微观形貌、化学组成、矿物组成、热稳定性能等测试，并进行了混凝土配合比的反解析，旨在探究由硅酸盐水泥制备的混凝土经历百年服役后，其宏观和微观性能现状以及混凝土性能的演变规律。结果表明：虽然和记洋行建造时所用混凝土的水灰比较大，但经历百年的服役历程后，混凝土的力学性能和抗渗透性能良好。混凝土水化产物中，除含有常规的C-S-H凝胶、CH晶体、AFt晶体、AFm晶体之外，还含有大量的碳酸钙晶体(包括方解石、文石、球霰石3种类型)，说明混凝土在服役历程中逐渐被碳化。经历百年服役历程后，混凝土中依然含有未水化的Belite熟料矿物(水化度为69.4%)，为混凝土强度的持续提升提供了物质基础，也说明由硅酸盐水泥制备的混凝土具有超百年的服役能力。

关键词：硅酸盐水泥混凝土百年服役力学性能抗渗透性能微观性能

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圆钢管约束混凝土柱钢管轴压刚度贡献及时效作用影响分析

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西安建筑科技大学学报(自然科学版) 2025年

作者：李甜甜郭云龙耿悦北京交通职业技术学院路桥系四川大学土木工程系哈尔滨工业大学土木工程学院

本文进行了钢管约束混凝土徐变性能试验,分析了时效作用对构件轴向变形的影响;建立并验证了钢管约束混凝土长期性能Abaqus实体有限元分析模型.通过参数分析,系统研究了圆钢管约束钢筋混凝土轴压构件中钢管轴压刚度贡献,以及收缩徐变对... 详细信息

本文进行了钢管约束混凝土徐变性能试验,分析了时效作用对构件轴向变形的影响;建立并验证了钢管约束混凝土长期性能Abaqus实体有限元分析模型.通过参数分析,系统研究了圆钢管约束钢筋混凝土轴压构件中钢管轴压刚度贡献,以及收缩徐变对不同参数钢管约束混凝土构件钢管轴压刚度贡献的影响,确定了关键影响参数.研究结果表明,钢管约束混凝土轴压构件中,钢管对组合构件轴压刚度贡献显著,其占截面总刚度的比例最高分别可达15.9%.长细比的提高会显著增大钢管轴压刚度,且该影响在低含钢率构件中更为显著.收缩徐变会增大小长细比构件、减小大长细比构件钢管轴压刚度,且影响幅度在高应力水平或高强度混凝土构件中更为显著.

关键词：圆钢管约束钢筋混凝土长期持荷轴压刚度有限元

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中国区域电离层实时建模与分析

测绘工程 2025年第1期34卷 22-29,38页

作者：段博文白征东陈巧云清华大学土木工程系北京100084

电离层延迟是全球卫星导航系统(GNSS)中的一个主要误差来源。为了改正电离层误差,一些GNSS应用如单频精密单点定位(PPP)和非差非组合PPP依赖于全球电离层模型(GIM)产品。然而,目前可用GIM产品的发布时间存在延迟,不适用于实时GNSS应用... 详细信息

电离层延迟是全球卫星导航系统(GNSS)中的一个主要误差来源。为了改正电离层误差,一些GNSS应用如单频精密单点定位(PPP)和非差非组合PPP依赖于全球电离层模型(GIM)产品。然而,目前可用GIM产品的发布时间存在延迟,不适用于实时GNSS应用。为了解决这个问题,文中提出一种基于卡尔曼滤波(KF)的实时电离层建模方法,并基于中国区域116个连续运行参考站(CORS)的观测数据,生成中国区域的实时区域电离层模型(RT-RIM)。此外,由于伪距差分码偏差(DCB)与电离层延迟存在强耦合关系,还对BDS-2/3、GPS和Galileo系统的DCB进行估计。结果统计分析表明,模型输出的垂直总电子含量(VTEC)与中国科学院(CAS)的最终GIM产品一致性较好,二者差异的RMS小于2 TECU;将VTEC投影为斜向总电子含量(STEC)后,与PPP估计结果偏差的RMS在0.2~0.8 m;模型输出的卫星DCB与CAS快速产品的偏差RMS小于0.8 ns,以上结果表明本文模型具有较好的精度,能够精细描述中国区域电离层VTEC的时空变化。

关键词：电离层延迟全球卫星导航系统全球电离层模型区域电离层模型差分码偏差

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氯离子环境下RC桥墩时变抗震韧性分析

哈尔滨工业大学学报 2025年

作者：聂莹慧李镜培同济大学土木工程学院

为揭示结构全寿命周期内考虑时间效应的失效规律，针对分区腐蚀桥墩时变抗震韧性问题，围绕不同桥墩分区的腐蚀环境、材料特性和腐蚀过程，开展了钢筋面积、钢筋屈服强度及混凝土抗压强度等材料性能的时变退化规律研究。根据计算结果建... 详细信息

为揭示结构全寿命周期内考虑时间效应的失效规律，针对分区腐蚀桥墩时变抗震韧性问题，围绕不同桥墩分区的腐蚀环境、材料特性和腐蚀过程，开展了钢筋面积、钢筋屈服强度及混凝土抗压强度等材料性能的时变退化规律研究。根据计算结果建立桥墩分区腐蚀有限元模型，结合增量动力分析（IDA）得到墩顶位移响应，基于概率需求模型及损伤界限值构建了桥墩地震易损性模型。进而利用Pushover分析，将桥墩抗震性能随服役时间的退化作为灾前时变性能指标，灾后的性能指标通过量化地震作用导致的桥墩瞬间功能损失以及恢复程度来表征，提出了考虑分区腐蚀环境桥墩全寿命抗震韧性计算模型。结果表明，浪溅区钢筋锈蚀速度明显大于水下区及大气区，桥墩服役20 a到50 a的韧性退化值约为50 a到80 a的韧性退化值的2倍。因此在桥墩服役前期，决策者可依据实际提出合理的震前加固措施来增强抗震韧性。

关键词：氯离子环境桥墩地震易损性韧性全寿命

基于机器学习的总溶解气体预测模型构建与评估

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湖泊科学 2025年

作者：杨玲杨慧霞王云云姚云波王顺贵州大学土木工程学院

随着梯级水库的持续开发，大坝泄流产生的过饱和总溶解气体在河道内难以消散，这将导致鱼类患气泡病甚至死亡，因此，开发大坝下游总溶解气体预测模型对保护生物多样性具有重要意义。本文收集美国哥伦比亚河上3个大坝监测站点的日监测... 详细信息

随着梯级水库的持续开发，大坝泄流产生的过饱和总溶解气体在河道内难以消散，这将导致鱼类患气泡病甚至死亡，因此，开发大坝下游总溶解气体预测模型对保护生物多样性具有重要意义。本文收集美国哥伦比亚河上3个大坝监测站点的日监测数据（水温、气压、流量、大坝溢流以及总溶解气体饱和度），在此基础上利用BP神经网络、随机森林以及提升树3种机器学习算法预测总溶解气体饱和度，并对3种算法的预测性能进行评价和对比。研究发现，随着具有显著性相关性的输入变量个数增加，各模型预测性能呈上升趋势，且不同模型受输入因子的影响不同。在最佳输入变量方案下，随机森林（平均绝对误差(MAE)=1.273%,、均方根误差(RMSE)=1.775%, R2=0.952）和提升树（MAE=1.268%, RMSE=1.622%, R2=0.960）的预测性能最佳。在模型验证阶段，提升数模型可以将预测值与真实值的平均相对误差控制在2.4%以内。本研究所构建的模型能够快速准确地预测大坝泄流期间下游河道内总溶解气体饱和度，有助于提前评估过饱和风险，及时调整排放调度方案，对于局部鱼类保护区提前采取防护措施，从而减少总溶解气体对水生生态的影响。研究结果可为深入开展基于机器学习的总溶解气体预测模型提供一定的参考价值。

关键词：总溶解气体过饱和机器学习预测梯级水库

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铝盐对磷酸钾镁水泥性能和水化的影响

硅酸盐学报 2025年

作者：许碧莞张秋实赵翊舟同济大学土木工程学院

铝盐能够延缓磷酸钾镁水泥凝结，但不同铝盐对其性能和水化的影响差异和机理尚未清晰。通过凝结时间测试、强度测试、水化热实验、XRD衍射、热重和Fourier红外光谱分析、pH值与电导率测试以及离子浓度测试实验研究了3种常见铝盐对磷酸... 详细信息

铝盐能够延缓磷酸钾镁水泥凝结，但不同铝盐对其性能和水化的影响差异和机理尚未清晰。通过凝结时间测试、强度测试、水化热实验、XRD衍射、热重和Fourier红外光谱分析、pH值与电导率测试以及离子浓度测试实验研究了3种常见铝盐对磷酸钾镁水泥性能和水化的影响。结果表明：与等质量掺量的硼酸钠相比，AlCl3、Al(NO3)3和Al2(SO4)3作用下的净浆凝结时间可分别延长80%、45%和25%，表现相对较好缓凝作用。相比Al2(SO4)3和Al(NO3)3，AlCl3对净浆体积稳定性影响较为明显，导致体积膨胀与开裂。添加Al2(SO4)3和Al(NO3)3均会降低净浆早期强度，其中Al2(SO4)3弱化作用主要发生在3 h之前，而Al(NO3)3主要在12 h之前，与其较好缓凝作用相符；但二者对净浆后期强度无不利影响。添加Al(NO3)3和Al2(SO4)3能降低水化体系pH，延缓水化进程，降低水化热，并轻微抑制钾基-鸟粪石生成。铝盐中Al3+沉淀为无定型含铝物相，而NO3–和SO42–在低水灰比下分别沉淀为硝酸钾和硫酸钾，影响宏观性能。

关键词：磷酸钾镁水泥铝盐凝结力学性能水化

坑底隆起对抗浮锚杆作用下既有隧道变形影响的计算

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浙江工业大学学报 2025年第01期 1-7页

作者：王哲周烨波魏纲翁家华韩凯航浙江工业大学岩土工程研究所浙大城市学院土木工程系深圳大学土木与交通工程学院

考虑基坑坑底隆起对下卧隧道的影响，建立坑底隆起引起带抗浮锚杆的盾构隧道位移计算模型。基于影像源法，推导得到坑底隆起引起下卧带抗浮锚杆盾构隧道的纵向变形公式。结合工程实例，对比工程实际测量值、理论计算值和三维有限元模拟... 详细信息

考虑基坑坑底隆起对下卧隧道的影响，建立坑底隆起引起带抗浮锚杆的盾构隧道位移计算模型。基于影像源法，推导得到坑底隆起引起下卧带抗浮锚杆盾构隧道的纵向变形公式。结合工程实例，对比工程实际测量值、理论计算值和三维有限元模拟值，验证计算模型的准确性，研究抗浮锚杆数量对隧道变形的影响。研究结果表明：隧道隆起主要发生在强影响区内，环间转角和错台发生在弱影响区内；隧道隆起主要受基坑尺寸影响，假设基坑开挖长度为L,安装抗浮锚杆可以减小隧道隆起量、环间转角和错台量，环间转角和错台量主要受基坑开挖尺寸的影响，始终在±3L/5处达到极值；在一定范围内增加抗浮锚杆数量可以有效减小隧道变形量，抗浮锚杆超出一定数量后控制效果提升不明显。

关键词：基坑工程盾构隧道影像源法抗浮锚杆隧道变形

横观各向同性岩石热力耦合脆性断裂相场法模拟

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岩土工程学报 2025年

作者：张成凯周舒威张雨恒田浚垚庄晓莹同济大学土木工程学院土木工程防灾减灾全国重点实验室

层理岩石的热致变形与破裂是地热开采与核废料储存等岩土工程中的关键问题，其行为受材料各向异性影响显著。为研究该类岩石的热致裂特性，在经典相场框架下引入横观各向同性本构和结构张量，提出了具有可表征热力各向异性的横观各向同... 详细信息

层理岩石的热致变形与破裂是地热开采与核废料储存等岩土工程中的关键问题，其行为受材料各向异性影响显著。为研究该类岩石的热致裂特性，在经典相场框架下引入横观各向同性本构和结构张量，提出了具有可表征热力各向异性的横观各向同性岩石脆性断裂相场模型，并通过解析解、数值解与试验结果对比验证了模型在动态、准静态热断裂方面的适用性和可靠性。进一步分析表明，四种热力参数的各向异性变化对裂纹扩展形态具有不同程度影响：层理方向上，裂纹萌生因刚度增大受到抑制，又因较低的临界断裂能和较小的热膨胀系数受到促进；而热导率增大则呈现出先促进后抑制的规律。同等各向异性水平下，热膨胀系数对裂纹扩展形态影响最大，力学参数次之，导热系数的影响最小。研究为涉及热力影响下具有层理构造的岩土工程致裂、止裂等措施提供了必要的手段和依据。

关键词：横观各向同性岩石相场法热裂纹扩展热力参数各向异性数值模拟