橡胶-砂混凝土耗能特性智能预测模型研究

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作者 梅贤丞 马亚丽娜 +4 位作者 李建贺 丁长栋 陈兴强 崔臻 白强强 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期113-120,126,共9页

研究目的:减震层结构设计是保障西部强震区地下工程结构稳定的重要措施,而减震材料的发展和应用是丰富减震层结构设计和保障其性能的关键,全面认识橡胶-砂混凝土耗能特性为其有效应用于地下工程减震层奠定基础。本文通过霍普金森压杆试... 研究目的:减震层结构设计是保障西部强震区地下工程结构稳定的重要措施,而减震材料的发展和应用是丰富减震层结构设计和保障其性能的关键,全面认识橡胶-砂混凝土耗能特性为其有效应用于地下工程减震层奠定基础。本文通过霍普金森压杆试验测试橡胶-砂混凝土的耗能性能,并基于试验结果,以反向传播神经网络为基础算法,通过四种不同的群体智能优化算法分别对其进行优化,从而构建四种集成反向传播神经网络-群体智能优化算法的混合智能预测模型。研究结论:(1)影响橡胶-砂混凝土耗能特性的重要程度从高到低依次为:橡胶含量>水泥含量>橡胶粒径;(2)四种混合智能预测模型的最佳种群数量为150(PSO-BPNN)、75(FOA-BPNN)、75(LSO-BPNN)和80(SSA-BPNN);(3)对橡胶-砂混凝土透射能占比预测精度最高的是LSO-BPNN混合智能模型,其他模型预测精度从优到劣依次为:PSO-BPNN、FOA-BPNN、SSA-BPNN;(4)本研究成果可用于研制适用于铁路隧道等地下工程减震材料的橡胶-砂混凝土,为保证铁路隧道安全建造和稳定运营的减震设计提供理论指导依据。 展开更多

关键词 地下工程减震层 橡胶-砂混凝土 耗能特性 智能预测模型

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基于三维离散–连续耦合方法的跨活动断裂隧洞错断破坏机制研究 被引量：19

2

作者 马亚丽娜 盛谦 +1 位作者 崔臻 张勇慧 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S2期240-245,共6页

在中国西部强震区兴建的大型水利工程中,输水隧洞常不可避免地横跨多条区域性活动断裂,受活断裂错断运动影响,这些输水隧洞面临着严重的错断威胁。传统隧洞抗错断数值模拟方法多将围岩简单考虑为等效连续体,不能从细观尺度模拟断裂错动... 在中国西部强震区兴建的大型水利工程中,输水隧洞常不可避免地横跨多条区域性活动断裂,受活断裂错断运动影响,这些输水隧洞面临着严重的错断威胁。传统隧洞抗错断数值模拟方法多将围岩简单考虑为等效连续体,不能从细观尺度模拟断裂错动时围岩的破裂过程和大变形现象。将三维离散–连续耦合方法引入跨活动断裂隧洞抗错断问题的研究上,研究在断裂错动作用下衬砌的内力响应,及围岩破裂的细观特征。在该分析方法中,采用离散元球形颗粒表征围岩,同时将隧洞衬砌结构考虑为连续单元体。验证接触边界上耦合力的相容性与连续性的同时,通过参数标定使离散区域与连续区域的宏观属性一致,在此基础上建立穿越活动断裂隧洞的三维离散–连续耦合数值模型。利用这一方法,讨论了不同断裂错距影响下隧洞因断裂错动而产生的位移变化与力学响应,并从细观角度对围岩破坏特征进行了探讨。获得的结论可以为穿越活断裂隧洞的抗错断设计提供一定参考。 展开更多

关键词 隧洞工程 活动断裂带 离散–连续耦合 细观力学 内力响应

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基于C2阶连续函数的广义Hoek-Brown强度准则屈服面与塑性势面棱角圆化方法 被引量：5

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作者 周兴涛 盛谦 +3 位作者 崔臻 朱泽奇 胡之锋 马亚丽娜 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S1期477-487,共11页

Hoek-Brown强度准则的屈服面与塑性势面在棱角处导数无定义,具有数值奇异性,采用圆角进行光滑过渡只能满足一阶导数连续性,而二阶导数仍然无定义,使得棱边上一致切线模量矩阵无法正确计算,导致有限元总体平衡方程组Newton-Raphson隐式... Hoek-Brown强度准则的屈服面与塑性势面在棱角处导数无定义,具有数值奇异性,采用圆角进行光滑过渡只能满足一阶导数连续性,而二阶导数仍然无定义,使得棱边上一致切线模量矩阵无法正确计算,导致有限元总体平衡方程组Newton-Raphson隐式迭代二阶收敛性丧失。提出基于C2阶连续函数的广义Hoek-Brown准则屈服面与塑性势面棱角圆化方法,使得棱角处函数曲面二阶连续可导,棱边上一致切线模量矩阵可精确计算。基于ABAQUS数值开发平台,采用FORTRAN语言编制Hoek-Brown准则理想弹塑性UMAT用户子程序,通过数值算例验证所提方法的正确性。 展开更多

关键词 广义Hoek-Brown强度准则 屈服函数与塑性势函数 C2阶连续函数 圆化

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颗粒离散单元法动力人工边界设置方法 被引量：3

4

作者 周兴涛 盛谦 +3 位作者 崔臻 冷先伦 付晓东 马亚丽娜 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期2671-2680,2690,共11页

采用颗粒离散单元法进行动力计算时,人工截断边界上需设置吸收边界条件,以防止波的反射。鉴于颗粒离散单元数值计算模型的人工边界上颗粒单元半径大小不一、边界面凸凹不平,在连续介质的黏性、黏弹性、自由场边界条件方程基础之上,推导... 采用颗粒离散单元法进行动力计算时,人工截断边界上需设置吸收边界条件,以防止波的反射。鉴于颗粒离散单元数值计算模型的人工边界上颗粒单元半径大小不一、边界面凸凹不平,在连续介质的黏性、黏弹性、自由场边界条件方程基础之上,推导出适用于离散介质的等效方程。在离散介质的黏性边界条件等效方程中引入微调系数,提出比值迭代法以快速确定其最优值,以实现对波的最佳吸收。采用二维颗粒离散单元计算软件PFC2D,分别建立黏性、黏弹性、自由场边界条件相关数值分析模型,探讨颗粒分布模式对黏性边界上颗粒单元半径、速度分布及比值迭代过程的影响;采用外源波动算例及经典Lamb问题算例验证黏弹性边界设置方法的正确性;通过隧洞算例检验提出的自由场边界条件设置方法的正确性。 展开更多

关键词 颗粒离散单元法 动力人工边界 黏性边界 黏弹性边界 自由场边界

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正断层错动对围岩-衬砌体系响应影响的离散-连续耦合模拟研究 被引量：14

5

作者 马亚丽娜 崔臻 +2 位作者 盛谦 周光新 王天强 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2088-2097,共10页

震害记录表明,隧洞结构的破坏多发生在围岩质量差和地层条件有较大变化的断层破碎带。为研究断层错动对围岩-隧洞响应特性的影响,提出基于三维离散-连续耦合理论的跨断层隧洞错断分析方法,并将现有室内模型试验引入验证耦合方法正确性... 震害记录表明,隧洞结构的破坏多发生在围岩质量差和地层条件有较大变化的断层破碎带。为研究断层错动对围岩-隧洞响应特性的影响,提出基于三维离散-连续耦合理论的跨断层隧洞错断分析方法,并将现有室内模型试验引入验证耦合方法正确性的对比试验中。基于耦合模型,探索细观裂纹不断聚集形成破裂的过程及剪切带的演化规律,研究跨断层隧洞变形机制及内力响应特征,另外,深入分析了衬砌厚度、衬砌混凝土弹性模量和隧洞上覆土层厚度对隧洞受力变形响应的影响。研究结果显示:拉裂纹在上盘内衬砌底部聚集形成倒三角破裂带,剪裂纹呈条带状集中分布在断层错动面处;同时,衬砌在临近断层剪切面处发生急剧变形,上盘内衬砌顶部受压而底部受拉,下盘内衬砌顶部受拉而底部受压;此外,合理范围内提高衬砌厚度及混凝土弹性模量有利于提高衬砌抵抗变形的能力,埋深较大的隧洞在断层错动条件下易受到围岩保护,从而减小变形破坏的程度。研究结果可以为跨断层隧洞的围岩稳定性评价、隧洞抗错断结构设计提供一定参考。 展开更多

关键词 隧洞 正断层 离散-连续耦合 细观裂纹 受力变形响应

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基于弹性地基梁理论的跨活断裂隧洞纵向变形及内力响应特性研究 被引量：10

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作者 马亚丽娜 盛谦 +1 位作者 崔臻 程昊民 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2018年第4期715-722,共8页

基于温克尔地基梁理论，建立穿越活动断裂带的隧洞纵向二维数值模型，研究穿越活动断裂带隧洞在断裂带错动作用下的衬砌纵向变形及内力响应特征。结果表明：在错断作用下，较弱的断层带岩体质量、较大的断层与隧洞交角、较宽的活断层宽... 基于温克尔地基梁理论，建立穿越活动断裂带的隧洞纵向二维数值模型，研究穿越活动断裂带隧洞在断裂带错动作用下的衬砌纵向变形及内力响应特征。结果表明：在错断作用下，较弱的断层带岩体质量、较大的断层与隧洞交角、较宽的活断层宽度、较大的隧洞衬砌厚度等条件有利于保证隧洞的抗错断性能；当在隧洞衬砌节段之间采用较弱的铰接段来改善隧洞抗错断性能时，较小的铰接段的长度与材料强度均有利于隧洞抗错断性能。该结论可以为穿越活断层隧洞的抗错断设计提供一定参考。 展开更多

关键词 隧洞工程 活动断裂带 铰接段 地基弹簧 内力响应

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川滇地区强震诱发断层错动量值的概率危险性分析 被引量：2

7

作者 马亚丽娜 史世波 +2 位作者 舒恒 盛谦 崔臻 《人民长江》 北大核心 2022年第1期182-188,共7页

在中国川滇强震区兴建的大型工程中,隧道常不可避免地横跨多条区域性活动断裂。受活断裂错动的影响,隧洞结构面临着严重的错断威胁。在跨活断层隧洞抗断设计中,断层错动量是重要的输入参数。然而,传统的确定性方法提供的断层错动量很难... 在中国川滇强震区兴建的大型工程中,隧道常不可避免地横跨多条区域性活动断裂。受活断裂错动的影响,隧洞结构面临着严重的错断威胁。在跨活断层隧洞抗断设计中,断层错动量是重要的输入参数。然而,传统的确定性方法提供的断层错动量很难反映地震发生并引发断层错动的随机性影响,因此常高估了错动量大小。为此,提出了强震诱发断层错动的超越概率理论错动量分析方法,引入了目标区域地震活动性参数及地震引发断层错动的概率,以工程服役期限内,可能发生的位错量达到给定值的概率来评价活动断层发生错动的危险性,从而为穿越活断裂隧洞的抗错断设计提供一定参考。为了说明该概率分析方法,以滇中引水工程香炉山隧洞为例,对隧洞跨越的龙蟠-乔后断裂展开错动量的估算,并进行了参数分析。 展开更多

关键词 活动断层 错动量值 地震活动参数 概率分析方法 滇中引水工程 川滇地区

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走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞破坏机制模型试验 被引量：40

8

作者 周光新 盛谦 +3 位作者 崔臻 王天强 马亚丽娜 付兴伟 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期37-50,共14页

以滇中引水香炉山隧洞为背景工程,通过小尺度物理模型试验,对断层错动模拟过程中的隧洞上覆围岩破裂形态、衬砌破坏形态和裂纹发展、应变分布特征等关键响应特征开展试验分析,深入地研究了走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞的破坏形... 以滇中引水香炉山隧洞为背景工程,通过小尺度物理模型试验,对断层错动模拟过程中的隧洞上覆围岩破裂形态、衬砌破坏形态和裂纹发展、应变分布特征等关键响应特征开展试验分析,深入地研究了走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞的破坏形式及破坏机制。在铰接隧洞抗错断设计参数作用机制方面,详细研究了衬砌节段长度、衬砌厚度、隧洞直径、隧洞轴线与断层带夹角、隧洞断面形式,衬砌材料力学特性等因素对铰接设计隧洞抗断性能的影响。研究结果表明:(1)当跨活断层隧洞不采用铰接设计时,在断层错动作用下隧洞破坏模式为剪切和弯曲组合破坏,衬砌破坏程度严重,存在剥离脱落现象。隧洞截面呈现椭圆化变形,整体坍塌趋势明显;在当前试验中,无铰接隧洞破坏范围达4W_(f)(W_(f)为断层带的宽度)。(2)当跨活断层隧洞采用铰接设计时,在断层错动作用下隧洞整体变形呈现S形,衬砌结构破坏形式为节段间的转动和错台,衬砌节段相对完整,破坏程度较轻;当前试验中,铰接隧洞破坏范围为2.14W_(f),相较于无铰接隧洞减少48%,表明铰接设计可改变活断层错断作用下隧洞的变形破坏模式,并减小隧洞结构的损伤范围。(3)铰接设计条件下,隧洞衬砌结构应变峰值主要分布在断层带内,隧洞易发生屈服破坏;与无铰接隧洞相比,铰接隧洞左右边墙纵向最大拉应变减少了56%,纵向最大压应变减少了68%,进一步表明铰接设计可以有效提高隧洞的抗错断性能。(4)在铰接隧洞抗错断设计参数作用机制方面,研究表明增加衬砌厚度、增加衬砌混凝土强度等级、减小节段长度、减小隧洞直径均可提高铰接隧洞的抗错断性能,隧洞穿越断层带的最佳角度为正交,圆形断面相较于三心圆断面可提升铰接隧洞的抗断能力。综上所述,研究成果可以为跨活断裂隧洞工程抗错断措施提供必要的理论参考和技术支持。 展开更多

关键词 隧洞工程 走滑断层 模型试验 破坏形式 铰接设计

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岩石材料抗拉强度与劈裂节理面形貌的加载速率效应研究 被引量：12

9

作者 张茂础 盛谦 +2 位作者 崔臻 马亚丽娜 周光新 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1169-1178,1188,共11页

为研究岩石材料抗拉强度与劈裂节理面形貌的加载速率效应,使用花岗岩、玄武岩和灰岩3种岩石试样进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,研究了岩石材料抗拉强度的加载速率效应。基于三维扫描建立劈裂节理面数字地形,定性地研究了加载速率对... 为研究岩石材料抗拉强度与劈裂节理面形貌的加载速率效应,使用花岗岩、玄武岩和灰岩3种岩石试样进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,研究了岩石材料抗拉强度的加载速率效应。基于三维扫描建立劈裂节理面数字地形,定性地研究了加载速率对劈裂节理面破坏形貌的影响。随后通过3种岩样劈裂节理面粗糙度指标的计算,定量地研究了粗糙度与加载速率和抗拉强度的关系。研究结果表明:岩石抗拉强度随加载速率的增加而增大,在双对数坐标系下,两者表现出较好的线性相关性,根据3种岩石材料劈裂节理面的表面形态,从粗糙度定性和定量结合评价的角度,对比得出加载速率和抗拉强度对试样劈裂节理面粗糙度具有显著影响,岩石的加载速率越大,抗拉强度越大,劈裂节理面粗糙度也随之越大。该研究结果为节理面形貌指标与力学参数的关系研究提供一定参考。 展开更多

关键词 巴西试验 加载速率 抗拉强度 节理面形貌

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走滑断层作用下跨断层隧洞错断模型试验研究 被引量：8

10

作者 王天强 崔臻 +3 位作者 盛谦 宁宝宽 马亚丽娜 周光新 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期597-605,共9页

隧洞抗错断研究中,正、逆断层研究较多,走滑断层研究较少。针对走滑断层引起的隧洞变形破坏、应变分布规律以及上覆围岩的破裂形态等关键问题,以滇中引水输水隧洞为依托工程,制作了隧洞模型开展走滑断层作用下断层隧洞的抗错断模型试验... 隧洞抗错断研究中,正、逆断层研究较多,走滑断层研究较少。针对走滑断层引起的隧洞变形破坏、应变分布规律以及上覆围岩的破裂形态等关键问题,以滇中引水输水隧洞为依托工程,制作了隧洞模型开展走滑断层作用下断层隧洞的抗错断模型试验研究,得到隧洞在走滑断层断层错动作用下的结构响应规律。结果表明:①隧道衬砌结构在走滑断层作用下的破坏形式是弯曲张拉破坏以及直接剪切组合破坏,其中剪切破坏是主要破坏形式;②隧道衬砌结构沿纵向以受拉为主,主要集中在活动盘距离错断面⁃0.5D~2.0D(D为隧洞直径)范围内的隧洞衬砌顶部以及两侧拱腰沿纵向位置处,而受压区主要在活动盘距离错动面⁃0.5D~0.5D内与活动盘移动方向一致的一侧拱腰;环向应变的影响主要集中在断层错动面附近;③活动盘受断层错动影响范围和剧烈程度均小于固定盘,故断层错动作用下的固定盘是隧洞抗错断控制重点。 展开更多

关键词 隧洞 走滑断层 模型试验 应变分布 变形特性

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重塑黄土的强度影响因素及基于核磁共振的微观解释 被引量：4

11

作者 程昊民 冷先伦 马亚丽娜 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第20期142-147,共6页

黄土的抗剪强度特性影响着黄土地区边坡和路基等的稳定性,抗剪强度特性与土体的含水率和干密度密切相关。通过制备不同含水率和干密度的重塑黄土试样,通过室内直剪试验和核磁共振测试对重塑黄土的抗剪强度特性进行研究。研究结果表明,... 黄土的抗剪强度特性影响着黄土地区边坡和路基等的稳定性,抗剪强度特性与土体的含水率和干密度密切相关。通过制备不同含水率和干密度的重塑黄土试样,通过室内直剪试验和核磁共振测试对重塑黄土的抗剪强度特性进行研究。研究结果表明,在低含水率的情况下,重塑黄土应力应变曲线有峰值点存在,呈现应变软化特性;在高含水率的情况下,应力应变曲线没有明显峰值,呈现应变硬化特性。随着土样含水率变大,黏聚力显著下降,内摩擦角变化规律不明显;随着土样干密度变大,其黏聚力增大。随后采用核磁共振测试技术对上述不同含水率和干密度状态的环刀样开展了含水量分布的测试,测试结果进一步从微观层面上解释了重塑黄土抗剪强度参数变化的规律。 展开更多

关键词 重塑黄土 直剪试验 抗剪强度 核磁共振 T2分布曲线

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