高聚物注浆修复的面板堤坝探地雷达波场特征分析

针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复程度及脱空区域大小、面板厚度及配筋等因素对高聚物注浆修复面板脱空堤坝探地雷达波场特征的影响。结果表明:随着激励源中心频率增大,探地雷达剖面图分辨率逐渐增加;随着脱空区域长度增加,探地雷达剖面图中产生的水平状界面反射波增长;随着脱空区域深度增加,探地雷达剖面图水平状反射线之间时间间隔逐渐增大;随着堤坝面板厚度增加,在面板脱空修复区域绕射波和衍射波幅值减小;探地雷达发射的电磁波遇到钢筋时将产生能量较强的绕射波,强绕射波将脱空区域上下分界面的反射波分割开,难以判断反射波的水平长度。根据高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达波场特征,能有效判断堤坝面板脱空区域的高聚物注浆修复效果,有助于解释实际堤坝面板高聚物注浆修复效果的探地雷达图像。

聚氨酯泡沫注浆修复材料泡孔结构特征及抗压性能研究进展

聚氨酯泡沫(PUF)注浆修复材料以轻质高强、快凝高膨胀等优势,在基础设施修复加固领域得到了广泛的应用。抗压性能是工程修复材料十分重要的力学指标之一,而材料的微观结构对其宏观力学行为有决定性影响。近年来,国内外专家学者对PUF注浆修复材料的微观结构特性和抗压性能进行了大量研究,但尚未见到系统性总结。本文介绍了PUF注浆修复材料的定义及反应过程,综述了其微观泡孔结构特性、压缩应力-应变关系和本构模型,从宏微观角度讨论了其变形和破坏机理,总结了密度、试件尺寸、应变率和特殊环境工况对压缩性能的影响机理及规律,最后展望了PUF注浆修复材料未来的研究方向。

脱空混凝土管道纵向力学行为及自膨胀高聚物注浆修复性能提升

为揭示脱空混凝土管道的纵向力学行为以及自膨胀高聚物外部注浆修复性能提升效果,开展了密实、脱空和高聚物修复混凝土管道现场足尺试验和三维有限元数值仿真,并通过试验结果对数值模型进行了验证。以不同管基状态下混凝土管道的截面纵向弯曲弯矩和管顶竖向位移为分析对象,讨论了脱空宽度和脱空长度对混凝土管道力学行为的影响规律,并引入纵向弯矩和竖向位移修复指数ξM和ξU,对高聚物注浆修复脱空管道的性能提升效果进行了量化表征。研究表明:脱空管道正负纵向弯矩分别分布在脱空两侧的相邻管段和接头,峰值分别位于SgL2、SgR2和SgL3、SgR3处;脱空管道纵向弯矩在SgL1和SgR1处随脱空宽度的增大而减小,其余测点处随脱空宽度的增大而增大,在整个纵向随脱空长度的增大而增大;不同脱空宽度和脱空长度管道的纵向弯矩在SgL1和SgR1以外均高于密实管道;与密实管道相比,脱空管道竖向位移和接头剪切位移的最大增幅分别为155%和230%;修复管道的纵向弯矩略低于密实管道,竖向位移略高于密实管道,纵向弯矩和竖向位移最大修复指数分别为76.5%和83.7%。

玻纤增强甲基丙烯酸酯基UV-CIPP材料抗弯性能及失效分析

管道修复用紫外光原位固化(Ultraviolet cured-in-place pipe,UV-CIPP)材料是一种玻纤复合材料,其抗弯性能是评价管道修复效果以及材料优化设计所需的重要参考指标。以玻纤增强甲基丙烯酸酯基UV-CIPP材料为研究对象,考虑固化时间、固化距离、紫外灯功率和材料厚度的影响,基于融合高清视频和SEM观测的三点弯曲试验,对玻纤增强甲基丙烯酸酯基UV-CIPP材料抗弯性能和失效机制进行了研究。结果表明,UV-CIPP材料的失效过程可以分为三个阶段:弹性阶段、基体开裂阶段和玻纤布断裂阶段,基体开裂、脱粘分层和纤维拉拔断裂是玻纤增强甲基丙烯酸酯基UV-CIPP材料弯曲失效的主要原因。在单一变量影响下,玻纤增强甲基丙烯酸酯基UV-CIPP材料弯曲强度和弯曲模量随固化时间、固化距离和紫外灯功率的增大均呈现出先增大后减小的趋势,随着材料厚度的增大却逐渐减小。本研究不仅为UV-CIPP材料的优化设计提供了参考依据,也为国产化UV-CIPP材料的发展奠定了重要基础。

基于Boosting-Monodepth的管道病害深度估计与三维重建

城市地下管道是城市的血脉经络,但随着排水管道的大量投入运营和使用年限增加,引发了一系列的管道病害安全隐患,如管道整体结构变形、内表面破裂和管中异物插入等问题,传统的病害图像视频采集、检测和后期病害分类甄选都是从二维视角出发,欠缺对三维空间信息(深度)的考虑。针对上述3种病害从生成深度图、由二维深度图重建三维管道病害这两方面进行研究,提出了一种基于boosting-monodepth的双重深度估计方法以提升深度图效果,最终生成画面连续一致、轮廓清晰的深度图。性能评估方面采用Abs-Rel、RMSE、SqRel、ORD和D3R等通用指标,与传统算法对比,结果显示boosting-monodepth的RMSE值降低了30%,精确度指标δ<1.25时,模型深度信息预测精确度提高了18%,此后以得到的深度图为基础重建管道病害三维点云,并在CloudCompare软件上三维可视化,最后采用随机采样一致算法测算病害深度并和实测数据对比证明其有效性和准确性。

城市供水管网极端寒潮灾害影响特征与设防标准

近年来随着全球气候变化,城市遭遇极端寒潮灾害频发,经常对城市关键基础设施大型供水管网造成破坏。为此,以上海市为例,研究城市供水系统寒潮灾害影响规律及设防标准,通过对上海市2020年底到2021年初的极端寒潮事件进行研究,分析寒潮过程中供水系统压力、流量、管道维修以及其他供水设施功能受损情况。结合近60年的气象资料,对上海市历年气象寒潮事件进行统计分析,给出当日最低温度、24h降温、48h降温、72h降温、过程最低温度及持续时间6个寒潮特征指标的分布规律。同时,利用泊松分布计算了上海市年最低温度的重现期和超越概率,提出了水表等外露设施的温度设防建议标准,并针对气温数据和管道维修数据进行关联性分析,从维修率的角度识别对管道运行造成不利影响的温度基准。研究结果可为长三角地区城市供水行业安全运行与灾害防控提供理论和技术参考。

供水管网大口径管道爆管事件形成机理与精细模拟

近年来城市供水管网爆管事件频发对城市的运行安全造成直接影响。结合2017年上海“11·16”溧阳路四平路爆管事件,系统介绍了本次爆管事件概况,同时,利用本次爆管事件现场调查数据,采用3D激光扫描技术和三维数值建模方法,对本次爆管管道进行了建模分析,研究了供水管道在存在初期裂缝情况下,裂缝末端应力集中与管内水压力和裂缝长度发展变化影响关系,采用动力分析方法模拟了管道从裂缝发展到管体破坏形成爆管的物理全过程。结果表明:在供水管网管道早期裂缝末端,由于应力集中管体裂缝继续发展,且随管道水压增大而增大,其增速与裂缝长度密切相关;管道发生开裂后其临界破坏水压随早期裂缝长度的增加而降低,结合本次爆管事件周边获得的3个测点实测水压分析可知,爆管管道早期裂缝断面圆心角应大于26°;管道爆管破坏过程模拟显示,管道残片随裂缝开展向管顶转动,直至形成贯通裂缝完全脱离管道,脱落管片在内水压及外部荷载作用下会发生剧烈的转动和向外弹射,从而形成爆管并产生极大的瞬间破坏作用。

工程类非全日制专业学位硕士研究生培养质量提升路径研究

专业硕士研究生教育是我国教育的重要组成部分,从2017年开始,其培养形式从单一的全日制发展为全日制和非全日制并存。与全日制专业硕士研究生相比,非全日制专业硕士研究生在培养模式和考核方式等方面仍有待进一步完善,社会认可度也有待进一步提高。探索工程类非全日制专业硕士研究生培养质量提升路径对于创新培养模式、培养国家现代化建设所需要的高层次人才具有重要的理论和现实意义。该文重点分析工程类非全日制专业硕士研究生培养中存在的问题,并提出相应措施。

郑州市新、老城区暴雨内涝灾害风险指标重要性分析

为探究影响城市暴雨内涝灾害风险的评价指标及各指标的重要性,以郑州市高新区和金水区作为新、老城区的代表,建立了涵盖自然要素和社会要素的风险指标评价体系,并利用随机森林模型分别确定了各评价指标对新、老城区暴雨内涝灾害影响的重要程度。结果表明,对于新、老城区来说,孕灾环境敏感性均是最重要的一级指标,其中,不透水率、管道密度分别是地表、地下孕灾环境最重要的三级指标;致灾因子危险性对于金水区和高新区的重要性最低,且雨量的重要性远大于雨型;新、老城区的差异主要体现在承灾体稳定性,其对于金水区、高新区的重要性分别为0.23、0.09。结果可为郑州市暴雨内涝灾害的防治提供一定参考。

新型聚氨酯弹性体注浆材料的压缩尺寸效应及应变率效应

为了解决现有风电基础注浆加固材料强度低、抗变形能力弱及可注性差等难题,制备了一种新型聚氨酯弹性体注浆材料。在考虑尺寸效应和应变率效应的影响下进行了单轴压缩试验研究,得到了压缩应力-应变关系曲线,提出了一种适用于该聚氨酯弹性体注浆材料的四参数唯象本构模型。结果表明:在该材料达到极限破坏之前,其应力-应变关系分为弹性阶段、屈服阶段、应变软化阶段三个阶段;材料的弹性模量、抗压强度、软化应力、能量密度等力学参数随应变率增大而增大,随试件尺寸的增大呈现先减小后增大的趋势,且相比尺寸效应,应变率效应的影响更为显著。本工作提出的四参数唯象本构模型能准确地表征本材料在不同尺寸时的压缩应力-应变关系。此本构模型为该聚氨酯弹性体注浆材料的理论计算和工程应用提供了重要的科学依据。

高聚物牺牲包层对钢筋混凝土板的爆炸毁伤缓解效应

为研究高聚物牺牲包层对钢筋混凝土结构的爆炸毁伤缓解效应,开展了带高聚物牺牲包层钢筋混凝土板的接触爆炸试验,同时设置了普通钢筋混凝土板作为对照组,对比分析了高聚物牺牲包层对钢筋混凝土板毁伤特征的影响。此外,运用AUTODYN软件建立了现场爆炸试验的SPH-FEM耦合模型,通过与试验结果的对比,验证了所建耦合模型的可靠性。在此基础上,通过参数敏感性分析,探究了炸药量和高聚物牺牲包层密度、厚度对带高聚物牺牲包层钢筋混凝土板毁伤特性以及吸能特性的影响。结果表明:接触爆炸下,高聚物牺牲包层能够有效地分散爆炸荷载,缓解爆炸荷载对钢筋混凝土板的冲击作用,具有良好的防护性能;药量在一定范围内增大时,高聚物牺牲包层依然能维持较高的吸能水平,增大包层密度和厚度有利于增强高聚物牺牲包层的吸能特性,包层厚度的变化会造成被保护钢筋混凝土板毁伤模式的改变。

水下接触爆炸下高聚物层对钢筋混凝土板的防护效果

为研究多孔材料高聚物对水下混凝土结构的抗爆防护性能,对含高聚物防护层的钢筋混凝土板开展了水下爆炸实验,并设置了对照组。利用AUTODYN有限元程序建立了含高聚物防护层的钢筋混凝土板水下爆炸全耦合模型,并通过数值模拟结果与实验的对比,验证了所建模型的可靠性。在此基础上,通过数值模拟,进一步分析了前置钢板对高聚物层防护性能的提升效果。以钢筋混凝土板跨中残余位移为指标,参数化分析了起爆药量和复合结构层厚比对高聚物层水下防护效果的影响规律。结果表明:水下爆炸下,高聚物防护层能够有效降低混凝土结构的毁伤程度;在高聚物层外侧布置钢质薄板,可以更好地发挥高聚物层的吸能效果,对钢筋混凝土板起到更好的防护效果,且当高聚物层与前置钢板层厚度比为20时,防护效果最佳。

接触爆炸作用下高聚物复合板毁伤特性分析

高聚物材料具有成型快和膨胀性能好的特点,该材料与碎石和钢筋的复合结构应用于地基处理和城市道路脱空除险加固,具有明显优势。本文中,设计并制作了高聚物碎石板和钢筋高聚物板,开展了接触爆炸冲击下的试验研究,通过毁伤尺寸和所测冲击波数据探讨了2种板的毁伤特性。基于ANSYS/AUTODYN非线性显式有限元程序,建立了试验中毁伤更严重的钢筋高聚物板的接触爆炸全耦合模型,并通过与试验结果的对比,验证了所建耦合模型的准确性和适用性。参数化分析了钢筋高聚物板对炸药量和板厚的敏感性,并利用多参数非线性回归分析方法,提出了钢筋高聚物板迎爆面和背爆面破坏直径的预测公式。结果表明:接触爆炸作用下,高聚物碎石板的毁伤模式以接触部位的局部震塌冲切破坏为主,除此之还有一些毁伤裂纹;钢筋高聚物板的破坏模式主要是迎爆面爆坑毁伤、背爆面剥落损伤和中心冲切贯穿破坏。高聚物碎石板和钢筋高聚物板对爆炸冲击波都具有良好的衰减作用,有望应用到抗爆炸冲击防护领域。

基于辛算法模拟探地雷达在复杂地电模型中的传播

近年来,探地雷达(GPR)凭借其快速、高效、无破损等特点,已经广泛应用于浅地层目标探测中.数值模拟是研究探地雷达电磁波在地下结构中传播规律的有效手段.辛算法是一种保持Hamilton系统总能量不变的时域数值计算方法.本文提出了基于一阶显式辛分块龙格库塔方法的探地雷达数值模拟方法.通过对比本文算法与时域有限差分方法计算结果可知,在同等计算精度下,本文算法可以节省25%的计算时间.并基于本文算法对两个复杂GPR模型进行正演模拟,得到模拟GPR探测wiggle图,这有助于更好的理解和分析实测雷达数据.

求解电磁波在层状有耗介质中反射和透射的精细积分方法

层状体系分界面处,电场与磁场的水平分量连续,为了便于匹配分界面处的边界条件,将频域麦克斯韦方程化为只含有电场与磁场水平分量的一阶常微分方程形式.采用基于两端边值问题的精细积分方法,分析了电磁波在层状有耗介质中的反射与透射问题.把控制方程按边值问题求解,可以避免在运算过程中出现指数矩阵相乘的大数溢出问题.将数值计算结果与广义传播矩阵方法加以对比,结果显示,精细积分方法具有更好的精度和数值稳定性.

基于改进粒子群算法的路面厚度反演分析

传统公路厚度检测都是采用钻芯取样,人工测量的方法,不仅效率低,而且破坏路面结构。路面雷达是一种连续、高效、无破损的路面质量检测工具。通过对路面雷达回波信号进行反演分析,可以得到路面结构层介电常数、厚度等信息。该文采用一种改进的粒子群优化方法,建立路面结构层参数的改进粒子群反演算法,实现了结构层介电常数和厚度的反演分析。通过对比理论模型反演结果发现,该方法得到的结构层介电常数精度高于标准粒子群方法,采用该方法分析实际路面雷达回波信号,与钻芯结果对比可知,反算结果与实际钻芯测量值误差在3%以内。

基于MRF-MLSTM和知识嵌入的地下排水管线淤积智能诊断模型研究

地下排水管线是城市的重要基础设施,被称为城市的“生命线”,在城市防洪排涝任务中起着至关重要的作用。管线淤积是导致城市内涝的重要原因之一。针对现有地下管线淤积诊断效率低、判读方法依赖人工、无法实现诊断全覆盖等问题,结合管道流速流量测量设备中的深度学习开发平台、深度学习加速器和管道水力学分析理论,提出了一种基于MRF-MLSTM和知识嵌入的地下排水管线淤积智能诊断方法。本研究利用排水管线足尺试验对该方法进行了验证。结果表明:该方法对不同材质、坡度、管径和粗糙度的管线淤积均可实现准确、实时检测与诊断,检测正确率达到97.18%,诊断正确率达到92.23%。与其他诊断算法相比,F1得分为0.935,远优于其他算法,在排水管线大规模淤积检测与诊断工作中具有较高的实用价值和应用前景。

基于融合卷积神经网络的多种类管道病害检测方法

地下管道是城市的血脉,年久失修将会导致管道服役性能降低,引发各种环境问题.因此,应当按时检测地下管道的病害类型及数量,为管道维修提供数据支持.但是,人工检测的方法费时费力,传统的计算机检测方法准确度和泛化能力较低.为了解决这一问题,该文提出了一种基于融合卷积神经网络的多种类地下管道病害分类算法.该算法结合了Inception网络构架和残差网络构架,提高了检测的准确度.对比现有的检测模型发现,该模型的平均准确率和Macro-F 1分数分别达到了93.15%和0.932,检测评估指标最优,证明该模型具有准确、全面、误检率低的检测特点.对测试集实际检测结果分析可知,该模型在不同光照、不同障碍物、整体和局部的场景下,均检测无误,结果准确,证明了该模型具有鲁棒性高、泛化能力强的特点.

研究生教育课程《工程结构反分析理论》的教学实践及体会

《工程结构反分析理论》是高等学校土木工程、交通运输工程、水利工程、地质工程等专业研究生重要专业课程之一。针对目前该课程授课时学生专业分布广、知识背景差距较大的问题,本文从课程内容、教学方法、教学手段三个方面提出了教学实践过程中的一些心得体会和建议。

路面结构中探地雷达传播精确高效数值模型

探地雷达(GPR)目前已经广泛应用于路面质量评价中,通过对GPR回波信号进行反演分析可以得到路面各层材料的厚度、介电常数等指标.构建探地雷达电磁波在路面结构层中传播的精确高效数值模型是保证反演精度和反演速度的关键.基于精细积分方法建立探地雷达电磁波在层状结构中传播的数值模型,该模型可精确模拟层状介质中探地雷达电磁波的传播过程.数值计算结果表明,模拟信号在波幅、时延等关键指标方面与实测波形吻合良好.此外,相比于传统时域有限差分方法,同等精度下,本算法可节省约40%的计算时间.