穿越走滑断层隧道柔性接头抗错性能试验研究

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作者 粟威 陶伟明 +4 位作者 匡亮 张熙 申玉生 曹彧 胡炜 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第6期123-133,共11页

以西部高烈度地区穿越活动断裂带隧道工程为依托,开展大型模型试验,对左旋走滑断层运动下隧道结构的变形模式、受力特征和破坏形态进行分析。深入研究穿越断层破碎带整体式隧道结构,采用节段式衬砌和柔性接头连接下隧道结构的应变响应... 以西部高烈度地区穿越活动断裂带隧道工程为依托,开展大型模型试验,对左旋走滑断层运动下隧道结构的变形模式、受力特征和破坏形态进行分析。深入研究穿越断层破碎带整体式隧道结构,采用节段式衬砌和柔性接头连接下隧道结构的应变响应、位移形式、内力分布和破坏模式,旨在探究断层强制位移作用下隧道结构的响应规律,得出铰接设计对隧道结构抗错断性能提升的影响。研究结果表明,在断层破碎带内设置15 cm长度衬砌节段,并以30 cm长度节段向两侧过渡,衬砌节段之间采用柔性接头连接形式,能够有效减小断层破裂面附近隧道结构的拉、压应变峰值,其中左拱腰处应变峰值降幅达到84.6%;柔性接头可通过剪切、扭转变形承担围岩传递至隧道结构的位错,隧道结构的位移曲线在柔性接头处出现不连续现象;断层走滑错动作用下断层带与活动盘交界面隧道结构受弯最严重,隧道拱腰和拱脚处弯矩最大,采用抗错断措施之后拱腰弯矩降幅最大达到87.1%;柔性接头能够避免衬砌大范围开裂和损伤,仅出现衬砌局部拉、压破坏,显著提升隧道结构的抗错断性能。为高烈度地区穿越活动断裂带隧道工程的抗错断设计提供一定的参考依据。 展开更多

关键词 铁路隧道 走滑断层 柔性接头 节段衬砌 抗错断性能 模型试验

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穿越断层破碎带隧道变刚度衬砌振动台试验研究

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作者 申玉生 张熙 +4 位作者 常铭宇 潘笑海 粟威 陶伟明 赵何霖 《土木工程学报》 北大核心 2025年第8期101-114,共14页

依托我国西部地区穿越大型活动断裂带隧道工程,基于“引”和“让”的抗震理念设计穿越断层隧道变刚度衬砌结构,实现结构诱导变形、减小地震损伤范围的目的,并开展穿越断层破碎带隧道变刚度衬砌振动台试验进行验证。在水平剪切地震动激励... 依托我国西部地区穿越大型活动断裂带隧道工程,基于“引”和“让”的抗震理念设计穿越断层隧道变刚度衬砌结构,实现结构诱导变形、减小地震损伤范围的目的,并开展穿越断层破碎带隧道变刚度衬砌振动台试验进行验证。在水平剪切地震动激励下,根据隧道结构的加速度、接触应力、应变响应特征,以及隧道结构整体、局部连接处震害形态,探究强震作用下变刚度衬砌节段的损伤特征和减震抗错性能。研究结果表明:小于0.2g地震动时隧道结构沿轴向加速度放大系数呈断层破碎带中部大、交界面附近小的特点,地震动大于0.2g时分布形式则相反;边际谱幅值放大系数小于1时,表明隧道结构能量耗散、产生损伤,0.2g地震动后断层破碎带内隧道仰拱局部出现损伤,0.8g地震动后上盘与断层交界面隧道边际谱幅值放大系数降至0.3,结构损伤最为严重;交界面附近围岩-衬砌接触应力峰值小于上、下盘,但围岩发生塑性破坏的时机更早;破碎带内隧道仰拱损伤早于上、下盘,但损伤程度更轻;断层交界面附近衬砌开裂、错断最严重,需重点加强抗震设计;断层破碎带中部及上、下盘距交界面较远处由于衬砌变刚度结构和柔性接头的减震、诱导变形功能,震后隧道结构损伤程度较轻、范围较小。文中结论可为高烈度地震区隧道工程抗震与减震设计提供一定的参考依据。 展开更多

关键词 隧道工程 断层破碎带 变刚度衬砌 柔性接头 幅值放大系数 振动台试验

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基于数字图像技术振动台试验结构位移信息捕捉技术研究 被引量：4

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作者 常铭宇 申玉生 +3 位作者 张熙 高登 骆阳 王浩鱇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期139-148,158,共11页

针对振动台试验模型箱位移、围岩错动以及隧道衬砌变形监测的需求,将YOLO-V2、改进Canny边缘检测、Hough变换及倾斜矫正技术相结合,提出了一种倾斜影像的自动矫正技术,实现了将倾斜影像修正为相机光轴垂直于测点运动平面的图像分析;提... 针对振动台试验模型箱位移、围岩错动以及隧道衬砌变形监测的需求,将YOLO-V2、改进Canny边缘检测、Hough变换及倾斜矫正技术相结合,提出了一种倾斜影像的自动矫正技术,实现了将倾斜影像修正为相机光轴垂直于测点运动平面的图像分析;提高了试验数据结果的处理精度,扩大了目标追踪算法在结构位移和变形监测的使用范围。同时通过核相关滤波技术完成对修正后的影像进行追踪,形成一套完整的地震动信号捕捉与监测系统。采用该系统进行了强震作用下穿越断层隧道韧性结构减震抗错性能试验研究,分别对模型箱位移、围岩错动和隧道衬砌变形进行信号识别与捕捉,同时对比分析了高精度拉线式位移计和位移传感器采集的数据,验证了系统的可靠性。结果表明:在监测点位设有标记物时,首先对采集结果进行倾斜矫正后追踪,通过监测结果与位移传感器进行对比,两者的2-范数小于0.005;而在无标记物时对结构表面特征物进行追踪,精度达到了97.5%;试验数据证明通过倾斜影像自动矫正技术来完成非对正对标记物时的影像进行追踪具有较高可靠性。 展开更多

关键词 振动台试验 变形监测 CANNY边缘检测 倾斜影像自动修正 目标追踪

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基于混合有限元的显式时域完美匹配层研究 被引量：1

4

作者 周鹏发 申玉生 +3 位作者 高登 张熙 黄海峰 高波 《岩土力学》 北大核心 2025年第5期1605-1619,1631,共16页

为解决岩土动力学分析中的外行波吸收问题,提出了一种基于中心差分法的显式混合有限元时域完美匹配层(perfectly matched layer,简称PML)。推导了适用于显式积分的二维及三维有限元半离散方程,并构建了二维应力-位移场混合单元Q4/4和三... 为解决岩土动力学分析中的外行波吸收问题,提出了一种基于中心差分法的显式混合有限元时域完美匹配层(perfectly matched layer,简称PML)。推导了适用于显式积分的二维及三维有限元半离散方程,并构建了二维应力-位移场混合单元Q4/4和三维应力-位移场混合单元HEX8/8进行空间离散,提出了一种适用于三阶动力方程的扩展中心差分法显式积分格式,并将其应用于求解三维时域完美匹配层方程。基于ABAQUS/Explicit进行了程序实现,开展数值试验分析了该人工边界在不同地层类型、波动类型、波动频率及边界厚度等条件下的吸收性能。结果表明:各计算工况下完美匹配层均能有条件的收敛;当完美匹配层厚度大于10层单元时,各工况截断模型响应与扩大模型响应的归一化均方根偏差均小于2%。所提出的积分格式及数值实现方案具有良好的稳定性和计算精度,不同地层条件下完美匹配层对不同类型及不同频率的外行波均表现出良好的吸收性能。研究成果在岩土动力学分析领域具有广泛的应用前景。 展开更多

关键词 人工边界 完美匹配层 混合有限元 ABAQUS 弹性波 VUEL

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基于经验约束神经网络的高速铁路路基累积变形预测研究 被引量：1

5

作者 邓志兴 徐林荣 +2 位作者 李永威 王武斌 苏谦 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第2期469-484,共16页

掌握高速铁路路基变形发展对变形病害的控制与运营管理意义重大。目前,机器学习方法被广泛应用于累积变形预测,而传统机器学习路基累积变形预测模型存在时间分布外泛化性差的弊端。因此,提出一种基于经验约束神经网络(ECNN)的高速铁路... 掌握高速铁路路基变形发展对变形病害的控制与运营管理意义重大。目前,机器学习方法被广泛应用于累积变形预测,而传统机器学习路基累积变形预测模型存在时间分布外泛化性差的弊端。因此,提出一种基于经验约束神经网络(ECNN)的高速铁路路基累积变形预测方法。首先,基于工程现场或室内试验数据构建路基累积变形预测数据集,并划分为训练集和测试集;其次,基于训练集建立神经网络模型,综合测试集上的预测精度与误差、预测不确定性2个层次结果,确定最优神经网络预测模型;最后,利用最优神经网络模型驱动路基累积变形的数据信息,并以损失函数修正的方式嵌入累积塑性应变关系曲线(经验信息),实现对最优神经网络模型参数和损失函数的约束,完成ECNN模型构建。案例分析表明:双向门控循环单元(Bi-GRU)模型为最优的神经网络预测模型,拟合优度R~2达到0.972 59,扩展不确定性U_(95)和标准化平均差f_(smd)仅为0.015 6、0.181 09;相较于Bi-GRU模型,ECNN模型在预测精度与误差、预测不确定性2个层次均更优,表明考虑经验信息约束的ECNN模型具备更强的预测性能;ECNN模型相较于Bi-GRU模型具有优异的时间分布外泛化性能,当训练集覆盖的时间跨度较小时,可有效提高累积变形的预测精度。研究成果可为高速铁路路基累积变形预测提供新参考。 展开更多

关键词 高速铁路 累积变形预测 经验约束神经网络 神经网络 累积塑性应变关系

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泥岩地层盾构切削桩基沉降规律及加固技术 被引量：1

6

作者 李海波 张昕阳 +3 位作者 孙天赦 罗辉平 刘君 申玉生 《铁道建筑》 北大核心 2025年第2期95-100,共6页

盾构下穿建(构)筑物桩基,必要时采用直接切削桩基的方式通过。为分析泥岩地层盾构切桩施工过程对地表沉降和桩顶沉降的影响,探究多种加固措施对沉降控制的有效性,依托成都轨道交通13号线四川师大站—娇子立交站区间盾构隧道工程,开展泥... 盾构下穿建(构)筑物桩基,必要时采用直接切削桩基的方式通过。为分析泥岩地层盾构切桩施工过程对地表沉降和桩顶沉降的影响,探究多种加固措施对沉降控制的有效性,依托成都轨道交通13号线四川师大站—娇子立交站区间盾构隧道工程,开展泥岩地层下盾构隧道切削桥梁桩基技术研究,对比分析了多种加固措施下桩顶沉降及地表沉降控制效果,提出建议方案并开展现场工程应用。结果表明:盾构切桩对地表沉降和桩基沉降的影响主要集中在切桩阶段和盾尾脱出阶段,地表最大沉降为14.72 mm,桩顶最大沉降为22.49 mm;洞内径向注浆、袖阀管注浆、桩基托换等加固措施均能不同程度降低地表沉降和桩顶沉降,其中桩基托换的效果最优,能降低80%以上的地表沉降,桩顶沉降可降低至1.24 mm;提出桩基托换技术方案,现场实测桩顶沉降数据与研究结果一致性较好(误差0.5 mm左右),说明泥岩地层盾构切桩与桩基托换技术方案均是有效的。研究结果可为类似工程提供参考。 展开更多

关键词 盾构隧道 泥岩地层 桥梁桩基 切削桩基 桩顶沉降 数值模拟 地基加固 桩基托换

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侧板铰接式穿断层隧道动力模型箱研制及应用研究

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作者 周鹏发 申玉生 +4 位作者 高登 黄海峰 张熙 高波 铁明亮 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第5期1045-1054,共10页

为满足当前中国对地下工程抗减震试验技术的需求,研发了一种侧板铰接式穿断层隧道动力模型箱。介绍了模型箱的基本构造和工作原理,并建立了动力模型箱的土-铰接侧板-弹簧集中质量模型。以加速度响应2-范数偏差为指标,分析了边界弹簧刚... 为满足当前中国对地下工程抗减震试验技术的需求,研发了一种侧板铰接式穿断层隧道动力模型箱。介绍了模型箱的基本构造和工作原理,并建立了动力模型箱的土-铰接侧板-弹簧集中质量模型。以加速度响应2-范数偏差为指标,分析了边界弹簧刚度对模型箱边界效应的影响,给出了模型箱边界弹簧参数的确定方法。最后,基于该模型箱开展了穿断层隧道大型振动台模型试验,研究了强震作用下断层交界面对隧道结构的影响范围问题。结果表明:模型箱边界效应随模型土阻尼比的增大逐渐减弱;随着边界弹簧刚度的增加,模型土响应与自由场土体响应的2-范数偏差及边界板响应与模型土响应的2-范数偏差均先减小后增大;边界弹簧刚度应该以模型土响应与自由场土体响应2-范数偏差最小值为标准,按照“可柔不能刚”的原则进行确定。振动台试验结果表明,模型系统能够较好反映穿断层隧道交界面附近的分区影响特性;通过衬砌结构整体弯矩和轴力沿纵向的分布特征,得到了断层交界面对隧道结构的影响范围分别为4B(上盘侧)和5B(破碎带侧)。研究结论是对中国高烈度地震区隧道抗震试验技术的丰富,能够为岩土地下工程振动台模型试验提供有益参考。 展开更多

关键词 隧道工程 振动台试验 铰接侧板 模型箱 边界效应 穿断层隧道

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高铁路基动力稳定性能评价方法与应用研究

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作者 邓志兴 谢康 +5 位作者 王武斌 徐林荣 李泰灃 苏谦 王迅 刘宝 《铁道学报》 北大核心 2025年第3期126-134,共9页

目前缺少一种快速、超前、综合的高速铁路路基动力稳定性能评价方法,限制了路基动响应和累积变形数据的利用程度,易导致对路基的服役性能评价不充分、甚至在运营期间劣化等问题。因此,基于激振测试和机器学习(ML)提出一种高铁路基动力... 目前缺少一种快速、超前、综合的高速铁路路基动力稳定性能评价方法,限制了路基动响应和累积变形数据的利用程度,易导致对路基的服役性能评价不充分、甚至在运营期间劣化等问题。因此,基于激振测试和机器学习(ML)提出一种高铁路基动力稳定性能评价方法。首先,利用大型激振器模拟高速列车荷载,以快速获得高速铁路路基动力稳定性能评价指标,包括动响应(动应力、振动加速度)和累积变形;其次,基于优选的最佳ML模型对累积变形进行超前预测,探索累积变形的未来发展趋势;最后,综合路基动响应评估和路基累积变形评估,实现高速铁路路基动力稳定性能评价,并依托杭绍台高速铁路路基试验段验证该方法的有效性。结果表明:激振试验过程中,路基最大动应力、振动加速度和累积变形分别为42.5 kPa、8.496 m/s^(2)、3.26 mm,均小于各自阈值50 kPa、10 m/s^(2)和15 mm;优选得到性能最佳的LSTM模型,并基于LSTM模型得到累积变形预测值稳定于3.27 mm,表明累积变形满足超前评估要求。综合路基动响应和路基累积变形评估结果,得到该高速铁路路基动力稳定性能较好。相关研究成果为高速铁路路基结构动力稳定性能评价提供新的思路,也可为高速铁路智能运维提供超前参考。 展开更多

关键词 高速铁路路基 激振测试 机器学习 动力响应 累积变形

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复杂地层盾构切削群桩的刀具研究

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作者 孙天赦 张昕阳 +3 位作者 郝建雷 李驰 余嘉楷 申玉生 《都市快轨交通》 北大核心 2025年第5期114-123,共10页

为解决盾构下穿城市高架桥时桩基处理效率与结构安全难以兼顾的技术难题,本文以成都轨道交通13号线四川师大-娇子立交区间工程为背景,针对泥岩地层中盾构切削群桩的关键问题展开研究。通过创新刀具选型与施工控制技术,建立一套兼顾施工... 为解决盾构下穿城市高架桥时桩基处理效率与结构安全难以兼顾的技术难题,本文以成都轨道交通13号线四川师大-娇子立交区间工程为背景,针对泥岩地层中盾构切削群桩的关键问题展开研究。通过创新刀具选型与施工控制技术,建立一套兼顾施工效率与结构安全的盾构切桩综合解决方案。研究采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对贝壳刀前角、刃角及刃宽等参数进行优化。研究结果表明:(1)盾构刀盘采用6面板+6辐条复合式刀盘,切桩采用前角–45°零后角、90°刃角、10 mm刃宽的双面刃贝壳刀,可提升盾构切桩效果;(2)设计滚刀+刮刀+贝壳刀+先行刀的刀具布置,通过盾构机系统改进技术和施工控制措施,使切桩达到最佳效果;(3)现场实测桩顶最大沉降仅2.81 mm,稳定后沉降1.75 mm;排出长度小于750 mm的钢筋约占76.3%,断口形式为切断的钢筋约占70.1%,说明刀盘刀具布置形式合理,能有效切断大部分钢筋,同时对桩顶沉降影响较小。研究结果可为盾构切桩工法在复杂地层切削群桩提供参考。 展开更多

关键词 城市轨道交通 盾构隧道 切削桥梁桩基 刀具设计 施工控制 泥岩地层

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基于破碎带围岩变形受力特征的偏压隧道控制措施研究

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作者 陈孔福 申玉生 +4 位作者 赵何霖 张熙 朱正超 孔德高 周鹏发 《工程地质学报》 北大核心 2025年第2期621-631,共11页

穿越破碎带的偏压隧道开挖后,围岩变形与支护受力较大,同时表现为深浅埋侧非对称性,导致隧道一侧混凝土剥落与钢架扭曲等,严重影响隧道施工的安全和进度。依托九绵高速公路水牛家隧道,根据现场试验所得数据分析隧道的变形与围岩接触压... 穿越破碎带的偏压隧道开挖后,围岩变形与支护受力较大,同时表现为深浅埋侧非对称性,导致隧道一侧混凝土剥落与钢架扭曲等,严重影响隧道施工的安全和进度。依托九绵高速公路水牛家隧道,根据现场试验所得数据分析隧道的变形与围岩接触压力变化与分布规律;结合数值模拟,对隧道开挖顺序与长短锚杆布置形式进行优化。在双层超前小导管的基础上,提出“先挖深埋的三台阶七步法+长短锚杆非对称布置+径向注浆”的针对性措施,并开展现场试验验证其可行性。结果表明:变形与围岩接触压力在隧道两侧呈现出明显的非对称性,变形缺少收敛阶段,说明原设计方案不能提供足够的支护力。采取针对性措施后,拱顶沉降均值降低40.4%,水平收敛均值减小54.0%,隧道变形得到较好的控制,左拱肩与左拱脚围岩接触压力分别减小了25.4%、29.7%;左右拱腰收敛比值由1.60降低为1.12,左右拱脚围岩接触压力比值由2.13减小为1.46倍,变形与受力的非对称性明显降低。同时混凝土剥落与钢拱架扭曲等大变形灾害的发生减少,施工效率明显提高。研究成果为类似偏压隧道的施工与设计提供参考与借鉴。 展开更多

关键词 偏压隧道 破碎带 变形受力特征 非对称支护 径向注浆 现场试验

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基于改进完美匹配层的非均匀弹性波输入研究

11

作者 周鹏发 闻毓民 +3 位作者 何永辉 高登 骆阳 常铭宇 《岩土力学》 北大核心 2025年第10期3253-3266,共14页

为实现均质地层中非均匀弹性波的精确输入,对基于时域完美匹配层(perfectly matched layer,简称PML)的域缩减法(domain reduction method,简称DRM)进行了研究。提出了一种改进形式的坐标伸展函数,并给出了参数确定方法。基于ABAQUS/Expl... 为实现均质地层中非均匀弹性波的精确输入,对基于时域完美匹配层(perfectly matched layer,简称PML)的域缩减法(domain reduction method,简称DRM)进行了研究。提出了一种改进形式的坐标伸展函数,并给出了参数确定方法。基于ABAQUS/Explicit对改进完美匹配层和域缩减法进行了程序实现。推导了弹性半空间中两种典型非均匀弹性波(超临界角入射SV波和Rayleigh波)的自由场位移时域表达式。开展了数值试验,分别对改进伸展函数的有效性、不同人工边界对外行波的吸收效果、超临界角入射SV波和Rayleigh波的输入精度等问题进行了验证。结果表明:改进后的伸展函数物理意义清晰,有效提高了参数取值的便捷性;相比传统黏弹性边界和无限元边界,完美匹配层对外行波的吸收效率更高;域缩减法程序能够精确输入两种典型非均匀弹性波,模型位移响应数值解与解析解的归一化均方根偏差小于1%。研究成果能为岩土及地下工程抗减震研究提供有益参考。 展开更多

关键词 波动输入 完美匹配层 域缩减法 临界角 SV波 RAYLEIGH波

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基于地基梁理论的断层非线性错动下隧道纵向响应研究

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作者 铁明亮 常铭宇 +4 位作者 詹胜文 申玉生 左雷彬 陈孔福 张熙 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第7期1365-1376,共12页

为研究走滑断层错动作用下隧道结构的纵向响应,采用Pasternak双参数地基和弹性梁理论,建立穿越多破裂面断层隧道在断层强制位错作用下的纵向响应微分方程,通过数学方法求解获得隧道结构在断层位错作用下的纵向变形、内力响应,并通过模... 为研究走滑断层错动作用下隧道结构的纵向响应,采用Pasternak双参数地基和弹性梁理论,建立穿越多破裂面断层隧道在断层强制位错作用下的纵向响应微分方程,通过数学方法求解获得隧道结构在断层位错作用下的纵向变形、内力响应,并通过模型试验和数值模拟对理论解析模型的有效性进行验证。在此基础上,采用理论解析模型对隧道结构纵向响应的影响因素进行敏感性分析。主要得出以下结论:1)理论解析模型计算得到的隧道纵向变形和弯矩变化趋势与模型试验和数值模拟结果完全一致,但数值上趋于保守;2)断层错动的位移形式和围岩-隧道结构的刚度匹配关系对隧道结构纵向响应的影响较大,应根据具体的断层破碎带形式选择合适的断层错动位移函数;3)随着围岩-隧道结构刚度比的增大,围岩对隧道结构的约束作用随之增大,隧道结构纵向内力集中现象增加,但受断层错动影响的范围减小,在具体工程设计中应结合施工成本、抢通时间等来选择合适的围岩-隧道结构刚度匹配关系。 展开更多

关键词 隧道工程 断层错动 模型试验 弹性地基梁 理论解析模型

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高铁桥梁装配式双柱空心墩承插深度研究 被引量：1

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作者 袁得铮 邵长江 +2 位作者 韦旺 漆启明 崔皓蒙 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第3期98-105,共8页

高铁桥梁桥墩刚度大,结构及构造有别于公路及市政桥梁,大量既有公路、市政承插式桥墩的研究成果是否适用于承插式铁路墩,需进行深入系统的研究。建立现浇和承插式双柱原型空心墩的非线性有限元模型,并结合既有试验结果验证了建模方法的... 高铁桥梁桥墩刚度大,结构及构造有别于公路及市政桥梁,大量既有公路、市政承插式桥墩的研究成果是否适用于承插式铁路墩,需进行深入系统的研究。建立现浇和承插式双柱原型空心墩的非线性有限元模型,并结合既有试验结果验证了建模方法的正确性。通过模拟桥墩在拟静力往复作用下的力学行为,得到双柱空心墩的力-位移曲线,对比承插式桥墩与现浇桥墩滞回性能的差异,结合应变渗透效应及纵筋发展长度确定了承插深度的合理取值范围,并提出最小承插深度计算公式。结果表明:承插式桥墩与现浇墩的承载力差别很小,墩高5 m和10 m时,相差最大为2.8%;承插式桥墩和现浇墩的刚度退化规律基本一致,刚度随着侧向位移的增加而降低,位移较小时刚度退化较快,位移较大时刚度退化减慢;纵筋在塑性铰区及承台顶以下应变渗透区内屈服,在此区域以下400 mm范围应变则迅速减小,应变渗透区段为承插式墩身易损部位;根据本文提出的最小承插深度计算公式得到的高铁空心墩的最小承插深度设计值为0.5D(D为墩柱外径)。为保证承插式桥墩的安全性,应采取合理构造措施确保桥墩应变渗透区段抗震性能,推荐高烈度区桥墩的承插深度大于0.5D。 展开更多

关键词 高速铁路 桥墩 装配式双柱空心墩 承插深度 应变渗透 抗震性能 高烈度区

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穿越多破裂面断层隧道动力模型箱设计及振动台试验验证

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作者 王浩鱇 申玉生 +3 位作者 常铭宇 张昕阳 潘笑海 张熙 《震灾防御技术》 北大核心 2025年第2期385-398,共14页

振动台模型试验是研究工程结构动力响应的重要手段,模型箱作为隧道工程振动台模型试验的关键因素,其设计的合理性成为确保振动台试验准确的关键。本文依托某高烈度地震区穿越大型断裂带隧道工程,以穿越多破裂面断层隧道为对象,根据多破... 振动台模型试验是研究工程结构动力响应的重要手段,模型箱作为隧道工程振动台模型试验的关键因素,其设计的合理性成为确保振动台试验准确的关键。本文依托某高烈度地震区穿越大型断裂带隧道工程,以穿越多破裂面断层隧道为对象,根据多破裂断层相互作用力学机理,基于弹性地基理论构建了集中质量力学模型,并设计了针对穿越多破裂面断层隧道的动力模型箱。利用有限元软件对模型箱进行模态频响分析,得出模型箱-围岩-衬砌在地震动作用下不发生共振,各阶振型之间不会产生影响。运用该模型箱进行振动台试验并验证合理性,结果表明,围岩纵向范围同高度处,破碎带与上下盘交界处附近土体加速度峰值最大,显示出在地震作用下穿越多破裂面断层隧道与围岩的加速度响应特性;隧道衬砌共轭45°相对位移及围岩-衬砌拱顶接触应力峰值最大值出现在破碎带与上下盘交界处附近,最小值出现在破碎带内部破裂面处,破碎带边缘所受地震力最大;力学模型理论与试验的应力释放量相对差值仅为6.7%、0.5%,位移相差均在10%以内,验证了模型箱能较好地模拟穿越多破裂面断层隧道的错震特性;采用2-范数偏差μ对边界效应进行量化,μ总体小于0.2,并随着PGA的增大先增加后减小并趋于稳定,说明模型箱边界效应影响较小,能够模拟地震时多破裂面断层运动特性,验证了试验结果的可靠性,研究结果可为此类模型箱设计提供参考。 展开更多

关键词 隧道工程 多破裂面 动力模型箱 振动台试验 模态频响分析 应力释放量

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针对极端事件估计的高斯主动学习算法

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作者 杨海婷 尹炜浩 +2 位作者 黄滟雯 杨成 胡瑞青 《土木与环境工程学报(中英文)》 北大核心 2025年第4期148-156,共9页

一些重大关键结构在服役期间会面临极端事件,由于极端事件发生的概率极低而可能被忽视,但如果发生将会导致严重损失。为了准确估计复杂结构的极小失效概率,提出一个能平衡极端事件发生概率计算精度和成本的方法。通过基于高斯代理模型... 一些重大关键结构在服役期间会面临极端事件,由于极端事件发生的概率极低而可能被忽视,但如果发生将会导致严重损失。为了准确估计复杂结构的极小失效概率,提出一个能平衡极端事件发生概率计算精度和成本的方法。通过基于高斯代理模型的主动学习策略,构建能将训练点有效集中在单侧尾部的搜索函数,该函数更善于寻找分布函数加权后的误差最大区域,并重新投入新增训练点。为了验证算法的有效性,以结构开裂非线性分析为算例,将算法结果与MCS进行比较,估计的随机变量均值相对误差在10%左右,表明该方法能得到可接受的统计量结果;与AL-GP的结果进行对比,估计的随机变量误差期望降低了20%,表明在尾部的不确定性能更快降低。通过算例证明了算法对尾部的敏感性更高,适用于有潜在尾部风险的分布计算。 展开更多

关键词 高斯代理模型 可靠性 主动学习 极端事件

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基于降饱和度原理强震作用盾构隧道抗液化机理研究 被引量：1

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作者 申玉生 雷龙 +3 位作者 闵鹏 朱双燕 甘雨航 王彬光 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2022年第4期17-24,共8页

降饱和度法是一种处理地基砂土液化的新方法。文中基于降饱和度原理,通过理论分析及数值模拟的方法对强震作用条件下盾构隧道处于不同饱和度粉土地层中的土体及结构响应开展研究。结果表明:降饱和度法的原理是通过提高流体模量来降低超... 降饱和度法是一种处理地基砂土液化的新方法。文中基于降饱和度原理,通过理论分析及数值模拟的方法对强震作用条件下盾构隧道处于不同饱和度粉土地层中的土体及结构响应开展研究。结果表明:降饱和度法的原理是通过提高流体模量来降低超静孔隙压力;粉土地层在强地震动作用下超孔压比随着深度的增加而减小,而隧道结构的存在会使结构下方的土体的超孔压比增大;当饱和度降至0.98时,粉土的超静孔隙水压力下降了45%,土体各位置处的超孔压比有明显下降,隧道结构的最终水平位移从8.9 cm降至0.7 cm;而随着饱和度的进一步下降,超静孔隙水压力和结构水平位移的下降幅度降低。进一步研究发现当饱和度下降至0.60时,土体超孔压比变化不再显著。文中的研究成果为粉土地层盾构隧道抗液化措施设计提供了一定参考。 展开更多

关键词 盾构隧道 降饱和度 动力响应 抗液化技术 粉土地层

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深埋隧道支护结构内力计算方法研究 被引量：4

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作者 赵何霖 邱居涛 +3 位作者 申玉生 朱鹏霖 苟安迪 董俊 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第36期15656-15664,共9页

深埋隧道是交通建设中的关键,对其力学行为进行深入研究具有重要的理论和工程实际意义。针对既有研究的不足,考虑到深埋隧道支护结构力学响应的空间差异性和施工过程围岩-支护结构的动态作用关系,建立了围岩竖向荷载与径向位移关于隧道... 深埋隧道是交通建设中的关键,对其力学行为进行深入研究具有重要的理论和工程实际意义。针对既有研究的不足,考虑到深埋隧道支护结构力学响应的空间差异性和施工过程围岩-支护结构的动态作用关系,建立了围岩竖向荷载与径向位移关于隧道横截面角度变化的平衡微分方程,获得了围岩压力作用下复合支护结构的内力解析解。根据支护反力与围岩径向位移的关系,推导了初支与围岩、初支与二衬间的围岩压力与位移解析解。结合数值模拟和现场监测结果进行分析,证实了计算方法的可靠性和有效性。最后基于该解析方法,对支护结构厚度和弹性模量进行了参数分析。结果表明:支护结构的厚度和弹性模量与其弯矩正相关,且弹性模量对弯矩影响更大,初支厚度和弹模的变化对围岩压力和径向位移的影响比二衬对其影响更显著。研究成果可为准确预测支护结构任意截面位置的内力提供一定理论支撑。 展开更多

关键词 深埋隧道 支护内力 解析解 数值模拟 现场监测

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近远场地震下RC大跨轻柔拱桥减隔震支座方案优化 被引量：4

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作者 邵长江 崔皓蒙 +4 位作者 漆启明 韦旺 庄卫林 黄辉 袁得铮 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期615-626,共12页

为探明不同地震动输入对某大跨轻柔拱桥减隔震的影响,通过非线性有限元模型分析近远场地震下桥梁结构的响应规律,得到大桥支座的优化布置方案.首先,基于模态分析,对比该桥与传统钢筋混凝土(RC)拱桥动力特性差异;其次,选取不同脉冲周期... 为探明不同地震动输入对某大跨轻柔拱桥减隔震的影响,通过非线性有限元模型分析近远场地震下桥梁结构的响应规律,得到大桥支座的优化布置方案.首先,基于模态分析,对比该桥与传统钢筋混凝土(RC)拱桥动力特性差异;其次,选取不同脉冲周期的近场地震动、近场无脉冲及远场长周期地震动记录;最后,研究近远场地震下拱桥的响应行为和损伤演化路径,得到优化桥梁的减隔震支座设计方案.研究结果表明:近场脉冲及远场长周期地震下的桥梁结构响应大于无脉冲地震响应;纵竖向地震下高墩柱剪力及弯矩包络曲线呈“S”形,墩身中部易形成塑性铰,高阶振型影响显著;桥梁纵桥向先于横向震损,损伤路径依次为矮柱、高墩柱及拱肋实心-空心截面段;摩擦摆支座减震效果最佳但位移较大,高阻尼支座方案在近场中长脉冲周期及远场长周期地震下仍会发生损伤,板式橡胶支座方案因无法保证支座同步滑移而不能形成准隔震体系;“高阻尼+摩擦摆”混合方案的支座位移小,拱肋及墩柱均处于弹性,是近断层大跨轻柔RC拱桥的优选减隔震方案. 展开更多

关键词 大跨轻柔拱桥 近场脉冲型地震 远场地震 损伤演化 混合减隔震设计 高阶振型

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考虑透水效应的泥石流柔性防护网耦合分析方法 被引量：1

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作者 余志祥 骆泓锦 +3 位作者 张丽君 骆丽茹 金云涛 赵雷 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1695-1702,共8页

针对柔性防护网在黏性泥石流通过时的透水效应问题,在柔性环连网等效薄膜有限单元(FEM)的基础上,结合S-ALE和Ergun公式的欧拉-拉格朗日耦合算法,提出了Structured-ALE-FEM耦合算法(简称S-A-F方法),实现了考虑透水效应的泥石流柔性防护... 针对柔性防护网在黏性泥石流通过时的透水效应问题,在柔性环连网等效薄膜有限单元(FEM)的基础上,结合S-ALE和Ergun公式的欧拉-拉格朗日耦合算法,提出了Structured-ALE-FEM耦合算法(简称S-A-F方法),实现了考虑透水效应的泥石流柔性防护网耦合分析。结合USGS的泥石流柔性防护模型试验,开展了泥石流柔性防护全过程动力学分析,并与试验结果进行了对比分析。研究表明:提出的耦合方法可再现泥石流冲击、爬高及渗透堆积的全过程;与试验相比,泥石流堆积高度和堆积宽度的最大误差分别为11.9%和10.3%,泥石流浆体通过量最大差量为3.2%;柔性防护网关键部件动力响应与试验相比,右侧拉锚绳、左侧拉锚绳及网片最大变形量时程曲线误差分别为3.2%,16.4%,14.4%。与不考虑阻水效应的两种理论算法相比,S-A-F方法在泥石流冲击力峰值和泥石流浆体通过量准确度较同类其他方法提升了4.69%和17.50%。提出的S-A-F耦合方法可用于黏性泥石流柔性防护工程的设计计算。 展开更多

关键词 泥石流 柔性防护网 S-ALE 薄膜等效 透水

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掺入普通硅酸盐水泥的粉煤灰地聚物混凝土力学性能与微观特征 被引量：3

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作者 杨成 熊凌鑫 +2 位作者 游俊杰 吉鑫民 胡瑞青 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第3期207-215,共9页

既有研究表明,在粉煤灰地聚物混凝土(FGC)中掺入少量普通硅酸盐水泥颗粒,能够增强其在常温养护后的力学性能,但这个结果尚未与早期接受高温养护且不含普通硅酸盐水泥的FGC进行力学特征对比,以验证其可实用程度。为更加贴近实际工程需求... 既有研究表明,在粉煤灰地聚物混凝土(FGC)中掺入少量普通硅酸盐水泥颗粒,能够增强其在常温养护后的力学性能,但这个结果尚未与早期接受高温养护且不含普通硅酸盐水泥的FGC进行力学特征对比,以验证其可实用程度。为更加贴近实际工程需求,将不含水泥颗粒且接受热固化的FGC与含有少量水泥颗粒仅接受室温固化的FGC进行了包括泊松比在内的基本力学性能测试和比较。为了从微观机制上解释力学性能的测试结果,进行了包括SEM、EDS、XRD、FTIR、Micro-CT等的分析。结果表明:常温养护下含有少量水泥颗粒的FGC各项力学性能与不含水泥颗粒并接受热固化的FGC相近,临破坏前的试件横向应变与纵向应变之比均接近1.0,均有突出的横向变形能力;掺量8%的水泥颗粒在室温条件下对FGC聚合反应的促进效果接近FGC接受高温养护,在形成更为合理的微观孔隙结构方面,改进后的FGC在常温养护条件下优于高温养护FGC。 展开更多

关键词 抗压强度 微观结构 聚合反应 水化产物 不对称伸缩振动

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