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基于正交-响应面法的砂土细观参数标定

吉林大学学报（地球科学版） 2024年第4期54卷 1280-1290页

作者：刘红帅张东涛河北大学建筑工程学院河北保定071000 河北大学岩土工程研究所河北保定071000

颗粒离散元的模拟精度主要取决于所标定细观参数的准确性,为提升细观参数的标定精度和效率,本文首先采用抗转动线性接触模型模拟砂土三轴压缩试验;再利用正交试验中的方差分析法筛选出宏观参数的控制性细观参数;然后建立宏观参数与控制... 详细信息

颗粒离散元的模拟精度主要取决于所标定细观参数的准确性,为提升细观参数的标定精度和效率,本文首先采用抗转动线性接触模型模拟砂土三轴压缩试验;再利用正交试验中的方差分析法筛选出宏观参数的控制性细观参数;然后建立宏观参数与控制性细观参数的响应面方程,依据室内三轴试验确定的砂土宏观参数,代入所建的响应面方程求解得到控制性细观参数;最后结合三轴试验结果验证所标定细观参数的准确性。结果表明:宏观参数包括弹性模量、泊松比、峰值摩擦角和剪胀角,其中弹性模量的控制性细观参数为有效模量和摩擦系数,泊松比的控制性细观参数为刚度比与摩擦系数,峰值摩擦角和剪胀角的控制性细观参数都为摩擦系数;通过三轴试验得出宏观参数取值,弹性模量为83.83 MPa、泊松比为0.45、峰值摩擦角为34.47°、剪胀角为8.93°;进一步标定细观参数取值,有效模量为153.35 MPa,刚度比为2.16,摩擦系数为0.45;利用标定的细观参数进行三轴试验模拟,结果与室内试验结果在低围压(100 kPa)下峰值强度相差7.2%,在高围压(300、500 kPa)下误差都控制在了±15.0%以内,证明了所提出的标定方法具有准确性和可靠性。

关键词：砂土离散元法细观参数正交试验响应面法宏观参数弹性模量泊松比

轧制变形及再结晶00Cr12铁素体不锈钢中的{011}/{011}近奇异晶界

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 459-476页

作者：黄新宇王卫国 ROHRER Gregory S 徐刚陈松冯小铮张厚安陈文哲周邦新福建理工大学晶界工程研究所福州350118 福建理工大学材料科学与工程学院福州350118 Department of Materials Science and Engineering Carnegie Mellon UniversityPittsburgh 15213-3890USA 厦门理工学院材料科学与工程学院厦门361024 上海大学材料研究所上海200072

不同于低层错能面心立方结构的奥氏体不锈钢,高层错能体心立方结构的铁素体不锈钢在形变及再结晶等组织重构过程中很难形成结构稳定且十分耐蚀的奇异晶界(共格孪晶界).研究{011}/{011}近奇异晶界的影响因素和形成机理,将有可能为改善铁... 详细信息

不同于低层错能面心立方结构的奥氏体不锈钢,高层错能体心立方结构的铁素体不锈钢在形变及再结晶等组织重构过程中很难形成结构稳定且十分耐蚀的奇异晶界(共格孪晶界).研究{011}/{011}近奇异晶界的影响因素和形成机理,将有可能为改善铁素体不锈钢,特别是低Cr铁素体不锈钢晶间腐蚀性能提供晶界工程新思路.本文选用经固溶处理和组织均匀化处理的00Cr12低Cr铁素体不锈钢为实验材料,5个平行试样分别在350℃,500℃,580℃,650℃和690℃进行厚度减缩量为70%的单向轧制变形后,立即进行750℃、2 h再结晶退火处理.使用基于电子背散射衍射和五参数分析的晶界界面匹配表征方法对上述样品进行测试和分析发现,轧制温度对00Cr12铁素体不锈钢再结晶{011}/{011}近奇异晶界比例有显著影响,再结晶后的{011}/{011}近奇异晶界比例随再结晶退火前轧制温度的升高先上升再下降,其中经650℃轧制的样品,其再结晶后{011}/{011}近奇异晶界比例达到极大值6.82%.取向分布函数(ODF)和重叠极图晶界迹线分析表明,经650℃轧制的样品,其再结晶组织中形成了强的{011}织构;具有{011}及其漫散取向的晶粒之间较多地存在/θ取向差关系(θ为绕的旋转角),其关联晶界为{011}/{011}近奇异晶界,这是经650℃轧制的样品,其再结晶后{011}/{011}近奇异晶界比例达到极大值的原因.离线原位表面侵蚀实验表明,{011}/{011}近奇异晶界的腐蚀抗力显著高于一般晶界.因此,基于本文研究结果,进一步调控并提高{011}/{011}近奇异晶界的比例将有助于从根本上显著改善00Cr12铁素体不锈钢晶间腐蚀性能.

关键词： 00Cr12铁素体不锈钢近奇异晶界晶界界面匹配晶间腐蚀

拟声子晶体超材料混凝土的低频带隙特性与工程应用

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中国科学：技术科学 2024年第9期54卷 1821-1836页

作者：肖鹏缪林昌郑海忠雷利剑东南大学交通学院岩土工程研究所南京211189

超材料混凝土是具有弹性波带隙特性的新型复合材料,但因较高的带隙频率和较窄的带隙宽度使其在以低频振动控制为主的工程应用上受到很大限制.首先,本文基于局域共振理论,提出了一种新型三组元水泥基拟声子晶体模型,据此研发出拟声子晶... 详细信息

超材料混凝土是具有弹性波带隙特性的新型复合材料,但因较高的带隙频率和较窄的带隙宽度使其在以低频振动控制为主的工程应用上受到很大限制.首先,本文基于局域共振理论,提出了一种新型三组元水泥基拟声子晶体模型,据此研发出拟声子晶体超材料混凝土.其次,计算和分析了拟声子晶体超材料混凝土的能带结构、带隙机理和频率响应函数,并开展了拟声子晶体超材料混凝土的室内试验.最后,用研发出的拟声子晶体超材料混凝土制备了拟声子晶体超材料混凝土地铁道床,并应用到实际地铁工程中以解决地铁运营过程中产生的低频振动问题.结果表明,拟声子晶体超材料混凝土在200 Hz频段内打开了6个低频带隙,在带隙频率范围内,衰减值大多都在10 dB以上,衰减效果较好;拟声子晶体超材料混凝土地铁道床在200 Hz频段内具有显著的低频减振效果,隧道壁三分之一倍频程插入损失的最大值为13.22 dB,隧道壁铅垂向最大Z振级差值为5.052 dB,隧道壁铅垂向最大分频振级差值为5.926 dB,4~200 Hz频段内铅垂向分频振级差值平均值为5.74 dB,低频减振效果明显.本文的相关研究成果为地铁工程和其他工程建设中解决低频振动难题提供了新的技术途径,突破了土木工程结构的传统减振控制技术.

关键词：拟声子晶体模型拟声子晶体超材料混凝土局域共振理论低频带隙地铁道床减振性能

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基于可见光谱特征波长提取和分类算法的柑橘黄龙病快检研究

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1518-1525页

作者：邱鸿霖刘天元孔丽丽于新娜王贤达黄梅珍上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 福建省农业科学院果树研究所福建福州350013 上海工程技术大学数理与统计学院上海201620

柑橘黄龙病(HLB)是由亚洲韧皮杆菌引起的一种严重病害,目前无法根治。其防控具有重要意义和经济价值。当前利用健康和患病叶片的光谱差异对其进行诊断显示了良好的应用前景。因患病叶片在叶绿素反射区及O—H伸缩振动区的可见光谱与健康... 详细信息

柑橘黄龙病(HLB)是由亚洲韧皮杆菌引起的一种严重病害,目前无法根治。其防控具有重要意义和经济价值。当前利用健康和患病叶片的光谱差异对其进行诊断显示了良好的应用前景。因患病叶片在叶绿素反射区及O—H伸缩振动区的可见光谱与健康叶片存在显著差异,而可见光谱检测在采集和数据处理方面具有成本低、简便的优势,研究可见光谱的黄龙病快速检测方法具有可行性和重要意义。为了减少光谱数据冗余和计算量,实现精准的黄龙病的早期鉴别以及降低黄龙病相似病症的误诊率,采集了黄龙病患病地区共160个叶片样本。经qPCR测定分别将其分类标定为健康、轻度疾病、重度疾病和缺镁症四类。根据叶片样本在可见光波段450~800 nm的反射光谱特征,通过S-G平滑以及降采样等预处理光谱数据后,为了优选出尽可能囊括光谱特征信息的特征波长,分别使用遗传算法(GA)、连续投影算法(SPA)以及竞争自适应重加权采样法(CARS)对采集到的可见光谱数据进行特征波长提取和降维优选出特征波长,进一步降低模型复杂度,提高预测精度。综合泛化能力及检测速度的考量,在定性判别分析模型的选择中采用训练速度快,分析准确率高的最小二乘支持向量机(LS-SVM)以及随机森林(RF)对两种变量筛选算法降维后的数据进行分类判别。通过对不同的模型的验证优选,筛选出最佳的快检方案。对比发现,在建立的模型中,SPA-RF模型与其他模型比较,对于训练集和测试集的判别准确率分别达到了100%和97.5%。结果表明,连续投影算法以及随机森林的组合分类模型可以很好地实现黄龙病早期的病理鉴别,同时也能够很好地识别出黄龙病病叶与其他相似病症的差异,为柑橘黄龙病快速检测及防治提供了一种方法依据。

关键词：可见反射光谱特征波长连续投影算法随机森林黄龙病检测

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炭铁材料修复三氯乙烯污染地下水的性能

中国环境科学 2024年第2期44卷 825-831页

作者：严芳敏郭明帅王菲东南大学交通学院岩土工程研究所江苏南京211189

采用生物炭(BC)为载体的纳米零价铁复合材料作为可渗透反应墙系统(PRB)中的反应介质,通过柱实验和渗透实验,研究了生物炭负载纳米零价铁(BC-nZVI)对三氯乙烯(TCE)的去除效果和炭铁复合材料在长期水流作用下的渗透性能.结果表明:炭铁复... 详细信息

采用生物炭(BC)为载体的纳米零价铁复合材料作为可渗透反应墙系统(PRB)中的反应介质,通过柱实验和渗透实验,研究了生物炭负载纳米零价铁(BC-nZVI)对三氯乙烯(TCE)的去除效果和炭铁复合材料在长期水流作用下的渗透性能.结果表明:炭铁复合材料对TCE的去除率在2h内可达到90%以上,10h时接近100%,随着炭铁复合材料的消耗,去除率逐渐降低,但在24h内仍能保持显著的修复效果,去除率保持在90%以上,72h后降为73.96%.PRB系统中反应介质材料在长期水流作用下出现明显的迁移,炭铁复合材料的稳定性随着炭铁比的减小而降低.5BC-1nZVI材料在持续3d的渗流作用下,其迁移流失率最低,相比纯BC材料的迁移流失情况具有明显的改善效果.微观结果表明球磨法可成功合成炭铁复合材料,合成后的nZVI颗粒存在一定程度的氧化,与TCE接触反应后的炭铁复合材料由于降解产物的附着,炭铁复合材料的表面会形成一层白色薄膜,孔径变小,进而炭铁复合材料对TCE的去除性能降低.

关键词：生物炭/纳米零价铁三氯乙烯可渗透反应墙地下水

基于物理过程不确定性的降雨诱发浅层滑坡易发性快速区划:GIS-FORM技术开发与应用

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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 838-850页

作者：姬建崔红志佟斌吕庆高玉峰河海大学岩土工程科学研究所江苏南京211000 加泰罗尼亚理工大学岩土与地球科学系西班牙巴塞罗那08034 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

高效绘制降雨诱发山体滑坡易发性分布图是区域尺度滑坡预测和地质灾害早期预警的重要技术手段。考虑降雨导致地表径流情况,采用无限长斜坡模型耦合孔隙水压力(PWP)变化规律,提出一种能够模拟区域边坡湿润锋深度随时空变化的简化瞬时降... 详细信息

高效绘制降雨诱发山体滑坡易发性分布图是区域尺度滑坡预测和地质灾害早期预警的重要技术手段。考虑降雨导致地表径流情况,采用无限长斜坡模型耦合孔隙水压力(PWP)变化规律,提出一种能够模拟区域边坡湿润锋深度随时空变化的简化瞬时降雨入渗模型PRL-STIM(physically-based probabilistic modelling of rainfall landslide using simplified transient infiltration model)。该模型通过引入一阶可靠度方法(FORM)开展高效概率计算,模拟区域尺度内地质条件的内在不确定性,实现区域尺度滑坡失效概率空间分布快速评估。以地理信息系统(GIS)为平台,采用Python程序语言,开发一种能够自动执行区域滑坡易发性分析的PRL-STIM v1.0工具。以我国甘肃娘娘坝镇于2013年7月发生的降雨诱发区域浅层滑坡为例,进行所提模型在区域滑坡易发性评估中的工程应用。结果表明,考虑50%失效概率阈值可有效地表征区域滑坡灾害易发性分布;简化的瞬时降雨入渗模型能够有效识别高风险滑坡区域,设置20 m缓冲区后的确定性和概率预测精度分别达到79%和81%;此外,相比于TRIGRS模型72%的预测精度,PRL-STIM预测精度达到75%,且服从相关非正态分布的岩土参数对降雨滑坡预测与区域尺度滑坡易发性有显著影响。

关键词：边坡工程滑坡易发性评估降雨斜坡稳定性模型概率分析一阶可靠度方法(FORM) GIS工具箱

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复杂环境下基于CPTU的深基坑土压力模型与工程应用

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岩土工程学报 2024年第8期46卷 1563-1572页

作者：刘松玉赖丰文蔡国军李洪江鲁泰山张超哲东南大学岩土工程研究所江苏南京211189 南京现代综合交通实验室江苏南京211100 福州大学土木工程学院福建福州350116 安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601

土压力计算是深基坑围护结构设计的重要组成部分,但现有土压力模型难以合理地考虑开挖扰动诱发土体工程性质演化影响。孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)能够有效避免取样扰动,并快速提供连续的原位土测试参数(锥尖阻力、... 详细信息

土压力计算是深基坑围护结构设计的重要组成部分,但现有土压力模型难以合理地考虑开挖扰动诱发土体工程性质演化影响。孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)能够有效避免取样扰动,并快速提供连续的原位土测试参数(锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力)。基于CPTU原位测试和位移相关土压力模型,结合库仑土压力框架,综合考虑开挖诱发土体工程性质演化、邻近地下结构(受限空间)、土拱效应、地基土强度参数和土-结构界面摩擦角等影响因素,构建了复杂环境下深基坑土压力统一计算模型(主动状态至被动状态)。分别通过与室内1g模型试验和离心机试验结果对比,验证了所构建模型的准确性与合理性。进一步将所构建模型应用至太湖冲湖积相软土地区某邻近地铁车站的深基坑工程。现场分别在基坑开挖前后对围护结构的两侧(基坑内外)开展了CPTU原位测试,并监测得到了围护结构侧向变形与土压力变化。原位测试解译结果表明,基坑开挖显著地改变了周边土体状态参数,但对于有效内摩擦角的影响甚微。与现场所测土压力对比指出,基于CPTU的土压力模型能够较好地反映复杂环境下基坑土压力变化,成功实现了工程应用。

关键词：孔压静力触探(CPTU) 原位土力学开挖扰动受限空间位移相关土压力

基于热力耦合的近场动力学方法高温岩石水力压裂数值模拟

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岩土力学 2024年第8期45卷 2502-2514页

作者：陈骞王志良申林方华涛李邵军徐则民昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650500 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

基于近场动力学方法分别采用键型模型计算岩石热扩散过程和常规态型模型模拟岩石位移场的演化,根据物质点间的断键数量确定材料损伤值以实时追踪裂隙面的扩展,通过在裂隙面处施加水压和水温实现水与岩石间的相互作用,建立了考虑热力耦... 详细信息

基于近场动力学方法分别采用键型模型计算岩石热扩散过程和常规态型模型模拟岩石位移场的演化,根据物质点间的断键数量确定材料损伤值以实时追踪裂隙面的扩展,通过在裂隙面处施加水压和水温实现水与岩石间的相互作用,建立了考虑热力耦合效应模拟高温岩石水力压裂过程的数值计算模型。根据岩石加热裂隙扩展的试验结果,验证了计算模型的有效性。最后,讨论了水压、岩石初始温度及弹性模量等因素对水力压裂岩石裂隙结构形态的影响,并基于综合敏感度属性识别评价方法,分析了各影响因素对岩石裂隙形态参数的敏感性。研究结果表明:水压较小或岩石初始温度较低时,主裂隙几乎呈对称分布,基本上无裂隙分支现象;随着水压或初始温度的增加,裂隙逐渐增多并产生分叉现象,同时裂隙总长度和张开度也均呈增长趋势。当岩石弹性模量均值较小时,水力裂隙较为发育且萌生许多微小裂隙;随着弹性模量均值的增大,水力裂隙分支及微裂隙数量明显减少,裂隙总长度和张开度也相应地减小,而岩石起裂时间则近似呈线性增加的趋势。岩石材料参数和环境参数的敏感性综合评价表明,岩石裂隙扩展对弹性模量和水压呈高度敏感,而对水温则表现为不敏感。

关键词：高温岩石水力压裂热力耦合近场动力学裂隙演化

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黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁横向自振特性分析

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振动工程学报 2024年第8期37卷 1330-1338页

作者：柳伟汪过兵赵志鹏赵晓军兰州信息科技学院土木工程学院甘肃兰州730300 西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048

基于修正Timoshenko梁理论,建立黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的横向振动控制方程,运用回传射线矩阵法推导出黏弹性Pasternak地基上两端简支修正Timoshenko梁自振频率和衰减系数的解析解,结合二分法和黄金分割法计算了经典边... 详细信息

基于修正Timoshenko梁理论,建立黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的横向振动控制方程,运用回传射线矩阵法推导出黏弹性Pasternak地基上两端简支修正Timoshenko梁自振频率和衰减系数的解析解,结合二分法和黄金分割法计算了经典边界条件下黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的自振特性,对比分析了考虑剪切变形引起的转动惯量、梁长及不同的边界条件对结构自振特性的影响。研究表明:黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的各阶自振频率和衰减系数小于经典Timoshenko梁的各阶自振频率和衰减系数;梁越短,剪切变形引起的转动惯量对结构自振频率和衰减系数的影响越大,且对高阶的影响明显大于低阶;边界约束条件越强,振动能量衰减越明显。

关键词：黏弹性Pasternak地基修正Timoshenko梁回传射线矩阵法解析解边界条件

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