基于EEMD-LSTM的桥梁变形响应组合预测模型研究

为准确预测桥梁结构变形响应,提出了一种利用孤立森林(iForest)算法对桥梁原始变形数据进行降噪,集合经验模态分解法(EEMD)对桥梁变形数据进行分解,长短期记忆神经网络(LSTM)深度学习法对所得到的多尺度变形分量进行预测的EEMD-LSTM组合模型。以武汉沌口长江大桥作为研究对象,选取RMSE、MAE、MAPE和R^(2)等参数作为评价指标,对该模型进行了验证。研究结果表明:与单一的LSTM、SVM和Bayesian模型相比,EEMD-LSTM模型有着良好的鲁棒性、适用性和更高的预测精度。

降雨影响下基坑开挖施工对邻近基桩变形响应分析

目前关于基坑开挖对邻近基桩变形响应的简化理论解研究,还较少考虑基坑开挖中支护作用的影响,尤其是没有考虑降雨环境带来的土工影响。基于一种适用于不同降雨工况的分层假定Green-Ampt模型来模拟降雨入渗过程,采用两阶段分析方法,研究了降雨影响下基坑开挖与邻近基桩相互作用的问题。首先,考虑基坑开挖土体卸荷、围护结构及支撑结构的影响,采用Mindlin基本解,分析降雨影响下基坑开挖施工导致邻近基桩位置的土体附加应力;然后,基于Pasternak双参数地基模型,探讨基桩与土体之间的相互作用,求得降雨影响下单桩和群桩随降雨历时变化的水平变形响应。通过工程监测数据与理论计算结果进行对比,获得了较好的一致性。此外,也针对降雨敏感参数(降雨强度、饱和渗透系数、初始含水率、基质吸力)与基桩敏感参数(边界条件、支撑刚度、桩径、开挖深度、桩与基坑间距)进行了影响因素分析。分析结果表明,所提出的理论方法可较好地反映降雨影响下基坑开挖施工对邻近基桩的变形响应;降雨对邻近基桩变形影响显著,降雨参数敏感程度依次为:降雨强度>初始含水率>饱和渗透系数>基质吸力;随着降雨历时的增长,湿润层发展深度不断增大,其发展速率呈现出逐渐衰弱并趋近于土体饱和渗透系数的规律,基坑开挖引起的邻近基桩位移也随之越来越大,其顶部位移变化速率逐渐减小后收敛至某一特定值;支撑刚度和基桩与基坑距离越小,基桩受到降雨历时的影响程度就越大;不同桩径的基桩受到降雨历时的影响程度基本相同;开挖深度越大,基桩受到降雨历时的影响程度就越大。

块石和混凝土排垫保护下海底管道落锚撞击变形响应研究

以往的海底管道落锚撞击防护数值模拟主要为单一保护层模型,这里则针对块石+混凝土排垫复合方案建立模型并开展防护性能研究。基于ABAQUS建立有限元数值模型,模拟了落锚、海底管道、海床土体、块石层和混凝土排垫组成的复杂系统相互作用,研究了管道壁厚、内压,落锚质量和撞击速度等因素对管道应变极值和管体凹陷变形的影响。与单纯块石层保护方案相比,采用的块石+混凝土排垫方案具有更优良的防护效果。研究结果表明:在撞击点处,管道的轴向应变和环向应变均达到最大值,且随着与撞击点距离的增加沿管道轴向逐渐减小;撞击结束后,管道上仍然残留一定的塑性应变。随着管道壁厚的增加,管道的最大应变和凹陷深度也随之减小;随着内压的增加,管道上最大拉伸应变变大,而最大压缩应变和凹陷深度减小。随着落锚速度或者质量的增加,管道上最大应变和凹痕深度均变大;在相同动能情况下,管道上的最大应变和凹陷值基本相同,也表明落锚动能是影响管道变形响应的控制因素。本文研究成果可为海底管道防护方案设计提供科学依据。

一种基于变形响应的飞行载荷地面标定方法

当前,飞机飞行载荷标定主要采用应变法,即首先在飞机结构部件如机翼、机身、垂尾、起落架上粘贴应变传感器,根据弯矩、剪力、扭矩等不同载荷类型测量需要组成相应应变电桥,随后进行地面载荷标定试验,建立结构载荷与应变之间的关系,即载荷-应变模型。然而,考虑到应变法存在不少问题,如应变计受物理损坏、温度、疲劳、黏结剂老化、电磁干扰等,而且传统应变计在测量大面积范围应变时,测点多,改装工作量大等。因此,探索一种基于新的物理参量来表征载荷显然是有必要的。

动荷作用下沥青路面结构的变形响应分析

应用三维有限元动力学的基本方法 ,结合 NEWMARK积分方法逐步求解运动方程 ,对动载 ( FWD荷载 )作用下多层弹性体系的响应进行了分析 ,并将计算结果和理论结果进行对比 ,表明计算模型合理 ,计算结果准确。利用上述计算模型 ,对于多种路面结构研究其在不同荷载周期下的动态反应规律。

基于断裂错动引起地铁隧道的变形响应研究

以西安地铁隧道穿越骊山山前断裂为研究原型,分析了该断裂的活动特征,并基于近场区地震危险性分析结果,对断裂黏滑活动可能产生的地表最大垂直位错量进行了预测;运用数值模拟方法,研究了断裂错动造成地层与隧道的变形响应特征,并对分段隧道结构受损的临界位错量值进行了分析验证;计算了断裂活动的影响范围,确定了地铁隧道穿越断裂带的主要设防区域。研究结果表明,随着断裂位错量的增大,上盘地层的沉降响应表现较明显,上下盘地层的差异沉降区域集中在断裂带附近,并呈"倒三角"形状逐渐向两侧扩展;当断裂位错量大于20cm时,上下盘远离断裂带的地铁隧道差异沉降尤为严重;当上盘沉降量达到50cm时,相邻分段隧道产生拉张、位错破坏;基于隧道拱顶处地层的竖向位移变化特征,得到地铁隧道穿越该断裂带的最小纵向设防长度为上盘40m、下盘15m,经对比验证,数值模拟计算结果与现场勘察结论一致;最后提出了相应的设防建议措施。

某水电站进水口高边坡开挖的变形响应研究

针对西南某大型水电站高达近106m的人工进水口垂直高边坡,通过现场跟踪施工的地质调查工作,系统研究了复杂地质条件和高地应力环境下岩石高边坡大坡比、强开挖所表现的变形响应,揭示了此类边坡变形响应的基本规律及特殊表现。研究表明:高边坡开挖过程中,边坡的变形与开挖过程有较强的同步性。变形主要受开挖卸荷影响,随着开挖的进行,坡体的变形随开挖面的远离表现出总体衰减,最终稳定的响应特征。变形可归纳为3种性质,即浅表松弛型、协调渐变型和回弹错动型,总体以浅表松弛型为主等。

某大型水电站高位边坡开挖的变形响应研究

针对西南某大型水电站高达近700 m的人工高边坡,通过大量现场跟踪施工的地质调查工作,系统研究了复杂地质条件和高地应力环境下,岩石高边坡大坡比、强开挖所表现的变形响应,揭示了此类边坡变形响应的基本规律及特殊表现。研究表明:高边坡开挖过程中,边坡的变形与开挖过程有较强的同步性。变形主要受开挖卸荷影响,随开挖的进行,坡体的变形随开挖面的远离表现出总体衰减,最终稳定的响应特征。

三峡库区木鱼包滑坡不同库水升降速率变形响应离心模型试验研究

本文采用地表位移监测和离心机模型试验研究了木鱼包滑坡在不同库水升降速率条件下的变形响应规律,取得以下认识:(1)木鱼包滑坡在重力和库水等因素作用下,促滑段不断挤压抗滑段而发生推移式蠕滑变形。(2)木鱼包滑坡变形主要受库水位高程和升降速率影响,降雨对滑坡的变形影响有限。165~175 m水位时,较高的库水上升速率才能造成月累计位移量大于30 mm的滑坡变形事件,而较低的库水下降速率则能造成大量月累计位移量大于30 mm的滑坡变形事件。145~165 m水位时,滑坡对库水升降速率的变形响应降低,滑坡月累计变形量基本处于30 mm以下。(3)滑坡的变形与库水浮力和动水压力有关。库水升降速率较小时,坡体内外水头差很小,库水浮力控制滑坡的变形;在库水升降速率提升后,坡体内外水头差增大导致动水压力增强,促使滑坡在库水抬升阶段的变形减弱,而在库水下降阶段的变形得到加强。(4)木鱼包滑坡的变形响应表现出自调节自适应性,首次蓄水对滑坡稳定性影响最为显著,后续的周期性库水升降过程中,对库水变动响应的敏感性有所减弱。以上研究结果可为三峡库区滑坡防治和库水调度优化提供有益借鉴。

西南某大型水电站拱肩槽边坡开挖的变形响应研究

对在复杂地质条件和高地应力环境下,高达近330m的人工岩石拱肩槽高边坡的研究,尤其是在大坡比、强开挖条件下所表现的变形响应规律的研究具有重要的理论与现实意义。论文通过大量现场跟踪施工的地质调查工作和利用丰富的监测资料的基础上,系统地研究了此类边坡变形响应的基本规律及特殊表现,得到了拱肩槽高边坡开挖过程中,边坡的变形与开挖过程有较强的同步性。变形主要受开挖卸荷影响;随开挖的进行,坡体的变形随开挖面的远离表现出总体衰减的特征等。开挖后的坡体的变形量较小,变形深度较浅,而且在开挖12～18个月后,变形趋于稳定。这些结论对类似边坡开挖及其稳定性的控制具有重要的借鉴意义。

爆炸荷载作用下多排钢管结构的大变形响应

采用八塑性铰变形模态,对爆炸荷载作用下多排钢管的压扁运动场进行了描述。基于虚速度原理,建立了多排钢管动力压扁模态解方程。由拉格朗日第二类方程确立初始条件,用差分法求解出各层钢管结构的传递荷载和压扁量大变形响应。计及应变率效应和材料硬化效应,计算值与试验结果相符。结果表明,采用模态法求解多排钢管的大变形动响应是可行的。

黄土暗穴对路面结构变形响应的影响分析

基于动力学基本方程,运用有限单元法(FEM)和NEWMARK隐式积分方法,对动荷载(FWD荷载)作用下路基下伏黄土暗穴对路面结构变形响应的影响进行了弹塑性数值分析。考虑到人工截断边界上波反射对计算结果的影响,分别用传递边界和半无限单元来处理侧面和底面边界。主要考虑了动荷载周期、暗穴洞径和埋深3个影响因素,并在计算结果的基础上分析总结了它们对路面结构变形响应的影响规律。

船体三维变形响应的数值预报

针对航行中舰船变形问题,采用三维水弹性理论实现了波浪中舰船的动态变形预报。通过拟合不同模态下船体有限元模型的节点位移,实现了将三维模态信息应用于广义流固耦合界面条件。建立了舰船在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动模态的主坐标。将各阶弹性模态主坐标与预报位置的角变形矩阵相乘,得到角变形响应。针对某实船,分别采用三维水弹性方法和三维刚体方法进行计算,通过对船体结构角变形响应的对比,验证了三维水弹性方法的正确性,同时也证明了该方法在计算效率上的优势。

富含黏土矿物的低渗砂岩变形响应特征研究

为探讨黏土矿物对砂岩变形的响应特征,开展了富含黏土砂岩的渗透率随应力变化的研究。基于渗透率有效应力系数ESCK的含义,分析发现ESCK是岩石变形的响应特征参数,在前人研究的基础上建立了ESCK与岩石变形之间的关系,初步提出了一套新型的岩石变形特征诊断方法。选取两块富含黏土砂岩在3种不同的围压下分别加/卸载孔隙流体压力,根据稳态法原理实测每种试验条件下的岩芯渗透率,同时根据所提出的平移法计算ESCK,结果表明,ESCK是大于1.0的常数,平移法是计算ESCK的有效方法。此外,根据所提出的岩石变形特征诊断方法分析判断了31块岩石的变形特征,发现黏土矿物含量和类型以及岩石的微观孔隙结构是影响岩石变形特征的主要因素。

温度作用下高陡濒危古遗址载体变形响应

依托世界上最大的生土遗址——新疆吐鲁番交河故城,通过高精度变形和温度监测,实时采集监测数据.通过对监测期内濒危崖体的大气温度特征、变形特征分析,发现交河故城濒危崖体的变形主要由大气温度所诱导,变形与大气温度均表现出较明显的周期时效性.温度升高,变形减小;温度降低,变形增大.结果表明:在天然状态与无突发事件下,濒危崖体变形处于周期性的弹性变形;如遇极端事件诱发,将导致濒危崖体的坍塌.研究结论对于交河故城崖体的科学加固具有重要的指导意义.

固支圆管受低速横向冲击变形响应研究

以两端固支的内空圆管为研究对象,采用数值仿真的方法,对圆管在不同位置经低速横向冲击的变形响应进行研究.首先,通过试验数据验证了仿真模型的正确性;其次,对试验参数进行无量纲化处理,通过碰撞力变形曲线定量地研究了圆管受低速横向冲击的变形历程,分析了不同冲击能量、冲击位置圆管变形模态的变化规律,得到了圆管变形的碰撞力阈值及能量分配规律,为该类问题的理论分析及工程应用提供了有益的参考.

原状粉质黏土K_0固结状态变形响应特征

为耦合原状粉质黏土在2种K0固结状态下变形响应的协调性，开展高围压K0固结及一维固结试验，分析K0固结状态下压缩模量及压缩指数的响应特征，建立响应特征参数间的关系，研究压缩模量及K0的发展规律，探讨经验公式用于预测K0的适用性。结果表明：K0固结的压缩模量比一维固结大，其差值随固结应力的增大而减小；当超固结比为1-3时，压缩模量显著增大，正常固结状态下其增幅有限；K0增大呈阶段性特征，正常固结状态下K0比超固结状态提高40.6 %左右；加载阶段K0随超固结比的减小先减小后增大，进入正常固结状态后，K0趋于一致，卸载阶段K0与超固结比的关系可以用幂函数较好地描述；正常固结状态K0经验式的计算误差在12%之内，Fraser，Jaky及Brooker法的误差在5%之内，当超固结比大于3时，误差会随超固结比的增大而增大。

暴雨作用下基于滑坡互信息量的白家包滑坡变形响应机制研究

暴雨是诱发滑坡的重要因素之一,但目前对于暴雨作用下滑坡变形响应机制的研究仍不充分。该文以三峡库区白家包滑坡为例,在滑坡详细监测数据的基础上,分析了暴雨作用下白家包滑坡的变形响应特征;采用滑坡互信息量方法揭示了暴雨作用下降雨及库水位变动对白家包滑坡变形的影响规律。结果表明:白家包滑坡变形主要受库水位变动影响,坡表裂缝扩张主要受降雨影响;暴雨是诱发滑坡加速变形及边界处的坡表裂缝快速扩张的主要因素。该文的研究方法可推广到其它多条件联合作用下滑坡响应规律的分析,为类似暴雨作用下水库滑坡防灾减灾提供一定参考。

垮塌区隐患资源爆破开挖变形响应的DDA法

针对地下金属矿山垮塌区隐患资源开采的安全问题,应用非连续变形分析法(DDA)研究垮塌区隐患资源在爆破动荷载作用下的变形响应.通过势能极小化原理和平面应变假设探讨DDA法的计算过程,在DDA模型中引入自由场边界和设置边界单元体的法向与切向自由阻尼器来模拟垮塌区边缘采场的爆破开挖,讨论了注浆加固后的垮塌区滑移面附近区域在爆破动荷载作用下的变形特征.研究结果表明:DDA模型中的输入波表现出明显的滞后性,根据输入波的滞后性计算波的传播速度与现场实测结果非常接近;爆破开挖后垮塌区滑移线下部区域的变形明显小于上部区域,与实际开挖后现场的监测结果相符合;距离爆源越远的监测点,速度放大系数越大,在DDA法中引入自由场边界和边界单元的自由阻尼器来研究垮塌区边缘采场在爆破动荷载作用下的变形响应是可靠的.

基于变形响应率的路堑边坡失稳预报研究

岩土体的变形可以视为广义荷载作用下的响应,在布置了大量位移观测仪器的边坡上选择变形稳定的测点为参考点,将参考点的位移变化视为荷载变化过程。计算出边坡其余部位的测点相对于参考点的变形响应率,通过响应率的变化趋势来判断边坡不同部位的稳定状况。当响应率较小时,说明变形正常;若某测点的响应率突然增加,说明该位置很有可能发生局部失稳破坏。通过对某高速公路沿线路堑高边坡的实例研究表明,变形响应率的波动情况与边坡实际状态的变化基本一致,响应率大的部位发生了塌滑。