考虑不确定性的土水特征曲线模型确定方法比较研究

土水特征曲线(SWCC)描述了非饱和土中体积含水量(或有效饱和度)与压力水头(或基质吸力)之间的关系。SWCC作为非饱和土力学中的基本函数,可用于研究非饱和土的抗剪强度、渗透特性以及变形特性等,在非饱和土力学应用中发挥着重要作用。工程实践中,通常可采用直接试验方法测得SWCC数据。由于直接试验方法条件苛刻且耗时较长,难以获得体积含水量范围内完整的SWCC数据。在有限试验数据条件下,如何更好的选择SWCC模型是一个关键问题。本文系统对比了考虑不确定性条件下解决该问题的3种方法,即贝叶斯模型比选方法(Bayesian)、Akaike information criterion(AIC)识别准则和Bayesian information criterion(BIC)识别准则。首先介绍了上述3种模型比选方法;然后,采用UNSODA数据库中试验数据开展研究,分别从拟合度和罚值2个方面综合比较3种方法在SWCC模型比选过程中的差异。结果表明:给定试验数据条件下,3种方法所确定的最优SWCC模型不尽相同,Bayesian方法在考虑模型罚值的同时更好地反映了试验数据信息,AIC、BIC准则中不同SWCC模型的拟合度可能十分接近,此时模型比选结果受模型罚值影响显著。     

近场脉冲地震下考虑模型不确定性的桥梁时变抗震分析

为了研究近场脉冲地震下桥梁结构的时变抗震性能,以一座常规连续梁桥为研究对象,引入氯离子侵蚀模型,在考虑多种不确定性因素基础上,采用拉丁超立方抽样建立不同服役时期的时变模型样本,运用增量动力分析方法,从能力、需求以及倒塌等方面对算例桥梁的时变抗震性能进行了研究和评价。结果表明:近场脉冲型地震下结构的抗震需求明显大于远场地震;氯离子侵蚀导致钢筋锈蚀后力学性能发生改变,箍筋对核心混凝土约束能力减弱,锈蚀纵筋屈服强度及极限拉应变都降低,导致桥墩的变形能力下降;与地面运动的不确定性相比,模型参数的不确定性对结构的抗震需求均值及离散性影响均不大;随着服役时间延长,钢筋锈蚀加剧,桥墩出现倒塌破坏的概率加大。     

基于不同本构模型黄河厚冲积层基坑开挖结构变形分析

采用理论分析结合现场实测数据,以黄河厚冲积层地质条件下某深大基坑开挖为实例,利用修正剑桥、西原正夫及改进的西原正夫等5种本构模型,通过FLAC仿真软件构建3D数值模型,分析基坑开挖引起的围护桩变形规律、墙后土体沉降变化特征、坑底土体上移趋势及抗浮桩侧摩阻力分布特点。结果表明:西原正夫本构模型可描述粘土体的蠕变变形,能准确追踪围护桩侧向位移;修正剑桥模型通过自动调整自身抗剪强度和弹性模量等参数,可给出墙后土体沉降的正确规律;摩尔库伦模型拟合得到的坑底土体上移曲线与现场实测数据较吻合;在改进的西原正夫及修正剑桥模型下,计算得到的抗浮桩侧摩阻力最为保守。上述规律可供预测基坑后续运营期间的结构变形、延长结构的服役年限参考。     

考虑预测不确定性的微网优化调度

针对现有技术下由于微网中不可控微源出力预测和负荷预测均存在误差较大而引起微网优化调度结果不准确的问题,提出在传统微网经济调度模型中增加不确定性描述模型,得到不同侧重点下的微网经济优化结果,并对结果进行分析。首先,通过利用区间数描述预测不确定性,并结合隶属度函数推导容忍度概念。其次,在并网运行模式的微网结构上建立以运行成本最低为目标函数的微网优化调度模型,并将该模型转换为区间数形式表示。最后,利用粒子群优化算法并以MATLAB为主要工具对上述模型进行求解,得到微网24 h出力优化区间解结果,并对结果进行详细分析。算例通过对某并网型微网进行分析,验证了所提模型的科学性和有效性。     

基坑开挖对下方越江隧道变形影响的评价

采用数值模拟方法计算隧道附加纵向变形值,应用三次样条插值对其进行拟合,并通过曲线拟合方程计算基坑影响范围内隧道纵向变形曲率的分布,以判别隧道纵向差异变形的敏感位置,从而评价隧道在不同抽条开挖方式与不同开挖工况下的变形状态,为基坑支护的设计提供依据。研究表明:基坑中心位置隧道的纵向变形最大,隧道纵向变形曲率变化最大的区域为隧道纵向基坑围护结构的位置。说明对于由基坑开挖引起的近接隧道保护问题而言,在严格控制坑底隆起量的同时,更应关注基坑维护刚度对隧道结构变形的影响。通过施工工法、隧道纵向变形及隧道纵向曲率变化三方面的综合评价,得出顺向抽条开挖方式对隧道保护更加有利的认识。     

考虑参数不确定性的结构非线性振动控制研究

提出了一种可考虑参数不确定性的结构非线性振动控制算法。该算法将LQR控制器和非线性鲁棒控制器相结合,共同控制地震作用下结构非线性反应;其中,LQR控制器基于线性参考模型建立,非线性鲁棒控制器基于非线性鲁棒控制理论、结构参数不确定性及非线性行为建立。应用本文提出的振动控制算法对地震作用下某一钢筋混凝土结构的反应进行控制,结果表明:在强震作用下,结构构件会进入非线性阶段,基于名义线性系统设计的控制器并不适用于非线性结构;不同地震激励下,非线性鲁棒控制器可以明显地减小非线性结构的地震响应;本文提出的控制算法可以达到自适应减震控制的目的。     

紧邻隧道条件下基坑开挖变形破坏模式分析

目前基坑开挖对邻近既有隧道的影响主要集中于隧道变形及应力的变化,对于紧邻隧道条件下基坑开挖的破坏模式以及机理仍缺乏较深入的理解。研究了不同隧道埋深、不同隧道与地连墙水平间距和不同地连墙埋置深度下,在紧邻隧道情况下基坑不同计算步的破坏模式,分析了变形破坏机理及易发生破坏的开挖步。研究结果表明,潜在破坏面可分为3种形式：直线形破坏面、圆弧形破坏面、U形破坏面;随着基坑的开挖以及内支撑的建设,剪切带逐渐变为绕地连墙墙趾的深层剪切带,与隧道的交叉部分从右侧肩部逐渐向下转移到右侧腰部或右下侧近腰部;基坑破坏易发生在开挖后未设置内支撑及开挖至坑底后设置内支撑的情况下。     

基坑开挖地质灾害分析及智能监测系统研究

随着地下空间的广泛、深入利用，深基坑工程应运而生，它解决了许多技术难题，使得一幢幢高楼能拔地而起。但基坑工程的开挖也会带来很多危险，产生许多地质灾害，围绕这个问题进行了分析。研究认为，进行智能监测是防治有关灾害的良策。     

基于不同本构模型黄河厚冲积层基坑开挖结构变形分析北大核心CSCD

采用理论分析结合现场实测数据,以黄河厚冲积层地质条件下某深大基坑开挖为实例,利用修正剑桥、西原正夫及改进的西原正夫等5种本构模型,通过FLAC仿真软件构建3D数值模型,分析基坑开挖引起的围护桩变形规律、墙后土体沉降变化特征、坑底土体上移趋势及抗浮桩侧摩阻力分布特点。结果表明:西原正夫本构模型可描述粘土体的蠕变变形,能准确追踪围护桩侧向位移;修正剑桥模型通过自动调整自身抗剪强度和弹性模量等参数,可给出墙后土体沉降的正确规律;摩尔库伦模型拟合得到的坑底土体上移曲线与现场实测数据较吻合;在改进的西原正夫及修正剑桥模型下,计算得到的抗浮桩侧摩阻力最为保守。上述规律可供预测基坑后续运营期间的结构变形、延长结构的服役年限参考。     

考虑结构不确定性的框剪结构地震易损性分析

以框架-剪力墙结构为研究对象,按照我国现行抗震设计规范,设计了一个代表性办公楼结构,建立其非线性分析模型;并选择7个参数用以考虑结构参数的不确定性,选择PGA/PGV以考虑地震动参数的不确定性;结合地震动和结构不确定性参数,采用拉丁超立方采样与正交设计结合的方法,抽样形成地震-结构样本对;利用Perform-3D有限元分析软件,采用增量动力法(IDA)进行结构地震易损性分析,得到了该结构的地震易损性分析结果。研究表明:该类结构能够很好地满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震要求,具有良好的抗震性能。研究成果弥补了目前框架-剪力墙结构地震易损性分析中未考虑结构参数不确定性的不足,可为预测高层框架-剪力墙结构等重大工程结构的地震破坏和损失提供有力的科学依据。     

考虑经验结构信息的RC框架剪切层模型建立方法∗

提出一种基于经验结构信息的 RC 框架剪切层模型建立方法,用于区域 RC 框架结构的地震损失快速评估。 针对 RC 框架结构确定结构构件尺寸和材料参数等基本设计参数及其经验取值范围,通过拉丁超立方体抽样方法考虑这些参数的随机组合与参数值的不确定性,生成框架结构的随机样本;在 RC 框架整体结构层面将框架层结构随机样本转化为多自由度集中质量剪切层模型,再通过非线性动力分析得到结构地震响应数据;综合分析国内外规范对于结构损伤状态的定义与量化方法,结合地震响应数据对框架结构的地震损失进行评估。结果表明：①考虑结构设计参数经验取值建立的层结构模型,满足抗震设计规范要求,且符合实际结构特征,能够用于典型框架结构的快速建模;②在不同强度的地震激励下,框架结构模型的地震损失规律与震害经验基本一致,表明本文所提建模方法具有较高的模拟准确性。     

基坑开挖对周边建筑物影响的计算及实测分析

预测基坑对周边建筑物的影响是城市地下空间开发中的重要问题之一。结合某地铁车站基坑工程,采用3种方法计算坑外地表、周边建筑的沉降量:一是参考上海地区统计经验,由围护结构侧移估算沉降;二是参考台北地区统计经验,由基坑参数直接计算沉降;三是通过ABAQUS软件建立土体、基坑的三维模型,来模拟施工过程。现场监测结果表明,基坑开挖使周边建筑产生了一些沉降和倾斜;上述3种方法的计算结果对比表明:基于上海地区的统计经验公式和基于台北地区经验的简化预测公式不适于本地区,而采用有限元模拟得到的结果更接近于该工程的实测值。     

基于贝叶斯网络的恐怖袭击预警模型研究

反恐预警能够有效地防控恐怖袭击,已受到世界各国的关注和重视。但是直接在我国建立恐怖袭击预警模型,面临着样本数据不足的情况,使模型难以准确建立。因此,该文提出了利用贝叶斯网络结合案例适配性原则的方法解决这一问题。为保证其案例适配性,指定了数据筛选和节点选取的规则,利用国外恐怖袭击样本建立了贝叶斯网络模型,并对其实用性和通用性进行了检验。然后根据案例适配性原则,结合我国实际数据,利用EM算法更新参数学习,进而对模型进行修正。经过校验,结果表明模型精度大幅提高,更加符合我国实际情况。最后,利用该模型对恐怖袭击事件进行预警,得出了人员伤亡突出的结论,为决策者进行防控袭击提供了有效的预警信息。     

基坑开挖对临近地基极限承载的影响性状数值分析

采用弹塑性有限元分析方法,分析了悬臂式排桩支护的基坑开挖对邻近地基条形基础下极限承载力的影响性状。主要考虑了在基坑开挖深度、荷载与基坑的距离、荷载宽度、支护刚度等因素的影响下地基极限承载力的减损性状。研究表明,基坑开挖深度H较浅时,对地基极限承载力P_u的影响较小,P_u随H的增大略有降低,随着开挖深度的增加,H对P_u值的影响显著增大,且P_u值显著降低;当L/H≤2时,荷载与基坑的距离L对地基极限承载力P_u的影响很大,地基极限承载力P_u随L的减小而显著减小,当L/H>3时,L的影响逐渐减小,且P_u逐渐趋近于无基坑开挖时的值;P_u随地基荷载作用宽度B的增大而呈线性增大;支护桩的位移越小,P_u值越接近无基坑开挖时的地基极限承载力。     

基坑开挖与邻近地铁结构变形相关性的实测分析∗

探究开挖卸载下基坑与近邻"上浮型"地铁结构的变形机制,以天津某邻近既有地铁的基坑开挖为例,通过实测手段分析基坑多期开挖条件下既有地铁结构的变形特点。基于基坑围护结构竖向变形,考虑基坑与地铁的水平相对位置L和开挖时间t,定义表示基坑围护结构竖向变形与地铁结构竖向变形相互关系的关联系数R,并对邻近地铁结构的竖向变形进行拟合与预测。探究三维空间下基坑与地铁水平变形的关系。研究结果表明:地铁结构整体表现为上浮,开挖期间累计竖向位移与累计水平位移的比值在0.5～1.5变化;基坑围护结构竖向位移乘以系数1000R/L可很好地拟合邻近地铁的竖向位移,关联系数R在基坑开挖过程中变化不大;三维空间下地铁结构纵向水平变形呈正态分布,与近地铁侧基坑围护结构同深度处的水平变形趋势一致。     

岩土参数转换模型的贝叶斯校准方法

本文基于随机场理论建立了一种空间贝叶斯方法来校准转换模型。该方法主要包含3个要素:(1)三维各向异性随机场理论;(2)观测数据与误差分类体系,以及岩土工程勘察数据的不确定性传播规律;(3)转换模型未知系数和误差的贝叶斯校准方法。考虑土的变异性,把大量的CPT锥尖阻力数据表示为空间随机场变量,这类数据被归为直接数据。而诸如压缩模量在内的一些实验室试验数据被定义为间接数据。基于上述两类数据,同时考虑岩土材料的内在不确定性,测量误差等认知不确定性,转换模型本身的先验知识不确定性,统计参数的计算不确定性,利用贝叶斯反演方法对转换模型中的未知系数和误差进行校准。通过示例研究表明,本方法采用随机场理论,校准了CPT数据与常规岩土参数之间的转换模型。并将经过校准后的转换模型与经典线性回归模型进行对比分析,然后将其应用于背景工程的三维场地特征描述。     

考虑自然灾害约束的城市规划模型

自然灾害会对城市的建设和人们生活产生巨大负面影响,但是传统城市规划方案抵御自然灾害的能力较低,为此构建一个考虑自然灾害约束的城市规划模型。设定城市规划流程,依照流程明确明确城市规划条件,分析城市灾害风险和防灾能力,通过分析结果对城市规划进行设计,实现考虑自然灾害约束的城市规划模型构建。为保证设计有效性,进行仿真试验,试验结果表明,考虑自然灾害约束的城市规划模型比传统城市规划模型自然灾害损害程度降低35%左右,虽然随着灾害程度的严重程度增加,城市规划模型所能起到的效果有所减弱,但与传统方法相比始终占据优势,说明所提方法具有可行性。     

多支撑基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值研究*

基坑开挖引起的地层移动对临近建筑物下桩基产生影响。运用岩土数值计算软件FLAC3D进行了多支撑围护基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值研究,采用修正剑桥硬化土模型模拟土体的非线性应力—应变关系,桩基采用线弹性模型,桩土之间建立接触面。首先在标准问题中对不同桩顶约束条件的邻近桩基进行了研究,然后就围护墙体水平位移量、桩基与基坑开挖面的距离、桩基刚度、桩基长度和桩顶竖向荷载等因素对邻近桩基的影响规律进行了研究,计算结果与先前学者的工程实测结果进行了对比,与工程实测数据在其基本分布方面具有较高的一致性,可为相关的设计施工提供参考。     

拆撑及邻近基坑开挖对坑底桩基位移的联合影响分析

以某基坑工程项目为例,分析了局部拆撑及邻近分区基坑开挖对基坑坑底桩基侧移的影响。首先采用围护结构分析软件FRWS7.4对拆撑过程进行受力分析,然后根据力平衡原理,将得到的底板侧向作用力作用于桩基,并采用有限元软件ABAQUS进行二维模拟,得出局部拆撑过程中桩基位移和应力云图;然后计算了邻近基坑开挖造成的坑底桩基侧移,将局部拆撑及邻近基坑开挖对坑底桩基产生的附加侧移结果进行叠加,得出坑底桩基最终位移。结果表明,局部拆撑过程中桩基安全储备较足,后期的邻近基坑开挖过程对坑底桩基侧移影响较大,但不影响其正常使用。     

漫滩二元地层基坑开挖及降水引起的地表沉降预测∗

基坑土体开挖及降水引起的地表沉降预测是基坑工程安全领域关键问题之一。工程中常用的基坑支护结构计算软件未考虑降水固结引起的沉降。为全面计算基坑工程引起的地表沉降,提出了理论计算模型,采用 MAT?LAB 编制差分算法程序,生成附带基坑围护结构及土体分层单元的场地模型,实现了自动计算地下水位下降深度与地表沉降。以位于长江和秦淮河漫滩地区二元结构场地的南京地铁螺塘街站为案例进行验证,该方法计算的地下水位降深和地表沉降与现场监测数据基本吻合,其中观测孔位地下水降深偏差为 2.4%~8.6%,地表沉降计算值偏差大都在 10% 以内,表明了所提计算方法的可靠性。进行泛化分析,将原始二元地层与上部淤泥质土层替换为砂层工况进行比较,分析了围护结构插入比、土层性质对地下水位降深和地表沉降的影响。结果表明:原始二元地层相对于替换砂层的工况,水位降深小但沉降峰值大,对水位下降的反应更加灵敏,沉降曲线曲率更大,对周边环境的危害也更大,围护结构插入比的增加对地表沉降削弱效果显著。