物理引擎技术在土木工程中的应用研究综述

随着土木工程仿真需求的不断提升,传统仿真工具在计算效率和实时交互等方面的能力逐渐无法满足工程要求。物理引擎凭借其强大的非线性、大变形、高效计算能力和灵活性,日益受到研究者关注,成为了土木工程新兴应用研究热点。首先,介绍物理引擎技术概念及原理,系统梳理物理引擎技术在土木工程细分专业中的研究前沿和重点问题;其次,基于现有研究的局限性,提出制约物理引擎应用的计算效率和可靠性两大难题;然后,为了推动物理引擎技术的应用研究发展,提出从硬件、算法、策略角度提升计算效率,从模型改进、多场耦合、参数校准角度提升可靠性的物理引擎应用方法;最后,提出了物理引擎技术在未来土木工程中的重点研究方向和发展建议,对工程应用研究具有参考意义。

隧道初期支护模袋混凝土抗压强度试验研究

为研究隧道新型支护模袋混凝土的抗压强度,设计了高流态混凝土配合比,对4个不同试验工况的混凝土试件,以3,7,28 d抗压强度为考察指标,分析在相同排水条件下模袋以及在相同模袋条件下有压排水对于混凝土抗压强度的影响。对比分析养护龄期对不同试验工况混凝土抗压强度的影响,揭示了不同试验工况混凝土破坏形态。结果表明:模袋对混凝土抗压强度影响不大,但可以提高其整体变形能力;有压排水可大幅度提升混凝土抗压强度,且提升随养护龄期增长呈现先增加后减少的规律;不排水混凝土抗压强度前期增长较慢后期较快,而有压排水混凝土恰好相反;无模袋混凝土破坏时形成两个对顶的角锥形破坏面,有模袋混凝土破坏时裂缝沿着平行于力的作用方向产生,但两者边缘都有贯穿裂缝。研究成果可为探究模袋混凝土力学性能及强度试验方法提供一定参考。

圆形洞室围岩破坏模式模型试验研究

为系统研究连续介质条件下隧道围岩的破坏模式和规律,采用模型试验,针对黏性材料和砂性材料2种典型地质材料进行研究。黏性材料由重晶石、石英砂和凡士林按一定配比组成,砂性材料考虑单一石英砂材料和石英砂与重晶石混合2种形式。利用压力盒、位移计、非接触监测系统等监测隧道开挖、加载过程中围岩应力和变形情况。对黏性材料而言,在逐级加载过程中表现出先洞室两侧剪切滑移,后拱顶塌落的二次破坏模式,通过位移和应力的监测可知,随着外部荷载的增大,洞室上方塑性区范围增加,而进入塑性状态后,围岩变形速率加快。对砂性材料而言,单一石英砂材料在开挖后围岩不具有自稳能力;而采用石英砂和重晶石混合后的材料,由于颗粒级配较好,材料具有一定的自锁能力,洞室开挖后可以保持稳定,随着逐级加载,洞室顶部首先出现二次抛物线型塌落拱,然后拱脚位置向洞室两侧移动,当其发展到水平中轴线处达到稳定,此时塌落拱滑裂面与普氏拱理论类似。模型试验揭示连续介质条件下隧道围岩的破坏模式,对隧道支护参数的确定具有重要意义。

高速铁路隧道初支、二衬间接触压力研究

为了系统研究高速铁路隧道二次衬砌力学特性,依托贵广、兰渝、京沪铁路多个典型高速铁路隧道工程,对不同级别围岩条件下初支、二衬间的接触压力进行现场监测。通过分析指出:初支、二衬间接触压力在二衬拆模时最大,此时二衬结构受力最不安全;二衬所受的荷载实际上是初支传递过来的围岩形变压力,与规范中采用松散体高度计算得到的松动压力是不同的;通过分析不同级别围岩条件下规范荷载和实测荷载作用下二衬结构的安全性可知,规范荷载作用下隧道结构最不利位置一般在拱顶,而实测荷载作用下隧道结构最不利位置往往在局部应力集中处,且实测荷载作用下二衬的安全性要远高于规范荷载下的情况。因此通过支护时机、支护措施以及必要时辅助工法的施作可以实现初支(和围岩)承受全部荷载,二衬结构作为安全储备。研究结论对深入了解高速铁路隧道二衬的受力特点,更加科学合理地设计二衬具有一定参考价值。

基于连续介质模型的海底隧道渗流问题分析

与普通山岭隧道不同,海底隧道的一个显著的特点就是有着无限的水源对海底隧道进行补给。海底隧道开挖引起的地下水渗流带来两方面的问题:一是结构水荷载的确定问题,二是涌水量的预测问题。将围岩看作各向同性连续介质,针对这两方面的问题进行研究。明确孔隙介质中水压力的实质;根据国内外最新研究成果,针对山岭隧道和海底隧道不同的边界条件,对各向同性渗透系数下平面半无限含水空间圆形隧道稳定渗流的涌水量和水压力分布的解析解进行分析;以青岛胶州湾海底隧道为工程背景,采用数值方法比较应力场对渗流场的影响,以及围岩渗透系数、水深、注浆圈渗透系数和注浆圈厚度的改变对围岩孔隙水压力和洞内涌水量的影响。分析结果表明:隧道开挖的成拱效应对围岩孔隙水压力的分布和洞内涌水量的大小影响不大;在不考虑渗流场和应力场耦合作用、水深一定条件下,渗透系数的改变不会影响毛洞孔隙水压力的分布;隧道洞内涌水量随着围岩渗透系数或围岩上覆海水深度的增大呈线性增大;注浆圈渗透系数的减小和注浆圈厚度的增大都可以达到减小隧道洞内涌水量的目的,在实际施工中应该在注浆的经济性和其堵水效果两方面进行综合分析,确定最优化的注浆参数。

浅埋暗挖地铁车站的安全风险控制技术

为了控制暗挖施工带来的环境风险,提出了以控制地层变形为核心,以保证既有结构安全为目的的风险管理体系.该体系包括:既有结构现状评估、施工影响预测、控制方案制定、监测反馈及工后评估与恢复,在目前国内最大的暗挖地铁换乘车站——北京地铁黄庄站得到了应用,从技术上保证了环境安全.根据监测数据,10号线双层段最终地表沉降全部控制在80 mm以内,其中控制在64 mm以内的测点占总测点数的93.6%;管线测点沉降值全部小于30 mm,最大差异沉降为1.123‰.表明风险控制中制定的控制标准是合理的,施工中采取的措施是有效的.

浅埋暗挖地铁车站下穿既有线结构施工方法研究

以北京地铁5号线崇文门车站过既有线段为研究对象,对下穿既有线结构的新线地铁车站施工方法进行研究。采用三维有限差分软件FLAC3D,对柱洞法、中洞法和侧洞法3种大断面地铁车站施工方法的施工全过程进行三维仿真分析,研究地表沉降、既有线沉降、既有线变形缝两端结构差异沉降和塑性区分布。研究结果表明:3种工法下第1阶段开挖造成的地表沉降在总沉降中占主要部分,柱洞法施工造成的地表沉降和既有线结构沉降最小,中洞法次之,侧洞法最大;不同工法下相同位置处的变形缝两端结构的差异沉降趋势相同,洞室上方变形缝两端结构的差异沉降先增大后减小,远离洞室的变形缝两端结构的差异沉降始终增大;3种地铁开挖方法产生的塑性区基本位于洞室周围,但侧洞法的塑性区深入到既有线结构,影响既有线结构的安全运营。可见,柱洞法相对于其他2种工法具有一定优势,在地层沉降控制要求比较严格时,推荐首选柱洞法。

超大直径泥水式盾构施工地层变形规律研究

文章以南京市纬三路过江通道大直径双线盾构(φ14.5 m)工程为背景,结合现场监测数据,对超大直径泥水式盾构在砂、砂卵石地层中掘进引起的地表变形过程和分布规律进行分析。研究结果表明:盾构隧道地表纵向变形分为四个不同阶段,分别为隆起、快速沉降、缓慢沉降和最后稳定阶段;单线隧道施工地表变形可用Peck公式描述,拟合得到Vl值平均为1.856%,K值平均为0.423,整体呈现单峰状;双线隧道施工地表变形呈不对称双峰状,这是因为后建隧道的施工增加了地表最大沉降值以及沉降槽宽度,进而改变了沉降槽的形状;双线隧道施工地表变形可用双Peck公式进行描述,K值与隧道数量、施工历史情况无明显关联,Vl值与施工方法、质量控制及双线隧道施工顺序有关。研究结果可为类似工程提供指导及参考。

儿童过敏性紫癜肾损害的早期预测因素

过敏性紫癜是儿童时期一种常见的以小血管炎为病理基础的变态反应性疾病,肾损害决定着疾病的转归和预后。综合国内外研究,男童、大年龄儿童、皮肤紫癜持续存在或反复出现、严重腹痛是过敏性紫癜易发肾损害的危险因素,建议对具有以上危险因素的患儿密切观察。

儿童过敏性紫癜临床分析

目的寻找儿童过敏性紫癜易发肾脏损害的因素。方法记录2010年5月至2012年5月就诊的695例HSP患儿的临床资料,对肾脏损害及非肾损害组多种因素进行分析。结果发病年龄学龄前期和学龄期者占96.1%,冬季最多,夏季最少,上呼吸道感染(30.2%)为常见诱因,60.6%无明确诱因。皮肤紫癜多分布于双下肢及臀部,51.9%无复发,反复3次以上的占14.2%,52.4%伴水肿,44.5%伴关节受累,46.8%伴腹痛,32.9%腹痛患儿出现消化道出血。肾脏损害占24.6%,平均发生时间15.6 d,91.2%发生于1个月内,97.7%在3个月内,99.4%在6个月内,94.15无症状,肾损害171例中有52例大量蛋白尿,有24例做了肾活检,病理Ⅱ级和Ⅲ级占83.3%。治疗中未用激素的肾损组占8.8%,非肾损组占16.5%。发病年龄≥6岁、皮肤紫癜反复3次以上、伴有消化道出血在肾损害易感因素Logistic回归分析中有显著性意义(P<0.05)。结论儿童过敏性紫癜总体预后好,起病年龄≥6岁、皮肤紫癜反复3次以上、伴有消化道出血是HSP易发肾损害的危险因素。

基于施工安全性的海底隧道断面优化研究

为了控制地层裂缝的产生和贯穿从而防止突涌水事故的发生,把拱顶沉降作为优化设计中的控制指标,通过控制拱顶沉降来达到控制拱顶地层裂缝产生和贯穿的目的.针对全封堵的防排水形式和有限元软件特点提出了通过等效泊松比的方法来施加围岩荷载和水荷载的思路;提出了包括最优化参数获取,设计变量敏感性分析和优化设计效果评价在内的完整的优化设计分析过程;针对青岛胶州湾海底隧道的具体断面形式进行优化分析:优化后拱顶沉降值减小为原设计的44%;以获得的最优设计为参考点,分析了设计变量的改变对拱顶沉降的影响,分析得出的规律性认识可以更好地指导设计;通过比较优化前后衬砌结构受力,可知优化后的衬砌结构在受力方面也得到了改善.

重视全身炎症反应综合征和代偿性抗炎症反应综合征平衡的研究

全身炎症反应综合征(systemic inflammatoryresponse syndrome,SIRS)是1991年美国胸科医师学会/危重症医学会(ACCP/SCCM)在芝加哥联合召开的讨论会上提出的[1],指由感染或非感染因素引起炎症因子瀑布式释放,引起组织损伤,最后可能发展为多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome,MODS).

急性淋巴细胞白血病153例

目的观察不同化疗方案治疗急性淋巴细胞白血病(ALL)患儿的效果。方法ALL患儿153例按不同的治疗方案分为两组,甲组诱导采用VP、CVP、DVP或CDVP方案,预防髓外白血病主要是三联(MTX、Ara-C、DEX)鞘注。乙组诱导采用VDLP或CDVLP方案,预防髓外白血病采用HD-MTX和三联鞘注。结果坚持治疗的乙组人数较甲组明显增多(P<0.01),骨髓复发率甲组显著高于乙组(P<0.01),髓外白血病发生率甲组高于乙组(P<0.05),长期缓解率乙组明显高于甲组(P<0.01)。结论多药联合诱导治疗,尤其加入左旋门冬酰胺酶(L-asp),使骨髓复发率明显下降,长期存活率提高;HD-MTX能有效预防髓外白血病。

基于改进麻雀搜索算法优化LSTM的滚动轴承故障诊断

为了对滚动轴承的工作状态及故障类别进行准确的诊断,本文采用长短时记忆(LSTM)神经网络作为分类器对滚动轴承数据集进行分类诊断。首先,从滚动轴承原始运行振动信号中提取时域和频域特征参数,组成具有高维特征参数的数据集;使用核主成分分析(KPCA)方法对高维特征集进行降维处理,选取重要性程度高的特征构成输入特征向量。然后,针对LSTM神经网络在滚动轴承故障诊断中存在的超参数难以确定的问题,提出一种基于自适应t分布策略的麻雀搜索算法优化LSTM神经网络的故障诊断方法(tSSA–LSTM)。最后,使用凯斯西储大学滚动轴承数据中心的数据进行故障诊断精度测试、泛化性能测试及噪声环境下故障诊断性能测试等多个仿真实验,并将本文提出的诊断模型与麻雀搜索算法优化长短时记忆神经网络(SSA–LSTM)、遗传算法优化长短时记忆神经网络(GA–LSTM)、粒子群算法优化长短时记忆神经网络(PSO–LSTM)及传统LSTM诊断模型进行对比。结果表明:tSSA可以更有效地对LSTM的隐含层神经元数量、周期次数、学习率等超参数进行合理优化;所提方法的平均诊断准确率达到98.86%,交叉验证平均诊断结果为98.57%;所提方法在噪声干扰下的故障诊断准确率也优于对比方法。因此,本文提出的tSSA–LSTM模型不仅可以更精准地诊断滚动轴承故障状态,而且具有更强的泛化能力及抗干扰能力,有效地提高了滚动轴承故障诊断的性能。

砂岩油藏油-气-水不混溶包裹体特征及成因

对多个砂岩油藏中流体包裹体进行研究后发现,石英颗粒中普遍发育一类油-气-水不混溶包裹体。这类包裹体非均一捕获了油-水两相,表现出油-气-水三相共存、均一温度异常高、同一组合内包裹体气/液比和均一温度分布离散且无规律、气泡紧靠包裹体内壁、降温后不共结等特征。因镜下特征与盐水包裹体相近,其异常高的均一温度易对测试结果造成严重影响,仔细观察包裹体的荧光特征和降温后的共结现象能够准确地进行识别。包裹体内油相组分以沥青质为主且吸附在包裹体内壁上,反映这类包裹体的普遍发育与矿物颗粒对原油沥青质中极性组分的选择性吸附作用有密切关系。

小儿骨髓坏死9例临床分析

目的了解小儿骨髓坏死的疾病分布及预后。方法分析9例小儿骨髓坏死的病历资料和化验检查。结果9例小儿骨髓坏死均为恶性肿瘤引起,几乎均有骨痛,坚持化疗的的患儿骨髓均恢复正常。结论小儿骨髓坏死绝大多数为恶性肿瘤所致,及早诊断和治疗,预后不一定差。

高速铁路隧道壁面气动荷载研究现状与趋势分析

高速铁路隧道壁面气动荷载是隧道结构破坏的主要诱因之一,了解并掌握其特征对高速铁路隧道结构设计与安全营运具有重要的理论意义与工程价值。通过论述高速铁路隧道壁面气动荷载特征与现场实车测试、动模型试验以及数值仿真模拟三种研究手段的技术现状与未来发展趋势。总结归纳得出:(1)列车驶入隧道前,壁面气动荷载峰值小、持续时间短;列车在隧道内行驶时,壁面气动荷载表现为正负峰值不等的不规则变化规律;列车车尾驶出隧道后,气动荷载表现为周期性正负峰值交替的衰减规律。(2)三维光纤贴壁线性布置技术利于实现隧道全断面、全长测点布置,且具有重复利用率高,试验费用低、工作量少等优点,可作为现场实车测试过程中数据采集系统的一个重要比选方案,电机控制能进一步提高模型列车运行速度的控制精度,可作为未来动模型试验系统动力控制的优选技术之一。