Abstract:

埋地管道因其运输量大、安全快捷、经济高效等优点被广泛应用于水利工程、市政工程、海洋工程等领域，是能源运输的“生命线”。然而，埋地管道及其附属结构物所受的工作荷载和所处的地质条件复杂多变，使得管道容易发生竖向隆起、屈曲破坏。管道竖向隆起过程涉及复杂的管?土相互作用，掌握其变形及破坏机制对于确定管周土抗力、优化管道结构设计具有重要的意义。近年来国内外对管道隆起屈曲的变形破坏机理开展了系统研究，并探讨了影响土抗力发挥的主要因素，包括土体类型、密实度、排水条件、管径大小、管道隆升速率、管道埋置率等，并提出了土抗力简化预测模型。本文分别从管周土体破坏模式、土抗力影响因素、土抗力预测模型三个方面，评述了埋地管道竖向隆起、屈曲破坏的研究进展，并指明了该领域未来的发展方向。

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地震是造成综合管廊破坏的主要原因之一，综合管廊一旦发生破坏，其产生的后果将比传统埋地管道复杂得多。本文介绍了常见的几种综合管廊接头形式，并对不同的接头形式分别建立有限元模型，选取综合管廊标准段并考虑混凝土塑性损伤模型以及土体本构模型，利用自编程序施加黏弹性人工边界以及等效节点力对不同接头形式下管廊及内部管道进行地震响应分析。结果表明，在不同地震动强度下的最大纵向位移差，整体现浇结构的响应会高于预制拼装结构，且随着地震动强度的增加，响应的差异会进一步增大。两种接头形式下，管廊标准段在地震动作用下的损伤很小，仅在地震动峰值加速度达到 0.4g 及以上时会发生轻微损伤，不会影响正常使用。同一地震动作用下，小管径的管道应力水平会小于大管径的管道应力水平。同时采用橡胶止水带和预应力钢筋的接头形式会比仅采用橡胶止水带的接头形式更有利于降低廊内管道的应力水平。考虑到采用预应力钢筋连接的预制拼装结构会进一步提高廊内管道的安全水平，因此，在成本允许的情况下，不仅要考虑接头的防水，还应该采用预应力筋对相邻节段连接，进一步提升综合管廊的抗震性能。

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城市生命线网络的地震动力可靠度是生命线工程地震风险和抗震韧性评估的重要指标。城市生命线网络地震动力可靠度的计算方法包括以蒙特卡洛方法为代表的模拟方法和以推广的递推分解算法为代表的非模拟方法， 因为后者能够给出生命线网络的主要失效模式，因而它比模拟方法更为先进。但是，由于存在高维 Gumbel Copula 参数无法估计的问题，目前推广的递推分解算法还不能计算大型生命线网络(组成生命线网络系统的结构或设备数目大于 60)的地震动力可靠度。为解决这个问题，提出了高维 Gumbel Copula 参数的拟合估计公式，将其嵌入推广的递推分解算法，形成了大型生命线网络地震动力可靠度的计算方法。某实际 220 kV 变电站设备网络地震动力可靠度的计算和分析，说明了此方法的使用过程、适用范围和有效性。

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基于有限元分析的方法，建立了管廊-土体结构相互作用的三维有限元模型，深入探究阶梯型双层多仓地下综合管廊在非一致地震激励下动力响应特性。通过模态分析，得到了现浇式、平口式和企口式三种接头形式阶梯型双层多仓综合管廊的自振频率和变形特征，计算了地下综合管廊在小震(0.05g)、中震(0.1g)、大震(0.2g)非一致激励条件下管廊整体、廊身和接头的动力响应。结果表明：三种接头形式的管廊均表现为破坏率先发生在接头处的扭剪破坏，且管廊接头处的应力水平要明显高于廊身应力，其中企口式接头尤为显著；在非一致地震激励下，管廊接头两侧点响应时程曲线体现了非常明显的响应非一致性，三种形式接头处的动力响应均以横向(X 向)和竖向 (Y 向)振动为主，以轴向(Z 向)振动为辅；随着地震力的提高，管廊顶板轴线上的位移在逐步增大，且平口式和现浇式管廊接头处均出现了明显的位移的突变，突变主要以横向为主，而企口式接头由于其良好的整体性，位移分布曲线较为连续，几乎没有发生突变；管廊的接头处出现明显的应力集中，现浇式和平口式接头的应力集中现象主要出现在角部，企口式接头主要出现在榫卯接头处和角部；现浇和平口式接头会出现“反喇叭口”式的变形和上下错动， 而企口式接头的整体性好，几乎未发生上下错动，但应力水平相比其他两种接头形式较高。

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管道接口是影响市政供水管网日常运行安全的关键薄弱环节。然而，目前的研究大多集中于地震荷载和轴向荷载作用下管道接口的力学性能，对于竖向荷载作用下承插式球墨铸铁供水管道接口的弯曲力学性能研究较少，造成这一类型的管道接口无法进行全面的综合评价。鉴于此，以承插式球墨铸铁供水管道接口为主要研究对象，开展了竖向荷载作用下的破损试验和数值模拟。研究结果表明：(1)接口橡胶密封圈接触失效是管道出现渗漏的主要原因；(2)管道接口的相对转角与竖向荷载整体呈正相关关系；(3)管道发生漏水时的相对转角为 12°左右。 因此，为避免管道接口在接触滑移、旋转、拉拔等不同受力情景下的失效，建议对供水管道的接口构造，尤其是橡胶密封圈进行精细化设计，以提高管道接口的最大允许转角，同时发挥橡胶密封圈良好的压缩和变形能力。

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轴向中空壁管作为一种新型结构壁管，几何构型简单、空间利用率高、且能量耗散性好，近年来在市政工程中得到广泛应用。为研究轴向中空壁管在低速冲击作用下的力学响应和耗能特性，设计了 20 个试验工况，以落锤冲击试验模拟施工过程中受到的落石冲击和机械撞击作用，基于量纲分析法提出冲击力峰值的计算方法，通过有限元软件 ABAQUS 对试验结果进行验证，并根据有限元计算结果分析管道在低速冲击作用下的变形特性和损伤机理。研究表明：数值分析结果与试验结果吻合较好，冲击力时程曲线趋势基本一致，冲击力峰值误差在 5% 以内。 轴向中空壁管具有良好的抗冲击性能，其双壁中空结构具有较好的能量耗散性，落锤与管道接触瞬间会产生较大的冲击力，12.9 kg 的落锤从 2 m 处自由下落冲击管道可产生 15.28 kN 的冲击力。对比 20 个试验工况的冲击力峰值试验值与计算值，误差均较小，最大误差为 5.8%，即冲击力峰值计算方法准确性较高。随着落锤高度和质量的增加，冲击力峰值增大，损伤区域和凹痕深度也随之增大，最大塑性应变由外壁内侧转移到外壁与加劲肋的连接处， 呈现出外壁损伤和加劲肋损伤两种损伤模式。提出的冲击力峰值计算方法和管道塑性损伤规律可以为施工过程中轴向中空壁管在落石冲击和机械撞击作用下的安全评价提供理论依据。

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针对于土体等大位移问题所带来的模拟求解难题，分析滑坡灾害对横坡敷设的航油管道运行所带来的影响。 利用 SPH-FEM 耦合算法，采用不同的接触形式，建立管-土及桩-土相互作用全尺寸耦合模型，进行非线性分析，获取管-土力学响应规律，并对抗滑桩阻滑性能加以分析，保证滑坡区管道本体的安全。结果表明，在文中工况下，当滑坡趋于稳定时，在滑土推力作用下，管道所产生的位移、应力最大值均出现在滑体区域内；但由于桩-土间“土拱效应”，致其桩后滑土更易趋于稳定，同时管道也并未发生沿管轴扭转的现象；随抗滑桩数量的增多，其阻滑性能增强，但对于文中工况，设置 2 个抗滑桩且混凝土强度为 C30 的抗滑方案即可保证管道的安全运行。所得结论可为保证航油管道的安全运行提供理论支撑，并为滑坡下管道力学行为和抗滑桩阻滑性能研究提供一种可行的模拟方法。

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为研究多点地震激励下埋地油气管道的地震响应，设计并制作缩尺埋地油气管道及周围土体模型，利用双台阵地震模拟振动台对其进行纵向一致及多点地震激励下的地震响应研究，分析纵向多点地震激励时不同地震动各加载工况下埋地油气管道土体加速度、位移及管道加速度、应变等地震响应的变化规律。结果表明：土箱内不同深度测点位移增量不同，致使土体间产生剪切效应，多点激励时土体变形及破坏程度相较于一致激励明显；土体加速度峰值随加载等级的提高呈增长状态，多点激励时箱内土体加速度峰值变化曲线一致性较差，土体加速度响应产生较大差异；随着加载等级的提高，管道与土体间加速度峰值差值逐渐增大，多点激励会造成管道加速度峰值产生滞后现象；管道顶部轴向应变随管轴表现为两侧小，中间大，多点激励时管道应变增长速率更快，产生的应变更大。

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地质灾害和管体缺陷是油气管道安全运行的两大风险，山体滑坡是长输油气管道常见的一种地质灾害，裂纹是管道运行中难以发现却时有发生的管体缺陷之一。当穿越滑坡区的管道遭遇管体裂纹时，多重载荷的作用可能导致管体裂纹加剧甚至断裂失效。基于极限分析设计准则，研究了相关因素对滑坡区管道轴向裂纹的影响，采用有限元法，分析了滑坡宽度、滑坡位移、裂纹位置、裂纹深度比、裂纹形状比以及管道内压对裂纹 J 积分的影响。结果表明：滑坡宽度越大，J 积分越小，滑坡位移越大，J 积分越大；裂纹处于 12 点位置时，其 J 积分值最大，即轴向裂纹垂直于滑坡面时最危险；裂纹深度比和管道内压的增加均会导致 J 积分最大值呈指数增加，而裂纹形状比的增加会导致 J 积分最大值呈线性减小，J 积分均在裂纹最深处取得最大值；较大的裂纹深度比会导致裂纹沿深度方向的扩展速度远大于沿长度方向，而较大的裂纹形状比会导致裂纹沿长度方向的扩展速度高于沿深度方向。

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近年来，随着人类活动引起的地质灾害和极端天气现象频发，因泥石流引发的管道失效事故及次生灾害不断发生。为掌握黏性泥石流冲击山区油气管道的动力响应规律，建立了基于有限单元法与光滑粒子流体动力学 (FEM?SPH)的山区泥石流与管道的多物理场耦合模型。通过把黏性泥石流浆体简化为非牛顿流体——宾汉流体，研究 X70 钢管在泥石流作用下冲击响应过程，得到了管道不同位置的位移及应力时程特征，结果表明：①将泥石流浆体简化为宾汉流体，并离散为 SPH 颗粒不仅可真实展示泥石流的行进过程，也能清晰地反映泥石流对管道的动力响应规律。②通过建立多物理场耦合模型来模拟黏性泥石流冲击过程，发现泥浆附带的块石将会受到浆体阻力影响，运动加速度将受到限制。③泥石流对管道产生的破坏力主要来自泥石流“龙头”产生的瞬时冲击力和块石造成的局部撞击力；在泥浆作用下，所产生的应力主要分布于管道迎冲面中心截面处和管道背冲面与山体交界处，石块作用力主要集中在撞击部位，对管道背撞面影响较小；泥石流对管道产生的冲击位移整体呈现“马鞍状”的对称分布。研究所采用的非牛顿流体模型为泥石流对建(构)筑物的冲击模拟提供了新途径，相关研究结论可为泥石流段管道的灾害防控提供理论参考。

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供水管网抗震可靠性是在可能地的震烈度下管网的服务水平，目前大多数采用蒙特卡洛模拟产生数量庞大的震损样本进行估计，此方法给大型复杂管网抗震可靠性的评估带来极大工作量和超高时间成本。为了克服这些问题，提出了多爆管压降计算模型，并引入场景缩减方法以提高计算效率。首先，利用多爆管压降模型计算震损场景下节点水压。其次，利用系统聚类中类平均法对震损节点水压进行场景合并和分类。然后利用 k‐medoids 聚类对每一类选取中心点作为典型场景。最后，通过典型场景确定节点和系统可靠性指数。将某实际管网应用所提算法计算并与传统蒙特卡洛模拟结果进行对比。结果表明，基于线性估计多爆管压降模型是合理的，基于场景缩减法的可靠性评估是可行的，提高典型场景数量可降低评估误差。因此，该算法可在保证结果准确的同时提高计算效率。

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二十一世纪，在国内外飞速发展的城市地下工程施工和运营过程中，突发爆炸事件频频发生，造成巨大的人员伤亡和严重的财产损失。本文研究了城市地下工程典型爆炸危险源，整理已有的爆炸危险源分类方法，提出针对城市地下工程典型爆炸危险源的分类方法。分析了城市地下工程爆源的空间分布特征，描述了城市地下工程突发爆炸的可能位置。同时给出了城市地下工程各类爆炸的发生原因，分析了城市地下工程典型突发爆炸的诱发机理及条件，总结了对应的预防措施。本文针对城市地下工程典型爆炸危险源进行辨识，期望帮助企业和政府做好预防措施和应急预案，降低城市地下工程爆炸事故的发生率。

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滑坡发生时间预报在防灾减灾工作中非常重要，准确的预报能够有效预防灾害发生可能造成的灾难性结果。 为解决当前滑坡预报中仅仅实现对滑坡位移等相关参数的预测和估计，而未最终计算出滑坡发生时间的问题，提出采用混合高斯隐马尔科夫模型(MOG?HMM)建立滑坡发生时间预报模型，即对滑坡灾害演化过程全周期数据利用混合高斯算法计算出宏观信息预报判据，与隐马尔科夫模型中的状态相匹配，建立滑坡演化状态模型，该模型能够反映全周期数据的多个状态，当需要对实时采集的位移数据进行时间预报时，首先利用解码算法对当前数据解码，即计算出其属于滑坡的哪个状态，然后利用 Dijkstra 最优路径规划算法，计算出从当前状态到达滑坡发生状态的时间，实现滑坡发生时间预报。通过对新滩滑坡和卧龙寺滑坡灾害全周期数据进行仿真验证，结果表明，本文方法能够比较准确地计算出滑坡发生的时间，同时利用评价指标对预报的结果进行测试，符合预报指标精度要求。

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强震诱发斜坡失稳破坏是黄土地区主要震害之一，快速准确判别黄土斜坡地震危险性对城市抗震规划和震后应急救援具有重要意义。利用野外实地调查的 1920 年海原地震诱发 620 组滑坡和 380 组未滑斜坡数据，验证纵剖面形态对黄土斜坡地震危险性的影响，对斜坡纵剖面形态进行单因素 wald 检验，单因素 wald 检验结果表明纵剖面形态对于滑坡地震危险性快速判别有积极意义。利用野外调查中简单易得的坡高、坡角、纵剖面形态和地震烈度几个因子，建立黄土高原区斜坡地震危险性判别的 Logistic 回归模型，给出黄土斜坡地震危险性的快速判别公式，使用该公式对 1920 年海原地震诱发滑坡回判和 1718 年通渭地震诱发黄土滑坡校验，同时对比了不考虑纵剖面形态的 logistic 回归模型的结果。计算表明：利用 Logistic 回归模型快速判别黄土斜坡地震危险性，合理确定影响因子并调整 Logistic 回归中各影响因子的参数，计算得到的斜坡失稳与实际滑坡发育情况较为吻合；斜坡纵剖面形态是影响斜坡地震危险性的重要影响因素，在 Logistics 回归模型中考虑该因素得到的预测公式，判别斜坡失稳准确度比不考虑该因素时高 3% 左右。

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基于长沙湘江欢乐城废弃矿坑进行改造再利用工程项目，为保证上部工程建筑安全，对地质条件复杂且常有岩溶发育的矿坑高陡边坡稳定性开展了系列研究。考虑岩土体固有的空间变异性及岩溶孔洞影响，采用确定性和可靠度分析相结合的方法对边坡稳定性进行评价。首先针对土岩结构多级高边坡采用 Morgenstern?Price 法计算非圆弧滑动面条件下的安全系数；随后基于随机场理论，考虑岩土体抗剪强度指标的空间变异性，对不同变异特征下受结构荷载作用的高陡分级边坡稳定性开展了概率分析；并探讨了岩溶空洞的发育情况及位置对高陡边坡可靠度的影响。结果表明，在土?岩二元结构的边坡中，滑动破坏往往只发生在性质较差的上层土体中。考虑岩土体力学特性的空间变异特征对边坡稳定性分析具有重要意义，忽略空间变异性可能高估边坡的失效概率；溶洞位置和形状都会影响边坡稳定性，溶洞越靠近陡峭临空面对边坡影响越大，整体来说圆形溶洞比方形溶洞更容易造成边坡失稳破坏。

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掌握详细的边坡岩土体参数信息是进行边坡加固与风险评估的重要前提。目前大多采用马尔可夫链蒙特卡洛模拟方法基于现场或室内试验数据进行不确定性参数统计信息及边坡可靠度更新。然而，该方法存在计算量大、计算结果不易收敛和难以解决高维边坡不确定性参数统计特征及可靠度更新等问题。本文基于粒子群优化反向传播神经网络算法建立边坡位移代理模型优化计算过程，提出了改进的基于子集模拟的贝叶斯更新方法，进而基于边坡变形监测数据进行参数统计特征及可靠度更新。最后，将提出方法应用到长春西客站深基坑边坡工程。 结果表明：提出方法能够融合有限的场地信息有效地更新边坡岩土体参数统计特征，推断其后验概率密度函数，进而更新边坡失效概率。利用更新的土体参数计算的边坡位移与实测数据吻合，验证了提出方法的适用性和有效性。另外融合监测数据进行贝叶斯更新之后，虽然土体参数的不确定性明显降低，但是边坡失效概率受外界气温、 监测点位置及数据量值的影响会增大。

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随着计算机可视化技术和数值分析方法的快速发展，三维地质建模和有限元技术在岩土工程和城市防灾减灾领域应用越来越广泛。但目前对两者间有效衔接的研究还明显不足，导致了许多重复性工作和较低的工作效率。针对这一问题，提出了一种基于三维地勘数据平台的快速有限元建模方法。利用 Python 语言及其 Mayavi 库开发了基于有限个钻孔的可视化平台，应用两种互补的空间插值法—反距离加权插值法(IDW)和克里格空间插值法(Kriging)实现地层分界面模拟，并进行层间拓扑关系分析优化。重点引入虚拟钻孔概念，提出将三维地层模型截取地块信息转化为有限元软件内置命令文件的衔接方法。以 Plaxis 3D 为例，实现同一大型场地不同地块的快速有限元建模和分析，为未来大规模岩土工程建设和城市防灾减灾的相关分析提供借鉴。

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基于室内直剪试验，得到不同含水率下花岗岩残积土的强度参数，并采用有限差分软件研究了花岗岩残积土边坡在不同含水率(13%、17%、21%、25%)和地震加速度峰值(0.05g、0.1g、0.2g、0.4g)下的位移场、加速度场和锚杆轴力变化规律。结果表明：在 EL 波作用下，边坡水平位移主要集中在残积土层内。含水率越高、地震峰值加速度越大，同一位置处坡体水平位移越大；PGA 放大系数随着坡高的增加而增大，且表现为趋表放大效应。含水率越高、地震峰值加速度越小，同一位置处 PGA 放大系数越大；预应力锚杆最大轴力位于锚头处，且轴力沿自由段变化较小，而在内锚段由始端向末端逐渐减小。含水率越高、地震峰值加速度越大，同一位置处锚杆轴力越大。当地震加速度峰值较小时(PGA=0.05g)，坡脚处锚杆轴力最大，当地震加速度峰值较大时(PGA=0.4g)，坡顶处锚杆轴力最大。

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微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术在土体改良方面具有良好的应用前景，同时兼顾了生态环境效益。为了对 MICP 固砂过程进行实时监测，提出将高密度电阻率层析成像技术(ERT)与 MICP 相结合的方法，通过开展相应的室内试验，验证方法的可行性。试验过程中，将石英砂填入高度 60 mm、直径 176 mm 的圆柱模具，并在四周设计了 16 个电极，采用喷洒工艺在砂土表面限定区域进行了三轮 MICP 处理，利用自主研发的 ERT 系统对不同处理阶段的试样进行了电阻率测试，对比分析了 MICP 处理过程中试样内部电性参数的空间变化规律。结果表明：(1) MICP 处理过程中，处理区域呈现低电阻率特征，低电阻区的范围与电阻率大小主要与菌液和胶结液在砂土介质中的入渗扩散过程有关。(2)对 MICP 固化砂样进行洗盐风干后，之前处理区域由低电阻区转变为高电阻区，主要是因为微生物诱导生成的碳酸钙胶结作用导致砂土介质的密实度增大。(3)利用 ERT 技术可以有效追踪 MICP 处理过程中砂土内部电阻异常区的形成与扩展，并与 MICP 固砂过程与固化效果建立联系，说明采用 ERT 技术监测 MICP 固砂过程具有可行性，为研究 MICP 固砂机制和评价固化效果提供了新的技术思路。

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我国正在推进天然气水合物开发的产业化进程，海域水合物大规模开采可能影响临近深水设施的基础承载性能，进而诱发工程事故和环境风险。采用室内缩尺物理模型试验，模拟海域水合物的开采分解以及临近锚板基础的承载性能变化过程，测试了基础在不同水合物分解程度下的抗拔性能。试验结果表明，邻近锚板基础的抗拔性能在水合物分解过程中变化显著，随着分解阵面的扩展，分解程度提高，基础的抗拔承载力急剧降低；水合物完全分解后抗拔力下降为未分解时的 2.89‰，水合物分解中抗拔力折减程度与分解锋面相对距离之间拟合呈现正相关函数关系，拉拔破坏由脆性转为塑性破坏。

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为研究水泥材料中的主要组成成分—水化硅酸钙，采用基于 Tobermorite 模型的建模方法，构造了钙硅比为 1.67、密度为 2.4 g/cm3 的水化硅酸钙(C-S-H)分子模型，使用分子动力学模拟方法获得水化硅酸钙在不同温度下的拉伸和压缩的力学性能。重点比较分析 C-S-H 在不同温度下的拉伸和压缩应力—应变曲线、峰值应力、杨氏模量。 结果表明：随着温度的升高，C-S-H 拉伸和压缩时的峰值应力以及杨氏模量都显著下降；C-S-H 压缩时的峰值应力明显大于拉伸时的峰值应力；随着温度的升高，水化硅酸钙 Z 方向的拉伸破环形式由塑性破坏转变为脆性破坏。

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为研究海底盾构隧道中浆液与围岩及管片的相互作用特性，以厦门地铁 2 号线海底盾构段为工程背景，采用数值模拟方法和现场实测方法，分析注浆的浆液凝固过程，重点研究浆液的抗压强度、刚度、收缩、蠕变等特性对隧道力学和变形的影响特征，以及不同地层分布、不同隧道埋深下的管片受力特征，并采用流固耦合研究海水位变化对管片受力的影响。计算研究表明：注浆材料的刚度比 E₁/E₂₈对管片最终轴力和围岩压力影响小，变化幅度不超过 0.885%，对地层变形影响相对较大，可通过添加剂调节凝结时间，尽量让浆液早一些凝固硬化；最终收缩应变增大， 隧道内力和外侧压力降低，地层沉降增大，建议采用泌水率低的浆液，且其收缩值需控制在较小的范围内；蠕变参数取值对管片轴力影响较小，变化幅度最大不超过 1.35%；收缩参数主要考虑注浆材料后期的凝固收缩，蠕变则主要考虑注浆材料前期的蠕变收缩；地层变化及隧道埋深变化对隧道管片受力影响显著，隧道拱顶若软土较厚，则不易形成有效压力拱，导致围岩压力荷载较大；半日潮对地层变形、管片受力的影响不大，总体发展趋势与静水位条件下相似。最后，监测结果表明，数值模拟与实测的管片水土压力时程变化规律基本一致。

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波浪荷载是跨海桥梁基础的主要环境荷载之一。为了探究大尺度桥梁基础上各类波浪荷载计算方法的差异，分别采用了当前研究中较常用的 Morison 方程、规范、基于边界元法的三维绕射理论和基于 Navier?Stokes 方程的 CFD 方法计算了某跨海桥梁大尺度圆端型沉井基础在规则波作用下的波浪荷载，研究了不同结构相对尺度对各方法计算结果的影响，并重点比较分析了后两种数值方法的三维流场分布，三维压力场分布，以及非线性二阶力效应的影响。结果表明，在结构相对尺度为 0.2 左右时，上述方法的计算结果接近，随着结构相对尺度的增加，边界元与 CFD 方法依然吻合较好，规范方法给出了较为保守的波浪荷载，Morison 方程可能高估了波浪拖曳力的贡献。边界元与 CFD 方法计算得到的速度场与压力场结果整体趋势一致，但在沉井前端自由液面与物面，沉井侧面的波谷等局部区域会产生明显差异，这可能是由于二者考虑绕射效应与黏性效应的理论不同。在边界元方法中考虑非线性二阶力效应会使其波浪荷载结果小幅度增大，并在频谱中增加差频二阶力及和频二阶力成分，考虑非线性二阶力效应后，边界元与 CFD 方法的频谱曲线更加吻合，边界元方法能更精确地计算波浪荷载。边界元与 CFD 方法均能合理地给出大尺度结构物波浪荷载结果，研究结论可为跨海桥梁工程波浪荷载的准确计算提供了依据。

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为研究地震作用下地裂缝场地的破坏特征和损伤变化规律，以西安 f4 地裂缝场地为背景，进行振动台模型试验。基于希尔伯特边际谱理论，通过土体内部实测数据对地裂缝场地损伤过程进行分析。结果表明：(1)地震作用下，地裂缝场地上、下盘土体变形不一致导致主裂缝两侧产生张拉应力，使得主裂缝不断开裂、扩展，破裂面为锯齿状，且上盘区域产生的次生裂缝更多；(2)损伤指数的发展规律与试验现象较为吻合，说明此损伤量化方法适用于评价地裂缝场地在地震作用下的损伤特征；(3)地表各测点的损伤指数和峰值加速度分布规律表现出较高的一致性，均在靠近地裂缝处达到最大，随着与地裂缝距离的增大而递减，表现出“上、下盘效应”，土体的损伤状况与输入峰值加速度、土层类别等因素有关。

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土拱效应是桩土作用理论研究的重要依据，但由于对不同截面形式抗滑桩的土拱效应作用机理研究较少，在抗滑桩设计中大多采用传统截面形式，考虑到传统矩形抗滑桩在形成土拱效应方面的不足，提出梯形截面优化抗滑桩截面形式。基于材料力学理论，利用轴向受压杆件的斜截面应力计算模型推导出梯形桩桩侧土拱拱脚受压区应力状态，并结合摩尔—库伦强度准则得出梯形桩桩侧极限承载力，通过算例对比分析梯形与矩形桩桩侧土拱极限承载力，结合数值模拟分析验证理论与计算结果。研究结果表明：梯形截面桩桩侧极限承载力相较于矩形截面有较为明显的提升，最大约为矩形桩的 2.5 倍；相同条件下梯形截面桩桩间土位移与剪应变增量更小，应力集中现象更明显，梯形截面桩对土拱效应的形成与发展更有利。

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在众多诱发滑坡的因素中,人工削坡引发的边坡失稳现象十分普遍。采用布里渊光时域分析技术(以下简称BOTDA 技术),通过模型试验和数值模拟分析,对削坡作用下的边坡变形机理及其演化过程进行了研究。由于传感光缆与土体之间的耦合性直接影响着监测结果的准确性,首先通过不同围压作用下的拉拔试验,掌握了传感光缆与土体耦合变形关系。然后,设计了坡顶加载试验模型,通过在水平向和竖直向植入传感光缆,实现对边坡模型在削坡作用下土体内部变形场的分布式监测。试验结果表明:水平和竖直向传感光缆监测到的应变异常区域与潜在滑动面位置相吻合,并被数值模拟所证实;在 BOTDA 监测数据的基础上提出了边坡模型水平特征最大应变值与安全系数之间的经验公式,对削坡作用下的边坡稳定性状态进行了评价,进而可对边坡失稳做出预警。

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为改善普通填充墙(板)结构的抗震性能，基于黏弹性阻尼器的原理和构造，提出一种构造简单、减震机理明确、具有自主知识产权的新型减震填充墙(板)。本文介绍减震填充墙(板)的构造及工作原理；给出适合构筑减震层的材料及其滞回性能；对减震填充墙(板)单元、带减震填充墙(板)平面框架进行性能试验，揭示减震填充墙(板) 通过相邻砌体(墙板)单元间的相对运动迫使减震层发生剪切滞回变形、耗散地震输入能量的减震机理，建立减震填充墙(板)平面内“双斜撑”力学模型；通过带减震填充墙(板)三维框架的动力时程分析，验证地震下减震填充墙 (板)可通过削减墙体自身对主体结构的刚度效应，显著降低对主体结构动力特性及抗震性能的影响，保护墙体不破坏的有效性；对减震填充墙(板)的平面外性能进行试验及分析，揭示减震填充墙(板)“拱承载机制”的平面外工作机理及“四铰拱”的破坏模式；介绍减震填充墙(板)在楼梯间、(震损)加固建筑等应用场景中的原理及构造；给出减震填充墙(板)今后研究的问题及方向。

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受“5·12”汶川大地震对地表强烈扰动影响，汶川县近年来山洪灾害频发，对当地村镇房屋造成了严重破坏。 汶川县 2019 年和 2020 年连续两年发生了“8·20”和“8·17”群发性特大山洪灾害，以两场山洪灾害中部分受损村镇建筑为研究对象，通过灾情数据挖掘和典型案例分析，总结了不同结构类型建筑破坏特征、沿河建筑破坏程度空间差异性和建筑遮掩效应等破坏特点以及冲击、冲刷、淤埋、浸泡等破坏方式。根据调研分析，结合山洪破坏特征，对现有建筑破坏等级标准进行改进，提出了山洪灾害下村镇建筑破坏分级标准。应用随机森林算法和统计分析方法， 从水深暴露性、选址暴露性、物理脆弱性等方面综合分析了建筑洪灾破坏的主要影响因素及其作用关系。最后基于建筑受灾破坏情况分析，提出了提高山区村镇建筑防洪减灾能力的对策和建议。

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为详细调查拟建川藏铁路沿线帕隆藏布流域冰碛物的物理力学特征，评估冰碛物作为地质灾害物源和工程地基的稳定性，选取帕隆藏布流域32处典型冰碛物为研究对象，通过开展天然密度、含水率、颗分、大型直剪、三轴剪切、膨胀性、渗透性等原位试验和室内测试，结合现场剖面测绘等调查手段，总结了冰碛物的分布与沉积特征和物理力学参数特征，统计了不同参数间的相关性。结果表明：冰碛物物理力学参数与含水率、孔隙比及粘粒含量密切相关，其中天然密度和压缩模量均与孔隙比呈线性负相关，而垂直渗透系数和自由膨胀率与粘粒含量呈二次方关系，抗剪及抗压强度与孔隙比和含水率呈二元函数关系。通过分析冰碛物在三种不同沉积部位(现代冰舌前缘、冰川谷中游、沟口主河岸坡)的起动方式，初步探讨了冰碛体的稳定性及其在川藏铁路、川藏高速公路等重大工程中的不同应用对策(桥隧绕避、工程边坡、路堑或地基等)。

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隔震措施可以使上部结构在罕遇地震下处于弹性或轻微弹塑性状态,从而有效保护设防烈度下结构地震安全。但是，由于地震发生、强度和特性的不确定性，在设计基准期内结构也可能遭受极罕遇地震的作用，基于“大震不倒”设计的隔震结构在罕遇地震及极罕遇地震作用下隔震支座变形和结构整体抗倾覆安全以及实现抗极罕遇地震的能力和代价需要特别研究。本文通过弹塑性时程分析，比较三种不同高度的隔震结构层间位移角、叠层橡胶隔震支座位移及结构倾覆力矩，分析结构在极罕遇地震下隔震层（也即叠层橡胶支座）位移超限和整体倾覆的主要失效模式。结果表明：极罕遇地震下，基于“大震不倒”设计的隔震结构支座位移可能会超出限值，层间位移角和结构倾覆力矩通常可以满足要求。隔震支座尺寸适当增大、相应极限变形能力提高，能够控制极罕遇地震下结构隔震层变形破坏，但上部结构隔震效果有所下降；适当减小上部结构高宽比能够控制极罕遇地震下隔震结构、尤其高层隔震结构的整体倾覆破坏。因此，兼顾安全性和经济性，有效增大隔震支座极限位移、适当减小高层隔震结构高宽比，实现隔震建筑抗极罕遇地震能力，是付出代价不大、经济适用的一条有效途径。

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2019 年 9 月 14 日，甘肃省定西市通渭县发生大型黄土滑坡。通过对该黄土滑坡的现场调查和无人机航测，查明了孕育滑坡的地形地貌、水文地质等条件，对滑坡体的形态特征、结构特征和运动模式进行深入研究，揭示了常家河滑坡的致灾机理。运用高密度电法对滑坡体进行探测，探明滑坡区域的地层结构、滑体厚度、地下水分布及空间展布情况。结合有限元法和严格的极限平衡法计算坡体的稳定性，得到降雨条件下滑坡坡体的最大剪应变区域分布及斜坡稳定性随着降雨持时的变化规律。研究结果表明：(1)通渭滑坡整体形态呈圈椅状，分为 3 个典型破坏区域，形成大量垂直陡坎，黄土滑动厚度约为 8~50 m；(2)通渭滑坡属“牵引?推移”式顺层滑坡，运动方式为“坡脚失稳牵引?中部受阻滑移?后部失稳推移”；(3)地下水多为裂隙岩溶水，地层结构不明显，早期地震等地质构造活动对地层形状影响较大；(4)黄土斜坡稳定性受降雨持时影响持续降低，斜坡最大剪应变区域多分布于斜坡中上部， 且从泥岩接触面向坡面发展；(5)降雨是触发通渭滑坡的最直接因素，冲沟发育、河流侵蚀与农业生产活动是重要的孕灾条件。

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为显著提高强震区高墩桥梁结构的抗震性能，基于可恢复功能抗震设计原理，提出钢管混凝土柱?软钢消能元件组合箱形截面高墩桥梁的设计概念。以山区某常规RC箱形截面高墩连续刚构桥为工程背景，进行新型组合截面高墩桥梁试设计；分析了新型组合截面高墩桥梁在作用基本组合下的静力性能和地震组合下的抗震性能，并对比分析了其与常规RC箱形截面高墩桥梁在E2地震作用下的抗震性能。结果表明：①作用基本组合下，新型组合截面高墩桥梁能够很好地满足结构承载力和稳定性要求；②在E2地震作用下，常规RC箱形截面高墩桥梁出现中等程度的破坏，而新型组合截面高墩桥梁仅有可更换的软钢消能元件发生塑性变形，表明其具有地震可恢复性；③在E2地震作用下，新型组合截面高墩桥梁的地震位移反应明显小于常规RC箱形截面高墩桥梁的地震位移反应。

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采用三维非连续变形分析(3D DDA)方法输出滚石动能和运动轨迹,其结果与现有室内实验和数值模拟方法进行比较,验证了 3D DDA 方法的准确性。通过分析滚石平台对不同坡高、不同坡角、不同折点位置的岩质边坡滚石动能、运动轨迹的影响,研究了滚石平台对滚石运动的影响规律。最后,以西藏高原朗村复杂坡形岩质边坡为工程背景,分析了坡底平台对滚石灾害的防护作用。结果表明:滚石平台可降低滚石动能,改变滚石运动轨迹,减小滚石对坡底防护结构或交通线路等结构物的冲击作用。同时,给出不同边坡特征下滚石运动及相应的平台设计宽度总体规律,为滚石平台设计提供依据。

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提出了考虑软土蠕变效应的路基沉降有限元反演分析方法，通过Matlab语言将Abaqus有限元分析软件嵌入改进的鲸鱼算法中，实现了软土地层计算参数快速而又准确的获取。并采用修正的Drucker?Prager屈服准则模型与“时间硬化”蠕变法则耦合模型模拟考虑蠕变效应的路基土体的沉降变形情况。为了验证该方法的可靠性，构建了某跨越软土地区的高速公路路基有限元反演模型，模拟了整个施工期内路基的变形情况，结果表明，反演分析得到的路基变形情况与实测值有较高的一致性。另外，利用反演分析得到的计算参数预测了工后10年的路基与路面的沉降情况，为该公路的运行与管理提供很好的理论指导。

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为探究金塘海峡各类海洋土的动剪切模量G与阻尼比λ特征，对金塘海峡四个钻孔不同埋深的各类原状海洋土进行了系列室内共振柱试验，试验结果表明：(1) 各类海洋土均呈现出“低剪切模量，高阻尼比”的强非线性与滞后性特性；各类海洋土的最大动剪切模量G_max均随埋深的增加而增大，且粉质黏土、粉土、粉质黏土混粉砂、粉砂的G_max随埋深的增长速率依次减慢。(2) 随着埋深的增加，各类海洋土的G/G_max — γ曲线移向右上侧，非线性特性减弱；相反，λ — γ曲线移向右下侧，土体的滞后性减弱。(3) 给出了金塘海峡各类海洋土G/G_max — γ和λ — γ曲线随埋深变化的参数值。

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在日本阪神地震中遭受地震破坏的地铁地下结构中，仅大开车站中标准段一处区域发生了完全塌毁，其它地铁车站、隧道的震害程度均相对其要轻微。利用能够合理模拟地下框架结构损伤破坏的数值分析模型，对大开车站标准段、中央大厅段以及区间隧道结构的地震破坏反应进行了数值模拟分析，探讨了造成上述现象的原因。结果表明：不同断面宽度以及埋深导致大开车站标准段、中央大厅段以及区间隧道结构所受的上覆土压不同，使三者立柱在地震作用中处于不同的轴压比状态下工作，并使得三者不同刚度的结构框架在地震作用中出现不同程度的损伤与刚度退化，继而导致三者立柱出现了不同程度的水平相对变形。最终大开站标准段立柱由于较高的轴压比下受到过量的水平相对变形而发生破坏，从而导致整体框架结构的严重破坏；其余二者则由于立柱处于较低的轴压比下，所受水平相对变形处于立柱变形能力范围内，而未发生立柱破坏，进而使得整体框架保持了承载能力。

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采用极大似然法对确定性剪切波速液化判别模型进行了标定，在此基础上提出了基于剪切波速的土体液化概率判别模型。结果表明，由对数正态分布、正态分布、最小耿贝尔分布以及最大耿贝尔分布获得的液化判别曲线在液化概率为5%和15%时有一定差异，在液化概率为35%时区别不大。根据贝叶斯信息准则，由最小耿贝尔模型标定的模型修正系数与液化案例数据库符合程度最好。Andrus和Stokoe液化模型修正系数的均值为0.879，说明该模型获得的安全系数从平均意义上小于真实安全系数；变异系数为0.387，表明该模型具有一定程度的模型不确定性。本文所建立概率模型的液化判别曲线与文献中基于贝叶斯映射函数获得的液化判别曲线较为一致，与文献基于逻辑回归方法获得的液化判别曲线在高循环应力比区域有较大差异。

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土体非线性性能对地表地震动的影响主要体现在其频谱成分和强度的改变上。采用修正Matasovic本构模型描述土的动力非线性特性，利用专业软件DeepSoil对深厚场地的50个钻孔剖面土柱模型进行了场地地震反应分析。采用加速度反应谱卓越周期T_p、平均谱周期T_avg及加速度傅氏谱平均周期T_m表征地表地震动频谱特性；以Arias强度I_a和地表峰值加速度PGA表征地表地震动强度。结果表明：(1) 特定场地条件下，T_p不能反映土体非线性对地震动从基岩传播至地表时频谱成分变化的影响；T_avg和T_m在表征地震动频谱成分特性时具有较高的一致性；(2) 基岩地震动高频丰富时，T_avg和T_m随着基岩地震动峰值加速度的增大而呈现出线性增长的趋势；而基岩地震动低频较发育时，T_avg和T_m的增长趋势线存在明显的拐点；（3）PGA与I_a值随基岩地震动峰值加速度的增大呈现出基本一致的非线性增长趋势，且其离散性均随基岩峰值加速度的增大而增大。

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九寨沟“8·8”地震后发育大量的土质斜坡崩滑灾害,这一类型的崩滑斜坡坡体较为破碎,厚度较小。传统的传递系数法计算模型应用于这类崩滑斜坡稳定性计算时,存在将边坡整体计算及不能反映局部崩滑稳定性的问题。将崩滑斜坡破碎程度分为:极度破碎、高度破碎、中度破碎、轻度破碎以及不破碎,基于传递系数法,考虑了坡体的 5种破碎程度,对滑坡稳定性系数以及推力大小计算模型进行改进。并以九寨沟县热西寨老电站对面崩滑为例,对比了两种计算方法的结果。结果表明:分块差异稳定性计算模型比传统计算方法得出来的数值更符合实际情况,即分块法计算每个滑块稳定性存在差异,有的在极端工况下处于欠稳定,有的处于不稳定状态。基于分块法差异计算结果,得出了崩滑斜坡的分块防治模式。

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为了探究土?结构相互作用（SSI）对隔震的核电站安全壳在地震作用下隔震效果的影响，以及在此基础上对隔震支座数量设置的优化，选取CPR1000建立三维有限元模型，采用0.4g的LBNS地震波作用，通过ABAQUS有限元分析软件模拟计算在不同情况下,考虑SSI效应、不考虑SSI效应、隔震、非隔震，以及不同数量设置的铅芯橡胶隔震支座下的安全壳的地震加速度、位移响应。结果表明，对于非隔震安全壳，考虑SSI效应后最大加速度响应下降44.39%，最大位移响应增大了27.03%;而对于隔震结构，SSI效应影响相对较小，最大加速度及位移响应的变化分别为3.17%和10.73%。但在考虑位移响应下，SSI效应仍不可忽视。随着隔震支座设置数量增大，隔震层的刚度和阻尼增大，在考虑SSI效应下，安全壳的最大加速度响应近线性缓慢增大。而最大位移响应在数量100~300阶段迅速减小，在数量300~600阶段减速则趋于平缓。在数量达到300后，继续增加数量位移减小效果不明显，而加速度将有所增加。因此选取300作为较优的隔震支座数量设置。

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为计算岩溶区路基极限承载力，根据上、下限定理，结合有限元方法，基于MATLAB平台编制了相关计算程序。采用修正的Hoek?Brown准则来描述岩体的非线性特点，并将其嵌入到计算程序中。在此基础上，用无量纲参数N_σ、η衡量单个溶洞对路基承载力的影响，并详细分析了各参数的影响。结果表明：N_σ随着D/L（厚跨比）、GSI（地质强度指标）的增大而非线性增大，随H/L（高跨比）的增大而减小，与m_i大致成线性关系；当D/L较小时，η随α（旋转角度）的增大先增大后减小；当D/L较大时，α对η的影响不大；岩石的物理力学参数GSI、m_i、γ对η的影响可忽略不计。极限破坏模式可分为顶板冲切破坏、顶板冲切和侧壁联合破坏、顶板冒落和侧壁联合破坏。将条形基础作用在岩层的承载力的结果与已有成果进行对比，误差在3%以内，验证了本文所提方法的正确性。同时，为便于实际工程设计，提供了具体的设计表格，基本能满足大部分工程需求。

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为了研究含软弱夹层场地中埋地管道的地震反应特性，基于管土接触模型，运用ADINA软件，采用非线性分析，研究埋深、厚度和倾角等因素对含软弱夹层场地中埋地管道地震反应的影响规律。结果表明：软弱夹层各因素对埋地管道地震动力响应产生影响不同，一定厚度和埋深条件下，软弱夹层具有隔震作用，当软弱夹层的存在增大其场地不均匀程度，则会对埋地管道地震动响应具有非常不利的影响；管道有效应力和位移随着软弱夹层厚度的增大而减小，当厚度达到一定值时，软弱夹层起到一定的缓冲作用；管道有效应力和位移随着软弱夹层埋深的增大而减小，但影响程度小于夹层厚度所产生的；软弱夹层因倾角变大增大了场地不均匀程度，导致管道有效应力和位移变大。

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为了探讨地下连续墙黏性土夹砂层泥浆槽壁局部稳定性问题，建立稳定性分析力学模型，对槽壁夹砂层土体单元应力状态进行分析。基于朗肯极限平衡原理，提出泥浆槽壁局部稳定性系数计算方法。通过算例分析可知：（1）开挖将导致槽壁夹砂层土体单元产生负孔隙水压力，局部稳定性系数将会随负孔隙水压力的消散逐渐降低。（2）局部稳定性系数随相关因素的变化规律：地面超载每增大10 kPa，稳定性系数降低7%左右；泥浆重度每增大0.5 kN/m³，稳定性系数提高13%左右；有效内摩擦角每增大3°，稳定性系数提高11.5%左右；局部稳定性系数随地下水位埋深的增大而增大，但增幅逐渐减小；随泥浆液面深度的增大而减小，且降幅逐渐增大。

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复杂环境下深基坑钢筋混凝土支撑梁的安全、高效拆除是城市建设过程中极为关键的环节。基于箍筋对支撑梁侧向约束作用�