考虑人体与水流相互作用的溃坝洪水生命损失评估模型

溃坝洪水会给下游人民群众造成巨大的生命损失,开展溃坝洪水造成的生命损失风险定量评估对应急抢险救灾具有重要的现实意义。本文在已有生命损失贝叶斯网络HURAM1.0模型基础上,引入了人体稳定性物理模型,考虑人体与水流相互作用关系,对处于洪水中的人先进行稳定性判定,并进行溺水判定,运用蒙特卡洛模拟方法,综合了水深和水流速对生命损失的影响,建立HURAM2.0模型;并将该模型应用于唐家山堰塞坝溃坝洪水生命损失分析。结果表明:HURAM2.0模型建立了水流流速对生命损失影响的定量关系,更精确地刻画了人体在水流中的稳定性和求生能力,相比HURAM1.0模型对较强洪水强度条件下的生命损失预测结果更准确。同时,在本文建立的模型中,除水深度、洪水严重程度变化不大,其余变量的敏感性均有所上升,其中居民区住宅层数、在建筑物中庇护情况和溃坝时长等变量对模型计算结果的最大影响程度分别增加142%、95%和93%,加强了模型在低、中、高3类洪水强度下的解释性,与HURAM1.0相比在贝叶斯反演分析中更占优势。在唐家山堰塞坝溃坝风险分析中,HURAM2.0能区分出不同水流速条件下的生命损失,更符合实际情况,即开挖泄流槽前风险大、死亡率高,在现场勘测和开挖泄流槽后风险及死亡人数大大降低,建议结合预警疏散以降低生命损失风险。

非饱和黄土侧限压缩和湿陷试验的宏微观离散元特性分析

为了深入探讨非饱和黄土在侧限压缩和快速增湿作用下的宏微观特性,本文采用颗粒流方法对黄土的力学特性开展了3维离散元仿真模拟分析。采用软胶结模型模拟了颗粒间的化学胶结作用,并考虑了颗粒间的范德华力和毛细力作用,着重分析了微观参数的变化规律。结果表明:软胶结接触模型能够准确地复现非饱和黄土侧限压缩和快速增湿试验中的力学响应行为。微观力学配位数随着竖向压力的增加而不断加速增长,同时颗粒间接触力与接触力矩均随含水率的增加呈现逐渐减小的趋势,而对于饱和试样则出现增长的情况。颗粒间的剪切破坏和拉破坏随着竖向压力的增加而逐渐增加,在大约100kPa达到最大值。随着含水率的增加,剪切破坏逐渐占据主导;此外,随着竖向压力的逐渐增加,应变能、滑动耗能与阻尼耗能逐渐增加,应变能数值远大于滑动耗能与阻尼耗能;应变能的增速随着竖向压力的增加逐渐加快,直至200kPa附近达到最大,含水率越大应变能终值越低;滑动耗能与阻尼耗能的终值均在小范围内波动。

公路隧道喷射型ECC物理力学性能及其喷层稳定性

传统纤维增强水泥基复合材料(ECC)存在成本高、收缩大和应用场景局限等问题,且关于开挖扰动下公路隧道喷射型ECC层稳定性的研究尚不完善,此外缺乏对其工程应用后的监测评估。基于此,本文研究了公路隧道喷射型ECC的物理力学性能,分析了开挖扰动下围岩及喷射型ECC层的稳定性,并通过现场监测分析了其应用效果。结果表明:将脱硫石膏、混杂纤维、机制砂、膨胀剂和减缩剂引入ECC中,所研发的喷射型ECC物理力学性能满足公路隧道喷射混凝土的要求。基于数值模拟,当支护12 m后,喷射型ECC层的拉伸和压缩最大主应力较C25喷射混凝土(C25SC)层分别提高了36.8%、28.4%,并且其内侧拱顶的最大竖向位移较C25SC可降低3.15%,仅为1.23 mm。基于现场实测,在近似相同的围岩地质条件下,使用喷射型ECC较C25SC,能够降低10.26%的竖直沉降变形,此外其喷层表面未发现开裂、线状渗水等情况。因此,喷射型ECC在公路隧道支护领域具有广阔的应用前景。

三维TTI介质qP波透射立体层析方法研究

致力于研究三维TTI介质下的qP波立体层析反演算法.将射线扰动理论应用于三维具有倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质拟声波程函方程,导出立体层析所需的三维TTI介质qP波数据空间与三维TTI介质模型空间之间的所有Frechét导数.在通过灵敏度测试验证了相应Frechét导数对于三个各向异性THOMSEN参数的正确性之后,使用两步法反演策略——即先使用坐标分量和射线参数水平分量(不包括走时)实施初始反演而后再使用所有数据空间分量进行反演,在三维qP波TTI介质情形下针对三个各向异性THOMSEN参数可以获得理想的反演结果,为三维qP波TTI介质下透射立体层析的应用做好了理论准备.用一个典型的理论数据算例证实了上述观点.

崩滑碎屑体堵江成坝研究综述与展望

堰塞坝是由崩塌、滑坡、泥石流等斜坡失稳体堵塞河流而形成的天然坝体。中国是堰塞坝的高发区,在作者团队所统计的全世界范围内堰塞坝案例中,发生在中国的高达758例,占比59%。近年来,频发的地质构造活动和极端气候灾害(台风、暴雨、融雪等)诱发了大量的堰塞坝,严重威胁所在流域的生命财产安全。崩滑碎屑体堵江形成的堰塞坝通常结构松散、稳定性差、溃决程度大、溃决速度快,容易形成巨型洪灾,对下游生命财产造成更大危害。本文首先简要总结了一般堰塞坝堵江研究与崩滑型堰塞坝成坝特点,然后归纳了崩滑碎屑体运动及破碎机理和碎屑体堵江成坝机理,重点关注成坝过程中的颗粒分选和堆积形态规律。在此基础上,明确颗粒破碎和水流条件对坝体形态特征、物质组成和稳定性作用的研究较少。经过本文初步研究,得出崩滑碎屑体堵江通常有3种成坝模式:滑入型、爬高型和折返型,不同类型堰塞坝的稳定性具有显著差异。堰塞坝的稳定性与坝体关键特征参数(几何形态、坝体结构和物质组成)密切相关,而坝体特征参数又主要由崩滑体在运移过程中碰撞破碎和入河堵江时的固液耦合作用共同决定。考虑上述两种因素,结合物源性质、边坡地形、河谷及水流条件,拟开展成坝影响因素与堰塞坝的空间形态、结构特征及稳定性的内在关系研究,以便建立基于坝体稳定性快速评价的坝体特征预测模型。研究的开展可为堰塞坝形成前坝体特征的事先预测及堰塞坝形成后坝体稳定性的快速评估等方面的研究与实践提供重要理论依据。

非均质结构堰塞坝溃决机理模型试验

堰塞坝是由滑坡等失稳地质体快速堆积并阻塞河道而形成的天然坝体,溃决后会对下游人民生命财产安全造成严重威胁。深入开展非均质结构对堰塞坝溃决过程的影响研究,可为堰塞坝灾害的风险评估和应急处置提供重要参考。依托自主研发的水槽试验装置,通过开展不同结构类型堰塞坝的溃决模型试验,分析了均质、竖向非均质和水平非均质结构对坝体溃决的影响。研究发现:1)堰塞坝侵蚀过程受局部区域材料性质影响严重。2)均质坝中,随着中值粒径增大,材料抗侵蚀能力增强,溃决特征先由层状冲刷变为陡坎侵蚀,再变为多级陡坎侵蚀,峰值流量逐渐减小,峰现时间逐渐推迟。3)竖向非均质坝中,坝体上部材料主要影响溃口形成阶段历时和坝前水位;中部材料主要影响溃口发展阶段的溃口下切速率;底部材料主要影响下游坡脚稳定性和残留坝体形态。受溃口加速下切和溃决流量增加彼此间相互叠加影响作用,中部及底部材料分布对峰值流量的影响最为显著。4)水平非均质坝中,坝体内部4个区域对溃口发展的影响不同。过流侧上方材料影响溃决前期的溃口下切速率;过流侧下方、对岸侧上方材料分别影响溃决中后期的溃口下切、展宽速率;对岸侧下方材料对溃口发展影响最小。泄流槽设计时,应考虑非均质结构的影响,基于坝体结构特征采用工程措施限制溃口深切、促进溃口展宽,以降低峰值流量。

不同频谱特性地震动下某风电塔响应振动台试验研究

为研究风电塔在不同频谱特性地震动下的响应规律,针对某风电塔设计缩尺模型开展大型振动台试验。对模型塔筒进行精细设计,实现结构自振特性与原型结构相似,同时对试验模型配置叶片和无级变速电机实现运转工况模拟。根据抗震设计规范给出的设计反应谱和特征周期,选择长周期地震动和短周期地震动各2条,以及经典地震动3条,并采用三角级数叠加法生成2条人工地震波,沿塔身3个不同方向进行输入,对塔顶和塔身的加速度和速度响应以及塔底应变响应进行测试,比较风电塔模型在不同地震动和不同输入条件下的响应差异。试验结果表明,风电塔结构主次方向地震响应具有耦合现象,同时表现出高阶振型效应。风电塔在不同频率成分地震动下的响应具有较大差别,长周期地震动对风电塔模型加速度和位移响应具有放大效应。此外,风电塔在不同地震动输入方向下的响应不同,地震动主方向沿叶片平面垂直方向输入和45°方向输入下的响应较大。

城乡混合有机垃圾快速稳定化及资源化利用技术的研究构想与前景展望

城乡混合有机垃圾包括易腐垃圾及部分农业废弃物,其产量大、成分复杂、含水率及养分含量高。目前,好氧发酵已成为其资源化处理处置关键技术之一,但因转化效率低、副产物风险不明等原因限制了其在中国的应用。因此,针对中国有机垃圾好氧发酵瓶颈问题,通过对中国城乡混合有机垃圾资源化利用技术进行对比分析,明确好氧发酵处理有机固体废弃物的优势,并深入解析好氧发酵过程中有机质转化方式,揭示好氧发酵处理有机垃圾面对的主要问题。在此基础上,进一步明确影响好氧发酵产物高效稳定化及资源化利用的主要影响因素。针对上述问题,提出城乡混合有机垃圾快速稳定化及资源化利用技术研究构想,即好氧发酵工艺过程中,解析城乡混合有机垃圾好氧发酵微生物代谢网络定向转化的调控原理;研发智屏显示—在线监测—反馈调控等智能一体式快速稳定化技术装备;攻克生物强化水解—微生物碳泵定向转化—功能材料钝化固碳微生物细胞微工厂定向腐殖化、副产物风险评估—原位阻控—再循环利用等增质控污技术,构建资源化产物深加工—分质评估—属性互补等末端对“征”利用技术。集成快速稳定化与资源化利用技术装备模块体系,针对技术模块的互补性、资源可持续利用性特征,建立与区域匹配的对“征”示范工程,形成商业化推广模式。这种围绕有机垃圾好氧发酵原位削减、过程增质控污、末端资源化利用的国家科技重大需求,开展相关研发与工程示范,旨在为中国城乡混合有机垃圾资源化处理提供技术支撑。

抗滑桩加固边坡稳定性3维极限上限拓展分析

抗滑桩作为常用的边坡加固手段,被广泛应用于工程实践中,其影响下的边坡稳定性分析,具有较高的理论和实践价值。采用极限分析上限法,通过引进参数拓展了边坡3维计算模型,建立了内外功率平衡的边坡安全系数计算框架,并通过优化计算得到一定参数条件下边坡的安全系数上限解和最危险破坏机构形状。在此基础上,分析了抗滑桩加固后边坡破坏模式和稳定性受抗滑桩位置、桩距、坡角、机构限宽等参数的影响规律,并讨论了不同参数条件下破坏面形状的变化规律和边坡稳定性变化的内在机理。结果表明:最安全抗滑桩位置不受机构限宽影响,位于坡面中点与坡顶间的某一位置;当机构限宽较小且抗滑桩位置靠近坡趾时,边坡破坏面通过坡面。抗滑桩位置距离坡趾越远,破坏面越靠近坡面且曲率越大。当桩距较小时,边坡倾向于在抗滑桩位置上方发生次级滑动;边坡整体安全系数随桩距的增大而降低。随着机构限宽的增大,边坡安全系数逐渐降低,并逐渐接近2维破坏机构的安全系数。边坡破坏机构随桩距和机构限宽的增大而增厚。当坡角较小时,边坡破坏面通过坡趾下方。本文方法不仅对边坡破坏机构类型的拓展具有理论意义,而且实现了计算结果的进一步优化。

崩滑型堰塞坝危险性快速评估研究进展

崩滑型堰塞坝(本文简称堰塞坝)是由地震、降雨、火山喷发等自然因素诱发的崩塌、滑坡堵塞河道所形成的天然土石坝,其在世界范围内广泛分布。崩滑型堰塞坝的形成与溃决具有高突发性、突溃性和强致灾性,严重威胁所在流域的人民生命财产安全。因此,快速开展堰塞坝危险性评估,对应急抢险救灾具有重要的现实意义。目前,对堰塞坝危险性快速评估的研究主要集中在成坝可能性、稳定性、寿命和溃决洪水4个方面。本文总结了堰塞坝成坝影响因素和成坝快速判别公式,系统阐述了堰塞坝稳定性和寿命的定义、影响因素及快速评估模型,详细归纳分析了堰塞坝溃决模式、溃坝影响因素及坝址与下游河道的洪水快速预测模型。研究表明:堰塞坝的形成主要受地形条件、固体物源条件和水源条件的影响;其稳定性、寿命和溃决主要受坝体几何形态、坝体材料与结构和水文特征等方面影响。根据影响因素所建立的评估模型在一定程度上可以快速估算堰塞坝的稳定性、寿命、溃决流量等参数,但由于信息获取不便等问题,评估结果仍然存在一定的不确定性。基于此,本文提出今后的研究方向:1)考虑不同外因(地震、降雨等)条件下滑坡、崩塌启动及运移过程大型模型试验,建立考虑关键影响因素和水土物质相互作用的成坝快速判别模型;2)基于物探等手段开展堰塞坝坝体材料和结构参数的快速获取研究;3)建立考虑能量转换与耗散的溃坝程度快速评估模型,分析残余坝体致灾危险性;4)构建流域堰塞坝溃决洪水演进及水库调蓄减灾分析模型,指导流域水量调度及流域范围内工程建设;5)开展堰塞坝灾害链对全流域影响的快速动态风险评估,为堰塞坝灾害预测及应急处置提供重要参考依据。

基于OpenFresco平台混合试验时长研究

混合试验为结构抗震研究领域提供了一种创新性的试验研究手段。在混合试验中,试验时长主要取决于数值子结构计算耗时、数据通讯耗时、作动器加载耗时3大因素。不同种类的积分方法的选择以及数值模型的差异,都会导致试验耗时不同,甚至影响混合试验的加载精度。OpenFresco是当前较为通用的一种实现混合试验的平台,但基于OpenFresco平台的以混合试验时长为重点的研究尚不充分。以单层单跨框架模型为分析对象,取钢柱构件为试验子结构,根据时长试验结果系统研究影响混合试验时长的因素。对试验数据进行分析可知,积分方法、模型复杂程度、加载步长是影响混合试验时长的主要因素。根据不同积分方法、模型复杂程度、加载时长等工况进行试验,得到试验时长与试验精度的关系。结果表明:基于OpenFresco平台的混合试验,宜采取显式积分方法或者固定迭代次数Newmark方法,数值模型应进行适当简化以提高试验精度。

双侧卸载工况下盾构隧道错缝拼装结构变形特征

依托厦门地铁2号线区间隧道,采用相似模型试验和有限元数值模拟分析了隧道双侧卸载工况下结构的受力变形特征、破坏形式及损伤过程,得到盾构隧道管片错缝拼装结构在双侧卸载工况下的变形控制指标.结果表明,管片混凝土裂缝宽度达到设计允许值0.15 mm时的收敛变形值为3.29‰D(D为隧道直径);螺栓屈服时收敛变形值为10.67‰D,结构破坏形式表现为由管片开裂、螺栓屈服直到变形过大并垮塌.

混沌神经网络与CPG的作用机制

大脑皮层是一个具有混沌特性的非线性系统,中枢模式发生器可产生节律性运动.依据生物学经验,中枢模式发生器受大脑皮层控制,但两者作用机制的研究对于生物运动控制仍是一个开放性问题.文中建立了混沌神经网络与中枢模式发生器相互作用的模型和状态方程,通过分岔变化对模型的动态特性进行分析,说明混沌神经网络与中枢模式发生器间的相互工作机制,以及中枢模式发生器参数对模型的影响.同时,提出了大脑皮层有许多稳定点模式与步态模式相对应,大脑皮层模式的改变可控制步态模式的改变.研究结果表明,可通过调整大脑皮层自身外部输入和中枢模式发生器反馈回大脑皮层的值,来改变大脑皮层模式.

考虑正常使用功能的非线性黏滞阻尼惯容系统多指标减震控制

惯容系统能够对结构进行多指标减震控制,然而,既有惯容减震结构设计方法主要针对结构单一性能指标展开。针对建筑结构在地震作用下的安全性和正常使用的功能需求,考虑工程中常用的非线性黏滞阻尼器,提出一种结合非线性黏滞阻尼的惯容减震结构多目标性能控制策略,以实现对建筑结构的层间位移角和楼面绝对加速度等关键性能指标的有效控制。通过采用主自由度方法和复合靶向控制策略,以惯容系统安装位置的相对变形为主自由度,以靶向控制模态的振型为结构变形形状,将复杂的多自由度原结构解耦为多个附加惯容的主自由度系统,对惯容减震系统的参数和安装位置进行设计,并以一个标准模型为例进行适用性验证。在设计中,非线性黏滞阻尼元件作为关键组成部分,惯容系统提高了阻尼元件的耗能能力,为实现多目标性能控制提供了支撑。研究结果表明,所提出的方法能够有效地降低建筑结构在地震作用下的位移和加速度响应,能够满足建筑的安全性和正常使用的功能要求,同时遵循规范和标准,这种多目标性能控制策略有望为实际工程结构设计提供有力指导。

自复位钢筋混凝土框架结构及其拟静力试验

自复位钢筋混凝土框架结构是一种新型可恢复功能结构。相比于普通混凝土框架,该结构在地震作用下结构损伤轻微残余变形小,在地震后不需修复或稍加修复即可重新投入使用。因此,该结构是一种适用于高烈度地震频发地区中低层框架的低成本新型防震结构。自复位混凝土框架结构体系使用无粘结预应力筋连接结构中的各个构件,在结构的节点位置形成可以互相分离的界面。在较大的地震作用下,构件间允许发生界面分离,表现为梁端节点张开与柱脚节点提离等现象,从而减轻了结构的损伤。震后在预应力的作用下,构件间的界面重新闭合,实现自复位。首先总结了已有自复位节点的研究成果,阐明了自复位结构的组成与关键构造。为了进一步研究自复位钢筋混凝土框架在地震作用下的变形模式与受力特征,进行了三向自复位框架结构的1:2.5缩尺模型拟静力试验。本文给出了试验模型的基本信息,包括模型的设计参数,材料性能,具体构造等内容;给出了主要的静力试验结果,包括试验的主要现象与损伤特征、模型的变形模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化与残余变形等信息。试验结果表明:模型的变形能力强,在1/38顶层位移比(顶层位移/结构高度)下模型除少数细微裂缝外没有损伤,在更大的变形下模型损伤逐渐在梁端节点位置开展;在1/19顶层位移比下模型的承载力仍然没有出现下降;模型的残余变形很小,在模型加载的全过程中,其残余位移角都处在可以接受的范围内。

顶管注浆压力变化对地层沉降影响机理的离心模型试验

顶管工程同步注浆是减小地层扰动和最终地层沉降的一种重要手段。为研究注浆压力与顶管工程最终地层沉降的关系,在实际工程中选择合理的注浆压力和注浆量以减小顶管法对周围地层的扰动,为顶管工程同步注浆技术改进提供理论和试验支持,本文首先从土体颗粒和膨润土分子的结构特征角度对地层和泥浆的互相作用及沉降机理进行分析,提出4个沉降阶段的理论假设;然后,使用岩土工程离心机和自主研制的顶管工程注浆模拟系统进行缩尺模型试验,模拟现场不同注浆压力下的顶管顶进,通过对各组试验沉降曲线对比分析,验证理论分析部分的结论;最后,将试验中的注浆压力等相关参数应用于苏州东汇公园顶管工程,并在现场布置沉降测点,发现现场监测数据规律与试验结果吻合,进一步验证了本文的结论。研究表明:注浆后的沉降可分为土体塌陷阶段、渗透失水阶段、泥皮形成阶段和补浆抬升阶段,其中:土体塌陷阶段时间短,沉降速度快;渗透失水阶段持续时间长,总沉降量大,为地层沉降的主要部分;泥皮形成阶段,膨润土分子在泥浆–地层接触面堆积形成泥皮,浆液不再大量向地层渗透,使得地层沉降大幅减缓;最后的补浆抬升阶段,泥浆的注浆压力作用于泥皮,对上覆土产生推力,产生沉降补偿作用。注浆压力和注浆量的大小对最终地层沉降的影响很大,过小的注浆压力和注浆量会增大土体塌陷和渗透失水造成的地层沉降,而过大的注浆压力产生的过度沉降补偿作用甚至会使地表隆起。选择合理的注浆压力和注浆量对于控制地层沉降至关重要且效果显著,可应用于现场各类顶管工程。

粗砂与结构物接触面的剪切特性试验研究

利用同济大学研制的大型多功能界面剪切仪,对粗砂与结构物的剪切变形特性进行研究.采用在剪切盒内灌注彩色砂条的方法研究剪切带的空间分布特性.结果表明,彩色砂条的变形可以反映剪切带厚度和空间分布.剪切带厚度为6~11 mm,厚度随着法向应力的增加呈增加的趋势;剪切带厚度在空间上的分布呈现出不均匀性,在剪切方向(X轴方向)上呈现中间大两端小的趋势,在垂直剪切方向(Y轴方向)上离散性较小、分布近似均匀.剪切板凹槽的约束作用,使得凹槽内的砂土颗粒带动附近砂土颗粒运动,从而形成剪切带.土体的剪胀特性是由于剪切带内砂土的变形导致的,剪切初始时剪胀速率较快,达到抗剪强度后剪胀速率减慢.

基于孔隙尺度的燃料电池气体扩散层结冰研究

针对燃料电池用气体扩散层内液态水在孔隙尺度下的动态结冰过程,首次引入了一种介观模拟尺度方法——格子Boltzmann方法.首先,构造燃料电池用真实气体扩散层三维微孔隙结构;其次,通过一维半无限大空间凝固热传导、二维直角区域凝固和二维介质方腔凝固三组数值试验严格考察该凝固模型中液态水、固体冰和碳纤维不同热物理参数选取的精确性,证明引入的格子Boltzmann方法在研究燃料电池气体扩散层中结冰现象的有效性;最后,针对孔隙率分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9的二维气体扩散层在孔隙尺度下的结冰过程进行模拟研究.模拟结果表明,对应孔隙率分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9时,气体扩散层孔中液态水完全结冰量纲一时间F0分别为2.67、3.11、3.68、4.31和4.84,有自然对流情况下的结冰时间F0比无自然对流时分别减少0、0、0.001、0.001和0.007.

体育课堂教学的本质特征与实践改进

知识习得的操作性,是体育课堂教学的本质特征,决定体育课堂教学能够作为一种教学形式独立存在的价值。体育课堂教学实践改进的前提是体育教师自身持续地专业成长,这需要破除对体育教师职业能力的“万金油”式定位,让体育教师在职前学习中真正做到学有所长,在职后教学中始终能教其所长;需要体育教师在学科范畴内同时做到“会做、会教、会育”;需要体育教师根据体育课堂教学的本质特征对教学过程推进、教学活动安排、教学环境布置、学练方式设计等进行精心考虑和设计。

基于KCCA算法的车载广播非线性混合干扰信号盲源分离

针对车载广播设备工作时所面临电磁干扰降低信号质量的问题,首先应用基于核函数的典型相关分析的盲源分离算法,有效解决了车载广播非线性混合干扰问题;然后,通过对基于核函数典型相关分析算法的调幅信号和调频信号与噪声的非线性混合、分离过程进行了仿真分析;最后,采用信号之间相关系数对其分离结果进行了评估,验证了所提出的方法在车载广播干扰信号分离的可行性和稳健性。