杭州世纪中心西天窗索夹抗滑移试验研究

索夹是预应力索结构中拉索与其他构件连接的重要节点构件,若索夹和拉索之间发生滑移,会产生较大的预应力损失,甚至改变结构的受力性能。杭州世纪中心西天窗采用箱形桁架+钢索结构,其结构特殊性决定了拉索在施工张拉和施工完成后的状态不同,即施工张拉时要求拉索对索夹是可相对滑移的,而施工完成后需要锁定拉索和索夹的相对位置,不允许发生滑移。通过拉索施工张拉、高强螺栓紧固力衰减、索夹顶推三个阶段的全过程模拟试验确定了索夹与拉索之间的摩擦力情况。试验结果表明,在拉索施工张拉阶段,索夹对索体产生的摩擦力较小,通过锌板垫层能够有效降低铸钢索夹节点处的摩擦损失,保证拉索张拉过程中索力的有效传递;高强螺栓终拧后12h内会产生不可忽视的紧固力损失;使用阶段索夹的抗滑移承载能力能够确保索夹节点安全。

考虑中间主应力影响的非饱和黄土边坡抗滑桩间距研究

理论研究和工程应用中土体破坏准则的合理选用对研究和设计结果影响较大,同时由于中间主应力效应的影响,导致平面应变试验和常规三轴试验的试验结果的差异也被广泛证实。基于土拱破坏理论,采用理论推导的方式将统一强度理论、统一滑移线场理论和土拱破坏理论应用于非饱和黄土边坡抗滑桩间距研究中,并根据试验数据确定了非饱和黄土中间主应力参数b,推导了基于土拱理论的非饱和黄土边坡抗滑桩间距表达式。通过工程实例研究了非饱和黄土边坡抗滑桩间距随中间主应力参数b和基质吸力的变化规律。研究结果表明,考虑中间主应力效应的影响可增大抗滑桩设计间距,从而降低工程造价。研究对优化非饱和黄土地区抗滑桩间距具有重要的参考价值。

基于混沌控制的采摘机器人防碰撞系统设计

针对采摘机器人在作业过程中遇到障碍物导致路径规划出现混沌现象的问题,基于混沌控制对采摘机器人防碰撞系统进行设计,并采用模糊自适应控制算法和滑模变结构控制算法结构的方式对系统进行控制。为了验证防碰撞系统的有效性,对采摘机器人进行了防碰撞和采摘仿真试验,结果表明:采摘机器人在作业过程中可以避开障碍物,按照规划路线到达预设位置,完成果蔬的采摘。

圆形抗滑桩-拱形挡土板支挡性能与参数分析

为规避当前施工方法的不足,发展安全、高效和可靠的施工方法。依托东北地区某高速铁路路堑边坡工程,采用适于机械钻孔的圆形抗滑桩代替现行矩形抗滑桩,预制拱形挡土板,本文提出一种新型拱形板-桩墙支挡体系;并构建有限元模型,分析桩长、桩径、桩间距以及拱形挡土板矢跨比对新型拱形板-桩墙支挡体系支护性能的影响;揭示不同参数下桩顶水平位移与桩身内力的变化规律。研究结果表明:桩长与桩身弯矩和剪力大小呈正相关关系,与桩顶水平位移呈负相关关系。桩长超过14 m时,其对桩顶水平位移、桩身弯矩和剪力的影响效应明显减弱;随着桩间距增大,桩顶水平位移增大但变化幅度逐渐减小。拱形挡土板矢跨比增大时,桩顶水平位移、桩身弯矩和剪力均减小。影响拱形板-桩墙体系支挡性能的因素依次为桩间距、桩长、桩径和矢跨比。研究结果为圆形抗滑桩-拱形挡土板支挡体系在实际工程中的应用提供新思路。

降雨作用下抗滑桩与三维土工网垫植草护坡坡体的稳定分析

针对抗滑桩与三维土工网垫植草护坡在降雨作用下的稳定性问题,采用有限元强度折减法,利用ABAQUS建立抗滑桩与三维土工网垫植草护坡坡体的三维有限元模型,以坡底水平位移突变情况作为边坡失稳的判断标准,分别比较了不同工况下护坡安全系数随降雨时长的变化规律,以及降雨作用下抗滑桩桩位、桩长对抗滑桩与三维土工网垫植草护坡坡体的稳定性影响,并与未考虑降雨时的影响规律进行对比。结果表明:降雨时长对三维土工网垫植草工况的边坡稳定性影响较为明显;抗滑桩桩长对边坡稳定性影响较大,桩长宜取8 m;无降雨作用下将桩位置于坡中时边坡整体获得最大安全系数,降雨作用下将抗滑桩置于相对位置(L 0.4=4.8 m)时能够起到更好的抗滑效果;抗滑桩与三维土工网垫植草在降雨作用时加固护坡的效果比无降雨时更好,且优于原边坡。

曲面滑坡条件下h型抗滑桩受力性状模型试验研究

依托公路大型滑坡治理工程,设计物理模型试验装置,设置同一滑面和桩体锚固深度,进行6组h型抗滑桩室内模型试验,分析不同连梁长度及后排桩悬臂段高度(连梁高度)时桩顶位移变化规律、桩身弯矩和桩后土压力分布特征,研究曲面滑坡条件下h型抗滑桩受力性状及其内在机制,并给出桩后滑坡推力抛物线型分布的一般函数表达式。试验结果表明:h型抗滑桩受力过程桩顶水平位移变化表现出较为明显的三阶段特征,桩身弯矩分布呈现正、负交变现象,后排桩桩顶水平位移及桩身弯矩明显大于前排桩;降低后排桩悬臂段高度不影响桩身弯矩分布特征,但对于桩顶水平位移及桩身弯矩量值,后排桩明显减小,前排桩有所增大;增减连梁长度对前、后排桩之间荷载传递与协同受力特性影响显著,使得前、后排桩水平变形及桩身弯矩随之产生变化;连梁正、负弯矩极值均处于连梁端部,相比于连梁长度,连梁弯矩的大小及分布形态受后排桩悬臂段长度的影响更为明显;随着连梁长度的减小或后排桩悬臂段长度的增加,后排桩桩后土压力表现出抛物线型、重心偏下的抛物线型及近似梯形的分布形态。此外,给出的滑坡推力函数表达式能较好的表征其抛物线型分布特征,通过调整合力作用点参数,亦可对滑坡推力近似梯形的分布类型进行描述。

含软弱夹层顺层岩质边坡开挖稳定性分析

以都安高速公路某段含软弱夹层顺层岩质边坡为例,采用极限平衡法对开挖后的边坡进行稳定性分析,基于FLAC3D软件模拟分析边坡分级开挖、分级支护过程中的位移、最大剪切应变增量、应力特征及抗滑桩的承载性能。结果表明:严格条分法的安全系数为1.011,强度折减法安全系数为条分法的97.13%,当考虑岩土体变形时,传统计算方法可能会高估边坡自身的稳定性;边坡采用抗滑桩+框架锚索+框架锚杆的联合支护方式,并进行分步开挖及分级支护,对坡体扰动小,支护效果良好,能很好地控制坡体变形,避免边坡因软弱夹层塑性区贯通而发生失稳破坏。

砂土边坡桩间水平土拱机理与演变规律离散元分析

抗滑桩等非连续支挡结构在边坡工程中依靠土拱效应安全经济地发挥支护功能。鉴于不同类型砂土的力学性质差异较大,为揭示密砂与松砂土质边坡抗滑桩桩间水平土拱机理与演变规律,采用离散元方法(DEM)模拟支挡砂土水平土拱的成拱过程。在传统力链分析的基础上,提出通过筛选高应力颗粒来研究土拱的形成过程,进一步从细观角度对不同工况土拱效应进行分析,以揭示“应力拱”和“位移拱”的演化过程。研究表明:密砂和松砂中的水平土拱的动态演变过程均表现为3个演化阶段,分别对应于密砂和松砂的剪切性状,即应变软化和应变硬化现象,揭示了砂土边坡桩间土拱效应的演变规律。此外,讨论了宏-微观DEM模拟参数对土拱形成过程与土拱效应性能的影响,结果表明拱跨对于荷载传递效率的影响最大。

基于改进虚拟惯性控制的直流充电桩控制方法

直流充电桩充电速度快、效率高的优点使得电动汽车负载可以频繁投切,但其作为直流系统具有惯性小、阻尼弱的特点。为降低电动汽车负载投切对直流侧电压扰动的影响,文中提出一种基于改进虚拟惯性(virtual inertia,VI)控制的直流充电桩控制方法。首先,类比虚拟同步机(virtual synchronous machine,VSM)技术推出VI控制,赋予直流系统一定的惯性与阻尼支撑。其次,采用指令滤波反推积分滑模(command filter backstepping integral sliding mode,CFBISM)控制对VI控制进行改进,即采用积分滑模(integral sliding mode,ISM)控制优化VI控制,增强系统的鲁棒性,并采用指令滤波反推控制对其中关键参数进行重构,避免控制器出现计算膨胀现象,同时对电流内环采用改进ISM控制从而进一步提升控制效果。然后,通过Lyapunov稳定性判据证明所提控制方法的稳定性。最后,通过仿真对比验证了文中所提控制方法可将直流侧电压波动限制在2 V以内,动态响应速度提高约0.1 s,关键参数在稳态时的扰动限制在1 V左右,从而验证了其响应速度快、鲁棒性好的特性。

基于等价输入干扰滑模观测器的磁悬浮轴承控制

针对磁悬浮轴承受到未知干扰而使转子偏离理想位置导致控制性能下降的问题,建立了存在未知干扰的磁悬浮轴承模型,基于模型设计了等价输入干扰系统,利用积分滑模观测器对系统状态量进行观测并结合等价输入干扰估计器协同实现对未知干扰的实时精准估计,通过控制端对等价输入干扰估计值进行前馈补偿,设计转子位置环的滑模控制器,通过复合控制提高系统的鲁棒性。与其他方法的仿真对比结果表明,所提方法能够提高轴承系统的抗扰性能,实现对转子位置的高精度控制。

高切岭段膨胀性土渠坡勘察与稳定性分析

江淮分水岭高切岭段渠道因特殊的地形地貌条件,且渠坡揭露地层具膨胀性,历年来屡次发生失稳现象。通过分析膨胀土渠道滑坡的特点和成因,选取典型断面,采用连续取样钻探和静力触探进行勘测,分析边坡滑动带或潜在滑动带的分布位置、发育特点和力学特性。考虑滑动带或潜在滑动带,分别对边坡实施阻滑措施,并进行稳定性验算。通过对渠坡的稳定性和阻滑处理措施的研究,为膨胀土边坡的阻滑防治提供参考。

非饱和土基坑抗隆起稳定性研究

鉴于基坑周围土体常处于非饱和状态以及挡墙位移多发生绕墙底RB模式转动,首先采用非饱和土双应力状态变量理论推导墙底条形基础单侧滑动的承载力与RB位移模式下墙-土整体下滑时的竖向抗滑力,继而基于极限平衡法提出均布/线性吸力下非饱和土基坑抗隆起安全系数的求解过程,最后对比文献理论解答进行基坑工程实例应用与验证和挡墙位移模式探讨。研究表明:本文基坑抗隆起安全系数能反映土体非饱和特性与挡墙RB位移模式,可自然退化为饱和土结果,并得到文献地基承载力模式解答和极限上限法解答的合理性验证;挡墙RB位移模式下的竖向抗滑力小于静止状态下的,对应的基坑抗隆起安全系数亦然;非饱和土基坑若按忽略非饱和强度特性的饱和土基坑简化计算,得到的基坑抗隆起安全系数偏于保守。

砼结构抗滑桩微形变监测系统的设计与应用

研究砼结构抗滑桩微形变监测系统,对多通道高压激振、拾振等采集电路模块进行设计,提出了“风光互补”的供电和数据的本地、远端冗余存储的系统可靠性保障方案,在内蒙古某露天铁矿边坡滑坡治理工程中的砼结构抗滑桩健康监测应用表明,本文提出的砼结构抗滑桩微形变监测系统能稳定可靠地对砼结构抗滑桩的应力、形变等进行监测,提高了砼结构抗滑桩监测的实时性和科学性。

分布式驱动电动汽车横向稳定性抗饱和滑模控制

【目的】探讨轮毂电机输出转矩的幅值和响应速度饱和的问题。【方法】以分布式电动驱动汽车为研究对象,结合二阶嵌套饱和函数对滑模控制进行抗饱和设计,并基于轮毂电机的峰值转矩及其在台架试验中的实际响应设计抗饱和滑模控制器的上下限参数。【结果】抗饱和滑模控制器能严格限制直接横摆力矩的幅值和变化速率,能极大地提高极限工况下车辆的横向稳定性。【结论】本文提出的方法有效解决了极限工况下轮毂电机易陷入饱和的问题,避免了因车轮滑移导致车辆失稳。

高填方路堤滑坡成因分析及防护对策

以某高速公路互通匝道高填方路堤边坡失稳为例,综合考虑填方区原始地形地貌、地层岩性及施工工艺对路堤边坡稳定性的影响,分析了土−岩二元结构填方边坡的变形特征和破坏机理,认为岩土界面可能为填方边坡的最薄弱层面而非填筑界面。同时,根据滑坡成因分析和稳定性评价结果,借助ABAQUS有限元分析软件对填方边坡的破坏机理做了进一步验证,并对抗滑桩支挡结构的受力状态进行了数值分析。分析可知,滑坡滑面主要在岩土界面处,滑面形态呈折线状;通过开挖台阶、设置宽平台和抗滑桩支挡可有效抑制路堤边坡变形,同时应加强排水;在抗滑桩支挡作用下,高填方路堤边坡潜在滑动面表现为由深层向浅层的演化破坏;滑动面以上桩身应力逐渐减小,在滑面处形成“三角状”高应力区,滑动面以下桩−土接触段桩身应力主要集中在桩前;桩身主要受弯段在潜在滑面以下;桩身主要受推力部位在滑面以上桩长1/5~1/3处,而主要抗力部位在滑面以下桩前部分。

超薄磨耗层抗滑性能的衰变规律及其影响因素

为了精确评价沥青超薄磨耗层开放交通后抗滑性能衰变过程、机理及影响因素,首先利用弧形模具及其配套的轮碾机来制备弧形超薄磨耗层试件;然后通过驱动轮式加速加载系统对4种级配类型和3个沥青胶结料等级的沥青超薄磨耗层试件进行加速加载试验;最后借助激光纹理扫描仪对一定轮载次数作用后的试件分别进行扫描。结合试验数据分别建立了基于S型函数的沥青超薄磨耗层宏观和微观构造深度衰变模型,以及基于灰色关联分析方法来分析各空隙率和沥青胶结料对抗滑性能的独立和耦合作用。试验研究结果显示:采用驱动轮式加速加载系统结合S型函数模型可以定量地评价和预测沥青超薄磨耗层性能的演变过程;空隙率影响超薄磨耗层宏观和微观构造深度的前期衰减速率,空隙率越大,则超薄磨耗层的宏观和微观构造深度的前期衰减速率越大;宏观构造深度的中后期衰减速率受沥青胶结料等级影响更大,沥青胶结料性能等级越高,则宏观构造深度的中后期衰减速率越慢;空隙率和沥青胶结料等级对超薄磨耗层微观构造深度中后期衰减速率的影响相当。因此,在进行超薄磨耗层抗滑性能设计时,选择大空隙率的开级配超薄磨耗层混合料级配对路面抗滑耐久性是有益的,而沥青胶结料的性能等级则可以根据交通量的大小合理选择。

基于差分法的双排抗滑桩结构内力计算

为研究有连梁双排抗滑桩快速有效的内力计算模型,在对有连梁双排桩进行受力分析的基础上,将有连梁双排抗滑桩结构简化为在桩顶连系梁零弯矩处断开的2根单桩结构,通过对双排桩受力进行叠加得到前后排桩桩顶连梁传递的弯矩与剪力,基于有限差分法建立了有连梁双排抗滑桩受荷段、嵌固段全桩内力计算模型,进而对有连梁双排抗滑桩桩体内力进行了计算。同时,通过大型室内模型试验内力实测结果对所计算结果进行了对比验证。结果表明:(1)模型试验结果与所建计算模型得到的桩顶位移与桩身弯矩值吻合较好,说明简化计算模型具有一定的适用性;(2)二者的后排桩最大弯矩出现位置略有偏差,计算得到的最大弯矩位置更接近实际桩体破坏位置,进一步验证了全桩内力计算模型的可靠性;(3)所建有限差分计算模型避免了将受荷段与嵌固段利用连续条件进行迭代的复杂运算过程,大大提升了计算效率,为实际工程提供了一种快速高效的有连梁双排桩内力计算方法。

大型顺层岩石滑坡中多排组合桩加固的数值模拟

为探究大型顺层岩石滑坡的合理支挡防护体系,确保顺层岩石边坡的稳定性,依托安徽某顺层滑坡,基于数值模拟方法,分析“单排桩(或锚拉桩)+h型抗滑桩”联合支护体系在顺层岩石滑坡中的受力特性及支挡防护效果.研究表明:滑坡下部临空面支护与中上部h型桩相关联,且下部单排桩增设锚索后,h型桩桩顶和滑面处位移明显降低,最大弯矩和剪力也有下降趋势;h型桩连梁与后排桩的连接方式对抗滑桩的支护效果有一定影响,固接效果强于铰接,连梁固/铰接方式对h型桩支护结构的弯矩和剪力的影响远小于单排桩有无锚索对h型桩支护结构的弯矩和剪力的影响;“单排桩(或锚拉桩)+h型抗滑桩”联合支护体系可以有效地控制坡体变形,确保顺层滑坡支挡后处于稳定状态.研究成果可为此类岩石边(滑)坡的支护治理提供一定的理论借鉴.

基于扩张状态观测器和抗饱和输入的伺服电机等效反步滑模控制

为了提高伺服电机系统的动态响应速度、抗干扰能力,解决输入饱和的问题,课题组基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和抗饱和输入(anti-saturation input,ASI)辅助系统设计了伺服电机的运动控制方案。首先,建立了伺服电机的数学模型,将系统阻尼和系统不确定性归为扰动,将扰动设为系统的扩张状态;然后在等效反步滑模控制(backstepping sliding mode control,BSMC)的基础上,引入了ASI辅助系统和ESO,解决输入饱和问题,并抑制内、外干扰;采用双曲正切饱和函数替换符号函数以减小滑模控制的抖振;通过李雅普诺夫稳定性方法检验所提出控制器的稳定性。最后,将基于ESO和ASI的等效反步滑模控制与比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制、滑模控制(sliding mode control,SMC)进行仿真对比。结果表明:相较于传统PID和SMC控制器,课题组所设计的控制器可以实现伺服电机的无超调快速响应,解决了输入饱和问题,并具有较好的抗干扰能力和减小输入冲击的作用。

驷马山分洪道高切岭段右岸渠坡稳定性勘察评估与阻滑措施分析

驷马山分洪道高切岭段渠道因其特殊地形地貌条件,且渠坡揭露地层具膨胀性,历年来屡次发生滑坡现象。本文通过分析其滑坡的特点和成因,并在高切岭段右岸渠坡选取典型断面进行勘测评估,探索一种膨胀土边坡勘察的方法,分析膨胀性土边坡滑动带或潜在滑动带的发育深度和力学特性,在此基础上根据边坡特点进行稳定性分析,为膨胀土边坡的阻滑防治提供参考。