基于HLM-BP的高海拔隧道施工人员不安全行为预警研究

为降低高海拔隧道工程人因失误导致的安全事故率,以西成铁路甘青隧道为例,对施工人员不安全行为进行预警研究。首先,对施工人员进行深度访谈,采用扎根理论对访谈数据进行编码处理,总结出高海拔隧道施工人员不安全行为诱发因素。其次,依据人境交互理论将不安全行为诱发因素划分为自变量、中介变量和因变量,运用HLM模型探讨跨层次下变量间复杂作用关系。最后,运用Matlab中BP神经网络工具箱函数进行编程,构建高海拔隧道施工人员不安全行为“11-10-5”三级预警模型,对其进行网络训练和数据拟合,识别不安全行为趋势,发出预警信号。结果表明,训练好的BP神经网络具有良好的预警能力,甘青隧道施工人员不安全行为等级总体处于较低水平,隧道施工安全管理状态良好;对不安全行为等级高的“重警”和“巨警”,逐层分析跨层次下的不安全行为诱发因素,提出加强安全教育培训、密切关注施工人员身心状态、加强高原习服训练以及实时监测隧道环境变化等靶向干预措施。研究引入跨层次因素分析机制,系统构建基于BP神经网络的高海拔隧道施工人员不安全行为预警模型,为不安全行为研究提供了新思路,同时也为降低高海拔隧道人因失误提供了参考建议。     

受压状态下盾构隧道接缝密封垫老化性能研究

随着盾构隧道技术的发展,对接缝密封垫长期防水能力的可靠性要求不断提高。为探索温度作用对盾构隧道管片接缝三元乙丙橡胶(EPDM)密封垫力学性能的影响规律,研究盾构隧道管片接缝EPDM密封垫的长期力学性能,开展受压状态EPDM密封垫100℃以上高温老化试验,对高温老化后的密封垫进行力学性能试验与微观试验。研究发现：受压状态下高温老化后的密封垫,其接触应力显著降低,截面孔洞变小,最大的不可恢复变形量超过了压缩量的50%。而无压缩状态下老化的密封垫接触应力损失不大,在部分情况下甚至有所增强,其截面高度与孔洞没有明显变化。说明压缩力会促使高温老化后密封垫产生更大的永久变形,加快其接触应力的衰减。为更真实地表征温度对接缝密封垫的劣化机制,试验应采用受压状态下密封垫,并将温度控制在100℃以内。受压状态下老化的密封垫,其接触应力随着老化时长、老化温度的增长而减小。错台对接触应力的影响随着老化时长、老化温度的增大而减小。老化后EPDM的热氧稳定性、分子结构变化不大,微观表面产生了坑洞与裂缝,说明密封垫老化后橡胶表面劣化是接触应力衰减的诱因。与橡胶化学性能的老化相比,橡胶永久变形引起的密封垫截面变化对防...     

曲线双工字钢-混凝土组合梁桥弯扭性能1∶2模型试验

为探究连续曲线双工字钢-混凝土组合梁桥在弯扭组合作用下的力学性能,设计了一座曲线半径为200 m,跨径布置为17.5 m+17.5 m的连续曲线组合梁桥模型,并进行了静载试验,包括两点偏心弹性加载及四点对称破坏加载。试验测试了模型桥荷载-挠度关系曲线,控制截面钢梁、桥面板及钢筋应变分布,记录了模型桥的破坏过程及特征荷载,混凝土桥面板裂缝分布及裂缝宽度。结果表明：对称荷载作用下,曲率效应使外弧侧结构受力更不利;加载截面、中支点截面钢梁翼缘屈服后,第2跨加载点外弧钢梁腹板发生剪切屈曲,截面塑性转动能力受到钢板局部屈曲的限制;中支点桥面板裂缝分布范围超过计算跨径±20%;模型桥第2跨外梁破坏后,其他结构仍能继续承载,内弧侧结构延性指标远小于外弧侧,模型桥横桥向具有冗余性;竖向荷载作用下,模型桥弹性阶段截面正应力主要由弯曲正应力和约束扭转翘曲正应力组成,此外,钢梁下翼缘存在额外的横向弯曲正应力;最后,给出了钢梁下翼缘横向弯矩简化计算方法,并基于Vlasov薄壁结构理论,提出了双工字钢-混组合梁桥约束扭转截面特性计算方法。     

改性橡胶碾压混凝土路用性能及作用机理

为增强碾压混凝土的韧性和耐久性,改善其路用性能,将粒径为1～2 mm的橡胶颗粒用5%NaOH溶液进行改性处理,并设置不做处理的对照组,然后分别以5%、10%、15%、20%等体积取代砂加入碾压混凝土。通过改进VC值、抗压强度、抗折强度、干燥收缩、抗冻等试验,分析橡胶碾压混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能,采用工业CT和扫描电镜,对比分析改性前后混合料的孔隙结构和微观形貌,揭示橡胶颗粒对碾压混凝土混合料力学性能的微观作用机理。结果表明：相比于纯碾压混凝土,橡胶颗粒的掺入降低了碾压混凝土早期强度增长速率,改善了碾压混凝土的塑性;在相同橡胶掺量下,改性橡胶碾压混凝土力学性能优于未改性橡胶碾压混凝土,且改性橡胶颗粒掺量不宜大于15%,此时对道路路面结构的承载能力影响较小;当改性橡胶掺量≥15%时,对碾压混凝土的干缩性能有改善效果;改性橡胶颗粒掺量为5%～20%时,掺量越大,对碾压混凝土的抗冻性能改善程度越显著;橡胶颗粒的加入减少了碾压混凝土中的孔隙体积,优化了孔隙结构,改性后的橡胶颗粒表面更加粗糙,减小了橡胶颗粒与水泥砂浆结合面间的裂缝宽度,提高了改性橡胶碾压混凝土混合料中橡胶颗粒与骨料之间...     

基于BP神经网络的混凝土箱梁最大温度梯度预测

混凝土箱梁受到太阳辐射、大气温度波动等多种气象因素的综合作用,结构内部会产生显著的非均匀温度分布.截面内温度梯度可能会导致桥梁结构产生过大的温度应力与温度变形,影响桥梁结构的安全性和耐久性.本文旨在探究气象因素对混凝土箱梁温度场的影响机理,并提出一种能精确预测中国多区域混凝土箱梁截面最大温度梯度的方法.首先建立了日照条件下混凝土箱梁温度场计算模型,将2 a以上气象资料作为输入条件,对多个地区混凝土箱梁温度场长期变化进行了仿真模拟,并对混凝土箱梁截面温度梯度的长期变化趋势进行了分析.然后利用主成分分析(PCA)确定了混凝土箱梁截面最大温度梯度预测模型所需的输入参数.最后利用遗传算法优化的BP神经网络建立预测混凝土箱梁竖向、横向温度梯度的网络模型,并与混凝土箱梁截面温度梯度进行比较.结果分析表明BP神经网络模型可以精确地预测混凝土箱梁最大温度梯度,预测值平均绝对误差(AAE)均小于0.9℃,均方根误差(RMSE)均小于1.2℃,决定系数(R2)均大于0.9.基于当地气象条件,本文利用经典的BP神经网络模型所建立的预测模型对中国不同地区的混凝土箱梁截面最大温度梯度均能给出准确的预测,为混凝土箱梁设计和施工阶段的最大温度梯度的计算提供一种高效的方法.     

渗流作用下盾构隧道地表变形规律研究

在泥水平衡盾构工法中,通常会用密封舱的泥浆来平衡开挖面的水土压力,从而达到控制地表变形的目的,因此,泥浆压力的选取十分关键。为了解决工程中泥浆压力的选取问题,采用理论分析方法,结合泥水盾构隧道开挖面平衡稳定原理,对泥浆在开挖面上的3种形态进行对比分析,结果表明,“渗透模型”在工程中广泛存在,且渗透作用会导致开挖面稳定性减弱。基于“渗透模型”,采用FLAC^3D软件进行流固耦合计算,结果显示,渗流作用下地表最大沉降随泥浆压力的增大而减小,当泥浆压力达到一定限值后(本工程背景下为400 kPa),地表最大沉降值不再减小,该研究解决了合理确定泥浆压力控制地表沉降的难题;通过分析盾构掘进过程中岩土体应力状态分区和地表沉降云图,构建了地表沉降范围预测模型,模型理论计算结果与数值模拟结果吻合良好,该模型可用于泥水盾构隧道施工引起的地表沉降范围预测。此外,在泥浆压力为400 kPa时,采用数值计算方法进行了泥浆渗漏计算,结果表明泥浆渗漏上边界距水库底面7.5 m,不会对保护区水体造成污染。该研究结果可为泥水平衡盾构施工中泥浆压力的选取、地面沉降范围的确定以及泥浆渗漏的影响这3个施...     

新型海上风电基础地基冲刷深度试验研究及床面剪切力分析

海洋环境作用下海上风电基础周围海床会产生显著冲刷,冲刷深度过大会严重影响风电结构体系的安全。复合筒型基础是一种新型的浅基础,其对冲刷的敏感性更大。以新型的海上风电复合筒型基础为研究对象,开展了波流作用下基础周围地基冲刷特征的物理模型试验,探究了基础周围海床的冲刷变化规律及最大冲刷深度,基于波流-复合筒型基础-地基相互作用的数值模型分析了海床表面剪切力的分布特征,考察了最大冲刷深度与最大床面剪切力的关联性。研究结果表明：波流作用下复合筒型基础最大冲刷位置位于基础后方、毗邻基础的位置,最大冲刷深度随波高、周期、流速的减小而减小,基础周围海床最大冲刷深度与其最大床面剪切应力的分布有一定的相关关系。     

基于构型力断裂准则的骨料干涉作用分析

为研究沥青混凝土内部裂纹初始构型（如裂纹初始偏转角,空间位置）的改变对裂纹扩展路径以及裂纹扩展方式的影响,以裂尖构型力为断裂准则,通过扩展有限元XFEM建立具有不同初始构型的裂纹模型,模拟裂纹经过单骨料和非对称双骨料的情况;从裂纹扩展路径和裂尖构型力变化等方面分析骨料干涉作用下裂纹初始构型对裂纹扩展的影响.结果表明：1）在单骨料干涉作用下,裂尖构型力随骨料与初始裂尖夹角的增大而逐渐增大,表明骨料对裂纹扩展的干涉作用逐渐减弱,当其超过60°后,骨料对裂纹扩展的干涉作用可忽略不计;2）在非对称双骨料干涉作用下,随着骨料圆心连线与x轴夹角的增大,双骨料对裂纹扩展干涉作用愈加明显,当其大于45°时,裂尖构型力明显偏小,即骨料对裂纹扩展表现出“止裂”效果;3）当裂纹初始偏转角发生改变时,单骨料与非对称双骨料对裂纹扩展的干涉作用具有相似性,其裂尖构型力随偏转角增大呈现先增加后减小的趋势;4）当偏转角为45°时,裂尖构型力偏大,意味着裂纹趋于非稳定状态,骨料对裂纹扩展的抑制效果较弱,致使骨料对沥青混合料抗裂性能的提高受到一定限制.     

动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验

为了研究动力湿化作用下渗流水在粗粒土高路堤内的迁移特性,自主研发设计制作一种室内喷洒降雨装置及车辆动力荷载模拟装置,开展动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验,从时间和空间2个角度描述渗流水在路堤内的迁移特性,然后根据模型试验结果,建立粗粒土渗流场时空演化机制,揭示动力湿化作用下的粗粒土高路堤边坡渐变失稳发育机理。研究结果表明：基于相似理论,开展粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验可以较为真实地反映粗粒土高路堤在动力湿化作用下渗流水的迁移特性;动力湿化作用下,湿润锋首先在路堤边坡表面形成,并逐渐从边坡表面向内部拓展,在坡顶处的拓展速率较小,坡脚处的拓展速率较大;受湿润锋演变规律的影响,路堤边坡监测点负孔隙水压力逐渐减小,体积含水率逐渐增大,坡前应力逐渐增加,位于坡脚浅层区域的应力增加速度较快;依据渗流水的迁移规律,将渗流影响范围内的土体自上而下分为浅层暂态饱和区、渗流水填充区及渗流水湿润区;在动力湿化作用下,粗粒土高路堤边坡将逐渐产生沿坡脚深层滑移的渐变趋势。     

砾石桩复合地基桩土作用性状分析

为了探究盐渍土地区砾石桩复合地基桩土作用性状,结合西北地区某盐渍化软土地基处治试验段,运用有限元软件建立砾石桩复合地基数值分析模型,考虑砾石桩复合地基在施工期和运营期排水固结的前提下,对上部路基荷载作用下砾石桩复合地基桩土的承载性状、沉降性状、应力分担等作用性状进行分析。结果表明:路基填土高度对砾石桩复合地基桩土作用性状产生了较大的影响;路基填筑期至运营期,桩土应力比呈现先增大后减小,直至趋于稳定的变化规律。