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第51卷,第7期
刊出日期:2023年06月
  • 岩土工程
  • 郑俊杰, 邓嘉隆, 漆子文, 郑烨炜 doi: 10.13245/j.hust.238765 P1-6 在线阅读 下载(2.57 MB)
    为研究地基土类型对土工合成材料加筋土(GRS)桥台承载性能的影响,设计并完成了砂土地基和软土地基上的GRS桥台两组室内模型载荷试验.以石英砂和高岭土模拟两种不同类型的地基土,通过对模型分级加载研究加筋土桥台在两种地基上的承载性能,对比分析GRS桥台在两种地基上的变形受力特征及破坏规律.试验结果表明:砂土地基组GRS桥台在上部荷载作用下变形较小,墙面位移随着荷载的增大呈鼓肚状,软土地基组桥台受到较小荷载时达到破坏,桥台加筋区整体下陷,墙面位移随高度的降低逐渐增大,桥台破坏形式为整体失稳破坏;地基土类型对竖向土压力增量的影响较小,试验测得的竖向土压力增量结果与美国联邦公路局的计算方法比较符合;软土地基在竖向荷载作用下发生较大变形,同一高度处筋材在软土地基中应变值更大.
  • 郑俊杰, 卢嘉泰, 刘洋 doi: 10.13245/j.hust.238925 P7-12 在线阅读 下载(2.95 MB)
    基于随机场理论,结合有限元分析方法和蒙特卡罗策略,针对地基土参数的空间变异性对移动荷载作用下土工加筋路堤变形特征的影响进行了深入分析.利用Karhunen-Loeve(KL)展开法实现随机场的离散.采用ABAQUS软件建立土工加筋路堤模型,编制Fortran子程序施加移动荷载,结合Python语言二次开发实现随机场的嵌入.以土体弹性模量的空间变异性为重点,系统研究了地基土弹性模量的变异系数和自相关距离对加筋路堤变形特性的影响,并进行概率统计分析.结果表明:随着变异系数增大,路堤挠度曲线趋于离散,挠度曲线形态变化趋于明显;随着自相关距离的增大,路堤挠度曲线趋于离散,根据自相关距离的不同,路堤有三种变形形态模式;随着地基土弹性模量的变异系数和自相关距离的增大,最大挠度的累计概率分布曲线趋于分散,空间变异性的平均影响作用趋于明显.在加筋路堤的设计中适当地考虑土体的变异性会更加符合实际情况.
  • 李春光, 赵晨, 赵嵘 doi: 10.13245/j.hust.239216 P13-17 在线阅读 下载(1.38 MB)
    针对现有商业软件在计算端承桩法向接触问题时可能存在的工况还原度低、计算量大、收敛性差等不足,提出了混合结构单元和实体单元的端承桩法向接触互补问题的非光滑牛顿算法.首先,利用具有强半光滑性的Fischer-Burmeister函数,等价地描述端承桩桩土间隙和法向应力之间满足的Karush-Kuhn-Tucker互补条件,消除了不等式约束,建立了等式约束平衡方程.然后,与桩土有限元平衡方程联立形成接触非线性方程组,并借助牛顿-拉弗森算法进行求解.最后,通过编写Matlab程序,分别给出了单根端承桩算例和群桩算例的计算结果,并与商业软件Abaqus的计算结果进行对比分析,验证所提算法的准确性.
  • 高向玲, 王冰珂, 贾洁 doi: 10.13245/j.hust.239246 P18-26 在线阅读 下载(5.39 MB)
    针对埋地平行双钢管在工业领域应用广泛,但其相互影响的研究极为缺乏的现状,建立了考虑管土相互作用的埋地单钢管有限元分析模型,并将模拟结果与试验、解析及既有的数值模拟结果进行对比验证.使用该建模方法建立了考虑管土耦合的埋地平行双钢管的有限元模型,探讨车辆荷载位置、钢管直径、埋管间距、水重和内压对钢管受力的影响.结果表明:当车辆荷载作用在两管之间时,双管各自承担的车辆荷载小于单管所承担的荷载;当车辆荷载作用在两管一侧时,钢管的受力情况与钢管直径相关,当钢管直径较大时,远离车辆荷载的管道为另一管道提供的支撑作用较小,双管平行埋设较单管更为不利,当钢管直径较小时则相反.水重及内压作用下的钢管力学行为受双管平行埋设的影响较小,当某一钢管受到内压作用时,可以为另一钢管提供更大的支撑作用,使得由水重和内压引起的钢管应力增量小于对应的单管.
  • 曾凯锋, 向富榆, 刘华北 doi: 10.13245/j.hust.239307 P27-35 在线阅读 下载(5.13 MB)
    为探究单剪应力路径下钙质砂的力学特性及颗粒破碎演化规律,对浸水后的钙质砂进行了一系列常应力、常体积单调及循环单剪试验.结果表明:钙质砂颗粒破碎程度随初始竖向应力、循环应力、循环应变及循环次数的增加而增加,但试验结束时钙质砂相对破碎指数与输入能量之间存在比较固定的关系;循环试验的相变应力比明显小于单调试验;常应力试验的累计体应变随循环次数的增加而增加且与累计剪应变间存在近似双曲线关系;颗粒形状对钙质砂颗粒的破碎模式有明显影响,对不规则颗粒形态的钙质砂而言,颗粒破碎也导致其变得更规则.
  • 隧道工程
  • 杨果林, 徐明煌, 刘欢, 肖洪波 doi: 10.13245/j.hust.238892 P36-41 在线阅读 下载(1.19 MB)
    以长沙市某电力盾构隧道富水砂卵石地层盾构区间渣土改良为工程背景,通过室内和现场进行衡盾泥渣土改良试验研究.室内坍落度试验和渗透试验表明:采用A液与B液配合比为18∶1、体积掺入比1∶25或A液与B液配合比为21∶1、体积掺入比1∶20进行改良后,改良渣土的坍落度和渗透系数均满足要求,且水力坡降小于19时能保持一定渗透稳定性,满足改良渣土和易性和抗渗性的要求.现场试验表明:掘进时注入衡盾泥进行渣土改良,刀盘扭矩和螺机扭矩显著降低,改良后螺机出渣顺畅,无喷涌现象发生,掘进效率提升,取得较好效果.
  • 钟小春, 易斌斌, 竺维彬, 刘健美 doi: 10.13245/j.hust.238713 P42-47 在线阅读 下载(2.7 MB)
    基于某地铁安全事故,采用有限元软件Midas GTS,建立盾构姿态有限元法(FEM)模型,探讨由盾尾渗漏引起的尾盾底部掏空和由开挖面坍塌引起的前盾顶部空洞对于盾构姿态的影响.结果表明:盾尾渗漏使盾尾壳体失去了周围地基的有效约束作用,是盾构机姿态发生突变的主要因素,而开挖面坍塌则加速了盾构机姿态发展过程;盾构姿态变化有线性缓慢增长和非线性快速增长突变两个阶段,盾构机姿态突变时盾尾掏空范围在3.5 m左右;根据地质条件和盾构掘进工程风险确定盾构姿态控制的盾尾允许下沉值,再根据拟合的盾尾下沉量与前盾顶部空洞和尾盾掏空范围的曲面函数,可获得盾构机姿态突变临界发生条件即前盾顶部空洞和尾盾掏空范围的相关曲线,位于该曲线的下方区域认为是稳定安全的,位于该曲线上方区域则认为是不稳定不安全的.
  • 李涛, 杨腾宇, 刘波, 陈前 doi: 10.13245/j.hust.239181 P48-54 在线阅读 下载(1.97 MB)
    为更精确预测施工过程中的地表沉降值变化,提出了基于变分模态分解(VMD)与门控循环单元神经网络(GRU)的地表沉降预测方法.使用VMD将地表沉降数据分解为本征模态函数(IMF),再用GRU对IMF进行预测,叠加预测分量,输出预测结果.以北京市11号线西段金顶街至金安桥区间台阶法施工地铁隧道的地表沉降实测数据为算例进行分析,结果表明:在与实测数据差值1 mm置信区间上置信度达到98.7%,对短期突变数据预测较好,在中期沉降阶段预测精度较高,能够进行沉降风险预警,具有较高的预测准确率与实用性.
  • 邹小双, 阳军生, 谢亦朋, 宋中华 doi: 10.13245/j.hust.239516 P55-62 在线阅读 下载(3.02 MB)
    依托长沙轨道交通6号线烈士公园车站明挖法基坑和暗挖法隧道工程,基于明挖段围护结构的变形监测数据,采用有限差分数值模拟与BP神经网络算法,实现了烈士公园车站地层真实岩土参数的反演,并将反演参数应用于暗挖段大断面隧道工法优化与验证之中.结果表明:反演获得的烈士公园车站场地第四系覆盖层弹性模量为23.0 MPa、泊松比为0.31、黏聚力为37.5 kPa、内摩擦角为26.8°,基岩的弹性模量为2 214.2 MPa、泊松比为0.28、黏聚力为470.8 kPa、内摩擦角为33.8°.模拟计算表明:优化后的6导洞施工所产生的拱顶沉降为6.77 mm,地表沉降为8.04 mm,均满足相关规范要求.现场实施效果表明:优化后的6导洞工法施工高效,施工过程中地层变形较为稳定,未对上覆植被环境产生不良影响.
  • 陈兆玮, 徐鸿, 尹镪, 何庆烈 doi: 10.13245/j.hust.239404 P63-68 在线阅读 下载(3.17 MB)
    提出了地铁列车诱发公共交通引导开发(TOD)建筑群振动及二次噪声控制方法.首先,基于经验公式法求解TOD建筑二次结构噪声;然后,分析地铁列车通过时TOD建筑的振动及二次噪声特性及分布;最后,研究钢弹簧浮置板轨道对TOD建筑振动及二次噪声的控制效果.结果表明:建筑车致振动主频集中在40~63 Hz,第二主频集中在6.3~16 Hz;商业楼距离线路最近,振动最大;结构二次噪声出现了大量超标情况,最大超标值达到16.2 dB(A);钢弹簧浮置板轨道可明显降低列车通过时TOD建筑的振动以及二次噪声,特别对16 Hz以上的振动和结构噪声控制效果更好;钢弹簧浮置板对最大z振级的减少量约为14 dB,对声压级的减少量约为13dB(A).
  • 结构工程
  • 黄斌, 刘雨欣, 吴志峰, 李烨君 doi: 10.13245/j.hust.239242 P69-76 在线阅读 下载(1.91 MB)
    针对测量误差变异性较大时梁结构损伤识别效果不佳的情况,提出了一种基于同伦分析方法的静力随机损伤识别方法.首先,建立了关于损伤系数的随机损伤识别方程;然后,采用同伦分析方法求解随机损伤识别方程,在求解过程中,分别通过静力凝聚技术和L1正则化方法解决有限的测量信息和随机控制方程不适定性的问题;最后,根据定义的损伤概率指标,评估损伤存在的概率.变截面简支梁的数值算例和混凝土梁静载试验的识别结果表明:该方法具有较高的识别精度和效率,在测量误差和初始模型误差较大的情况下,能保证较好的损伤识别效果.
  • 魏建鹏, 田黎敏, 郭杨, 乔惠云 doi: 10.13245/j.hust.238560 P77-83 在线阅读 下载(3.52 MB)
    基于3个典型焊接钢框架梁柱节点的抗倒塌试验,验证抗倒塌分析准确性.提出半跨梁简化分析模型,研究损伤断裂模拟;给出双重断裂节点构造及其关键参数确定方法,并在模拟方法基础上,分析双重断裂节点的抗连续倒塌性能.结果表明:损伤断裂参数仅影响峰值荷载点位置,考虑应力三轴度,峰值荷载及对应位移平均下降15.7%和22.2%.双重断裂节点构造简单、力学原理清晰,通过增设松弛钢索及配合锚固部件能够实现双重断裂过程.为防止节点两侧钢梁变形不对称,钢索在节点域应不连续.双重断裂节点可以形成较强的二次拉结作用,进而充分发挥钢梁拉结能力.
  • 王振波, 王鹏宇, 朱凤强, 韩硕 doi: 10.13245/j.hust.239134 P84-89 在线阅读 下载(3.68 MB)
    在聚乙烯醇(PVA)纤维高延性水泥基材料(ECC)中混掺入钢纤维,试验研究了不同纤维掺量下混杂钢-PVA纤维ECC中两种纤维的分布情况及其对材料抗弯和抗压力学性能的影响.结果表明:随着钢纤维掺量增大,PVA纤维和钢纤维的分散系数均呈上升趋势,且两种纤维的倾角均倾向于小角度分布,钢-PVA纤维混杂在改善纤维分散及取向方面展现出协同效应;混杂纤维ECC在弯曲作用下的峰值荷载和延性均高于单掺纤维体系,钢纤维适量时,混杂纤维ECC的延性随纤维掺量增加不断提升;此外,钢-PVA纤维混杂也可提高ECC的抗压强度和韧性.
  • 张大山, 林旭华, 于晓辉, 董毓利 doi: 10.13245/j.hust.238665 P90-97 在线阅读 下载(2.79 MB)
    探究不确定性参数对火灾下钢筋混凝土双向板变形行为的影响.首先,建立火灾下钢筋混凝土双向板的有限元分析模型;然后,考虑钢筋强度、混凝土强度、板厚、保护层厚度、活荷载、钢筋截面面积和钢筋间距等7种主要不确定性参数,采用拉丁超立方体抽样与有限元模型相结合的随机有限元法,得到火灾下钢筋混凝土板的随机跨中挠度-受火时间曲线;接着,定义受火时间90,180 min和跨中挠度达到跨度的1/20为3个典型的性能点,并确定各性能点的概率分布特性;最后,采用龙卷风图法对不确定性因素在不同性能点的灵敏度进行了计算.结果表明:不确定性因素对钢筋混凝土板跨中挠度的影响较明显,其中活荷载、板厚的灵敏度较大;正态分布可以较好地描述3个性能点的概率分布特性.
  • 吴海林, 张玉, 何山 doi: 10.13245/j.hust.239282 P98-103 在线阅读 下载(1.39 MB)
    针对掺入钢-玄武岩混杂纤维对混凝土裂缝的影响,设计并开展了钢-玄武岩混杂纤维混凝土试件轴向拉伸试验.分析了不同的钢-玄武岩混杂纤维掺量对混凝土的裂缝形态、初裂荷载、裂缝间距、裂缝宽度的影响规律以及纤维混杂效应,结果表明:掺入钢-玄武岩混杂纤维能明显改变混凝土的裂缝形态,并显著提高试件的初裂荷载和降低试件的裂缝宽度值;混杂纤维掺量过高,试件容易出现纤维结团现象,发生负混杂效应,从而导致钢-玄武岩混杂纤维混凝土对裂缝宽度控制效果的反弹.
  • 李德顺, 刘念爽, 马高生, 林伟杰 doi: 10.13245/j.hust.238182 P104-109 在线阅读 下载(2.08 MB)
    采用风洞试验的方法,以风力机模型和腾格里沙漠沙尘为研究对象,使用自主设计的点源式下沙仪构建风沙流场,在风力机后方5个截面处,收集沙尘、测量沙尘质量并计算输沙率,研究风力机对沙尘输运特性的影响规律.研究结果表明:风力机风轮旋转会促进沙尘在尾流区聚集,影响沙尘的输运;随着尾流的不断发展,尾流对沙尘输运的影响逐渐减弱.尾流区叶尖涡和中心涡处沙尘聚集,叶尖涡对沙尘的聚集效应相对中心涡更明显.风力机风轮的旋转会对沙尘产生一定的阻碍作用,且对大粒径沙尘的阻碍作用强于小粒径沙尘.
  • 水利工程
  • 伍鹤皋, 徐文韬, 石长征, 冯飞鸿 doi: 10.13245/j.hust.239013 P110-115 在线阅读 下载(2.81 MB)
    通过模型试验、数值模拟与解析计算等方法研究了Q460结构高强钢应用于水利水电行业大直径输水钢管时的受力状态及极限承载能力.分析模型在不同水压等级作用下的应力、应变和位移,得到了试验模型从加压到最后爆破整个过程的变化规律.数值计算得到的模型爆破压力为7.9 MPa,介于解析计算所得爆破压力7.74~8.82 MPa之间,略高于物理模型试验的爆破压力7.5 MPa,两者均达到设计内压2.275 MPa的3.3倍以上,可见Q460钢材不仅可满足水利水电工程钢管设计规范中相关的强度设计要求,而且可在常温下焊接,有利于简化焊接工艺、提高施工速度,在水利水电行业具有广阔的应用前景.
  • 刘定平, 鲁文渊 doi: 10.13245/j.hust.238545 P116-122 在线阅读 下载(2.34 MB)
    针对折流板除雾器对超细雾滴(<20 μm)的除雾效率低下问题,提出一种新型螺旋管式除雾器.通过欧拉-拉格朗日法建立除雾数学模型,采用随机轨道模型修正雾滴运动轨迹.分析了高径比、翅片间隙和螺旋升角在不同流速下对除雾性能的影响,获得了不同粒径范围雾滴的最优捕集区域.结果表明:当高径比为3,翅片间隙为25 mm,螺旋升角为30°时,[2,10) µm的雾滴的除雾效率可达40.48%,[10,20) µm雾滴的除雾效率可达70.15%,总除雾效率可达92.12%.减小翅片间隙可有效提升各粒径雾滴的除雾效率,当翅片间隙为15 mm,高径比为2,螺旋升角为30°时,对粒径为[10,20) µm的雾滴脱除效率高达73.04%,对30 µm以上的雾滴的脱除效率达99%以上,总除雾效率达94.25%.螺旋升角对于除雾效率的影响相对较小.增加流速可有效提高粒径大于20 μm雾滴的除雾效率.旋流区域为螺旋管式除雾器的核心捕集区域;旋流产生区域和旋流充分发展区域为粒径低于20 μm雾滴的最优捕集区域.
  • 郭彬, 桂洪斌, 夏岚, 王鑫 doi: 10.13245/j.hust.238438 P123-129 在线阅读 下载(3.36 MB)
    以数值模拟的方式对比分析纯导管、潮流涡轮及导管涡轮的水动力特性,进而探究间隙比(3%~15%)对重载及轻载导管涡轮能量转换性能及流场特性的影响.结果表明:不考虑梢部间隙影响的前提下,相对裸涡轮,导管对轻载导管涡轮的能量转换效率提升明显;在相同工况下轻载导管涡轮的轴向速度高于重载导管涡轮;相对轻载导管涡轮,间隙比对重载导管涡轮轴向速度的影响较大,能量转换效率的影响也更为明显;伴随间隙比增加,涡轮梢涡与导管尾涡之间的相互干扰现象逐渐减小.
  • 王文杰, 龚小波, 裴吉, 陈金维 doi: 10.13245/j.hust.238720 P130-136 在线阅读 下载(1.41 MB)
    针对离心泵性能优化中设计参数多且优化周期长的问题,提出了适用于离散变量优化的改进遗传算法.以泵效率为优化目标,选取叶轮6个设计参数,采用拉丁超立方设计方法创建90组设计样本,用响应面模型对泵效率和设计参数进行拟合.通过改进的离散型遗传算法对其进行寻优,得到叶轮最优设计参数组合.结果表明:响应面模型能够准确反映效率和叶轮设计参数之间的关系,设计工况下预测值与数值模拟的偏差为0.82%;优化后泵效率在0.6Qd,1.0Qd和1.4Qd下的增幅分别为7.05%,5.98%和1.90%,且输入功率显著降低;优化后叶轮和蜗壳内部的流动损失面积明显减小,整体流动损失显著降低.参数敏感性分析表明:叶片出口安放角、叶轮出口直径、叶轮出口宽度和叶片包角对泵性能的影响较大.
  • 王晓晖, 武赞秀, 匡开林, 刘强 doi: 10.13245/j.hust.238499 P137-143 在线阅读 下载(4.23 MB)
    以DN50的管道式Savonius水力透平为研究对象,基于平面势流理论分析了涡轮一个旋转周期内的扭矩变化.CFX18.0数值模拟发现:涡轮扭矩变化规律与理论分析结果一致,其中主动力区和次动力区为涡轮正扭矩区域,主阻力区和次阻力区为负扭矩区域.以动力区最大为原则,建立了动力区覆盖角与涡轮内流角和导流板倾角之间的解析关系,提出了最优叶片数的计算方法,计算得到最优叶片数为4.5组涡轮功率试验表明:当管道进口压力为200 kPa,流量为4 m3/h时,4叶片的涡轮回收功率和效率均最高,分别为5.76 W和19.05%.当流量从4 m3/h增加至7 m3/h时,Savonius涡轮的转速和压差均呈线性增加,功率先缓慢后快速增加.叶片数越多,扭矩变化幅度越小,叶片数越少,变化幅度越大.
  • 刘熠, 俞晓东, 张洋, 张健 doi: 10.13245/j.hust.238687 P144-150 在线阅读 下载(1.7 MB)
    建立了上游串联双调压室水电站的小波动稳定性分析模型,运用相关因子法得到系统的特征值和状态变量的相关关系,分析系统的振荡特性,并采用四阶龙格库塔法求解了系统振荡的时域过程.结果表明:通过相关因子法,可以对系统的特征值和状态变量的相关因子进行求解,得到影响系统低频、中频和高频振荡环节的主要因素;机组转速的时域过程存在多频振荡特性,且有主波与尾波之分,主波对应的是高频波,尾波表现为低频波和中频波的叠加;减小长引水隧洞的长度或者增大副调压室和主调压室的面积可以提高系统低频振荡环节的稳定性,减小短引水隧洞的长度和副调压室的面积或者增大主调压室的面积可以提高系统中频振荡环节的稳定性,增大调速器参数可以提高系统高频环节的稳定性.
  • 单亚辉, 王浩, 刘志宏, 许颜贺 doi: 10.13245/j.hust.238803 P151-156 在线阅读 下载(1.87 MB)
    为描述抽水蓄能机组健康性能的随机性和不确定性,考虑不同部件健康性能水平的影响,提出一种基于信息融合与多目标智能优化的区间预测方法.首先,为有效描述机组的运行特性,利用运行监测数据构建基于高斯过程回归的机组健康状态模型,引入熵权法对机组不同部件的健康信息进行融合,构建可表征机组整体性能水平的综合健康指标;然后,将区间宽度控制系数纳入待优化参数范围,以区间覆盖率和区间平均宽度为目标约束,提出基于多目标粒子群优化核极限学习机模型参数的全局寻优策略,获取机组设备健康性能未来的波动范围;最后,通过某抽水蓄能电站机组监测数据验证所提方法的有效性.
6 2024
主 管:教育部
主 办:华中科技大学
主 编:李元元
刊 号:ISSN 1671-4512
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