隧道开挖地层位移计算方法及工程应用∗

经验方法是计算隧道开挖引起地层位移的重要方法，尤其是当地层的非线性塑性变形显著时，经验方法可更为合理地描述地层的位移分布规律，但是可实现地层竖向位移和水平位移统一计算的方法尚未建立。基于隧道上方土体单元的运动特征，提出了隧道开挖引起的地层位移的经验计算模型，建立了地层水平位移和竖向位移之间的关系。通过分析 25 组现场工程数据，优化了隧道上方地层最大沉降 S_v，max（z）的公式，结合已有的沉降槽宽度系数 i（z）的公式，发展了 Peck‐Mair 公式，实现了隧道上方地层竖向位移场的合理计算。根据地层水平位移和竖向位移之间的关系，基于发展的 Peck‐Mair 公式，推导了地层水平位移的计算公式，实现了地层竖向位移和水平位移的统一计算。在地层水平位移计算公式中，变量 H（z）表示土体运动定向点位置随深度的变化规律，基于工程实测结果提出了一个对数函数实现了 H（z）的定量描述。利用伦敦 HEX 隧道工程中实测的 2 组地层位移数据，验证了所提地层位移计算方法的合理性。最后，将提出的地层位移计算方法应用在北京地铁 12 号线安‐安区间渡线段隧道开挖工程，实现了该工程中隧道开挖引起的地层位移场的反演。     

板锚在双层黏土中埋深损失的大变形有限元分析∗

海洋工程中,海床土体分层现象对吸力嵌入式板锚（SEPLA）在海床中的旋转调节过程有着不可忽视的影响。基于耦合的欧拉?拉格朗日（CEL）法,建立起用于分析板锚在双层黏土中埋深损失的有限元模型。通过与已有离心机试验及数值计算结果对比,验证模型的有效性。在板锚初始埋深不变的情况下,考察不同系缆点距上下层土体分界线距离（d）及强度比（s_u1/s_u2 ）对板锚在双层黏土中埋深损失的影响,通过分析板锚周围土体的流动机制,明确了锚在双层黏土中埋深损失增大的原因,并建立起板锚埋深损失经验公式。结果表明,在 s_u1/s_u2＜1 的双层黏土中,随着 d 的增大,板锚的埋深损失先增大后减小,并存在一极大值 ΔZ_max,该极值比板锚在下层均质土中埋深损失大 74.2% ~ 81.1%,在工程中较为危险;在 s_u1/s_u2＞1 的双层黏土中,随着 d 的增大,板锚的埋深损失逐渐减小;d≤ -0.5B 与 d≥1B 时,板锚的旋转过程分别仅受上层土体与下层土体的影响。     

冻融循环作用下西宁地区黄土动力特性试验研究∗

黄土作为一种广泛分布在青海省境内的特殊土,长期承受冻融循环与地震荷载的双重影响,其地震易损性和水敏性的问题一直被广泛讨论。为寻求黄土在冻融循环和动荷载耦合作用下动力特性的变化规律,以西宁地区黄土为研究对象,施加正弦波形式的循环动荷载,开展动三轴试验,分析了围压、冻融循环次数和动剪应变幅值 γ_d对黄土的骨干曲线、动剪切模量 G_d、动剪切模量比 G_d/G_{d max}及阻尼比 λ 的演变规律。结果表明：黄土的骨干曲线在经历 6 次冻融循环后趋于稳定,可将骨干曲线的发展过程分为弹性阶段和弹塑性阶段;分别采用 Hardin?Drnevich 模型和改进的 Hardin?Drnevich 模型对动剪切模量曲线进行拟合,发现用改进的 Hardin?Drnevich 模型拟合动力参数效果较好;随着围压的降低,G_d/G_{d max}?γ_d关系曲线分布更为分散且有逐渐减小的变化趋势;随着 γ_d的增大,λ 不断增大,且土体在各围压条件下,经历不同冻融循环次数后,G_d/G_{d max}和 λ 存在最大值和最小值。该研究初步掌握了青海地区黄土在冻融循环作用下的动力学参数,研究成果可为寒区抗震设计提供设计参考。     

上埋式管道穿越高填方填挖结合部位的受力状态研究

以延安新区黄土高填方工程中的上埋式排水管道为原型,开展了相似比为1:2的室内试验,试验前在模型箱底部一定位置预设沉降底板模拟实际填方的工后沉降过程,在试验土体和管道中布设压力盒、位移计和应变片,以采集试验过程中的管土接触压力、管-土相对位移和管道应变等数据。研究表明,负土拱效应对管道的上部压力影响明显,竖向压力系数最大达3.4,与沉降量的关系符合三次多项式曲线,负土拱效应对管道的影响不可忽略。开挖纵向剖面后发现管道下部土层间出现明显的脱空裂缝,是管道下部管-土接触压力减小的原因。该成果为黄土高填方场地中管周土压力的计算、管道变形控制提供参考。     

高填方多级挡墙路堤变形及稳定性分析

针对高填方路堤回填料分层碾压施工中呈现出超固结、剪胀和时间相依等复杂变形特征,以高填方多级挡墙路堤为例,通过现场勘查、室内试验以及变形监测获得回填土石料的力学性质,分别采用摩尔库仑、修正剑桥以及基于下负荷面的弹粘塑性二次开发本构模型,逐步表征路堤回填料的超固结、剪胀以及时间相依变形行为,并结合单元试验以及现场沉降监测数据反演综合确定三种本构模型材料,对比分析三种本构模型模拟高填方路堤施工及工后变形的差异,最后利用有限元强度折减法分析该高填方多级挡墙路堤的稳定性。计算结果表明:在路堤填筑初期(21 d),基于下负荷面的弹粘塑性模型和修正剑桥模型相比摩尔库仑模型考虑了先期固结应力,计算沉降量结果稍小;随着施工填筑的进行(100 d),一旦超过先期固结应力后,三种模型的沉降量变化逐渐接近;随着时间的增长,仅基于下负荷面的弹粘塑性模型能计算路堤的长期沉降,预测该路堤顶10 a工后沉降17 cm,满足工后沉降要求;同时发现路堤水平侧移呈“S”型内倾的变化特点,且通过有限元法强度折减计算得到边坡稳定性最小安全系数和最危险滑动面,均满足边坡稳定性要求,路堤边坡的失稳预警位移为4.6 cm。     

盾构隧道开挖对邻近桩基三维影响试验研究∗

参考清华园隧道盾构段全线近距离侧穿北京地铁 13 号线桩基的工程背景建立试验模型,开展卵石地层中盾构施工对邻近桩基三维扰动特征研究。试验模型中共布置 5 根模型桩(1#~5#桩)。以 1#桩为例分析了盾构掘进过程对桩基的三维影响特征,发现附加弯矩主要产生在刀盘距桩基-0.5D 至 0D 阶段,横向弯矩最大值是纵向弯矩最大值的 2 倍;附加轴力主要产生在-0.5D 至 1.5D 阶段,桩顶附加沉降主要产生在-1D 至 1D 阶段,桩端附加承载力在-0.5D 至 2D 阶段持续增长。对比 1#、2#和 3#桩研究了桩-隧不同水平间距对桩基扰动规律的影响,发现桩基的附加沉降、附加弯矩和附加轴力均随与隧道水平距离的增大而减小,弯矩最大值的位置随着距离的增大而逐渐上移。对比 1#、4#和 5#桩分析了桩端相对竖向位置对桩基扰动规律的影响,得出桩端位于隧道拱顶的桩基的附加弯矩明显小于桩端位于中心线及拱底处桩基的附加弯矩。     

考虑软土蠕变效应的路基沉降有限元反演分析

提出了考虑软土蠕变效应的路基沉降有限元反演分析方法,通过Matlab语言将Abaqus有限元分析软件嵌入改进的鲸鱼算法中,实现了软土地层计算参数快速而又准确的获取。并采用修正的Drucker-Prager屈服准则模型与"时间硬化"蠕变法则耦合模型模拟考虑蠕变效应的路基土体的沉降变形情况。为了验证该方法的可靠性,构建了某跨越软土地区的高速公路路基有限元反演模型,模拟了整个施工期内路基的变形情况,结果表明,反演分析得到的路基变形情况与实测值有较高的一致性。另外,利用反演分析得到的计算参数预测了工后10年的路基与路面的沉降情况,为该公路的运行与管理提供很好的理论指导。     

基于有效降雨阈值的鄂西山区五峰集镇滑坡危险性评价∗

五峰集镇地质环境背景条件复杂，特别在汛期降雨影响下滑坡地质灾害频发，因此开展五峰集镇滑坡空间预测评价和降雨阈值研究，不仅对研究区滑坡的防灾减灾具有实际指导意义，同时对基于降雨阈值的滑坡危险性评价方法研究也具备较好的参考价值。本文以降雨型滑坡多发的五峰集镇为例，利用地理探测器法准确选取研究区评价因子，综合层次分析模型与 BP 神经网络模型计算全区易发性指数，得到基于斜坡单元的滑坡易发性分区；同时，统计每个滑坡点的降雨历时及有效降雨强度，分析研究区滑坡的致灾雨型，绘制诱发鄂西山区滑坡灾害发生的临界降雨 I‐D 阈值曲线，得到设计工况下的时间概率；综合易发性分区和时间概率得到基于有效降雨阈值的鄂西山区五峰集镇滑坡危险性分区图。研究结果表明：五峰集镇滑坡高和极高易发区占研究区总面积的 27.12%，主要分布于研究区大型河流两岸；五峰集镇滑坡发生 10%、50%、75%概率的阈值曲线分别为 I = 31.42 × D^{-0.786 94} 、I = 68.11 × D^{-0.786 94} 、I = 84.74 × D^{-0.786 94} ；五峰集镇滑坡高和极高危险区占研究区总面积的 19.33%，主要分布于研究区中部及东南部河流两岸。本文所构建的五峰集镇滑坡危险性评价体系，以及适用于鄂西山区的基于降雨阈值滑坡危险性评价方法，能够为山区地质灾害防控以及危险性评价研究的不断完善提供有益参考。     

栓钉连接件、锚固及降温方式对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递的影响∗

为研究降温方式、锚固长度、栓钉连接件(焊接栓钉)及其位置对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递的影响,设计了 12 个高温喷水后型钢再生混凝土试件和 2 个高温后型钢再生混凝土试件进行推出试验。试验过程中观察了型钢再生混凝土试件的推出过程及破坏形态,获取了各试件的荷载滑移曲线及其特征点参数,分析了变化参数对其特征点参数的影响规律。结果表明,高温喷水后带栓钉型钢再生混凝土破坏后会在栓钉所在处产生横向裂缝,其加载端与自由端荷载滑移曲线的差异也很大;高温喷水后型钢再生混凝土的黏结强度和弹性黏结抗剪刚度均随历经最高温度的上升而下降;历经最高温度为 400 ℃时,高温喷水后型钢再生混凝土的黏结强度和弹性黏结抗剪刚度低于高温后型钢再生混凝土,l_a=250 mm 的高温喷水后型钢再生混凝土黏结强度和弹性黏结抗剪刚度也低于 l_a=400 mm 的高温喷水后型钢再生混凝土,历经最高温度为 600 ℃时则反之;栓钉连接件对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递性能的提高显著,特别是将其设置在型钢腹板处。     

参数对地震动随机模拟结果的影响分析*

随机有限断层法是模拟近场高频地震动常用的方法,且被国内外研究者证实是成功的且有效的模拟高频地震动的工具。由于随机有限断层模拟方法输入参数较多,造成对模拟结果的不确定因素也相应较多,因此在使用随机有限断层法时如何合理地确定输入参数则成为研究者需要考虑的首要问题,也是成功重建场点加速度纪录的关键环节。简要地介绍了地震动模拟的基本理论、流程和主要参数的意义,在国内外研究者的研究成果基础上以芦山 M_w6.6 地震为例重点分析了地震动持时对峰值加速度(PGA)、5% 阻尼比加速度反应谱(PSA)和加速度傅里叶谱(FAS)模拟结果的影响。主要得出以下结论：(1)在特定震级下,持时模型对峰值加速度影响较大,特别是断层距越小时,这种影响作用越明显;(2)通过四种持时模型得到的傅里叶谱和反应谱以及模型偏差分析可知,根据记录 90% 有效持时拟合其与震中距得到的持时模型表现较好。最后分析了脉冲百分比和断层上缘埋深等参数对模拟反应谱的影响,结果显示：(1)在相同震级下,反应谱幅值随脉冲百分比的变化差异不大;(2)在断层方位尺寸给定的前提下,反应谱幅值随上缘埋深的增加而减小。这些结论可以为随机有限断层模拟方法的工程实际应用时更合理地挑选参数提供理论依据,也可以相应的提高模拟精度。     

基于模糊综合判别的森林火险等级预报研究

森林火险气象因子的预报具有很大的不确定和模糊性,而依赖于气象预报因子的森林火险预报同样具有等级判别的模糊性.以海南岛森林火险气象等级预报为例建立森林火险预报模糊数学模型,研究建立森林火险预报模糊综合判别数学模型的关键技术,并分析对比模糊数学模型与其它常用森林火险预报方法模型的优劣.结果表明模糊数学模型在海南岛森林火险等级预报中显现出明显优势,它能够更好地分辨出高森林火险与低森林火险,较好反映森林火险等级与气象因子之间存在的复杂关系.     

基于GIS-ESDA的城市热岛效应研究

随着城市化水平的不断提高,大中型城市热岛效应愈显严重。采用地理信息系统(GIS)与探索性空间数据分析(ESDA)相结合的方法,综合计算各因子作用及温差,以长沙市为例,研究了城市热岛分布、热岛强度的空间分布与城区人口密度、用地类型的关系。研究结果表明:(1)城市热岛及热岛区域人口呈集聚分布;(2)地块间的温差与用地类型及人口密度有密切联系,商服公共设施用地上的人口密度与热岛强度呈正相关性,工业热源地区该关系则呈二次方程曲线形式;(3)人口密集、建筑紧凑的街道在人口密度超过200人/hm2后将有可能形成新的热岛。(4)商服公共设施和工业热源因素对城市下垫面热量有互生性及放大性。     

断层对震害影响的研究

简要介绍了通海地震、大关-永善地震、海城地震和澜沧-耿马地震的震害调查结果，并对各地震断层场地震害进行了分析，结果表明：局部地形、发震断层及断裂破碎带等是影响断层场地震害的主要因素；非发震断层对震害没有明显的影响。     

城市自然灾害综合风险评估问题研究

考虑到城市自然灾害综合风险评估过程的繁琐,提出一种基于事例推理(case-based reason ing,CBR)思想的风险评估方法。从风险所具有和所代表的不确定性入手,将城市灾害综合风险看作是基于危险性和易损性的不确定系统,先基于集对理论做先前事例的风险评估,得出风险值后,形成案例库,再利用可变模糊聚类方法做关于综合风险评估结果的CBR前期处理,形成有利于快速检索的事例样本结构,并在CBR循环过程中通过融入或修正新案例形成新的事例样本,如此往复,不断补充、扩容事例数量和多样性,达到简化风险评估过程和准确化风险评估结果的目的。通过某地区风险评估实例,证明了该方法的有效性。     

驳船池火灾的危险性分析

从现代社会中广泛用于原油运输的船只入手,介绍了在原油转移的过程中发生意外泄漏而产生池火灾的几个重要参数模型。结合热辐射伤害的破坏准则,对死亡、重伤、轻伤的范围进行了量化研究,进一步分析了池火灾所造成的直接财产损失和间接的财产损失,并给出了相应的计算模型。以湘江边上一艘驳船发生柴油泄漏后产生的池火灾为例,计算分析结果表明:池火灾对周围一定半径内造成巨大的财产和人员损失。     

古建筑雷击风险评估探讨

通过对古建筑防雷现状的调查研究,提出古建筑物的重要性、年预计雷击次数、自身结构、内部环境变化、雷击史是评估古建筑雷击风险的主要项目,并确定了各个项目的风险系数。根据风险系数给出了古建筑物雷电防护等级的计算公式。     

基于灰色模型的电力变压器可靠性分析

针对电力变压器可靠性建模精度要求高、但可靠性数据较少这一问题,将电力变压器看做是一个灰色系统,分别利用灰色GM(1,1)模型和无偏灰色GM(1,1)模型建立电力变压器的可靠性分析的数学模型,通过数据拟合得到电力变压器相应的故障率数据,对拟合精度进行检验后发现本文提出的可靠性建模方法精度高、实现快捷,是一种有效可行的电力变压器可靠性研究方法,其分析结果可为制定电力变压器的维护与维修策略以及状态检修工作提供依据。     

地形起伏对滑坡运动的影响规律研究∗

地形作为滑坡运动的重要约束条件，对滑坡运动行为及致损效应具有较大影响，研究其影响规律具有实际意义。通过分析地形对滑坡运动的作用机理，初步推导了考虑地形效应的雪橇模型，利用已有模型及试验结果验证其具有相当准确性，进而推导了地形引起的摩擦耗能增量E_T表达式。利用耗能增量E_T与总能量E_G的比值定义地形影响率η，作为地形影响程度的指标，对100个滑坡地形进行了计算分析。结果表明：（1）16%的滑坡地形影响率保持在20%以上，地形影响不可忽略；（2）局部地形为滑坡短时加减速创造了良好条件，对滑坡运动具有显著影响；（3）地形对近程滑坡的影响明显大于远程滑坡；（4）滑坡的地形缓急大致可以反映滑坡运动受地形影响的大小。建议对潜在下滑地形较平缓的不稳定坡体给予足够重视，且通过微小改变地形可能会大幅减小滑坡运动距离，以达到减灾目的。     

基于GIS的滑坡空间特征分析

基于GIS技术对滑坡及其渗水盲洞疏干土体的空间特征进行了分析。首先讨论了基于三棱柱模型的滑坡体体积计算，然后提出确定渗水盲洞疏干土体边界与地面交线的方法，以此确定疏干土体的空间形态和体积计算方法，并以西昌一攀枝花高速公路沿线米易滑坡为例，对该滑坡的体积特征和渗水盲洞疏干土体的空间形态进行了分析和计算。     

基于虚拟同步发电机技术运行控制策略的研究

针对传统一次调频和二次调频无法实现光伏发电系统频率的无差调节问题,借鉴传统同步发电机控制原理,通过调速器及励磁调节器完成频率调节的方法,设计了一种改进型的虚拟同步机调速器系统,并对其控制策略进行了仿真验证。结果表明:该控制策略实现了光伏发电频率的无差调节,达到稳定运行的目的。