基于希尔伯特损伤特征向量的挡土墙结构损伤诊断

为了诊断挡墙结构损伤,通过希尔伯特-黄变换对激励作用下挡墙结构动力响应间虚拟脉冲响应函数进行希尔伯特边际能量谱分析,筛选出对损伤较为敏感的特征频段,基于特征频段创建希尔伯特损伤特征向量,并提出损伤识别指标：能量比变异系数。基于损伤特征向量及损伤指标,提出了一种用于挡墙结构的损伤诊断方法,即通过损伤特征向量判别挡墙损伤状态,通过损伤指标走势曲面图诊断挡墙损伤位置,通过损伤指标与损伤程度间的定量关系识别挡墙损伤程度。对某桩板式挡墙进行了动力测试,验证该损伤诊断方法的可行性及有效性。结果表明：当挡土墙无损(无钻孔)时,损伤特征向量为零向量;当挡土墙有损(有钻孔)时,损伤特征向量为非零向量。通过损伤特征向量可判别挡墙损伤状态。局部损伤导致损伤指标走势图出现较大起伏,走势图峰值坐标即为局部损伤中心。建立了损伤指标与挡土墙损伤程度间的定量关系式,已知损伤指标可反算出损伤程度。该损伤诊断方法可敏感判别挡墙损伤状态、有效诊断损伤位置及定量识别损伤程度。     

桩板式挡土墙损伤预警研究

为预防挡土墙坍塌事故,首先基于小波包频带能量谱理论,对激励作用下挡土墙结构响应间虚拟脉冲响应函数进行小波包频带能量谱分析;然后创建损伤特征向量谱,确定损伤预警指标,开发一种用于挡土墙结构的三级损伤预警方法;最后对某桩板式挡土墙进行振动测试,验证该损伤预警方法的可行性和有效性。结果表明:基于损伤特征向量谱可预警挡土墙损伤状态;通过损伤预警指标走势图可预警挡土墙损伤位置;通过损伤程度与预警指标间的定量关系可预警挡土墙损伤程度。     

客运专线桥梁的地震能量响应分析

在依据能量平衡原理建立的客运专线桥梁地震能量方程的基础上,考虑柔性地基效应和地震动特性的影响,利用大型有限元分析(FEA)软件ANSYS建立某客运专线双柱式桥墩的FEA模型。研究了考虑土-结构相互作用效应的客运专线桥梁进入非弹性状态后的地震能量响应以及各类能量在结构整体系统中的分配规律。分析结果表明:结构滞回耗能和阻尼耗能是客运专线桥梁消耗地震能量的主要方式,而土-结构相互作用和地震动峰值加速度(PGA)对客运专线桥梁的地震总输入能、滞回耗能、阻尼耗能有显著影响,不容忽视。     

爆炸载荷作用下矿井密闭墙损伤评估

为探究煤矿井下常见的典型砖墙密闭墙抗爆性能,采用ANSYS软件建立数值模型,研究爆炸冲击作用下密闭墙的损伤情况。首先,分析瓦斯爆炸的特点和其导致的冲击波压力在巷道内传播特性,预测冲击波的压力强度幅值;然后,建立密闭墙数值模型,设计并完成多种冲量及压力加载方式组合条件下对墙体的冲击模拟数值试验;最后,通过自定义的损伤变量及试验结果,绘制密闭墙的P-I曲线损伤图。结果表明:不同冲击组合方式下密闭墙受到的损伤状态差别较大,因现实中可能发生的瓦斯爆炸特征较为复杂,可以利用给出的密闭墙损伤临界线方程及P-I曲线损伤图,快速评估在其他爆炸冲击条件下墙体损伤状态。     

山体隧道油气管道安全稳定性规律研究

鉴于目前隧道内管道常规力学计算结果相对保守,没有考虑高强度管材较高延性的问题,构建了山体隧道管道稳定性分析有限元模型,采用Ramberg-Osgood本构模型描述管材力学特性,采用非线性弹簧模拟隧道内滑动支座和管卡特性,采用土弹簧模型描述分析地下结构与土体相互作用关系,对某隧道天然气管道进行了稳定性计算,研究了不同因素对稳定性的影响规律,并在此基础上提出了隧道管道敷设的优化方法,为工程设计提供参考。     

基于尖点突变模型的地铁深基坑土压力预警阈值研究

为提高地铁施工灾害预警的准确性和可靠性,将尖点突变模型引入地铁施工灾害预警阈值的研究中,建立基于时效影响因子的地铁深基坑土压力尖点突变模型。该模型利用突变流形分析系统的平衡和临界状态,通过势函数突变点临界值确定预警阈值的大小,为地铁施工灾害预警工作提供科学依据。通过实例分析,计算出考虑时间效应的土压力预警阈值。结果表明,地铁深基坑土压力尖点突变模型消除了计算过程中的人为因素影响,并能反映基坑土压力突变的特点。当然,在实际工程施工中,需要对预警阈值进行及时的重新修正,以适应外界环境和技术的不断更新变化。     

基于FLAC~(3D)的充填体内巷道稳定性分析

为探究胶结充填体内开挖巷道对其稳定性的影响,以某矿山实例为背景,应用FLAC3D软件建立充填体模型,并利用解析解分区域验证模型的合理性。利用该模型分析巷道开挖后的充填体应力场,结合损伤理论对充填体模型的稳定性进行评价;在此基础上,分析不同高度的充填体开挖巷道后的稳定程度。研究结果表明:巷道开挖使得直墙部分和拱部产生拱形应力集中,充填体中部出现U形沉降;巷道中部直墙脚部分损伤值最高;当充填体高度达到62 m时,直墙部分最大应变约为0.003,对应的损伤值仍明显低于预警值。     

蒸汽管网疏水系统安全监测预警技术研究

为了预警蒸汽管网疏水系统异常运行状态，通过研究蒸汽管网疏水系统温度及压力变化规律，构建了疏水系统阀门故障判断模型及疏水系统疏水异常判断模型，并基于判断模型提出了一种蒸汽管网疏水系统监测预警方法。该方法利用网关及3G/4G通信模块将传感器采集的温度及压力数据上传至判断模型，从而自动预警蒸汽管网疏水系统运行过程中的安全风险。目前该方法已被应用到合肥市161.5 km的蒸汽管网，应用结果表明，蒸汽管网疏水监测预警方法可以用于蒸汽管网疏水系统异常运行状态监测，并在一定程度上降低了蒸汽管网疏水系统泄漏带来的安全隐患。     

基于警源-压力-预警能力的城市公共危机预警研究

为提高城市公共危机系统预警能力,基于耶克斯-多德森(Yerkes-Dodson)定律构建该系统警源-压力-预警能力的概念模型,分析警源、压力、预警能力三者间的关系,进而提出警源-压力-预警能力的系统动力学(SD)模型,并利用Vensim PLE仿真软件进行案例模拟分析,最后结合仿真结果从系统内外2个维度探讨提高城市公共危机系统预警能力的应对策略。结果表明:警源和压力是城市公共危机系统预警能力的2个主要影响因素。建立健全相关法律体系和改善危机系统"周边环境",减小外部警源到达率;完善预警机制和加强防范管理,提高系统内部鲁棒性,能够提高城市公共危机系统预警能力。     

基于弹塑性损伤-渗流耦合模型的隧道洞口段围岩稳定性研究

为分析复杂条件下隧道洞口段稳定性问题,建立基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型,利用完全隐式的向后欧拉算法编制弹塑性损伤模型的应力积分程序。在此基础上,利用ABAQUS平台的子程序接口实现耦合模型的有限元计算。将该模型应用于福建某洞口段隧道工程的围岩稳定性评价中,分析不同降雨强度下洞口段结构的安全系数、位移及损伤值的变化规律。结果表明:隧道洞口段结构的安全系数、损伤区和位移均会随着降雨进程的发展发生变化,雨季应加强监测频率。     

内嵌式框架摇摆墙结构抗震性能研究

为研究内嵌式摇摆墙对钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能的影响,以1个4层RC框架结构为例,基于通用有限元分析平台分别建立RC框架结构和内嵌式RC框架摇摆墙结构模型,并采用时程分析和Pushover分析研究结构地震响应和性能水平。通过结构整体响应反应谱分析研究摇摆对结构整体刚度的影响;分析结构楼层响应反应谱,研究摇摆对结构楼层响应影响;Pushover研究摇摆强对结构变形的作用机制,以及对结构耗能机制和损伤分布的影响,从拟静力的角度揭示框架摇摆墙结构的地震损伤演化过程。研究表明：内嵌式摇摆墙可减小结构的振动响应,使结构破坏模式由层间破坏机制向整体破坏机制转变,可提高原RC框架结构的刚度和承载力,但并不能分担框架部分的基底剪力。     

地震和降雨作用的矿山排土场稳定性分析

为了研究不同工况对矿山排土场边坡稳定性的影响,在调查分析排土场工程地质特征、散体和地基土物理力学性质、结构特征和稳定性影响因素的基础上,运用极限平衡法对排土场在正常运行、地震、连续降雨3种工况下的稳定性进行了分析。研究表明:3种工况下排土场均处于稳定状态,但在地震条件下排土场边坡稳定安全系数储备较低,可能发生浅层滑坡,对坡脚下部的高压线铁塔和铁路线构成威胁,提出了修筑防滚石挡墙,做好排土场安全监测、排水、日常安全管理工作等对策措施。     

暴雨致灾机理分析及预测模型构建

台阶边坡、路堑边坡等地常选用乔木作为护坡植物,而降雨易影响乔木的稳定性,进而影响其护坡效果。提前预测降雨对乔木稳定性的影响,则可及时预判边坡失稳、泥石流等灾害的发生。以非饱和土体力学特征和乔木根系固土机理为基本理论依据,分析失稳原因并建立相应理论模型;基于多种降雨方案,利用数值模拟得到不同降雨情况对乔木稳定性影响的相关数据;然后以模拟结果作为训练样本,利用BP神经网络构建预测模型,并制定相应的分类预警评判指标。研究表明：此预测模型不仅精度高,相比于数值模拟计算速度可提高数万倍,此成果可为灾害防治及预警工作提供参考。     

大客车侧翻过程中约束系统对乘客安全影响*

为研究约束系统对客车侧翻过程中乘客安全的影响,在经过试验验证的某客车侧翻碰撞有限元模型上截取部分车身截段,建立“车身截段-约束系统-乘员”侧翻仿真模型,开展不同约束条件下乘员运动响应和损伤的综合分析及评价。结果表明:满足《客车上部结构强度要求及试验方法》（GB 17578—2013）法规要求的客车在侧翻过程中仍然可能对乘员造成较严重的头部损伤风险;主动预紧安全带能够在侧翻碰撞过程中,有效缓解乘员的头部和颈部损伤程度;胸部损伤值受不同约束系统影响较小。     

基于RS-ANN的通风系统可靠性预警系统

系统可靠性预警是度量系统运行状态偏离可靠性指标界线的强弱程度,确定预警等级和做出决策警示的过程。笔者在对目前国内外有关系统预警方法的分析比较基础上,针对矿井通风系统可靠性运行的实际状况,应用了粗糙集(RS)理论和神经网络(ANN)技术,提出了一种基于粗糙集神经网络(RSANN)的矿井通风系统可靠性预警方法:首先,建立了一套适合于矿井通风系统可靠性的预警指标体系;然后,利用人工神经网络与粗糙集理论的优势互补,以粗糙集作为前置处理系统优化指标结构,构建了基于RSANN的通风系统可靠性预警仿真模型,并应用该模型进行了实例验证。其结果表明,该模型的仿真结论与基于ANN的结论十分吻合,训练效率提高了667倍。     

多因素影响下高速公路突发事件安全预警模型

为有效预防和及时处理高速公路突发事件,采用定性与定量相结合的方法,建立高速公路突发事件安全预警模型。首先,分析道路交通、道路条件和异常天气等多因素对高速公路安全性的影响,建立基于交通运行状态、道路结构状态和天气状态的预警指标体系,构建高速公路突发事件安全预警状态识别基本模型和3个安全预警子模型;然后,采用演算方法分析不同情况下的安全预警值浮动范围,划分安全态、准安全态、准危机态和危机态4大预警级别及3条预警线,最后通过实例验证所建模型的有效性。研究表明:用所建立的安全预警模型可识别高速公路突发事件,及时发现高速公路的安全隐患,提升高速公路安全管理水平。     

基于PNN的煤矿安全生产风险综合预警研究

为加强煤矿安全生产风险预警管理,对煤矿安全生产系统风险因素进行分析,从人-机-环-管理四个方面建立了风险预警指标体系,给出了各指标的定义;提出了指标风险预警等级临界点的设置和指标警度计算方法;应用概率神经网络（PNN）构建了安全生产风险综合预警模型,通过指标风险预警等级临界点构建训练样本,并对预警模型进行了性能检验和工程应用。结果表明,基于PNN的安全生产风险综合预警模型风险识别能力强,运行速度快,计算效率高,可以进行推广应用。     

桥梁安全状态评估有限元模型修正方法

桥梁结构的长期健康监测和安全状态评估需要一个能真实反映结构静动力特性的有限元(FEA)模型,而初始有限元模型与实际结构往往存在误差。提出一种有限元模型修正方法:首先进行环境激励测试,然后用随机子空间(SSI)识别,最后用粒子群算法(PSO)进行优化。以一座模型斜拉桥为例,利用布置在桥梁上的拾振器,测试环境激励下的桥梁的振动信号;采用SSI法对测得的信号模态识别,并用PSO修正有限元模型。结果表明,经过修正,桥梁有限元模型的第1,3,4和5阶频率值与实测信号分析值的误差均减小,能真实反映结构的静动力特性,可用于桥梁安全状态评估。     

高海拔排土场边坡安全稳定性D-InSAR监测

为了确保高海拔排土场边坡预防滑坡灾害的安全稳定性监测的长期有效性和可靠性,通过对西藏山南桑日县某排土场边坡14景Sentinel-1A数据进行研究,利用D-InSAR双轨法差分干涉技术监测终了排土的排土场边坡2018-11-4—2020-12-23期间的地表形变,采用基线估计状态空间模型进行基线估计、自适应滤波去除图像噪声和最小费用流进行相位解缠,采用考虑温度及降雨影响的形变模型进行解算,结合多分辨率分析方法降低大气噪声的影响,进行影像配准、干涉处理和平地效应消除,生成干涉图与形变图,基于形变监测结果评判该排土场边坡的安全稳定状态。结果表明,2020年6月26日该研究区域坡体累积沉降值为34 mm,达到了黄色预警阈值,采取必要的防治措施后,累计沉降量得到了控制,沉降速率趋缓。实践表明D-InSAR技术应用于高海拔排土场边坡能够实现动态、大面积覆盖、长期可靠的安全稳定性监测。     

加权马尔可夫链滑坡预警模型优化研究

滑坡预警研究是地质灾害领域的重要课题,为准确建立滑坡预警模型,采用均值-标准差法将位移速度数据划分为2种状态,以加权马尔可夫链动态预测未来的位移速度状态,以前日、当日的已知位移速度状态及次日的预测位移速度状态作为预警判据,构建加权马尔可夫链滑坡预警模型。以平庄西露天矿4·17滑坡为工程背景,通过预警及时性、抗干扰性及可信度三方面对样本容量及标准差倍数进行优化,确定出滑坡预警的最优化模型。研究结果表明:模型在边坡等速变形阶段的错误预警率极低,在滑坡临近时能给出合理的密集预警时段,具有较好的时间预警和区域预警效果,同时能在一定程度上揭示滑坡的启动及演变过程;样本容量为20,标准差倍数为0.4时,模型可充分利用其精确性,使错误预警率更低、预警更及时,能较好满足模型评价的及时性、抗干扰性及预测可信度标准;最优模型对滑坡区各监测点的7日平均预警密集度为77%,平均预警错误率为0,平均预测一致率为61%。