基于分布式应变监测的埋地管道悬空识别方法研究北大核心CSCD

埋地管道在地基缺陷或管道泄漏作用下会产生局部悬空,悬空的发展不仅会威胁管道的安全运行,还会造成地面沉降、塌陷等地质危害。因此,提出一种基于分布式应变监测的埋地管道悬空识别方法。首先布设分布式应变传感器获取管道沿途任意位置纵向应变,然后提取弯曲应变并判断管道悬空状态的出现,再结合管道弯曲应变建立埋地管道有限元模型,最后通过遗传算法对管道有限元模型的土体刚度进行修正,根据修正后的土体刚度变化定量识别管道悬空出现的位置及范围。通过模型试验验证得出识别结果与试验悬空段两侧坡肩位置最大误差不超过0.2 m,反推出的管道应变峰值和挠度与监测结果相差最大分别为84.1με和3.5 mm,其对应的相对误差分别为7.7%和9.2%,试验误差都控制在工程可以接受的范围以内。研究结果表明:本方法可以实时监测管道的工作应力,反推出管道的挠曲变形,准确判断管道悬空的出现,精确识别出管道悬空的范围。本方法对管道运行的结构状态评估和悬空灾害识别都具有非常积极的意义。     

钢筋混凝土结构构件局部地震损伤多尺度监测方法

提出一种结构局部地震损伤过程的多尺度监测方法。首先,在混凝土材料尺度上,针对混凝土材料细观随机性影响问题,基于压电智能骨料进行混凝土压应力监测,通过试验方法建立了混凝土损伤全过程中压电智能骨料应力与混凝土宏观应力的概率统计关系;其次,在截面尺度上,基于MEMS倾角仪转动监测方法,提出混凝土压弯构件截面曲率的监测方法,并通过试验验证了该方法的可行性;最后,在构件尺度上,提出基于转动积分的层间变形监测方法并给出了转动监测位置的设计原理,通过构件试验验证了该监测方法的可靠性。     

锈蚀钢筋混凝土框架柱恢复力模型研究

在对锈蚀钢筋混凝土框架柱进行低周往复荷载试验和滞回性能数值模拟研究的基础上,通过理论分析和数据拟合建立了能较好地反映锈蚀钢筋混凝土框架柱滞回性能的退化三线形恢复力模型。该模型主要包含屈服剪力Py、屈服位移Δy、峰值剪力Pu、峰值位移Δu、破坏剪力Pcu和破坏位移Δcu6个关键参数。在确定模型骨架线上的承载力和位移特征点参数时考虑了钢筋锈蚀率、轴压比等因素的影响。根据拟合恢复力模型计算得到的骨架曲线与试验结果较为接近,最大误差在10%以内。     

顾及模型误差的基坑位移监测数据处理方法

由于基坑地质及观测环境的多样性和复杂性,基坑位移监测数据处理的理论模型与实际模型之间存在着模型误差。若模型误差显著,则所得位移拟合模型的精度较差,将影响后继变形分析的准确性。针对这一问题进行了深入研究,提出了顾及模型误差的最小二乘配置法,并指出在考虑观测值中可能存在粗差的情况下应进一步采用稳健估计法改善基坑监测面的拟合精度。推导了顾及基坑位移模型误差的最小二乘配置法的计算公式,说明了计算步骤。通过对多个实例的计算分析可知,该方法对基坑监测面拟合模型的精度增益能达到35%~48%,是一种比较实用的基坑位移监测数据处理方法。     

基于抗滑桩内力计算方法——“K”法的滑坡稳定性预警判据研究

近年来,发现部分采用抗滑桩工程治理后的高速公路滑坡支护结构失效现象时有发生,而公路沿线工程治理后滑坡的稳定性监测评估工作仍没有切实可行的技术标准。针对抗滑桩失效现象,基于抗滑桩内力计算方法——"K"法,通过理论方法试算建立了抗滑桩桩顶位移与桩身最大弯矩、桩径、锚固段长度、悬臂端长度和地基系数之间的关系式,并运用已有文献中的设计实例验证了该公式的合理性,误差在合理范围内。该公式为初等函数组合而成,易于运用到预警系统中。针对具体的抗滑桩设计方案,输入相关参数,可得出桩顶最大位移值,并将其作为判据,结合监测资料对滑坡进行预警预报。     

利用倾角传感器测试桥梁挠度的实用方法研究

考虑到桥梁的挠度与截面转角具有对应关系,提出了利用倾角传感器测试桥梁挠度的实用方法。该方法利用结构有限元模型计算单位荷载在不同位置作用时的挠度曲线,以此挠度曲线作为基准位移模式,而真实挠度为基准位移模式的线性组合;组合系数的确定采用对倾角测试数据进行最小二乘拟合的方法,有效地减少了测试误差的影响。通过有限元仿真和九江大桥实测分析结果表明,该方法精度满足工程要求,计算速度快,适合在线挠度监测。     

基于监测数据的边坡参数统计特征及可靠度更新∗

掌握详细的边坡岩土体参数信息是进行边坡加固与风险评估的重要前提。目前大多采用马尔可夫链蒙特卡洛模拟方法基于现场或室内试验数据进行不确定性参数统计信息及边坡可靠度更新。然而,该方法存在计算量大、计算结果不易收敛和难以解决高维边坡不确定性参数统计特征及可靠度更新等问题。本文基于粒子群优化反向传播神经网络算法建立边坡位移代理模型优化计算过程,提出了改进的基于子集模拟的贝叶斯更新方法,进而基于边坡变形监测数据进行参数统计特征及可靠度更新。最后,将提出方法应用到长春西客站深基坑边坡工程。 结果表明：提出方法能够融合有限的场地信息有效地更新边坡岩土体参数统计特征,推断其后验概率密度函数,进而更新边坡失效概率。利用更新的土体参数计算的边坡位移与实测数据吻合,验证了提出方法的适用性和有效性。另外融合监测数据进行贝叶斯更新之后,虽然土体参数的不确定性明显降低,但是边坡失效概率受外界气温、 监测点位置及数据量值的影响会增大。     

轴向中空壁管抗冲击性能试验研究与数值分析∗

轴向中空壁管作为一种新型结构壁管,几何构型简单、空间利用率高、且能量耗散性好,近年来在市政工程中得到广泛应用。为研究轴向中空壁管在低速冲击作用下的力学响应和耗能特性,设计了 20 个试验工况,以落锤冲击试验模拟施工过程中受到的落石冲击和机械撞击作用,基于量纲分析法提出冲击力峰值的计算方法,通过有限元软件 ABAQUS 对试验结果进行验证,并根据有限元计算结果分析管道在低速冲击作用下的变形特性和损伤机理。研究表明：数值分析结果与试验结果吻合较好,冲击力时程曲线趋势基本一致,冲击力峰值误差在 5% 以内。 轴向中空壁管具有良好的抗冲击性能,其双壁中空结构具有较好的能量耗散性,落锤与管道接触瞬间会产生较大的冲击力,12.9 kg 的落锤从 2 m 处自由下落冲击管道可产生 15.28 kN 的冲击力。对比 20 个试验工况的冲击力峰值试验值与计算值,误差均较小,最大误差为 5.8%,即冲击力峰值计算方法准确性较高。随着落锤高度和质量的增加,冲击力峰值增大,损伤区域和凹痕深度也随之增大,最大塑性应变由外壁内侧转移到外壁与加劲肋的连接处, 呈现出外壁损伤和加劲肋损伤两种损伤模式。提出的冲击力峰值计算方法和管道塑性损伤规律可以为施工过程中轴向中空壁管在落石冲击和机械撞击作用下的安全评价提供理论依据。     

基于变形监测的运动型滑坡临灾预警系统研究

运动型滑坡处于蠕动变形与剧烈变形阶段之间,变形时间长、机理复杂,临灾预警难度大。介绍了典型运动型滑坡的累积位移关系曲线特征,提出了以日降雨量、日位移速率建立临灾预警线,进而设计递进式滑坡临灾预警系统的方法。结合王家坡滑坡地形地貌、剖面特征、变形信息等,建立合理的监测网络。根据获取的王家坡累积位移-时间-降雨量关系曲线,分析王家坡滑坡的变形规律。结果表明：①王家坡滑坡监测累积位移曲线随降雨呈“阶跃”特征;②当日降雨量超过25 mm时,日位移速率就会显著增加到20 mm/d以上;③以降雨量、日位移速率达到阈值时为Ⅲ级黄色线中心线,可以设计王家坡滑坡5级递进式滑坡临灾预警系统。     

土钉支护抗震性能的振动台试验研究

为研究土钉支护结构体系的抗震性能,设计并完成了土钉支护边坡1:12比尺的振动台试验,研究了土钉支护边坡的动力反应特征和规律。结果表明:土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与计算假设的圆弧形不同,而且该作用带与滑裂面的位置并不相同;边坡土体中部和下部的加速度放大系数较小而且比较接近,边坡上部土体的加速度放大系数则较大。