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2025,45(1):1-12, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20241005001
Abstract:
针对镇域尺度甘肃文县城关镇山体-沉积河谷三维地震动模拟问题，利用边界元法求解无限域弹性波动问题时降维和自动满足弹性波无限远辐射的优势，将间接边界元法拓展到城关镇山间河谷场地三维地震动模拟。根据钻孔资料及高精度地形数据建立三维精细化模型，以平面P波和SV波作为输入，在频域内分析了城关镇山间河谷地形对地震动的放大效应。为提高计算效率，在计算耗时严重的散射波场构造和虚拟荷载求解部分采用OpenMP （Open Multi-Processing）并行编程，并通过与半解析解对比验证了方法的准确性。城关镇的模拟结果表明：（1）沉积河谷和山体均会放大地震动，但沉积河谷的放大效应更为明显，在P波入射下，沉积河谷和山体观测点的位移放大系数（地震动位移与入射波位移幅值的比值）最大值分别为19.64和3.66，SV波入射下则为14.13和3.48；（2）两侧山体对地震波的反射会加剧山间河谷的边缘效应，河谷边缘的地震动放大系数最大可达19.64；（3）沉积河谷地震动的空间分布随频率变化明显，随着频率的升高，强震区从河谷中心逐渐往边缘转变。研究可为此类场地的地震区划和抗震设防提供一定参考。
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2025,45(1):13-20, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20241104002
Abstract:
由于缺失材料特征长度，局部应变软化模型在模拟结构层面的失效破坏时，会出现网格依赖性问题，严重影响计算结果的准确性与可靠性。本研究提出了非局部的Hoek-Brown软化塑性模型，该模型基于光滑的 Hoek-Brown强度准则构造屈服函数，并利用过非局部公式将等效塑性剪应变发展为非局部变量，有效规避了结构失效破坏模拟时的网格依赖性问题。利用隐式返回映射应力更新算法求解非局部塑性模型的微分方程组，详细介绍了该模型的有限元实现流程。最后，以经典的缺陷板受压破坏问题和条形基础承载力问题为例，对模型的有效性进行验证。结果表明，在网格细化过程中，非局部Hoek-Brown软化塑性模型的模拟结果对网格尺寸不敏感，预测的剪切带宽度和荷载位移曲线基本不随网格尺寸变化。所提模型可为岩石工程的失效破坏分析提供具有网格客观性的计算工具。
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2025,45(1):21-33, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20240912002
Abstract:
AWP‐ODC是基于有限差分数值方法来实现大规模三维地震模拟的软件。随着国外对我国高性能计算芯片的出口限制，我国急需发展自己的高性能计算芯片及其软件生态。早期的AWP‐ODC加速主要基于NVIDIA GPU软硬件架构来设计优化，近年来，多种异构计算平台迅猛发展，如何基于新的异构计算软硬件平台来加速 AWP‐ODC具有重要研究价值。为此，本文在一种国产加速卡上对AWP‐ODC进行移植。针对耗时较多的核函数 dstrqc，通过GPU访存优化和网格参数优化等方式缩短了其运行时间。最后分别在国产类GPU单卡和双卡上，利用Fréchet Kernels地震和8·3鲁甸地震数据集进行性能测试。实验结果表明，在单卡计算环境下，两个数据集的 FLOPS分别提高了30.51%和25.21%；在双卡计算环境下，两个数据集的FLOPS分别提高了9.42%和23.6%。
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2025,45(1):34-46, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20240924001
Abstract:
灾害监测与预测是岩土工程领域至关重要的任务之一，但工程监测数据中的非平稳性和非线性一直是预测的难点。为应对此挑战，引入数据驱动算法极限学习机（ELM）、长短时记忆神经网络模型（LSTM），结合自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）和麻雀搜索算法（SSA），提出了一种改进的地铁车站深基坑变形组合预测模型。首先，通过CEEMDAN将支护桩水平位移序列分解为趋势项和波动项，降低数据的非平稳性。其次，为充分考虑分解序列差异的非线性特征，分别采用SSA优化后的ELM和LSTM模型对低频趋势项与高频波动项进行预测，并将结果叠加重构为最终预测值。最后，以郑州市某地铁车站深基坑为例，通过设置消融实验、对比实验和泛化性验证实验，系统评估了模型的准确性与实用性。结果表明：该模型在精度和稳定性方面显著优于其他模型， 其中R2提升了2.88%~23.62%，RMSE和MAPE分别降低了6.63%~41.13%、8.08%~64.79%。这充分说明模型在应对数据非平稳性和捕捉非线性特征方面表现出色，具备良好的可靠性和广泛的应用前景，可为岩土工程中的灾害防治提供新的思路和技术支持。
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2025,45(1):47-58, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20240624002
Abstract:
为研究外套方钢管夹层混凝土加固方钢管混凝土（CFST）柱的压弯承载力，进行3个原CFST柱和7个外套方钢管夹层混凝土加固方CFST柱（组合加固柱）试件的偏压试验，分析了试件的破坏形态和荷载—跨中挠度曲线。在试验基础上，通过纤维模型法对258个组合加固柱进行参数分析，分析了夹层混凝土强度、外套钢管厚度和屈服强度对组合加固柱N/Nu -M/Mu 曲线的影响。研究结果表明：原CFST柱和组合加固柱的破坏形态基本一致， 均为典型的弯曲型破坏，组合加固柱加固部分与原CFST柱变形协调良好；夹层混凝土强度的提高、外套钢管厚度和屈服强度的降低使试件N/Nu -M/Mu 曲线呈现外凸趋势；在这些因素当中，夹层混凝土强度对平衡点位置影响效果最显著，钢管厚度和屈服强度对平衡点位置影响不大。基于试验和数值模拟结果，提出了组合加固柱压弯承载力计算方法。通过公式得到的压弯承载力计算值与试验值、纤维模型法模拟值的误差均在10%以内，表明计算方法可准确预测外套方钢管夹层混凝土加固方CFST柱压弯承载力，为工程应用提供参考。
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2025,45(1):59-70, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20241017002
Abstract:
滑坡是常见的地质灾害，降雨是主要诱发因素。构建精确的降雨事件概率模型对于准确识别滑坡灾害的高风险区以及制定科学合理的防灾减灾策略至关重要。然而，由于缺少降雨数据，当前仅少数地区建立了双变量降雨事件概率模型。本文提出了一种基于卫星遥感降雨数据的任意地区双变量降雨事件概率模型构建方法。首先， 通过网络爬虫技术批量自动获取全球任意地区的卫星遥感降雨时间序列。以临海市邵家渡街道为例，依据降雨事件间隔时间，将连续降雨时间序列划分为独立降雨事件，提取降雨量和降雨历时等变量。在此基础上，基于Copula 函数建立双变量降雨事件概率模型，并利用K-S检验评估模型拟合优度。进一步地，阐述了双变量降雨事件概率模型中重现期的定义，并与单变量降雨事件概率模型分析结果进行了对比。最后，构建了浙江省各地区的双变量降雨事件概率模型，揭示了省内降雨变量的空间分布。建立的双变量降雨事件概率模型为降雨诱发滑坡风险评估提供了精确的降雨数据支撑。
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2025,45(1):71-83, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20241024006
Abstract:
柔性网是防治滑坡碎屑流的重要拦挡结构，其透过性对碎屑流冲击动力学特征尚未得到充分关注。基于离散元法，在不同来流Froude数和网径尺寸条件下，开展了碎屑流对透过性环形柔性网的冲击试验，建立了一种新型冲击力估算模型。结果表明：（1） 随着网径尺寸和Froude数的增加，流动层颗粒从柔性网中通过的概率增加，死区稳定性降低，共同提升了柔性网的透过性；（2） 当来流Froude数小于4时，碎屑流冲爬高度和冲击力对网径比并不敏感；在Froude数大于4后，随着柔性网对前端碎屑流透过能力增强，峰值冲击力时刻流动层直接传递到柔性网上的动量和死区的堆积质量降低，降低了流动层的冲击动力和死区的堆积静力；（3） 提出的分析模型可用于分析和估算碎屑流作用在透过性柔性网上的峰值冲击力。研究结果为柔性网的网径尺寸优化和结构设计提供了理论参考。
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2025,45(1):84-94, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20240724002
Abstract:
使用结构力学计算模型分析门架式双排抗滑桩内力变形，由于引入简化假定在实际工程中存在一定局限。 依托湖北省巴东县某建筑边坡工程，以FLAC3D和PFC3D为工具建立包含门架式双排抗滑桩结构和边坡的三维连续-离散耦合分析模型，采用重力增加法获取给定安全系数下的门架式双排抗滑桩的内力变形，并通过对比分析明确排距、桩距和桩径对内力变形的影响。研究表明，连续-离散耦合模型可有效获取桩后土体潜在滑移趋势并考虑桩土相互作用。前后排桩弯矩分布呈现“S”型曲线特征，且前排桩承受更大弯矩。前后排桩侧向位移总体上均由桩底向上逐步增大，前排桩略大于后排桩，但由于连梁约束作用前排桩侧向位移在近桩顶处减小。给定安全系数增大会导致前后排桩弯矩增大和侧向位移非线性增长。排距增大后，前排桩桩顶负弯矩增大，前后排桩桩身正弯矩减小、负弯矩增大。桩距增大对桩顶弯矩影响较小，但会导致前后排桩桩身正弯矩和负弯矩均增大。桩径增大后，后排桩桩顶正弯矩增大，前排桩正弯矩和负弯矩均增大，后排桩正弯矩增大而负弯矩减小。
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2025,45(1):95-103, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20240607003
Abstract:
结构面在评价岩体力学性质和边坡稳定性方面起着至关重要的作用，相比于传统测量，一种准确、高效的结构面参数识别方法尤为重要。提出了一种基于支持向量机（SVM）的三维点云岩体结构面提取的新方法，首先获取点云坐标、RGB、法向量、曲率和密度等作为机器学习模型的特征向量作为输入，结合人工和自动挑选学习样本，随后把学习样本分为训练集和测试集用于训练SVM模型并测试模型，将被接受的模型用于点云的预测分类，进而识别结构面和提取信息。将该方法应用于公开边坡数据集和发耳镇某采区边坡结构面调查，结果表明：使用LOF与 PCA结合方法有效地提高了法向量估计的准确性，而DetRD?PCA方法用于估计单个结构面的法向量并计算产状时得到结果更加准确；对公开点云数据集的结构面进行识别，SVM识别881 552个点时间仅需9 s，成功提取了四组结构面，与前人结果对比，倾向平均偏差最大3.12°，倾角平均偏差最大1.54°；将方法应用于发耳镇某采区边坡的结构面调查中，SVM识别1 450 148个点仅需18 s，成功提取了两组结构面，与经典的三点法估算比较，倾向和倾角的偏差为0.7°~3.3°和0.1°~3.3°；该方法对于小样本的训练数据依然能够表现出较高的正确率。
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2025,45(1):104-109, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20240531003
Abstract:
土水特征曲线（SWCC）是研究非饱和土渗透、强度预测与本构关系的基础。机器学习算法具有高效处理大量数据和特征提取等特点。采用六种机器学习算法（四种集成学习和两种传统机器学习算法）对美国非饱和土数据库中的154条SWCC包含1976个数据点进行模拟；并使用四个性能评价指标（R2、EVS、MAE和RMSE）评价算法的性能。选取两种数据输入的方式：对压力水头进行对数处理和未处理两类。结果表明，在两种输入情况下，对 LightGBM、XGB、RF和AdaBoost算法的影响很小；但是对GPR和SVM两种传统机器学习算法的影响很大，在未进行对数处理情况下，R2降低明显甚至会出现无法模拟SWCC的情况。此外，LightGBM对SWCC测试集的模拟效果上均优于其他模型，拥有高的趋势评价指标（R2和EVS）和低的误差测量指标（MAE和RMSE）；六种算法对 SWCC模拟的优劣的排列顺序依次为：LightGBM、GPR、XGB、RF、AdaBoost和SVM。最后，利用已训练好的 LightGBM模型对9条不包含在数据库内的SWCC数据进行预测，结果显示LightGBM能够较好地预测非饱和土的土水特性。研究结果对提升不同类型土的SWCC预测具有重要的指导意义。
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2025,45(1):110-118, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20240312002
Abstract:
时序数据对于理解和应对地震等自然灾害具有重要意义，但由于保密、获取途径的限制等原因，需要从时域、 频域数据的图片中获取时序数据。传统方式下通过直接对图片中时序数据数字化得到的时序数据在时域和频域上均存在较大误差。针对该问题，提出了考虑时域和频域特征的图片时序数据解析方法。该方法首先从图片中通过数字化方法获取时域和频域数据，以识别得到的较为准确的频域数据曲线作为目标频域数据，采用连续小波变换修正从图片中直接识别得到的时序数据，从而提高图片时序数据的解析精度。以地震动这一典型时序数据为例对所提出的方法进行了展示与说明，并与传统直接从图片识别的数字化地震动方法和基于反应谱匹配的频域方法进行了对比。进一步将该方法应用于2022年台湾省台东县6.5级地震的破坏力评估中。主要结论有：提出的图片时序数据解析方法能够兼顾图片中时域和频域的信息，从而能够解析得到更为准确的时域数据，用于后续工程防灾分析时的误差也更小，为从时序数据图片中识别数据提供了重要方法。
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2025,45(1):119-127, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20240411003
Abstract:
桥梁高压电缆通道火灾具有蔓延迅速且扑灭困难的特点，极易造成巨大的经济损失并对巡检人员的安全造成威胁，早期发现火灾位置对救援工作至关重要，因此研究桥梁箱梁高压电缆通道火灾初期的着火点位置智能辨识和预测问题具有重要意义。通过PyroSim分析软件建立了桥梁箱梁电缆通道火灾初期烟气蔓延的仿真模型，得到了CO气体扩散规律；设计并训练了用于数据分层和各层着火点位置辨识的人工神经网络（ANN）模型，基于仿真数据进行了着火点位置辨识实验；设计了着火点辨识系统并在模拟电缆通道中进行了现场测试。研究结果表明：（1）在基于仿真数据的着火点位置辨识实验中，本研究建立的着火点位置辨识ANN模型，在50 m电缆通道中针对单层电缆阴燃位置辨识的最大误差为0.98 m，最小误差为-0.32 m；针对三层电缆阴燃位置辨识的最大误差为 1.53 m，最小误差为-1.26 m。（2）在着火点辨识系统现场测试实验中，着火点辨识的最大误差为0.68 m，最小误差为-0.27 m，该精度能够满足桥梁箱梁高压电缆通道火灾初期的着火点位置智能辨识和预测的需求。研究结果有望在实际应用中提高桥梁箱梁电缆通道火灾预警的准确性和及时性。
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2025,45(1):128-136, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20240305003
Abstract:
高层住宅火灾安全防控是一个复杂系统问题，从系统层面确定其风险耦合形式及关键风险因素对提升我国高层住宅消防安全水平具有重要意义。为分析高层住宅火灾事故风险因素并提出防控策略，通过收集2015~2023 年我国发生的162起高层住宅火灾较大事故案例，结合专家访谈和已有的事故致因分类模型，将高层住宅火灾事故风险因素分为5类一级风险因素和26个二级风险因素；基于N-K模型求解出风险因素耦合值，将风险耦合形式量化并进行耦合致险性评价；利用社会网络分析（Social Network Analysis，SNA）可视化风险因素间的作用关系，分析其中心度和可达性，挖掘出风险因素的发展态势和诱发其他风险因素出现的可能性；结合N-K和SNA对各风险节点的出度进行修正，确定高层住宅火灾事故的关键风险因素。结果表明：多风险因素耦合导致事故发生的概率较大；火灾事故的起因在较大程度上是居民方的原因，开发商、物业、社区、监管单位四方的风险易使灾情扩大、程度升级；防控开发商-监管单位两风险因素耦合可有效避免事故发生；开发商、社区、监管单位风险因素的出现易连通各风险节点，引发耦合效应；从开发商、物业、社区及监管单位角度出发进行防控是重点。
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2025,45(1):137-146, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20231213002
Abstract:
铁路列车运行引起的场地振动为铁路周边建筑遗址带来不可忽视的影响，为研究列车荷载激励下夯土遗址不同高度处的振动响应以及列车类型、速度、编组等因素对其的作用规律，以夏官营古城城墙为研究对象，基于多种工况开展现场原位监测与地质调查，从时域、频域等多方面分析城墙旁列车运行引起的振动响应并对比现有标准，确定振动强度及对城墙的影响。研究结果表明：列车行驶引起的城墙振动速度峰值和有效值随墙高增大呈波动性衰减，货车引起的城墙振动速度响应大于客车，在城墙中部区域均出现了振动速度放大的现象并且达到振动最大值；城墙振动速度与车速、编组及载重成正比，各测点振动优势频率范围为40~70 Hz，城墙中部区域频率放大效应明显，振动放大区域受到列车车速和编组长度影响；城墙Z振级衰减特性与速度响应变化规律相同，货车Z振级最大值为80.29 dB，客车为76.65 dB，相比40 Hz以上的振动频率，10~40 Hz的振动频率衰减慢，对墙体造成的损伤更大。结合已有振动标准及土遗址基本性质，列车运行将对夏官营古城城墙产生影响，研究结果可为相关土遗址的保护措施提供参考。
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2025,45(1):147-157, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230704003
Abstract:
近年来水下公共设施遭受到水下突发爆炸冲击的风险日益增加，且爆炸一般发生在工程口部位置。水下防护门是工程口部抵抗爆炸冲击荷载、保障水下工程安全的重要防护设施。为研究水下爆炸冲击作用下钢制平板式防护门的结构动态响应及破坏模式，通过有限元软件建立了基于ALE算法的水下爆炸背空板的全耦合数值模型， 得到的冲击波荷载与经验值对比，验证了数值计算的精度；采用直接加载的方法与耦合模型结果进行对比，验证了直接加载方法的有效性；为进一步探讨水下爆炸对钢制平板式防护门结构的毁伤特性，建立了防护门在水下爆炸冲击荷载下的三维数值模型，分析了炸药当量、起爆距离、静水压力、迎爆面与背爆面厚度、四周支撑面板厚度等因素对防护门抗爆性能的影响规律。结果表明：随着炸药当量的增大及起爆距离的缩短，防护门峰值位移逐渐增大， 结构主要以局部骨架梁屈曲变形与整体弯曲破坏伴随着骨架梁压曲失稳两种破坏模式；在相同的爆炸工况下，增大迎爆面、背爆面及四周支撑面板的厚度可使防护门具有更强的抗爆性能，在实际工程设计中可在一定程度上增加面板厚度。
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2025,45(1):158-168, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20231206003
Abstract:
为了解决在煤矿立井井筒监测现场应用中布里渊光时域反射仪（BOTDR）系统信噪比低的问题，提出了一种基于双树复小波变换（DT-CWT）和改进的LMS算法的组合降噪模型，用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先，设计了基于双树复小波变换分解原始信号，并使用样本熵作为目标函数自动选择最优小波分解层数的模型，随后，使用LMS算法计算原始信号的自适应降噪阈值，并通过优化双曲余弦函数来改进LMS算法的收敛速度和收敛性。为了验证所提出算法的有效性，进行了BOTDR温度信号降噪实验，最后，依托山东省郭屯煤矿井筒监测项目，使用DT-CWT-LMS算法对光纤监测信号进行了降噪研究。实验结果表明，DT-CWT-LMS算法的降噪效果明显优于传统的小波阈值降噪方法，平均SNR指标提高了32.03%，平均RMSE降低了33.2%；现场研究结果表明，经过降噪后信号的样本熵平均降低幅度为64.75%，与光纤光栅传感器的数据对比相差在5%以内， 说明信号中的背景噪声得到了有效的抑制。该研究为BOTDR技术在煤矿立井监测中应用提供了一种有效的信号降噪方法。
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2025,45(1):169-178, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20231022001
Abstract:
为探究岩石场地群洞地铁车站在地震作用下的动力特性，设计了一个比尺1∶30的群洞地铁车站结构的大型振动台试验模型，通过采用横向输入峰值加速度0.07g、0.15g、0.21g、0.30g、0.50g、0.70g和1.0g等7个不同强度的人工地震波，研究了群洞地铁车站在强震作用下的加速度响应特征、位移响应特征、结构破坏模式和动应变响应特征。结果表明：阿里亚斯强度（Arias Intensity）的放大系数曲线揭示，模型围岩和站厅衬砌结构在峰值加速度0.5g 后进入塑性破坏状态；站台衬砌结构在峰值加速度0.3g后从塑性状态逐步进入破坏状态，同时能量耗散逐渐增加。 随着地震动强度的增大，站厅横断面的相对位移增幅显著，开口断面与非开口断面的相对位移峰值差距进一步扩大。结构的裂缝主要分布在纵向，站台直墙中部纵向裂缝宽且长，而站厅直墙中部未产生明显裂缝。结构传递函数的主频随着地震动强度逐渐减小，在弹性阶段和塑性破坏阶段，结构主频分别为22.7、18.5 Hz。当地震动横向激励时，VL断面相同位置的拉应变均大于HR断面，最大拉应变出现在竖向联络通道的下断面拱肩处。
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2025,45(1):179-187, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230904003
Abstract:
柱状危岩体是边坡稳定性分析中一种重要的危岩体类型，其失稳破坏常引起高能量和破坏性的大规模岩崩灾害，具有普遍性、突发性和高频性等特点，是制约山区建设和发展的主要地质灾害之一。非连续变形分析（DDA） 作为一种基于非连续介质力学的数值计算方法，具有完全的运动学理论及可靠的块体接触处理方案，非常适合模拟节理岩体系统的失稳破坏与运动过程。文章采用三维（3D）DDA方法对柱状危岩体的失稳破坏机理与破坏后的运动过程进行研究。研制了基于双目立体视觉原理的危岩体失稳破坏实验装置，开展了柱状块体系统室内实验研究，验证了3D DDA方法在分析柱状危岩体失稳运动方面的准确性。以望霞边坡柱状危岩体为例，建立边坡及危岩体3D DDA数值模型，分析柱状危岩体失稳运动全过程、动能及位移演化特征，讨论块体系统运动特性及崩塌滚石成灾机制。结果表明，柱状危岩体以滑动模式失稳，运动过程中直接与其沿途公路冲击碰撞，引发崩塌滚石地质灾害，具有高速高能等运动学特性。
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2025,45(1):188-197, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230606001
Abstract:
外部环境噪声信号的存在，影响着微震监测系统对岩体破裂灾害的预警效果。针对微震信号具有非线性、随机性强、非稳定的特点与传统VMD、WT算法中在去噪处理时存在一定局限性的问题，提出了一种改进的VMD- WT联合去噪方法。首先，使用GSWOA算法对VMD中的分解个数及惩罚因子进行参数寻优，将优化后的参数代入VMD算法中将含噪信号分解为若干个IMF分量；其次，使用MI法对IMF分量进行分类，将有效分量保留并重构信号；最后，使用GSWOA算法对改进阈值函数的WT算法进行参数寻优，实现对含噪信号的二次去噪。对构建的仿真信号进行去噪处理，验证了改进后的联合去噪方法的可行性与优越性；并进一步将此方法应用于实测微震信号的去噪处理中，并以信噪比、均方根误差、平方绝对误差作为去噪效果评价指标，结果表明，与单一的EMD、 WT、VMD去噪算法及EMD-SVD、VMD-SVD联合去噪算法相比，改进的VMD-WT去噪方法能在保留原有信号信息的基础上，更好地去除微震信号中的噪声干扰，为后续利用微震监测系统对岩体破裂灾害进行预警奠定基础。
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2025,45(1):198-206, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20231016002
Abstract:
为克服现有锅炉-钢结构限位器的缺点，特提出了一种新型钢缆-阻尼限位器，此限位器具有非线性刚度，且可以通过阻尼器进行耗能，从而提升支撑结构的抗震性能。为了研究该限位器阻尼系数与安装位置对目标结构地震响应的影响，设计了缩尺锅炉钢结构模型并进行了振动台试验。原模型为某锅炉厂的锅炉-钢结构，采用了1∶25的缩尺比例并对原型结构进行了必要的简化，以便测试钢缆-阻尼限位器的抗震效果。为了探究限位器阻尼系数以及安装方案对结构抗震性能的影响，选取峰值加速度为1.0g的Kobe波作为地震动输入，对装配了不同参数限位器的模型和在不同位置装配了限位器的模型进行了试验；作为对比，选取峰值加速度为0.2g的Kobe波作为地震动输入，对未装配限位器的模型进行了试验。在对它们的结构动力特性和结构响应进行了对比研究后，发现：（1）该限位器对减震有积极作用；（2）阻尼系数对结构地震响应影响显著，并且存在一个最优阻尼参数值使得限位器兼具性能优势与经济性；（3）布置于底层的限位器的减震效果更优。
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2025,45(1):207-214, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20240526001
Abstract:
西部地区高速铁路桥上广泛采用的无砟轨道系统具有较大的纵向刚度，而地震区亦分布广泛，震时桥上行车无可避免，针对地震下高速铁路无砟轨道桥梁桥上列车行驶的安全性，以我国西部地区常见的高速铁路多跨 CRTS II型板式无砟轨道32 m不规则简支梁桥为实际工程背景，基于WORKBENCH及SIMPACK平台建立车?线?桥一体化计算模型，研究震时不同行车速度下列车脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力的变化规律，并提出行车安全阈值。研究结果表明：列车行驶速度越快，地震强度愈强，列车脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力越大；考虑轨道约束作用可使列车的脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力平均分别降低7.19%、9.96%、7.97%，其中相差最大均约为15%；轨道系统的约束作用可提高行车安全阈值，若列车运行速度为350 km/h和300 km/h时，其可承受的地震峰值加速度分别增加了22.04%、36%，当地震峰值加速度为0.2g和0.3g时，列车可安全行驶的速度分别增大了7.24%、8.14%，行驶速度的影响更大，地震来临时，应减速慢行。无砟轨道系统的约束可有效提高桥上行车安全性，在设计计算时应考虑无砟轨道系统的约束效应。
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2025,45(1):215-223, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20231104002
Abstract:
海底管线作为运输海底油气资源的重要通道，具有生产安装方便、运输距离远、运输效率高等优势，被广泛应用于海洋油气工程。使用计算流体动力学方法研究了海底泥屑流对悬跨高度为一倍管线直径状态下管线的冲击作用。通过在管线背冲击侧增大加密网格区域的方法，铺捉到泥屑流冲击管线过程中涡流脱落现象，讨论了加密网格模型模拟嵌入阶段管线受力规律的必要性。数值模拟结果表明，加密网格模型可以更好地模拟雷诺数较大工况中管线的法向和竖向受力规律，具体表现为：对于管线法向受力，当雷诺数小于113.05时，管线法向受力峰值与初始冲击阶段峰值相同；当雷诺数大于113.05时，受涡流脱落影响，法向受力峰值出现在嵌入冲击阶段。对于管线竖向受力，在冲击过程中管线受力表现出一定的周期性，在模拟的雷诺数范围（21.89~317.08）内，管线竖向受力峰值均出现在嵌入冲击阶段；随着雷诺数的增大，管线竖向受力峰值最大可达初始阶段峰值5倍以上。基于计算数据，得到了不同雷诺数条件下法向受力峰值和竖向受力峰值受力系数计算表达式。研究得到的规律和公式对完整地评价泥屑流对海底管线的冲击过程具有重要价值。
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2025,45(1):224-232, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20231123003
Abstract:
管涌侵蚀一直是水力学研究的重点，其是指在渗透水流作用下土体内部细颗粒发生迁移并形成渗漏通道的一种渗漏现象，且在围压条件下土体内部侵蚀过程会受到显著的影响。利用自主研发的应力动态联动式渗透变形试验装置对不同级配的散粒土在恒定围压条件下的侵蚀过程进行研究。设置三组不同的间断级配试样，对渗流过程中的渗流量、细颗粒流失量和渗透变形量进行测量。结果表明：试验前期渗流速度v和水力梯度i呈线性正相关， 但围压作用使得i?v曲线后期明显变缓不再符合达西定律；土体中间级配缺的越多，颗粒起动的临界水力梯度越小； 且土体的不均匀系数对渗透系数的影响存在某一上限值。渗流过程中细颗粒的流失存在因堵塞而引起的自滤自稳定现象，该现象在骨架颗粒级配较为均匀时更易出现。土体在恒定围压条件下细颗粒流失导致体积收缩，而由于土体内部颗粒间的作用力突变，土体渗透变形呈现阶梯状变化，且在土体颗粒级配间断跨度大、内部细颗粒粒径小且单一的情况下阶梯状变化较为明显。
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2025,45(1):233-239, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230715001
Abstract:
随着可靠度理论的进一步发展，如何求解隐式功能函数下的结构可靠度成为难题，非侵入式随机有限元法是目前解决此难题的重要手段。为此发展了基于随机响应面法的非侵入式随机有限元方法。利用MATLAB和AN SYS联合仿真，编制了该方法的计算程序。程序通过ANSYS软件进行确定性力学分析，能够使用MATLAB自动调用ANSYS在不同参数配点下连续求解输出响应结果，并读取结果计算随机多项式待定系数。此方法通过有限元软件得到结构输出结果，无须分析功能函数，这为复杂结构下的可靠度计算提供了有效的手段。通过3个算例验证了该方法在结构可靠度分析中的有效性。结果表明：随机响应面法（SRSM）与基于随机响应面法的非侵入式随机有限元方法在计算结构失效概率时误差较小，计算效率远高于蒙特卡洛法（MCS），在求解无显示功能函数下的失效概率时具有明显优势。
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2025,45(1):240-246, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20210119002
Abstract:
舟山地区断裂发育情况十分复杂，是否存在可能产生地表断错的活动断裂，对新建宁波至舟山铁路工程的抗震设防以及工程抗断参数的选取，具有十分重要的意义。通过对舟山地区的野外地震地质调查，以及水域的浅层地震勘探工作，对舟山地区主要断裂的第四纪活动性进行了研究，获得了以下初步认识：柴桥—伍佰岙断裂为前第四纪断裂；沙岙—戴家断裂主体为早第四纪断裂，局部段落的最新活动时代为晚更新世早期；花厅里—紫薇断裂和昌化—普陀断裂最新活动时代为中更新世；马岙—定海断裂和大丰—长白断裂的最新活动时代为早更新世。沙岙 —戴家断裂与工程线路相交段为晚更新世活动断裂，出于工程安全考虑需采取抗断措施，其它断裂可不考虑抗断问题。在沙岙—戴家断裂及其影响范围内避免修建不易抗震和不易修复的工程，并且避免修建站房等建筑结构工程，在避让时应考虑上盘效应。建议线路穿越沙岙—戴家断裂范围采用有砟轨道；建议采用易修复的柔性路基工程通过，路堤内加强抗震性稳定性措施和长期变形观测。根据地震地质背景分析，东西向昌化—普陀断裂与北东向沙岙—戴家断裂、镇海—宁海断裂的交汇部位，为破坏性地震可能的发生部位；场址区及邻区存在发生6级左右地震的孕震环境。
