长沙理工大学学报（自然科学版）
2025年第1期
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2025,22(1):1-14
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240317001
摘要：
【目的】提出一种铰接型装配式锚杆框架梁的内力计算方法，为铰接型框架梁的设计提供理论基础。【方法】首先，将框架梁的受力模型简化为铰接点连接的多段Winkler弹性地基梁；然后，结合梁的边界及连续性条件推导求解，得到梁的内力解析解，并依托数值算例分析了铰接型框架梁结构与现有现浇框架梁结构的受力变形特性，以及在不同锚固力、地基反力系数、截面尺寸、悬臂长度、铰接位置条件下的铰接型框架梁结构的受力变形特性；最后，将现场实际监测数据与本文理论计算结果进行对比，验证本文计算结果的准确性。【结果】通过所得解与已有解的退化对比验证了所得内力解析解的合理性；当其他参数相同时，锚固力越大、悬臂长度越大、铰接位置与锚固点之间的距离越大，则铰接结构的最大弯矩值越大；地基反力系数和截面尺寸对框架梁结构的梁底位移和转角影响显著，当地基反力系数和截面尺寸增大时，梁底位移和转角减小，而弯矩和剪力则基本不变。通过分析现场监测数据发现，现场实测结果与本文内力计算结果的变化趋势吻合。【结论】铰接型框架梁的内力解析解的结果合理，其受力变形特性规律可为铰接型框架梁的设计提供参考。
【目的】提出一种铰接型装配式锚杆框架梁的内力计算方法，为铰接型框架梁的设计提供理论基础。【方法】首先，将框架梁的受力模型简化为铰接点连接的多段Winkler弹性地基梁；然后，结合梁的边界及连续性条件推导求解，得到梁的内力解析解，并依托数值算例分析了铰接型框架梁结构与现有现浇框架梁结构的受力变形特性，以及在不同锚固力、地基反力系数、截面尺寸、悬臂长度、铰接位置条件下的铰接型框架梁结构的受力变形特性；最后，将现场实际监测数据与本文理论计算结果进行对比，验证本文计算结果的准确性。【结果】通过所得解与已有解的退化对比验证了所得内力解析解的合理性；当其他参数相同时，锚固力越大、悬臂长度越大、铰接位置与锚固点之间的距离越大，则铰接结构的最大弯矩值越大；地基反力系数和截面尺寸对框架梁结构的梁底位移和转角影响显著，当地基反力系数和截面尺寸增大时，梁底位移和转角减小，而弯矩和剪力则基本不变。通过分析现场监测数据发现，现场实测结果与本文内力计算结果的变化趋势吻合。【结论】铰接型框架梁的内力解析解的结果合理，其受力变形特性规律可为铰接型框架梁的设计提供参考。
2025,22(1):15-27
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231229001
摘要：
【目的】莫斯科—喀山高速铁路（简称“莫喀高铁”）是我国参与的高纬度地区重要代表性工程，因此有必要掌握沿线地区气温特征以助力该工程的设计与建设。【方法】基于英国东英吉利大学气候研究中心 (Climate Research Unit，CRU)的1901—2021年CRU格点数据月平均气温数据集，研究了莫喀高铁沿线地区的气温冻融指数变化趋势及空间变化特征。【结果】莫喀高铁沿线地区1901—2021年年冻结指数平均值为411.23~1 773.70 ℃·d，总体呈波动下降趋势；年融化指数平均值为2 223.69~3 170.31 ℃·d，总体呈波动上升趋势。这表明1901—2021年莫喀高铁沿线地区的年平均气温是逐渐升高的。在空间分布上，莫喀高铁沿线地区1901—2021年的多年平均冻结指数呈明显的由西向东递增的趋势，多年平均冻结指数为841.55~1 360.13 ℃·d，而该地区多年平均融化指数整体相差不大，为2 654.40~2 748.63 ℃·d，由中部向东西两侧递增。这表明：自下诺夫哥罗德到莫斯科地区，气温逐渐降低，而自下诺夫哥罗德到喀山地区，气温逐渐升高；莫喀高铁沿线地区气温自西向东逐渐升高，莫斯科地区升温相对不明显，而喀山是升温最明显的地区。【结论】采用CRU格点气温数据集来研究莫喀高铁沿线地区大气冻融指数时空变化特征是一种较为有效的手段，可为研究该高速铁路沿线地区的气候变化特征、冻土状态和其他工程建设提供科学借鉴。
【目的】莫斯科—喀山高速铁路（简称“莫喀高铁”）是我国参与的高纬度地区重要代表性工程，因此有必要掌握沿线地区气温特征以助力该工程的设计与建设。【方法】基于英国东英吉利大学气候研究中心 (Climate Research Unit，CRU)的1901—2021年CRU格点数据月平均气温数据集，研究了莫喀高铁沿线地区的气温冻融指数变化趋势及空间变化特征。【结果】莫喀高铁沿线地区1901—2021年年冻结指数平均值为411.23~1 773.70 ℃·d，总体呈波动下降趋势；年融化指数平均值为2 223.69~3 170.31 ℃·d，总体呈波动上升趋势。这表明1901—2021年莫喀高铁沿线地区的年平均气温是逐渐升高的。在空间分布上，莫喀高铁沿线地区1901—2021年的多年平均冻结指数呈明显的由西向东递增的趋势，多年平均冻结指数为841.55~1 360.13 ℃·d，而该地区多年平均融化指数整体相差不大，为2 654.40~2 748.63 ℃·d，由中部向东西两侧递增。这表明：自下诺夫哥罗德到莫斯科地区，气温逐渐降低，而自下诺夫哥罗德到喀山地区，气温逐渐升高；莫喀高铁沿线地区气温自西向东逐渐升高，莫斯科地区升温相对不明显，而喀山是升温最明显的地区。【结论】采用CRU格点气温数据集来研究莫喀高铁沿线地区大气冻融指数时空变化特征是一种较为有效的手段，可为研究该高速铁路沿线地区的气候变化特征、冻土状态和其他工程建设提供科学借鉴。
2025,22(1):28-39
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240229002
摘要：
【目的】季节冻土区公路路基因季节性温度变化使路基中的水分向上迁移，导致水分在封闭覆盖层下聚集产生覆盖效应，进而引起路基冻胀、融沉、路面开裂、道路翻浆等工程病害。为了有效抑制封闭覆盖层下覆盖效应的产生，以季节冻土区气候特征为背景，开展了室内一维土柱试验。【方法】通过设计两组冻融循环条件下的室内路基模型试验，探究有、无毛细阻滞层季节冻土区路基内部的水热变化规律，验证毛细阻滞层对季节冻土区公路路基覆盖效应的防治效果。【结果】在季节性温变导致的冻融循环条件下，传统路基浅层2.5、5.0 cm深度范围内的土体含水率随冻融循环次数的增加而不断增大，最大液态水含量增加量达5.8个百分点，覆盖效应明显；毛细阻滞层路基在浅层2.5 cm深度处的土体含水率随冻融循环次数的增加水分累积量仅为1.8个百分点，且经历3个循环后其他深度的最大液态水含量与含水率累积量均略有减小，整体含水率远小于无毛细阻滞层路基的。【结论】毛细阻滞层的设置能够明显抑制覆盖层下浅层土体含水率的增加和累积，且对维持季节冻土区路基土体水分场稳定具有重要作用。
【目的】季节冻土区公路路基因季节性温度变化使路基中的水分向上迁移，导致水分在封闭覆盖层下聚集产生覆盖效应，进而引起路基冻胀、融沉、路面开裂、道路翻浆等工程病害。为了有效抑制封闭覆盖层下覆盖效应的产生，以季节冻土区气候特征为背景，开展了室内一维土柱试验。【方法】通过设计两组冻融循环条件下的室内路基模型试验，探究有、无毛细阻滞层季节冻土区路基内部的水热变化规律，验证毛细阻滞层对季节冻土区公路路基覆盖效应的防治效果。【结果】在季节性温变导致的冻融循环条件下，传统路基浅层2.5、5.0 cm深度范围内的土体含水率随冻融循环次数的增加而不断增大，最大液态水含量增加量达5.8个百分点，覆盖效应明显；毛细阻滞层路基在浅层2.5 cm深度处的土体含水率随冻融循环次数的增加水分累积量仅为1.8个百分点，且经历3个循环后其他深度的最大液态水含量与含水率累积量均略有减小，整体含水率远小于无毛细阻滞层路基的。【结论】毛细阻滞层的设置能够明显抑制覆盖层下浅层土体含水率的增加和累积，且对维持季节冻土区路基土体水分场稳定具有重要作用。
2025,22(1):40-48,61
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231206001
摘要：
【目的】解决现有地形复杂度误差评价方法主观性强、缺少误差解析式的问题。【方法】利用误差传播定律推导了局部高差、局部标准差、局部褶皱度和局部全曲率的中误差表达式，依据复合地形因子误差传递规律构建了复合地形复杂度指标（compound terrain complexity index，CTCI）提取的误差估计模型（error estimation model for CTCI，CEEM）。通过模拟数字高程模型（digital elevation model，DEM）试验验证了该模型的有效性，并采用三个不同地貌区域的实体DEM进行CEEM泛化试验。【结果】在不同噪声影响下，CEEM平均误差、均方差、残差和平均绝对百分比误差最大值分别为-2.1×10-3、7.99×10-6、8.4×10-3和22.8%，决定系数均在0.961以上，CEEM整体误差微小；不同地貌类型的地形复杂度提取误差存在差异，试验统计结果表明误差由大到小依次为高山、中山、丘陵。【结论】CEEM能定量化描述地形复杂度的提取误差，可为不同复杂地形地貌区域提取复合地形复杂度指标提供参考。
【目的】解决现有地形复杂度误差评价方法主观性强、缺少误差解析式的问题。【方法】利用误差传播定律推导了局部高差、局部标准差、局部褶皱度和局部全曲率的中误差表达式，依据复合地形因子误差传递规律构建了复合地形复杂度指标（compound terrain complexity index，CTCI）提取的误差估计模型（error estimation model for CTCI，CEEM）。通过模拟数字高程模型（digital elevation model，DEM）试验验证了该模型的有效性，并采用三个不同地貌区域的实体DEM进行CEEM泛化试验。【结果】在不同噪声影响下，CEEM平均误差、均方差、残差和平均绝对百分比误差最大值分别为-2.1×10-3、7.99×10-6、8.4×10-3和22.8%，决定系数均在0.961以上，CEEM整体误差微小；不同地貌类型的地形复杂度提取误差存在差异，试验统计结果表明误差由大到小依次为高山、中山、丘陵。【结论】CEEM能定量化描述地形复杂度的提取误差，可为不同复杂地形地貌区域提取复合地形复杂度指标提供参考。
2025,22(1):49-61
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240814001
摘要：
【目的】针对土压平衡盾构实测数据样本分布不均导致土压预测模型精度不高的问题，引入机理模型数据，构建数据与机理融合的盾构土压预测模型。【方法】首先，基于岩土力学建立盾构土压的机理模型，利用多种多保真度代理模型，将实测数据与机理模型数据进行融合，构建土压预测模型。然后，通过对比分析确定最优的盾构土压预测模型，实现实测数据与机理模型的优势互补。最后，提出了盾构土压多目标协同优化策略，实现了盾构多点土压的协同优化。【结果】盾构土压预测结果表明，相比于仅基于实测数据的预测模型，机理模型数据的引入能够大幅提升预测精度，预测结果的最优决定系数由0.941提升至0.977；盾构多点土压优化试验结果表明，优化后土压的整体均方根误差显著降低，降幅约为14.47%。【结论】机理模型数据的引入能够提高盾构土压预测模型的精度。不同点位土压的变化幅度在经过协同优化后大幅缩小，为盾构土压的预测与优化提供了新方法。
【目的】针对土压平衡盾构实测数据样本分布不均导致土压预测模型精度不高的问题，引入机理模型数据，构建数据与机理融合的盾构土压预测模型。【方法】首先，基于岩土力学建立盾构土压的机理模型，利用多种多保真度代理模型，将实测数据与机理模型数据进行融合，构建土压预测模型。然后，通过对比分析确定最优的盾构土压预测模型，实现实测数据与机理模型的优势互补。最后，提出了盾构土压多目标协同优化策略，实现了盾构多点土压的协同优化。【结果】盾构土压预测结果表明，相比于仅基于实测数据的预测模型，机理模型数据的引入能够大幅提升预测精度，预测结果的最优决定系数由0.941提升至0.977；盾构多点土压优化试验结果表明，优化后土压的整体均方根误差显著降低，降幅约为14.47%。【结论】机理模型数据的引入能够提高盾构土压预测模型的精度。不同点位土压的变化幅度在经过协同优化后大幅缩小，为盾构土压的预测与优化提供了新方法。
2025,22(1):62-70
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240508002
摘要：
【目的】构建精确快速的波浪预报模型，以保障海上活动和海滩安全。【方法】采用中国近海波浪数据库中2009—2018年的波浪数据、风速数据作为训练样本，建立了融合波浪模型和随机森林机器学习算法的波浪降尺度快速预报模型。波浪数值模型采用粗网格计算，通过随机森林算法进行降尺度波浪预报，以实现近海区域波浪要素的快速预报。【结果】对长江口外海2019年全年波浪的有效波高、平均周期和主波向进行了长时间序列的预报，发现所建立的波浪降尺度预报模型能够准确预报全年台风浪和寒潮浪的变化。与传统波浪模型相比，该模型的有效波高预报结果相对误差小于0.2%，计算效率也大幅提高，96 h波浪短期预报由分钟级提高至秒级。【结论】融合波浪模型和随机森林算法的波浪降尺度快速预报模型可提高波浪预报的稳定性、精确度和计算效率，也为利用波浪机器学习算法进行业务化波浪预报提供了新方法。
【目的】构建精确快速的波浪预报模型，以保障海上活动和海滩安全。【方法】采用中国近海波浪数据库中2009—2018年的波浪数据、风速数据作为训练样本，建立了融合波浪模型和随机森林机器学习算法的波浪降尺度快速预报模型。波浪数值模型采用粗网格计算，通过随机森林算法进行降尺度波浪预报，以实现近海区域波浪要素的快速预报。【结果】对长江口外海2019年全年波浪的有效波高、平均周期和主波向进行了长时间序列的预报，发现所建立的波浪降尺度预报模型能够准确预报全年台风浪和寒潮浪的变化。与传统波浪模型相比，该模型的有效波高预报结果相对误差小于0.2%，计算效率也大幅提高，96 h波浪短期预报由分钟级提高至秒级。【结论】融合波浪模型和随机森林算法的波浪降尺度快速预报模型可提高波浪预报的稳定性、精确度和计算效率，也为利用波浪机器学习算法进行业务化波浪预报提供了新方法。
2025,22(1):71-81
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240919001
摘要：
【目的】为解决户外恶劣多变运行环境下干式空心电抗器匝间短路故障保护问题，提出了一种基于功率因数变化率的故障检测方法。【方法】首先，采用ANSYS Maxwell建立了干式空心电抗器有限元场路耦合模型，对电抗器不同圈层不同位置发生匝间短路故障的情况进行仿真，揭示了功率因数的变化规律；随后，采用谐波分析法计算功角，由多个功率因数变化率的波动情况，结合电抗器的不同故障类型，提出了一种基于功率因数变化率的干式空心电抗器匝间短路故障检测方法。【结果】当干式空心电抗器发生匝间短路时，短路匝数越多，功率因数变化率越大。当故障匝数相同时，在轴向上，故障位置越接近端部功率因数增大的幅度越小；在径向上，故障位置越靠近内层包封功率因数增大的幅度越小，其中最内层线圈端部发生单匝短路故障时的功率因数变化率最小，数值为6.718 9%。考虑噪声影响，仿真发现故障后功率因数变化率超过6.718 9%的个数均在20个以上，正常时该数量均不会超过20，因此取次数20为保护阈值。仿真验证所提出的故障检测方法在电抗器不同位置不同匝数发生匝间短路故障时均能发挥作用，可极大地提高户外干式空心电抗器的运行安全性。【结论】本文提出的故障检测方法可有效解决长期困扰工业界的电抗器故障特征微弱难以检测的问题，证明利用多个时刻功率因数变化率组合识别故障是一种更为有效的解决思路，能够为后续的研究提供参考。
【目的】为解决户外恶劣多变运行环境下干式空心电抗器匝间短路故障保护问题，提出了一种基于功率因数变化率的故障检测方法。【方法】首先，采用ANSYS Maxwell建立了干式空心电抗器有限元场路耦合模型，对电抗器不同圈层不同位置发生匝间短路故障的情况进行仿真，揭示了功率因数的变化规律；随后，采用谐波分析法计算功角，由多个功率因数变化率的波动情况，结合电抗器的不同故障类型，提出了一种基于功率因数变化率的干式空心电抗器匝间短路故障检测方法。【结果】当干式空心电抗器发生匝间短路时，短路匝数越多，功率因数变化率越大。当故障匝数相同时，在轴向上，故障位置越接近端部功率因数增大的幅度越小；在径向上，故障位置越靠近内层包封功率因数增大的幅度越小，其中最内层线圈端部发生单匝短路故障时的功率因数变化率最小，数值为6.718 9%。考虑噪声影响，仿真发现故障后功率因数变化率超过6.718 9%的个数均在20个以上，正常时该数量均不会超过20，因此取次数20为保护阈值。仿真验证所提出的故障检测方法在电抗器不同位置不同匝数发生匝间短路故障时均能发挥作用，可极大地提高户外干式空心电抗器的运行安全性。【结论】本文提出的故障检测方法可有效解决长期困扰工业界的电抗器故障特征微弱难以检测的问题，证明利用多个时刻功率因数变化率组合识别故障是一种更为有效的解决思路，能够为后续的研究提供参考。
2025,22(1):82-90
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231008001
摘要：
【目的】深入探究粉砂质泥岩节理面在不同剪切方向与应力状态条件下的粗糙度系数取值方法。【方法】利用粉砂质泥岩相似材料与3D打印技术制作节理面，并开展不同应力状态下的节理面直剪试验，同时基于Grasselli提出的节理面形貌参数考虑剪切方向性，对粉砂质泥岩节理面抗剪强度特性进行研究。【结果】受节理面起伏程度、剪切方向以及法向应力的影响，粉砂质泥岩节理面在剪切过程中的破坏类型有所不同，且通过试验结果反算得到的节理面粗糙度系数JRC较Barton等提出的JRC经验值偏大。本文提出了考虑方向性与应力状态的粉砂质泥岩节理面粗糙度系数JRC取值方法，该方法的预测值与反算值误差小于10%。【结论】节理面粗糙度系数与剪切方向的起伏形态有显著关系；随着法向应力的增加，JRC也增加但增加的速率逐渐下降；考虑节理面剪切方向以及法向应力的JRC取值方法可有效预测不同剪切方向与法向应力条件下的粉砂质泥岩节理面的抗剪强度。
【目的】深入探究粉砂质泥岩节理面在不同剪切方向与应力状态条件下的粗糙度系数取值方法。【方法】利用粉砂质泥岩相似材料与3D打印技术制作节理面，并开展不同应力状态下的节理面直剪试验，同时基于Grasselli提出的节理面形貌参数考虑剪切方向性，对粉砂质泥岩节理面抗剪强度特性进行研究。【结果】受节理面起伏程度、剪切方向以及法向应力的影响，粉砂质泥岩节理面在剪切过程中的破坏类型有所不同，且通过试验结果反算得到的节理面粗糙度系数JRC较Barton等提出的JRC经验值偏大。本文提出了考虑方向性与应力状态的粉砂质泥岩节理面粗糙度系数JRC取值方法，该方法的预测值与反算值误差小于10%。【结论】节理面粗糙度系数与剪切方向的起伏形态有显著关系；随着法向应力的增加，JRC也增加但增加的速率逐渐下降；考虑节理面剪切方向以及法向应力的JRC取值方法可有效预测不同剪切方向与法向应力条件下的粉砂质泥岩节理面的抗剪强度。
2025,22(1):91-100
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230504001
摘要：
【目的】深入了解表层嵌贴碳纤维复合材料-混凝土结构的力学性能，探究环氧树脂胶内部位移和应力分布规律。【方法】将开槽内的环氧树脂胶及碳纤维复合材料板条简化为二维平面应变模型，并考虑切应力沿胶层厚度方向的分布规律来建立环氧树脂胶位移的控制方程，用复数项级数法得到控制方程的弹性半解析解。【结果】弹性半解析解可以描述切应力沿胶层厚度方向的分布规律：切应力呈开口向下的抛物线形分布越靠近加载端，抛物线的弧度越大。将弹性半解析解结果与有限元模拟结果对比，可发现：水平位移峰值的解析结果与二维有限元模拟结果相差4.66%，与三维有限元模拟结果相差14.79%；切应力峰值的解析结果与二维有限元模拟结果相差3.58%，与三维有限元模拟结果相差17.85%。将弹性半解析解结果与试验结果对比，发现解析结果与试验结果在线弹性范围内基本吻合。【结论】弹性半解析解可直接计算线弹性阶段内环氧树脂胶的位移及切应力，可为表层嵌贴碳纤维复合材料板条?混凝土结构的安全性评估与设计提供一种新的、简便的、高效的计算方法。
【目的】深入了解表层嵌贴碳纤维复合材料-混凝土结构的力学性能，探究环氧树脂胶内部位移和应力分布规律。【方法】将开槽内的环氧树脂胶及碳纤维复合材料板条简化为二维平面应变模型，并考虑切应力沿胶层厚度方向的分布规律来建立环氧树脂胶位移的控制方程，用复数项级数法得到控制方程的弹性半解析解。【结果】弹性半解析解可以描述切应力沿胶层厚度方向的分布规律：切应力呈开口向下的抛物线形分布越靠近加载端，抛物线的弧度越大。将弹性半解析解结果与有限元模拟结果对比，可发现：水平位移峰值的解析结果与二维有限元模拟结果相差4.66%，与三维有限元模拟结果相差14.79%；切应力峰值的解析结果与二维有限元模拟结果相差3.58%，与三维有限元模拟结果相差17.85%。将弹性半解析解结果与试验结果对比，发现解析结果与试验结果在线弹性范围内基本吻合。【结论】弹性半解析解可直接计算线弹性阶段内环氧树脂胶的位移及切应力，可为表层嵌贴碳纤维复合材料板条?混凝土结构的安全性评估与设计提供一种新的、简便的、高效的计算方法。
2025,22(1):101-110
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230105001
摘要：
【目的】综合考虑基底土体加固的各影响因素对超长深基坑变形的影响，进行加固方案的优化设计。【方法】依托某地铁站基坑项目，采用FLAC3D有限元软件对基坑开挖进行数值模拟，采用正交试验方法综合分析基底土体加固的平面设计形状与加固参数对基坑地下连续墙的侧向位移与基底竖向位移的影响，并分析和确定各因素对上述位移指标的影响效果。【结果】基底土体加固方式的不同平面设计形状对超长深基坑变形影响不同，其中满堂加固方式对基坑变形的控制作用较显著，但裙边加固方式对于控制地连墙的变形也能够发挥很好的作用；不同加固参数对基坑变形影响也不同，对变形的控制效果会随着水泥掺量（质量分数）及加固厚度的增加而变好；基底土体加固平面设计形状对超长深基坑变形控制的影响较大，水泥掺量和加固厚度对超长深基坑变形控制的影响相对较小。在基底土体使用满堂加固方式、水泥掺量在14%～16%和加固厚度在10～12 m时，对基坑变形的控制效果最理想。【结论】在超长深基坑设计时，要考虑基底土体加固方式的平面设计形状，还需要深入考虑在该平面设计形状下加固参数对基坑的影响；在同类型基坑设计时，应优先考虑满堂加固方式的平面设计形状，必要时可适当减小水泥掺量及加固厚度，以提高基坑工程设计的经济合理性。
【目的】综合考虑基底土体加固的各影响因素对超长深基坑变形的影响，进行加固方案的优化设计。【方法】依托某地铁站基坑项目，采用FLAC3D有限元软件对基坑开挖进行数值模拟，采用正交试验方法综合分析基底土体加固的平面设计形状与加固参数对基坑地下连续墙的侧向位移与基底竖向位移的影响，并分析和确定各因素对上述位移指标的影响效果。【结果】基底土体加固方式的不同平面设计形状对超长深基坑变形影响不同，其中满堂加固方式对基坑变形的控制作用较显著，但裙边加固方式对于控制地连墙的变形也能够发挥很好的作用；不同加固参数对基坑变形影响也不同，对变形的控制效果会随着水泥掺量（质量分数）及加固厚度的增加而变好；基底土体加固平面设计形状对超长深基坑变形控制的影响较大，水泥掺量和加固厚度对超长深基坑变形控制的影响相对较小。在基底土体使用满堂加固方式、水泥掺量在14%～16%和加固厚度在10～12 m时，对基坑变形的控制效果最理想。【结论】在超长深基坑设计时，要考虑基底土体加固方式的平面设计形状，还需要深入考虑在该平面设计形状下加固参数对基坑的影响；在同类型基坑设计时，应优先考虑满堂加固方式的平面设计形状，必要时可适当减小水泥掺量及加固厚度，以提高基坑工程设计的经济合理性。
2025,22(1):111-121
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221219001
摘要：
【目的】以某530 m主跨PK断面混合-组合梁斜拉桥为工程背景，通过建立辅助墩设置数量和设置位置不同的多个有限元模型，并进行静动力计算，对比分析计算结果，得到了辅助墩设置位置对大跨PK断面混合-组合梁斜拉桥力学性能的影响规律。【方法】建立了该斜拉桥在设置双辅助墩、单辅助墩、无辅助墩三种情况下的有限元模型，对比三者在运营阶段汽车荷载作用下的结构内力、变形及自振周期、频率。【结果】相比于无辅助墩，设置双辅助墩和单辅助墩能够使主梁中跨最大下挠、塔顶最大偏位、第1阶自振周期分别减小45.3%、62.9%、26.2%和42.1%、48.6%、17.2%。辅助墩的设置能显著改善结构静动力学性能，设置单辅助墩方案为经济可行方案。建立了单辅助墩不同设置位置（分别距主塔中心59.2、73.6、95.2、109.6和131.2 m）的5个有限元模型，对比5个模型在运营阶段汽车荷载作用下的结构响应，方案5（辅助墩距主塔中心131.2 m）较方案1（辅助墩距主塔中心59.2 m）使主梁中跨最大下挠、塔顶最大偏位、第1阶自振周期分别减小了25.6%、19.1%、1.8%。【结论】结合悬臂施工安全性考虑，确立了方案5为最终设计方案。
【目的】以某530 m主跨PK断面混合-组合梁斜拉桥为工程背景，通过建立辅助墩设置数量和设置位置不同的多个有限元模型，并进行静动力计算，对比分析计算结果，得到了辅助墩设置位置对大跨PK断面混合-组合梁斜拉桥力学性能的影响规律。【方法】建立了该斜拉桥在设置双辅助墩、单辅助墩、无辅助墩三种情况下的有限元模型，对比三者在运营阶段汽车荷载作用下的结构内力、变形及自振周期、频率。【结果】相比于无辅助墩，设置双辅助墩和单辅助墩能够使主梁中跨最大下挠、塔顶最大偏位、第1阶自振周期分别减小45.3%、62.9%、26.2%和42.1%、48.6%、17.2%。辅助墩的设置能显著改善结构静动力学性能，设置单辅助墩方案为经济可行方案。建立了单辅助墩不同设置位置（分别距主塔中心59.2、73.6、95.2、109.6和131.2 m）的5个有限元模型，对比5个模型在运营阶段汽车荷载作用下的结构响应，方案5（辅助墩距主塔中心131.2 m）较方案1（辅助墩距主塔中心59.2 m）使主梁中跨最大下挠、塔顶最大偏位、第1阶自振周期分别减小了25.6%、19.1%、1.8%。【结论】结合悬臂施工安全性考虑，确立了方案5为最终设计方案。
2025,22(1):122-130
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220329001
摘要：
【目的】研究输电导线与塔体耦合作用对塔线体系风致动力响应的影响。【方法】结合某输电线路三塔两线实例，开展数值分析计算及气弹模型风洞试验。基于ABAQUS软件建立了三塔两线体系的有限元模型，将采用谐波合成法生成的风荷载沿顺风向输入，采用Newmark-β法求解体系的顺风向动力响应，计算体系的风振系数，并将之与各规范的风振系数进行对比。【结果】数值分析结果与试验结果吻合良好，且风振系数均高于规范建议值。【结论】输电导线的存在提高了结构气动阻尼，导致塔线体系的加速度响应低于单塔的加速度响应；风振系数随高度增加呈增大趋势，受横担局部质量增加影响，风振系数存在局部突变；在实际工程中计算输电塔风振系数时，输电导线对横担部位的影响不可忽略，研究者应综合考虑多种规范的建议值。
【目的】研究输电导线与塔体耦合作用对塔线体系风致动力响应的影响。【方法】结合某输电线路三塔两线实例，开展数值分析计算及气弹模型风洞试验。基于ABAQUS软件建立了三塔两线体系的有限元模型，将采用谐波合成法生成的风荷载沿顺风向输入，采用Newmark-β法求解体系的顺风向动力响应，计算体系的风振系数，并将之与各规范的风振系数进行对比。【结果】数值分析结果与试验结果吻合良好，且风振系数均高于规范建议值。【结论】输电导线的存在提高了结构气动阻尼，导致塔线体系的加速度响应低于单塔的加速度响应；风振系数随高度增加呈增大趋势，受横担局部质量增加影响，风振系数存在局部突变；在实际工程中计算输电塔风振系数时，输电导线对横担部位的影响不可忽略，研究者应综合考虑多种规范的建议值。
2025,22(1):131-141
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20241223002
摘要：
【目的】为研究黏滞阻尼器对仿古建筑的力学性能的影响，通过设置仿古建筑梁-柱节点来开展试件的对比试验研究。【方法】设计制作了6个仿古建筑梁-柱节点，即3个双梁-柱节点及3个单梁-柱节点，并对其施加正弦波往复荷载以研究其一系列力学性能，主要包括荷载-转角滞回曲线、骨架曲线、承载能力、变形性能、耗能能力等。【结果】在整体上，黏滞阻尼器对双梁-柱节点力学性能的改善程度比对单梁-柱节点的更为显著，且改善程度随黏滞阻尼器型号不同而不同。在附设黏滞阻尼器后，梁-柱节点试件的滞回曲线更饱满，承载能力提升了16.4%~32.9%，位移延性系数增大了1.5%~12.6%，耗能能力提升了49.2%~112.3%。【结论】黏滞阻尼器可显著改善仿古建筑梁-柱节点的力学性能。
【目的】为研究黏滞阻尼器对仿古建筑的力学性能的影响，通过设置仿古建筑梁-柱节点来开展试件的对比试验研究。【方法】设计制作了6个仿古建筑梁-柱节点，即3个双梁-柱节点及3个单梁-柱节点，并对其施加正弦波往复荷载以研究其一系列力学性能，主要包括荷载-转角滞回曲线、骨架曲线、承载能力、变形性能、耗能能力等。【结果】在整体上，黏滞阻尼器对双梁-柱节点力学性能的改善程度比对单梁-柱节点的更为显著，且改善程度随黏滞阻尼器型号不同而不同。在附设黏滞阻尼器后，梁-柱节点试件的滞回曲线更饱满，承载能力提升了16.4%~32.9%，位移延性系数增大了1.5%~12.6%，耗能能力提升了49.2%~112.3%。【结论】黏滞阻尼器可显著改善仿古建筑梁-柱节点的力学性能。
2025,22(1):142-153
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20241007001
摘要：
【目的】为提升农村物流配送效率和服务水平，建立绿色可持续的农村物流配送模式，研究部分充电策略下有时间窗的电动车-无人机绿色配送路径优化问题。【方法】首先，以电动车和无人机的固定成本、行驶成本、充电成本和碳排放成本构成的总配送成本最小化为目标，构建路径优化数学模型。然后，针对问题特点设计了基于大邻域搜索算法和变邻域下降算法的混合算法并进行求解。最后，通过数值分析试验，验证了模型的合理性和算法的有效性。【结果】对不同配送模式的配送成本及其组成进行对比发现：在配送网络中纳入充电站节点能使总成本降低14.97%，引入无人机协同配送能使总成本降低35.25%，而同时引入充电站和无人机能实现42.03%的成本节省。对电动车和无人机电池容量进行敏感性分析发现：加大电动车电池容量能显著降低总配送成本，主要体现在途中充电绕行里程的减少上；随着无人机电池容量的增大，无人机服务客户数也会增加，从而提高了配送效率，降低了电动车行驶成本、充电成本以及碳排放成本。【结论】本研究成果能为农村电动车-无人机协同配送路径优化决策及低碳可持续性农村物流配送体系的构建提供理论参考。
【目的】为提升农村物流配送效率和服务水平，建立绿色可持续的农村物流配送模式，研究部分充电策略下有时间窗的电动车-无人机绿色配送路径优化问题。【方法】首先，以电动车和无人机的固定成本、行驶成本、充电成本和碳排放成本构成的总配送成本最小化为目标，构建路径优化数学模型。然后，针对问题特点设计了基于大邻域搜索算法和变邻域下降算法的混合算法并进行求解。最后，通过数值分析试验，验证了模型的合理性和算法的有效性。【结果】对不同配送模式的配送成本及其组成进行对比发现：在配送网络中纳入充电站节点能使总成本降低14.97%，引入无人机协同配送能使总成本降低35.25%，而同时引入充电站和无人机能实现42.03%的成本节省。对电动车和无人机电池容量进行敏感性分析发现：加大电动车电池容量能显著降低总配送成本，主要体现在途中充电绕行里程的减少上；随着无人机电池容量的增大，无人机服务客户数也会增加，从而提高了配送效率，降低了电动车行驶成本、充电成本以及碳排放成本。【结论】本研究成果能为农村电动车-无人机协同配送路径优化决策及低碳可持续性农村物流配送体系的构建提供理论参考。
2025,22(1):154-162
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221122002
摘要：
【目的】城市公交站点客流的变化趋势和时空特征密不可分。本文目的为捕捉公交站点客流的时空特征。【方法】首先，使用图卷积网络捕捉客流的空间特征；接着，借助门控递归单元捕捉客流的时间特征；然后，构建基于深度学习的公交站点客流预测模型，即门控图卷积网络（gated-graph convolutional network，G-GCN）模型；最后，将驻马店市内的512个公交站点的客流数据按照30、45和60 min三种时间粒度进行划分，利用G-GCN模型进行预测，并将该预测结果与基线模型的预测结果进行对比。【结果】在上述三种时间粒度划分下，G-GCN模型的三种均方根误差分别为2.35、3.00和3.57，分别比其他基线模型的平均降低了19.60%、24.40%和26.40%。【结论】本研究成果突破了以往只在规则区域内对公交客流进行预测的局限，为城市公交组织优化提供了技术参考。
【目的】城市公交站点客流的变化趋势和时空特征密不可分。本文目的为捕捉公交站点客流的时空特征。【方法】首先，使用图卷积网络捕捉客流的空间特征；接着，借助门控递归单元捕捉客流的时间特征；然后，构建基于深度学习的公交站点客流预测模型，即门控图卷积网络（gated-graph convolutional network，G-GCN）模型；最后，将驻马店市内的512个公交站点的客流数据按照30、45和60 min三种时间粒度进行划分，利用G-GCN模型进行预测，并将该预测结果与基线模型的预测结果进行对比。【结果】在上述三种时间粒度划分下，G-GCN模型的三种均方根误差分别为2.35、3.00和3.57，分别比其他基线模型的平均降低了19.60%、24.40%和26.40%。【结论】本研究成果突破了以往只在规则区域内对公交客流进行预测的局限，为城市公交组织优化提供了技术参考。
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2022,19(3):104-121
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.03.011
摘要：
行波定位技术可根据系统高压交流输电线路发生故障时采集到的时间信息进行快速、准确地故障定位，由于其定位精度高，因而受到广泛的关注。首先，分别从行波信号的精确检测、高精度同步时钟技术、故障定位算法以及工程实践等方面介绍了国内外行波定位技术的发展历程；然后，介绍了单端行波定位、双端行波定位以及网络行波定位方法的工作原理及各自的优缺点，分析了传统行波定位研究尚存的主要技术问题，并提出了相应的解决思路；最后，对行波定位技术的发展前景进行展望，以期为后续的研究提供参考。
行波定位技术可根据系统高压交流输电线路发生故障时采集到的时间信息进行快速、准确地故障定位，由于其定位精度高，因而受到广泛的关注。首先，分别从行波信号的精确检测、高精度同步时钟技术、故障定位算法以及工程实践等方面介绍了国内外行波定位技术的发展历程；然后，介绍了单端行波定位、双端行波定位以及网络行波定位方法的工作原理及各自的优缺点，分析了传统行波定位研究尚存的主要技术问题，并提出了相应的解决思路；最后，对行波定位技术的发展前景进行展望，以期为后续的研究提供参考。
2023,20(5):1-24
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231008002
摘要：
地聚物是近年来发展起来的一种新型无机胶凝材料，其不仅实现了工业固废的资源再利用，还减少了能源消耗及温室气体排放，被认为是有潜力替代普通硅酸盐水泥的一种绿色胶凝材料。针对地聚物混凝土的耐久性问题，从耐化学侵蚀性（耐盐和耐酸）、抗碳化性、抗氯离子渗透性以及抗冻性4个方面对比总结了地聚物混凝土和硅酸盐水泥混凝土的耐久性能。研究发现，与硅酸盐水泥混凝土相比，地聚物混凝土有着更优异的耐化学侵蚀性、抗氯离子渗透性以及抗冻性，但有着稍低的抗碳化性能。然而，因地聚物原材料的多样性，各体系地聚物混凝土的微观结构、力学特性及劣化机理有所差异，致使其耐久性也存在较大区别。在环境的侵蚀下，地聚物混凝土的劣化机理主要归因于水化产物的溶解、膨胀性产物的形成、裂缝的产生以及孔隙率的增加。
地聚物是近年来发展起来的一种新型无机胶凝材料，其不仅实现了工业固废的资源再利用，还减少了能源消耗及温室气体排放，被认为是有潜力替代普通硅酸盐水泥的一种绿色胶凝材料。针对地聚物混凝土的耐久性问题，从耐化学侵蚀性（耐盐和耐酸）、抗碳化性、抗氯离子渗透性以及抗冻性4个方面对比总结了地聚物混凝土和硅酸盐水泥混凝土的耐久性能。研究发现，与硅酸盐水泥混凝土相比，地聚物混凝土有着更优异的耐化学侵蚀性、抗氯离子渗透性以及抗冻性，但有着稍低的抗碳化性能。然而，因地聚物原材料的多样性，各体系地聚物混凝土的微观结构、力学特性及劣化机理有所差异，致使其耐久性也存在较大区别。在环境的侵蚀下，地聚物混凝土的劣化机理主要归因于水化产物的溶解、膨胀性产物的形成、裂缝的产生以及孔隙率的增加。
2022,19(1):73-80
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.009
摘要：
【目的】利用“大数据”对城市居民出行量(OD)的预测方法进行改进，以期改善传统城市居民出行调查方法费时、费力且准确度不高的问题，同时也为城市公共交通规划与管理提供可靠的数据支持。【方法】结合手机信令数据、公交IC卡、公交 GPS以及地铁闸机数据的特点和优势，利用聚类分析等方法获取城市居 民公共交通出行的 OD 矩阵，并利用小波神经网络结合优化后的鲸鱼算法(improved whale optimization algorithm-wavelet neural network，IWOA-WNN)对未来时段的出行OD矩阵进行预测。以长沙市为例，选取60 d晚高峰期间的原始数据，利用IWOA-WNN 进行预测,并结合时间序列方法进行分析。【结果】与优 化前的小波神经网络相比,IWOA-WNN 的预测结果更加贴近实际情况，精度达到了93.36%。【结论】本研究提出的数据处理及预测方法具有更高的准确度。
【目的】利用“大数据”对城市居民出行量(OD)的预测方法进行改进，以期改善传统城市居民出行调查方法费时、费力且准确度不高的问题，同时也为城市公共交通规划与管理提供可靠的数据支持。【方法】结合手机信令数据、公交IC卡、公交 GPS以及地铁闸机数据的特点和优势，利用聚类分析等方法获取城市居 民公共交通出行的 OD 矩阵，并利用小波神经网络结合优化后的鲸鱼算法(improved whale optimization algorithm-wavelet neural network，IWOA-WNN)对未来时段的出行OD矩阵进行预测。以长沙市为例，选取60 d晚高峰期间的原始数据，利用IWOA-WNN 进行预测,并结合时间序列方法进行分析。【结果】与优 化前的小波神经网络相比,IWOA-WNN 的预测结果更加贴近实际情况，精度达到了93.36%。【结论】本研究提出的数据处理及预测方法具有更高的准确度。
2023,20(5):25-40
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230410001
摘要：
【目的】利用固废设计胶凝材料替代水泥，能够减少能源和资源消耗与环境污染，并实现固废资源化利用。基于碱激发胶凝材料的反应机理及其原材料组分的作用机制，提出一种全固废碱激发胶凝材料设计方法。【方法】设计了组分为电石渣（CCR）、高炉矿渣（GGBS）、粉煤灰（FA）、磷石膏（PG）的CGF+P系列胶凝材料，并利用净浆宏微观试验验证该设计方法。【结果】碱激发剂和高反应活性火山灰质材料对凝结时间影响显著，其含量越高，初凝时间和终凝时间越短；强度受碱激发剂与火山灰质材料的相对含量支配，高反应活性火山灰质材料含量越高早期强度越高，反之亦然。【结论】本文提出的全固废碱激发胶凝材料设计方法包括组分分类方法、组分筛选方法和组分配比设计方法，具有一定的实用价值。
【目的】利用固废设计胶凝材料替代水泥，能够减少能源和资源消耗与环境污染，并实现固废资源化利用。基于碱激发胶凝材料的反应机理及其原材料组分的作用机制，提出一种全固废碱激发胶凝材料设计方法。【方法】设计了组分为电石渣（CCR）、高炉矿渣（GGBS）、粉煤灰（FA）、磷石膏（PG）的CGF+P系列胶凝材料，并利用净浆宏微观试验验证该设计方法。【结果】碱激发剂和高反应活性火山灰质材料对凝结时间影响显著，其含量越高，初凝时间和终凝时间越短；强度受碱激发剂与火山灰质材料的相对含量支配，高反应活性火山灰质材料含量越高早期强度越高，反之亦然。【结论】本文提出的全固废碱激发胶凝材料设计方法包括组分分类方法、组分筛选方法和组分配比设计方法，具有一定的实用价值。
2022,19(1):96-104
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.012
摘要：
【目的】探究在运输时间、中转时间、等待时间和运输货损率混合不确定条件下的绿色多式联运路径优化问题，为绿色多式联运路径决策提供理论依据。【方法】在考虑运输过程中碳排放和噪声污染的基础上, 以最小化运输成本、运输时间、碳排放量、噪声污染以及货损量为目标建立不确定条件下的绿色多式联运路径优化模型，并将其扩展为模糊机会约束模型及鲁棒优化模型来处理不确定参数。使用 MATLAB编程并调用 CPLEX对算例进行求解，得到多式联运路径优化方案。对置信水平进行灵敏度分析，并将鲁棒解与确 定条件下的最优解进行比较，验证所建模型的鲁棒性。【结果】将优化方案的计算结果与5个目标函数的最优值进行比较后发现：由模型所得最优运输方案的计算结果与各目标函数最优值之间的相对距离分别为0.0964、0.0271、0.1946、0.0184、0.0327，均接近最优值。【结论】本研究所建模型能降低多式联运的决策风险,也能为决策提供合理、有效的依据。
【目的】探究在运输时间、中转时间、等待时间和运输货损率混合不确定条件下的绿色多式联运路径优化问题，为绿色多式联运路径决策提供理论依据。【方法】在考虑运输过程中碳排放和噪声污染的基础上, 以最小化运输成本、运输时间、碳排放量、噪声污染以及货损量为目标建立不确定条件下的绿色多式联运路径优化模型，并将其扩展为模糊机会约束模型及鲁棒优化模型来处理不确定参数。使用 MATLAB编程并调用 CPLEX对算例进行求解，得到多式联运路径优化方案。对置信水平进行灵敏度分析，并将鲁棒解与确 定条件下的最优解进行比较，验证所建模型的鲁棒性。【结果】将优化方案的计算结果与5个目标函数的最优值进行比较后发现：由模型所得最优运输方案的计算结果与各目标函数最优值之间的相对距离分别为0.0964、0.0271、0.1946、0.0184、0.0327，均接近最优值。【结论】本研究所建模型能降低多式联运的决策风险,也能为决策提供合理、有效的依据。
2021,18(1):95-101
,DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.012
摘要：
针对多种不确定性因素对汽车结构耐撞性产生的影响，本研究提出了一种基于混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计方法。首先，建立了基于概率-区间混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计模型，并分析其嵌套情况；然后，为了减少嵌套层数，提出了一种高效的解耦策略，将原始的嵌套问题等效转化为单层的优化设计问题；最后，使用径向基函数构建了近似可靠性优化设计问题，并采用局部加密策略提高优化结果的精度。研究结果表明：该方法收敛迅速，能够达到对混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计问题快速求解的目的，对汽车结构耐撞性的优化设计具有一定的参考价值。
针对多种不确定性因素对汽车结构耐撞性产生的影响，本研究提出了一种基于混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计方法。首先，建立了基于概率-区间混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计模型，并分析其嵌套情况；然后，为了减少嵌套层数，提出了一种高效的解耦策略，将原始的嵌套问题等效转化为单层的优化设计问题；最后，使用径向基函数构建了近似可靠性优化设计问题，并采用局部加密策略提高优化结果的精度。研究结果表明：该方法收敛迅速，能够达到对混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计问题快速求解的目的，对汽车结构耐撞性的优化设计具有一定的参考价值。
2017(3):29-34
摘要：
为了探究当前主要采用的几种土压力理论的差异性，以黏性水平填土为例，对比分析了3种土压力理论的土压力分布及大小变化规律，并采用有限元方法分析了挡土墙截面的应力分布情况。在水平层分析法求解过程中，提出了一种求解最不利破裂角的方法，即采用插值型求导公式求解主动土压力系数 K 取极大值时的θ值。 研究结果表明，水平层分析法得到的土压力强度在形态上与实测值更为吻合，同时在一些影响挡土墙稳定性的重要参数上更接近实测值的分析结果，表明水平层分析法计算挡土墙主动土压力具有一定的优越性。
为了探究当前主要采用的几种土压力理论的差异性，以黏性水平填土为例，对比分析了3种土压力理论的土压力分布及大小变化规律，并采用有限元方法分析了挡土墙截面的应力分布情况。在水平层分析法求解过程中，提出了一种求解最不利破裂角的方法，即采用插值型求导公式求解主动土压力系数 K 取极大值时的θ值。 研究结果表明，水平层分析法得到的土压力强度在形态上与实测值更为吻合，同时在一些影响挡土墙稳定性的重要参数上更接近实测值的分析结果，表明水平层分析法计算挡土墙主动土压力具有一定的优越性。
2023,20(4):64-75
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221124001
摘要：
【目的】大通湖的水质长期处于Ⅲ类及以下，其主要超标污染物为总氮和总磷，通过估算大通湖流域吸附态氮、磷污染负荷，为大通湖地区水污染治理和水环境保护提供科学依据。【方法】该研究采用修正通用土壤侵蚀方程，耦合吸附态氮、磷污染负荷模型估算研究区的吸附态氮、磷污染负荷，重点分析大通湖流域吸附态氮、磷污染的空间分布特征。【结果】模型计算结果表明：2020年，大通湖流域土壤侵蚀总量为4 804.8 t，平均土壤侵蚀模数为5.20 t/(km2·a)，吸附态氮、磷的负荷量分别为4.943、2.098 t，对流域内各土地利用类型按吸附态氮、磷污染负荷模数由大到小排序依次为：林地、耕地、建设用地；按行政区域划分，茅草街、青树嘴、乌嘴乡、明山头和河坝镇吸附态氮、磷污染较为严重；按流域划分，五七运河流域、苏河流域、大新河流域、大通湖西入湖区以及草阳渠片区氮、磷污染负荷较大。【结论】大通湖流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀为主，耕地是吸附态氮、磷的主要流失来源，对于吸附态氮、磷流失较大的区域，可以按照源头减量、过程拦截、末端治理的思路进行治理。同时适当调整农业种植结构、改进耕作方式、完善水土保持措施，减少土壤流失量，降低吸附态氮、磷污染物对水体的直接影响。
【目的】大通湖的水质长期处于Ⅲ类及以下，其主要超标污染物为总氮和总磷，通过估算大通湖流域吸附态氮、磷污染负荷，为大通湖地区水污染治理和水环境保护提供科学依据。【方法】该研究采用修正通用土壤侵蚀方程，耦合吸附态氮、磷污染负荷模型估算研究区的吸附态氮、磷污染负荷，重点分析大通湖流域吸附态氮、磷污染的空间分布特征。【结果】模型计算结果表明：2020年，大通湖流域土壤侵蚀总量为4 804.8 t，平均土壤侵蚀模数为5.20 t/(km2·a)，吸附态氮、磷的负荷量分别为4.943、2.098 t，对流域内各土地利用类型按吸附态氮、磷污染负荷模数由大到小排序依次为：林地、耕地、建设用地；按行政区域划分，茅草街、青树嘴、乌嘴乡、明山头和河坝镇吸附态氮、磷污染较为严重；按流域划分，五七运河流域、苏河流域、大新河流域、大通湖西入湖区以及草阳渠片区氮、磷污染负荷较大。【结论】大通湖流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀为主，耕地是吸附态氮、磷的主要流失来源，对于吸附态氮、磷流失较大的区域，可以按照源头减量、过程拦截、末端治理的思路进行治理。同时适当调整农业种植结构、改进耕作方式、完善水土保持措施，减少土壤流失量，降低吸附态氮、磷污染物对水体的直接影响。
2022,19(3):69-77
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.03.007
摘要：
【目的】研究复杂环境下超大深基坑开挖变形演化规律，并对支护结构进行优化设计。【方法】依托广州地铁11号线基坑工程，利用有限差分软件FLAC3D对基坑开挖工程中支护结构的水平位移及周围土体地表沉降的变化规律进行研究，并通过分析地下连续墙的厚度、嵌固深度及支撑层数对基坑变形的影响，对基坑支护结构进行优化，对优化前后支护结构的支护效果进行对比分析。【结果】各工况下基坑周围土体的地表沉降呈先增大后减小的趋势，且最大沉降发生在距基坑边缘150 m的位置；不同嵌固深度下地下连续墙水平位移的变化趋势和基坑周围土体地表沉降的变化趋势基本相同；地下连续墙厚度的改变对其水平位移和基坑周围土体地表沉降的影响不明显；支撑层数的增加可显著减小基坑地下连续墙的水平位移及周围土体的最大地表沉降；支护结构优化后，基坑开挖引起的周围土体的最大地表沉降减小了2388%，地下连续墙的最大水平位移减小了1919%。【结论】在设计同类型基坑时应重视支撑层数的选取，必要时可适当减小支护结构的厚度。
【目的】研究复杂环境下超大深基坑开挖变形演化规律，并对支护结构进行优化设计。【方法】依托广州地铁11号线基坑工程，利用有限差分软件FLAC3D对基坑开挖工程中支护结构的水平位移及周围土体地表沉降的变化规律进行研究，并通过分析地下连续墙的厚度、嵌固深度及支撑层数对基坑变形的影响，对基坑支护结构进行优化，对优化前后支护结构的支护效果进行对比分析。【结果】各工况下基坑周围土体的地表沉降呈先增大后减小的趋势，且最大沉降发生在距基坑边缘150 m的位置；不同嵌固深度下地下连续墙水平位移的变化趋势和基坑周围土体地表沉降的变化趋势基本相同；地下连续墙厚度的改变对其水平位移和基坑周围土体地表沉降的影响不明显；支撑层数的增加可显著减小基坑地下连续墙的水平位移及周围土体的最大地表沉降；支护结构优化后，基坑开挖引起的周围土体的最大地表沉降减小了2388%，地下连续墙的最大水平位移减小了1919%。【结论】在设计同类型基坑时应重视支撑层数的选取，必要时可适当减小支护结构的厚度。
2021,18(1):7-15
,DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.002
摘要：
现有的地铁隧道施工安全风险识别方法缺乏一定的系统性，在风险识别过程中缺少对多维风险情景的识别，因而具有一定的局限性。引入层次全息建模(hierarchical holographic modeling, HHM)方法和风险过滤、排序及管理(risk filtering,ranking and management, RFRM)框架，结合情景分析理论，构建地铁隧道施工安全风险情景识别的HHM方法，从多视角识别风险情景，应用 RFRM 框架对风险情景进行4次过滤并排序，筛选关键风险情景。对C市某地铁隧道项目进行案例分析，结果显示：该方法可以系统、完善地识别地铁隧道施工安全风险情景及关键风险因素，进而可为风险管理工作奠定一定的基础。
现有的地铁隧道施工安全风险识别方法缺乏一定的系统性，在风险识别过程中缺少对多维风险情景的识别，因而具有一定的局限性。引入层次全息建模(hierarchical holographic modeling, HHM)方法和风险过滤、排序及管理(risk filtering,ranking and management, RFRM)框架，结合情景分析理论，构建地铁隧道施工安全风险情景识别的HHM方法，从多视角识别风险情景，应用 RFRM 框架对风险情景进行4次过滤并排序，筛选关键风险情景。对C市某地铁隧道项目进行案例分析，结果显示：该方法可以系统、完善地识别地铁隧道施工安全风险情景及关键风险因素，进而可为风险管理工作奠定一定的基础。
2023,20(6):109-118
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230524001
摘要：
【目的】为了满足用户对低能耗、轻量化电梯轿厢模块化结构的快速定制化需求，搭建了一种“互联网+”轿厢模块化结构变异设计框架。【方法】首先，在B/S架构下，采用Vue技术开发用户自定义设计数据采集前端，获取用户定制化设计需求，并通过Springboot技术开发模块化结构变异设计后端，搭建前后端分离的Web框架，实现前后端数据的双向绑定。其次，在后端引入一种考虑应力约束的高比刚度拓扑优化设计方法，以轿厢结构强度和体积分数为用户自定义约束条件，以轿厢模块化结构刚度最大化为优化目标，采用移动渐进线优化算法为求解器，驱动轻量化电梯轿厢模块化结构的快速定制化变异设计。然后，在优化方法中引入Heaviside函数，以保证设计结果具有清晰的几何边界。最后，以某型背包电梯轿厢架为例，在用户自定义界面设定轿厢结构的几何与力学边界参数，开展创新型轻量化轿厢架结构的变异设计，并对其进行有限元仿真分析。【结果】在给定设计需求的前提下，结构变异过程稳定、收敛性强，所设计的结构几何边界清晰；在相同的力学边界条件并满足材料的2倍最小安全系数条件下，所设计的轿厢架结构的质量比原有结构的下降了16.09%，其结构变形满足实际应用需求，其比刚度得到了显著提升，验证了所搭建结构变异设计框架的有效性。【结论】所搭建的设计框架能在保证结构强度的前提下提高结构的比刚度，可有效应用于轻量化电梯轿厢模块化结构的快速定制化设计，缩短了轿厢模块化结构的设计周期，丰富了轿厢模块化结构的设计手段。
【目的】为了满足用户对低能耗、轻量化电梯轿厢模块化结构的快速定制化需求，搭建了一种“互联网+”轿厢模块化结构变异设计框架。【方法】首先，在B/S架构下，采用Vue技术开发用户自定义设计数据采集前端，获取用户定制化设计需求，并通过Springboot技术开发模块化结构变异设计后端，搭建前后端分离的Web框架，实现前后端数据的双向绑定。其次，在后端引入一种考虑应力约束的高比刚度拓扑优化设计方法，以轿厢结构强度和体积分数为用户自定义约束条件，以轿厢模块化结构刚度最大化为优化目标，采用移动渐进线优化算法为求解器，驱动轻量化电梯轿厢模块化结构的快速定制化变异设计。然后，在优化方法中引入Heaviside函数，以保证设计结果具有清晰的几何边界。最后，以某型背包电梯轿厢架为例，在用户自定义界面设定轿厢结构的几何与力学边界参数，开展创新型轻量化轿厢架结构的变异设计，并对其进行有限元仿真分析。【结果】在给定设计需求的前提下，结构变异过程稳定、收敛性强，所设计的结构几何边界清晰；在相同的力学边界条件并满足材料的2倍最小安全系数条件下，所设计的轿厢架结构的质量比原有结构的下降了16.09%，其结构变形满足实际应用需求，其比刚度得到了显著提升，验证了所搭建结构变异设计框架的有效性。【结论】所搭建的设计框架能在保证结构强度的前提下提高结构的比刚度，可有效应用于轻量化电梯轿厢模块化结构的快速定制化设计，缩短了轿厢模块化结构的设计周期，丰富了轿厢模块化结构的设计手段。
2022,19(1):1-11
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.001
摘要：
【目的】探讨多尺度算法在研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能方面的有效性。【方法】通过划分5个尺度区域,对5种不同级配的沥青混合料进行多尺度分析,计算不同劈裂疲劳损伤程度下的劈裂强度, 并对比分析室内试验与多尺度算法得到的劈裂强度,验证多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能的合理性。【结果】集料粒径为1.18～2.36 mm 的沥青混合料的劈裂强度有较大幅度的提升;多尺度算法与室内试验得到的劈裂强度相对误差的绝对值均在10%以内,满足工程精度要求。【结论】用多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能具有可行性,该算法在实际工程中具有一定的应用价值。
【目的】探讨多尺度算法在研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能方面的有效性。【方法】通过划分5个尺度区域,对5种不同级配的沥青混合料进行多尺度分析,计算不同劈裂疲劳损伤程度下的劈裂强度, 并对比分析室内试验与多尺度算法得到的劈裂强度,验证多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能的合理性。【结果】集料粒径为1.18～2.36 mm 的沥青混合料的劈裂强度有较大幅度的提升;多尺度算法与室内试验得到的劈裂强度相对误差的绝对值均在10%以内,满足工程精度要求。【结论】用多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能具有可行性,该算法在实际工程中具有一定的应用价值。
2024,21(1):59-87
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231225001
摘要：
路基是公路的主要承重结构。随着我国公路建设由高速发展转向高质量发展，数字化施工技术、智能化建设以及信息化管控成为路基工程中的核心技术手段。本文综述了路基工程智能建养关键技术的研究现状，并主要从建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术、路基智能压实技术、路基健康监测与评价技术以及路基智能注浆加固技术4个方面进行分析。目前存在问题如下：BIM技术在路基工程领域中的应用还处于起步阶段，缺少合理的施工质量量化指标以及成本估算方法；智能压实技术理论研究薄弱，质量均匀性评价研究较少；现有路基监测与评价技术的测量方法易受到其他因素影响，人工干预较大；注浆加固技术没有统一的质量评价指标，大多还是凭借工程经验和理论分析来评价。因此，未来需要针对提出的问题对各项关键技术开展智能化理论与应用研究，为路基工程智能化建养提供指引。
路基是公路的主要承重结构。随着我国公路建设由高速发展转向高质量发展，数字化施工技术、智能化建设以及信息化管控成为路基工程中的核心技术手段。本文综述了路基工程智能建养关键技术的研究现状，并主要从建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术、路基智能压实技术、路基健康监测与评价技术以及路基智能注浆加固技术4个方面进行分析。目前存在问题如下：BIM技术在路基工程领域中的应用还处于起步阶段，缺少合理的施工质量量化指标以及成本估算方法；智能压实技术理论研究薄弱，质量均匀性评价研究较少；现有路基监测与评价技术的测量方法易受到其他因素影响，人工干预较大；注浆加固技术没有统一的质量评价指标，大多还是凭借工程经验和理论分析来评价。因此，未来需要针对提出的问题对各项关键技术开展智能化理论与应用研究，为路基工程智能化建养提供指引。
2021,18(1):87-94
,DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.011
摘要：
针对桩基模型参数存在不确定性的问题，提出一种桩基模型参数反演识别方法。以测点和敲击点作为噪声因素，综合考虑模型中不同测点和敲击工况下加速度响应对反演结果的影响，利用多信息融合方法将多个评分值融合成唯一的参数反演识别目标响应值。研究结果表明：利用本研究方法得到的反演曲线与仿真曲线拟合良好。本研究为桩基模型参数反演识别提供了一定的借鉴。
针对桩基模型参数存在不确定性的问题，提出一种桩基模型参数反演识别方法。以测点和敲击点作为噪声因素，综合考虑模型中不同测点和敲击工况下加速度响应对反演结果的影响，利用多信息融合方法将多个评分值融合成唯一的参数反演识别目标响应值。研究结果表明：利用本研究方法得到的反演曲线与仿真曲线拟合良好。本研究为桩基模型参数反演识别提供了一定的借鉴。
2021,18(1):1-6
,DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.001
摘要：
为研究埋入式应变传感器与沥青混合料的交互影响，利用ABAQUS有限元软件，建立了在四点弯曲加载条件下埋入应变传感器的梁试件有限元模型，分析了荷载大小、传感器测力杆长度和传感器封装材料模量等因素对沥青混凝土梁试件及传感器的力学响应与应力集中的影响。研究结果表明：传感器埋入沥青混合料梁试件后，在梁试件上与传感器法兰相接触的沥青混合料发生了应力集中的现象，但应力集中系数较小，最大值仅为2.95。传感器的测力杆也发生了应力集中现象，其应力集中系数最大值为26.83，远高于梁试件的应力集中系数。
为研究埋入式应变传感器与沥青混合料的交互影响，利用ABAQUS有限元软件，建立了在四点弯曲加载条件下埋入应变传感器的梁试件有限元模型，分析了荷载大小、传感器测力杆长度和传感器封装材料模量等因素对沥青混凝土梁试件及传感器的力学响应与应力集中的影响。研究结果表明：传感器埋入沥青混合料梁试件后，在梁试件上与传感器法兰相接触的沥青混合料发生了应力集中的现象，但应力集中系数较小，最大值仅为2.95。传感器的测力杆也发生了应力集中现象，其应力集中系数最大值为26.83，远高于梁试件的应力集中系数。
2023,20(2):10-26
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221214001
摘要：
【目的】阐明复杂装备故障预测内涵，指导装备主动性维修。【方法】对复杂装备故障预测研究内容、国内外研究现状以及方法体系进行调研、归纳和分析，划分并评述现有方法的适用条件和优缺点。【结果】基于知识的故障预测方法可充分利用来自相关领域专家的经验知识，但知识的获取是瓶颈问题；基于模型的故障预测方法可深入理解对象系统本质，但实际复杂装备的精确模型很难构建；数据驱动的故障预测方法依赖于大量数据，而实际应用中一些复杂装备的典型数据的获取代价很大；混合方法能克服单个预测方法的局限性，但有效的模型设计是一个难点。【结论】混合方法能更好地提高预测系统的智能性和预测性能，是复杂装备故障预测的重要发展趋势。
【目的】阐明复杂装备故障预测内涵，指导装备主动性维修。【方法】对复杂装备故障预测研究内容、国内外研究现状以及方法体系进行调研、归纳和分析，划分并评述现有方法的适用条件和优缺点。【结果】基于知识的故障预测方法可充分利用来自相关领域专家的经验知识，但知识的获取是瓶颈问题；基于模型的故障预测方法可深入理解对象系统本质，但实际复杂装备的精确模型很难构建；数据驱动的故障预测方法依赖于大量数据，而实际应用中一些复杂装备的典型数据的获取代价很大；混合方法能克服单个预测方法的局限性，但有效的模型设计是一个难点。【结论】混合方法能更好地提高预测系统的智能性和预测性能，是复杂装备故障预测的重要发展趋势。
2019(1):66-72
摘要：
为研究无限域和近水面水下爆炸冲击波压力特点以及近水面的物理特性,基于多物质ALE方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对无限域和近水面水下爆炸进行了三维数值模拟,再现了爆轰产物、水以及空气多物质介质间的相互作用过程。分析发现,在爆深不变的情况下,随着测深的减小,自由面对冲击波的影响主要体现在减小入射冲击波波形脉宽和削弱冲击波峰值压力上;相同当量炸药在自由面产生的水柱,其上升的速度随着爆深的减小而逐渐增大。定性地分析了近水面水下爆炸的密度分布情况,以及不同爆深情况下自由面水柱的形成过程。通过数值模拟研究了冲击波压力值的特性,并与经验值进行了对比,验证了计算模型具有较好的计算精度,同时三维再现了水下爆炸的复杂物理现象。
为研究无限域和近水面水下爆炸冲击波压力特点以及近水面的物理特性,基于多物质ALE方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对无限域和近水面水下爆炸进行了三维数值模拟,再现了爆轰产物、水以及空气多物质介质间的相互作用过程。分析发现,在爆深不变的情况下,随着测深的减小,自由面对冲击波的影响主要体现在减小入射冲击波波形脉宽和削弱冲击波峰值压力上;相同当量炸药在自由面产生的水柱,其上升的速度随着爆深的减小而逐渐增大。定性地分析了近水面水下爆炸的密度分布情况,以及不同爆深情况下自由面水柱的形成过程。通过数值模拟研究了冲击波压力值的特性,并与经验值进行了对比,验证了计算模型具有较好的计算精度,同时三维再现了水下爆炸的复杂物理现象。
2022,19(1):81-88
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.010
摘要：
【目的】研究城市交通突出的供需矛盾引起的常发性交通拥堵。【方法】针对多变量、多反馈、非线性城市交通复杂系统，采用系统动力学方法研究治堵措施与城市交通系统的互动关系。首先，确定系统的边界与要素之间的相互关系，绘制因果关系图；然后，基于系统流程图构建结构方程，并对模型进行有效性检验；最后，根据长沙市城市交通实际，基于系统动力学模型分析机动车限行、公交都市等单一措施的治堵效果和其对环境的影响，并通过组合治堵措施的正交试验，寻找城市交通治堵措施的最优组合方案。【结果】通过模型仿真提出了长沙市城市交通治堵措施的最优组合方案。【结论】城市交通治堵措施的实施对缓解城市交通拥堵具有显著作用，但不同治堵措施对治堵效果的影响相差较大。
【目的】研究城市交通突出的供需矛盾引起的常发性交通拥堵。【方法】针对多变量、多反馈、非线性城市交通复杂系统，采用系统动力学方法研究治堵措施与城市交通系统的互动关系。首先，确定系统的边界与要素之间的相互关系，绘制因果关系图；然后，基于系统流程图构建结构方程，并对模型进行有效性检验；最后，根据长沙市城市交通实际，基于系统动力学模型分析机动车限行、公交都市等单一措施的治堵效果和其对环境的影响，并通过组合治堵措施的正交试验，寻找城市交通治堵措施的最优组合方案。【结果】通过模型仿真提出了长沙市城市交通治堵措施的最优组合方案。【结论】城市交通治堵措施的实施对缓解城市交通拥堵具有显著作用，但不同治堵措施对治堵效果的影响相差较大。
2022,19(1):20-26
,DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.003
摘要：
【目的】研究再生沥青调和理论的适用性,为再生沥青路用性能的研究提供理论基础,促进再生沥青在道路工程实践中的应用和发展。【方法】采用添加相同等级基质沥青的方式,对不同掺量下的新- 旧沥青进行再生试验,并利用沥青的三大指标、布氏黏度及美国公路战略研究计划(strategic highway research program,SHRP)指标进行研究。【结果】不同基质沥青掺量的再生70#基质沥青和再生SBS改性沥青的针入度对数、高温车辙因子对数及黏度对数与新沥青掺量间的线性精度都在0.99以上。【结论】不同基质沥青掺量的再生沥青的针入度、高温车辙因子、黏度、延度都满足调和理论的方程;再生沥青各温度下的低温蠕变速率、劲度模量与新沥青掺量之间的线性精度较差。
【目的】研究再生沥青调和理论的适用性,为再生沥青路用性能的研究提供理论基础,促进再生沥青在道路工程实践中的应用和发展。【方法】采用添加相同等级基质沥青的方式,对不同掺量下的新- 旧沥青进行再生试验,并利用沥青的三大指标、布氏黏度及美国公路战略研究计划(strategic highway research program,SHRP)指标进行研究。【结果】不同基质沥青掺量的再生70#基质沥青和再生SBS改性沥青的针入度对数、高温车辙因子对数及黏度对数与新沥青掺量间的线性精度都在0.99以上。【结论】不同基质沥青掺量的再生沥青的针入度、高温车辙因子、黏度、延度都满足调和理论的方程;再生沥青各温度下的低温蠕变速率、劲度模量与新沥青掺量之间的线性精度较差。
2019(2):15-21
摘要：
针对基于微切面的点云边界提取方法在 LiDAR点云边界提取中效率低,难以保证边界提取的精细度和完整性问题,提出了一种可调节滚动圆半径的a-shapes平面点云边界提取算法。该算法首先将点云数据栅格化,排除非边界点,并通过计算 P点的 K 个邻近点平均距离和增设调节因子,设置滚动圆半径a,最后采用a-shapes算法提取点云边界。对近邻 K 值、点云形状和点云密度等分析,证明近邻 K 值与调节因子ω 之间具有函数关系,及调节因子与点云密度和点云形状无关的结论。结果证明:该算法在准确提取点云边界情况下,能够快速提取完整点云边界,提高后续点云重建速度与效率,该算法具有良好的稳健性。
针对基于微切面的点云边界提取方法在 LiDAR点云边界提取中效率低,难以保证边界提取的精细度和完整性问题,提出了一种可调节滚动圆半径的a-shapes平面点云边界提取算法。该算法首先将点云数据栅格化,排除非边界点,并通过计算 P点的 K 个邻近点平均距离和增设调节因子,设置滚动圆半径a,最后采用a-shapes算法提取点云边界。对近邻 K 值、点云形状和点云密度等分析,证明近邻 K 值与调节因子ω 之间具有函数关系,及调节因子与点云密度和点云形状无关的结论。结果证明:该算法在准确提取点云边界情况下,能够快速提取完整点云边界,提高后续点云重建速度与效率,该算法具有良好的稳健性。
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