震裂软岩隧道围岩-支护失稳机制和处治机理分析

以穿越5·12发震断裂带(龙门山断裂带)的广甘高速公路软岩隧道为工程依托,依据对施工现场频发的围岩-支护结构失稳破坏的统计,以及典型失稳案例的分析,探讨了震裂软岩隧道围岩-支护失稳机制及处治机理,并选取具有代表性的围岩-支护失稳段为试验段,对其处治机理及效果进行验证分析.研究结果表明:隧址区岩体受地震及新近地震的反复揉搓,致使山体内部岩体产生震裂损失、围岩稳定性不足、地下水的渗透性增强、围岩与支护结构不能密切接触,是造成软岩隧道围岩-支护失稳事故的直接诱因;通过掌子面反压回填、地下水引排、塌腔回填、加强超前支护、基底注浆加固、改善施工工法和加强支护参数等处治措施,可有效地稳定掌子面前方松动岩体、控制震裂松动围岩压力、增强围岩-支护体系的稳定性,且使支护体系具备一定的安全储备能力.     

考虑动力学模型系统误差补偿的智能车GNSS/IMU组合定位算法

为了解决智能车动态组合定位过程中,因动力学模型与实际模型之间存在偏差导致滤波精度下降的问题,针对智能车全球导航卫星系统(GNSS)/惯性测量单元(IMU)组合定位系统,结合非线性预测滤波(NPF)和自适应滤波的优点,提出了一种考虑动力学模型系统误差实时估计和补偿的自适应非线性预测滤波(ANPF)算法。首先,根据NPF算法原理,通过最小化预测观测残差与系统误差的加权平方和,估计动力学模型系统误差;其次,结合自适应滤波原理,利用状态预测残差向量构造自适应因子,设计了一种自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)算法,用于估计系统状态向量,并通过自适应因子抑制动力学模型系统误差和线性化误差对系统状态估计精度的影响,克服NPF对系统状态估计精度有限的缺陷;再次,对动力学模型系统误差的估计误差和由动力学模型系统误差引起的系统噪声的等效协方差阵进行了分析和推导,以补偿动力学模型系统误差对系统状态估计的影响;最后,通过车载GNSS/IMU组合定位系统试验,从算法精度、鲁棒性和实时性方面对提出的算法和其他滤波算法的性能进行了验证和对比分析。研究结果表明:提出的自适应算法继承了NPF算法简易性和高实时性的优点,同时克服了NPF算法估计精度有限的缺陷,具有较好的滤波解算精度,水平定位精度小于1.0 m,算法单次平均执行时间约为0.013 9 ms,在精度和实时性的平衡方面显著优于其他滤波方法。     

基于非线性混合充电策略的电动车物流配送路径规划模型

经典的车辆路径规划问题（VRP）通常只考虑载重约束和节点约束。随着电动物流车和充电站的增多,考虑充电时间与充电量成非线性关系的电动车路径规划问题（EVRP-NL）的研究在物流配送中也有着非常重要的意义。通过分段计算充电速率简化了以往对充电时间和充电量的非线性充电函数拟合方法,并对拟合函数进行了线性化处理。针对电动车物流配送的特性,构建了以最小化车辆固定成本、行驶成本、快充成本和换电成本之和为目标函数,考虑节点约束、载重约束、电量约束、时间窗约束及充电函数线性化约束的EVRP-NL模型,提出了由换电和非线性快充构成的非线性混合充电策略,其中非线性快充是考虑充电时间与充电量的非线性关系的快充方式。针对模拟算例的计算结果验证了模型的可行性和普适性。针对实际物流算例的计算结果表明,考虑充电时间和充电量非线性关系的混合充电模型可减少35%的充电时间和69%的充电成本,非线性混合充电策略具有显著优越性。对快充电价和换电电价进行控制变量的灵敏度分析后发现, 使用非线性混合充电策略时,随着电价升高,充电方式从电价升高的充电方式转变为电价稳定的充电方式,且电价升高至一定程度,充电方式和充电成本均不再变化。     

混凝上倒T形盖梁疲劳过程模拟

引入一类双标量弹性疲劳损伤本构模型,对桥梁工程中常见的倒T形盖梁进行疲劳全过程分析。该模型采用受拉损伤内变量和受压损伤内变量来描述微观受拉和受压损伤机制对混凝土宏观力学性能劣化的影响,并根据有效应力空间的热力学原理确立了疲劳损伤的演化法则。通过将疲劳损伤本构模型与非线性有限元分析方法相结合,可以精细预测混凝土倒T形盖梁在疲劳荷载作用下的非线性行为,尤其是疲劳加载过程中裂缝的产生和扩展过程,为实际工程的疲劳分析和设计提供了依据。     

正弦波形波纹腹板工字型钢板梁的抗剪强度

为研究正弦波形波纹腹板工字型钢板梁的抗剪性能,采用ABAQUS非线性有限元程序,借助于线弹性特征值屈曲分析以及弹塑性剪切屈曲分析(考虑腹板初始缺陷的影响),将典型正弦波形波纹腹板钢板梁的抗剪强度与梯形波纹腹板钢板梁做了对比,并分析了影响正弦波形波纹腹板钢板梁抗剪强度的关键因素.数值分析结果表明,在波长与波幅不变的情形下,正弦波形的抗剪承载力低于梯形形式,在设计中应予以注意;若通过减小波长保证材料用量不变,正弦波形的抗剪承载力与梯形形式相同;正弦波形波纹钢腹板钢板梁的剪切屈曲临界应力随着腹板厚度的增加或波长的减小而显著增大,而腹板高度与波幅均没有显著影响正弦波形波纹钢腹板的剪切屈曲临界应力对初始缺陷的敏感程度.     

蒙华铁路风积沙地层隧道围岩稳定性及预加固效果试验研究

为了解风积沙地层隧道失稳变形特征和预加固控制效果,以蒙华铁路风积沙地层段为依托,通过室内物理力学试验得到风积沙的基本性质和参数,并利用数值模拟对隧道最大主应力和塑性区变化规律展开分析,然后建立模型试验对不同预加固方式在风积沙地层隧道中的效果进行研究。研究结果表明： 1）风积沙抗剪切能力在含水率为7%~14%时可达到极值,此时更利于隧道围岩的稳定性; 2）隧道失稳具有突发性,主要会经历“掌子面局部破坏—拱顶持续塌方—大体积失稳”3个基本过程; 3）未采用预加固措施的情况下,开挖面前方监测断面拱顶围岩内部位移值及变形速度最大,采用水平旋喷桩与钢管组合加固后可分别降低81.1%和98.3%; 4）水平旋喷桩与钢管的组合对于开挖面前方拱顶的围岩应力控制效果最好,水平旋喷桩的加固控制范围小于水平旋喷桩与钢管的组合。     

大跨桥梁颤振分析理论研究进展

随着悬索桥跨径朝向2 000 m级发展，由大攻角和大振幅引起的结构非线性和气动力非线性影响突出，颤振设计面临着前所未有的挑战。传统的桥梁颤振计算理论及方法已无法满足大跨度及超大跨度桥梁的抗风设计需求，亟需发展桥梁非线性颤振计算理论与方法。在扼要回顾线性颤振理论研究成果的基础上，对近年国内外关于桥梁非线性颤振的研究进展及主要成果进行了总结，介绍了非线性自激气动力的研究成果和几种典型的非线性自激气动力模型，并根据桥梁断面气动力随振幅变化的非线性特性，重点介绍了2种不同类型的非线性耦合颤振计算方法，其有效性和准确性均通过风洞试验进行了验证。需要指出的是，气动力的振幅依存性是大跨度桥梁颤振后状态研究的关键所在，尤其是计入耦合效应的高次谐波气动力的振幅依存性。基于目前的研究进展，确定了三维和多模态非线性颤振计算方法，任意运动及紊流下非线性气动力建模和非线性颤抖振理论，以及如何科学制定"软颤振"的评价标准是未来需要重点开展的几项工作。     

基于位移测量的非线性涡激力模型参数识别方法

利用半经验数学模型来近似表示涡激力是目前研究涡激共振所采用的主要方法,但关于非线性涡激力模型参数的试验识别研究还较少,现有识别方法也有待改进。为了更方便可靠地识别非线性涡激力模型中的参数,根据能量等效原理推导出一种基于节段模型位移响应的气动参数识别新方法。通过节段模型风洞试验测得中央开槽箱梁断面的扭转涡激共振位移响应,应用新方法识别简化非线性涡激扭矩模型中的气动参数,并对参数识别精度做出评价。将新方法与Ehsan等所建议的位移法以及基于实测力时程的三步最小二乘拟合法进行了对比。结果表明：利用新方法识别得到的气动参数可以较好地预测系统的扭转涡激共振位移响应;基于一致的系统线性机械参数,新方法识别得到的气动参数与Ehsan等所建议位移法的识别结果基本相同,而新方法能进一步考虑对识别结果影响较为显著的机械参数非线性特性;当新方法考虑非线性机械参数时,其识别结果和基于实测力时程的三步最小二乘拟合法相比也十分吻合,并且新方法更为简便。     

层状地基中锚杆拉拔荷载传递非线性分析

为了研究层状地基中锚杆拉拔受力的非线性特征,引入锚固界面剪切滑移的双指数曲线模型,基于荷载传递法基本原理,建立层状地基中锚杆荷载传递的非线性微分方程,推导锚杆轴向位移、轴力和界面剪应力的解析解,并给出层状地基中锚杆拉拔受力特性的计算方法与求解步骤。在此基础上,分析拉拔荷载作用下层状地基中锚杆的荷载-位移曲线特征、轴力与界面剪应力分布特征以及锚固体埋入位置对锚杆受力特征的影响,并以工程实例检验该方法的可行性。研究结果表明：作用荷载较小时,层状地基中锚杆的轴力和界面剪应力分布特征与均质地基中锚杆的轴力和界面剪应力分布特征基本一致;作用荷载较大时,地基土层状分布特征对锚杆拉拔受力特性具有显著的影响,锚杆轴力和界面剪应力在土层分界面处具有明显的界面效应,即二者在土层分界面处分别存在明显的转折点和跳跃点;锚固体埋入密实地基层中的范围越大,锚杆的极限抗拔荷载也越大,延性也越好,实际工程中应将锚固体尽可能地埋置于硬土层之中;在锚固界面弹性黏结、塑性变形（局部软化）以及滑移破坏的整个全历程阶段,所提方法的计算结果与工程实测的锚杆荷载-位移曲线均吻合较好,反映了锚固界面剪切滑移与锚杆受力变形的非线性特征。     

青岛海底隧道围岩应力场与渗流场相互作用数值模拟

青岛海底隧道工程海域段穿越断裂破碎带,岩体呈碎裂结构,岩质软硬不均。为对岩体渗流场与洞周围岩开挖二次应力场二者间进行相互作用分析,应用非线性有限元程序ABAQUS检算施工期海底隧道开挖和衬护结构施作后,围岩体渗流场与隧道开挖二次应力场间的相互作用,得出围岩体渗流场、应力场的分布规律、洞周围岩塑性区的分布和范围,为海底隧道工程提供设计、施工依据。