期刊,科学技术与工程 2024年卷34期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

科学技术与工程

主　　编：明廷华

出版周期：旬刊

国际刊号：1671-1815

电子邮箱：ste@periodicals.net.cn

电　　话：010-62103284

邮政编码：100081

地　　址：北京市海淀区学院南路86号

科学技术与工程/Journal Science Technology and Engineering北大核心CSTPCD

查看更多>>本刊向社会介绍科技界、工程界进展情况和为科学家、工程技术专家开展学术交流服务的一份学术性、知识性和动态性杂志。主要内容包括科学技术发展前景和重大建设工程进展情况，科学技术与工程方面的新成果、新知识、科技界和工程界的热点问题等。适合科技工作者、工程技术专家、领导同志、管理干部和图书资料馆（室）订阅。

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干密度对砂岩土水特征曲线影响及微观机理

杨昕颜梦秋郑嘉男

14772-14777页

查看更多>>摘要：中国广泛分布砂岩地层,其水力特性影响工程稳定性.干密度是土水特征曲线的重要影响因素,但其对砂岩土水特征曲线的影响机制尚不明确.为了探究不同干密度砂岩土水特征曲线及其微观特性,采用压力板仪开展了不同干密度砂岩土水特征试验,提出了考虑干密度的砂岩土水特征曲线模型,同时,基于扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和压汞测试分析了不同干密度砂岩微观特性,揭示了干密度对砂岩土水特征曲线影响的微观机理.研究表明:干密度越大,砂岩持水能力越强;干密度对砂岩进气值和残余饱和度均有影响,且砂岩进气值随着干密度的增大呈近似线性增长;不同干密度砂岩孔径分布均为单峰形态,随着干密度的增大,砂岩峰值孔隙半径逐渐减小;干密度较高的砂岩,颗粒排列紧密,孔隙半径较小,主要以中等和小孔隙为主,而干密度较低的砂岩,颗粒排列松散,孔隙半径大,包括大小不等的孔隙.研究可为非饱和砂岩工程安全提供一定的参考.

关键词：

干密度砂岩土水特征曲线微观机理

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季节冻土区黄土湿陷变形及微观机理

高英马艳霞杨丰华李华...

14778-14786页

查看更多>>摘要：黄土地区受季节性气候变化和昼夜交替引起冻融循环效应,导致黄土的结构和物理性质发生变化,从而影响黄土的湿陷变形特性.通过室内湿陷试验和微观结构试验,分析了冻结温度对微观结构损伤规律与宏观湿陷变形的响应是否一致.研究结果表明:控制水分场不变情况下,发现不同冻结温度在相同冻融次数条件下,湿陷变形量随冻结温度的降低逐渐减小,说明冻结温度决定冻结速率,冻结速率的快慢变化影响黄土湿陷量的大小;通过对冻融循环10次黄土进行微观结构试验,定性分析发现随冻结温度的降低,土体内部水分发生水-冰循环相变及冷生结构的生成,使土团粒之间胶结力弱化,骨架颗粒发生偏转、滑移,土体内部的颗粒形态、连接方式及分布排列方式均发生变化并形成新的稳定结构;定量分析发现概率熵、平均形状系数、分布分维、孔隙面积比例及孔径变化范围均呈现出规律性变化与定性分析结果一致.由此表明土体内部团粒、孔隙结构的变化规律印证了冻结温度的降低与黄土表现的宏观湿陷变形量逐渐减小的变化规律具有相关性.

关键词：

黄土冻结温度湿陷变形微观结构

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季冻区石灰改良黏性土路基的耐久性

王永辉杨超越王延宁

14787-14795页

查看更多>>摘要：石灰稳定黏性土是一种应用广泛的路基土改良材料,然而其在季冻区应用时的耐久性评价一直被长期忽视,这对于路基工程的长期稳定具有重要意义.通过对沧州市石港铁路客运专线路基土进行回弹模量和无侧限抗压强度试验,对石灰稳定黏性土的水分及耐久性评价进行了研究总结.水分是影响土壤工程性能的重要因素之一,分别考虑测试样品在最佳含水量、干燥状态和湿状态三种含水量下开展试验研究.结果表明,水分对石灰处理土壤回弹模量和无侧限抗压强度值的影响小于未处理土壤,石灰处理后的回弹模量和无侧限抗压强度值随石灰剂量的增加而增加.耐久性研究是样品在最佳含水量下制备,并在受控环境室中进行10、20次冻融(F-T)循环后进行测试.将F-T损伤样品回弹模量和无侧限抗压强度结果与无F-T损伤样品进行比较.经过20次F-T循环后,未处理土的弹性模量显著降低(＞80％).由于F-T作用,石灰改良土的回弹模量值降低不到35％,因此表现出比未经处理土壤更小的破坏.此外,还在实验室中模拟了现场饱和状态,以观察路面在使用寿命期间的最恶劣润湿状况.未经处理的浸湿样品会完全坍塌,石灰改良土则保持完整性,经过浸泡其模量值没有明显变化.

关键词：

石灰改良黏性土回弹模量无侧限抗压强度耐久性评价路基工程

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基于DIC聚丙烯腈纤维的混凝土断裂性能研究与数值分析

陈辰王海龙曲广雷李田园...

14796-14805页

查看更多>>摘要：为改善C60混凝土的断裂韧性,探究聚丙烯腈纤维对C60混凝土力学性能的影响规律.在7d、28d抗压强度和劈裂抗拉强度的基础上,采用数字图像相关方法进行三点弯曲断裂性能试验.基于双K断裂理论分析了不同聚丙烯腈纤维掺量(0.6、0.9、1.2 kg/m3)对C60混凝土起裂韧度和失稳断裂韧度的影响规律.此外,基于扩展有限元法通过Abaqus软件建立了基于能量的线性软化损伤模型,模拟了混凝土梁三点弯曲断裂以及裂缝损伤演化过程.研究结果表明:3种掺量的聚丙烯腈纤维对C60混凝土劈裂抗拉强度均有显著提高趋势,提升幅度分别为33.36％、37.90％、25.28％,而对抗压强度影响并不显著,在掺量较小时抗压强度有小幅提升;基于双K断裂理论,三种纤维掺量对起裂韧度的提升幅度分别为24.23％、70.59％、25.96％,对失稳断裂韧度的提升幅度分别为5.81％、55.93％、13.59％,试验确定聚丙烯腈纤维最佳掺量为0.9 kg/m3;聚丙烯腈纤维在混凝土基体开裂过程中逐渐承担荷载,改变了裂缝形貌与演化趋势,使裂缝从主裂缝发展出多条细小裂缝,提高了裂缝发展的复杂程度;通过扩展有限元数值模拟得到的荷载-裂缝张开口位移曲线与试验结果吻合度较高,可以较好地表征聚丙烯腈纤维混凝土的断裂过程和裂缝演化趋势.研究成果为高性能混凝土增强增韧理论、方法与工程应用提供参考和依据.

关键词：

聚丙烯腈纤维数字图像相关三点弯曲试验断裂韧度扩展有限元

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引水隧洞不同结构段缺陷分布特征与受力机理

杨立一王皓冉谢辉李晓宁...

14806-14812页

查看更多>>摘要：引水隧洞水平段与斜井段在不同受力条件下衬砌表观缺陷特征差异较大,针对隧洞不同结构段应力特征影响缺陷分布的问题,采用智能机器人搭载三维激光扫描仪对隧洞表观缺陷进行数据采集.基于不同结构段巡检数据的特征与规律,研究隧洞上平段与斜井段产生缺陷的受力机理,并利用有限元软件建立隧洞三维模型,分析上平段与斜井段的应力变形特征.结果表明:引水隧洞上平段存在的缺陷数量明显多于斜井段,缺陷主要分布在拱顶部位;当围岩测压力系数＜1/3,上平段衬砌结构顶部出现应力大于拱腰与拱底,而斜井段由于倾斜角度引起围岩压力分量的产生,其斜井壁面的应力小于上平段;通过数值模拟可知隧洞顶部沉降明显,且上平段受围岩扰动产生压力差的变化更大,这与巡检结果机理分析的吻合度较好.

关键词：

引水隧洞斜井段表观缺陷受力机理

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基于SSA-LSTM的土石坝浸润线预测模型

刘振宇傅蜀燕赵定柱王奎...

14813-14820页

查看更多>>摘要：浸润线的异常分布对土石坝的稳定性和安全性构成严重威胁.因此,准确预测浸润线成为土石坝安全监控的核心任务.然而,测压管监测数据存在非线性和非平稳性问题,这使得浸润线的预测模型容易出现过拟合,进而影响预测精度.为了解决这一问题,提出了一种基于SSA-LSTM模型的浸润线预测方法.该方法结合了麻雀搜索算法(sparrow search algo-rithm,SSA)和长短期神经网络(long-short-term neural Network,LSTM),通过优化模型的初始学习率和正则化参数,使输入数据与网络结构更好地匹配,从而提高预测精度.通过决定系数(R2)、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)三个定量评价指标对模型预测结果进行了评估.结果表明,与传统的LSTM等模型相比,SSA-LSTM模型的预测精度有了显著提高,为土石坝的浸润线预测提供了有价值的参考.

关键词：

土石坝预测模型浸润线麻雀搜索法长短期神经网络

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变轨距高速列车轮-轴-轨多体接触分析

周诣马贺闫硕张军...

14821-14829页

查看更多>>摘要：为研究跨国高速列车变轨距转向架不同位置的接触情况,建立了轮-轴-轨多体接触有限元模型,对比分析轨距、横移量及型面匹配对轮轴、轮轨接触斑与等效应力的影响.结果表明:变轨距转向架中的车轴在运营过程中会产生向上的弯曲,车轮和车轴间的接触面积沿轴向逐渐减小,轮轴间受力不均匀,横移量的改变会进一步影响这一现象;车轮和车轴在间隙配合下产生的轮轴等效应力值比传统转向架在过盈配合下产生的值大,且在轮座外侧端部产生应力集中,在检修维护中需重点关注;不同轮轨型面匹配中标准XP55与两种钢轨的匹配性能较好,为变轨距转向架车轮型面的选型提供参考.

关键词：

变轨距型面匹配多体接触横移量有限元分析

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考虑多种不确定性的城市轨道交通系统抗震韧性的定量评估

董正方李乐意王淼杜子轩...

14830-14838页

查看更多>>摘要：城市轨道交通系统作为城市中重要的生命线系统,其在地震中的损伤及震后的修复过程具有高度的不确定性,为了更合理地评估其抗震韧性,考虑多种不确定因素,基于"蒙特卡洛"模拟给出城市轨道交通系统抗震韧性定量评估框架.选用"阶梯型"的恢复路径,以网络服务效率指标表示系统的性能水平;以地震动预测方程为地震动输入依据来考虑地震动的空间差异性和不确定性;采用"蒙特卡洛"方法模拟了系统震后损伤及恢复过程,考虑了系统损伤及恢复过程的不确定性;基于"分布抽样"的方法考虑了修复时间的不确定性.以郑州市轨道交通网络作为典型案例,评估了其在8级地震下的抗震韧性,结果表明其抗震韧性服从均值为0.34,标准差为0.03的正态分布,震后总修复时间服从均值为276.86 d,标准差为21.05 d的正态分布.该研究可为城市轨道交通系统可恢复性评估提供参考.

关键词：

城市轨道交通系统地震灾害抗震韧性网络性能蒙特卡洛模拟

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基于DTW算法的沥青老化红外光谱相似度评价

侯德华张庆李忠玉BUSEL Aliaksel...

14839-14845页

查看更多>>摘要：为了优化沥青老化特征的快速评价方法与效率,基于动态时间规整(dynamic time warping,DTW)算法优化不同老化程度的沥青红外光谱信息评价方法,提出了老化沥青光谱信息相似度SIS评价指标.研究表明,基于DTW算法的最小规整距离可以体现老化沥青中所有化学组成结构累计变化信息量,进而表明沥青的热氧老化程度.沥青相似度(spectral information similarity,SIS)与主要特征峰(亚砜基、羰基)的相关系数不低于0.954 4,与沥青的老化程度具有很强的相关性;并且相对于单一组分特征评价指标,SIS指标的离散系数可以降低92％,显著降低红外光谱规律评价结果的误判概率.说明通过与单一组分的定性评价结合使用,SIS指标可作为评价沥青老化程度的判别依据,且该评价方法也可为光谱信息的相似性鉴别与归类研究提供参考与借鉴.

关键词：

老化沥青DTW算法红外光谱相似度综合评价

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沥青混合料生产过程中钢渣集料的开裂机理

冯明杰马洪福张红兵孔垂元...

14846-14853页

查看更多>>摘要：沥青混合料生产过程中,集料在滚筒中被短时间高温加热,由于钢渣集料内部组成的非均质性,可能存在开裂风险.采用A、B、C 3种钢厂的钢渣集料在(200～800 ℃)多个温度梯度条件下进行高温开裂试验,对比分析钢渣集料的开裂情况,并从钢渣不同物相高温下产生的溢出气体、热膨胀系数差异及材料内部孔隙度3个因素入手,通过X射线荧光光谱分析(X-ray fluorescence,XRF)、X 射线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)、热重-红外光谱联用分析(thermogravimetric analysis-fourier transform infrared spectroscopy,TGA-FTIR)、扫描电子显微镜微观分析(scanning electron microscopy,SEM)、体式显微镜结合开源计算机视觉库(open source computer vision library,OpenCV)图像处理分析等多分析手段对钢渣开裂机理进行研究.结果表明:钢渣中存在方铁矿和Al3Mg2相,相比于其他硅酸盐矿物有较高的热膨胀系数,是导致钢渣开裂的主要原因;内部具有较高的孔隙度可以吸纳内部部分热应力,进而抑制钢渣高温开裂.因此应注意钢渣集料在耐高温领域应用时可能存在的风险.

关键词：

钢渣高温开裂机理热膨胀系数孔隙度

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