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期刊信息/Journal information
清华大学学报（自然科学版）
清华大学学报（自然科学版）

梁恩忠

月刊

1000-0054

xuebaost@tsinghua.edn.cn

010-62788108,62792976

100084

北京市海淀区清华园清华大学

清华大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Tsinghua University(Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为科学技术综合性学术刊物。反映清华大学自然科学与技术领域基础研究和实验研究方面的科研成果，推动国内外学术交流。主要栏目有工程力学、电机工程、机械工程、能源技术、信息科学、材料科学、基础理论等。主要读者对象是高等学校和科研单位的科研工作者、教师和研究生。
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收录年代

    基于大型振动台试验的拱式倒虹吸抗震性能

    吴勇信罗宝鑫张文全廖意辉...
    1193-1202页
    查看更多>>摘要：为研究拱式倒虹吸结构在地震动作用下的动力响应,该文以滇中引水工程中的龙川江倒虹吸结构为原型,根据相似理论设计制作了缩尺比例为1:20的相似模型,通过改变结构的输水工况与地震动激励类型,深入分析结构自振特性、加速度和位移响应的变化情况.结果表明:随着上部水体质量增加,结构的加速度响应降低,位移响应影响较小,水体表现为对该结构抗震有利.在不同地震动作用下,结构动力响应差异明显,动力响应与输入的地震动频谱特性有关.研究成果可为相关倒虹吸工程的抗震设计提供参考.

    拱式倒虹吸振动台试验动力响应输水工况频谱特性

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    基于数值样本和随机森林分类器的岩爆风险快速预测代理模型

    王克忠谢添李梅张如九...
    1203-1214页
    查看更多>>摘要：该文依托滇中引水工程香炉山隧洞,开展深埋隧洞掘进过程中岩爆风险预测研究,提出基于数值样本和随机森林(random forest,RF)的岩爆风险快速预测代理模型.以地应力和围岩本构参数作为模型输入特征,以围岩最大弹性应变能密度作为输出特征,开展使用隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)掘进深埋隧洞过程中的多工况数值仿真,基于正交试验设计构建了 611组数值样本,并通过围岩能量演化分析和相关性分析,验证输入、输出参数的合理性.进一步以RF为基分类器,利用10折交叉验证优化超参数,建立了岩爆风险快速预测代理模型,并对比多种机器学习算法,验证所提代理模型的预测准确性和适用性.结果表明:所提方法具有良好的预测性能和泛化能力,测试集样本的预测准确率达82.02％,优于用于比较的其余4种机器学习模型,为快速预测深埋隧洞施工期岩爆风险提供了一种研究路径.

    深埋隧洞岩爆风险隧道掘进机数值样本随机森林弹性应变能

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    滇中引水软岩隧洞围岩位移时序预测

    崔靖奇吴顺川程海勇王涛...
    1215-1225页
    查看更多>>摘要：围岩位移监测值具有复杂性和非线性动态变化特征,且以往优化算法结合单一回归模型的静态一次学习无法表现真实场景下的实际应用,而自相关性使围岩位移预测作为时序问题更具现实意义,但单一模型的泛化性能易受历史监测数据的干扰,导致测试应用预测不准确.该文提出一种结合监测时序数据预处理的围岩位移时序动态预测方法,首先,将截取后的稳定监测数据利用3次样条插值等距化,并通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)信号处理,将监测数据分解为趋势项与随机项位移分量;其次,Adaboost集成多个长短期记忆神经网络(long short-term memory network,LSTM)构建时序预测集成优化模型,并在一次训练学习后单步动态预测;再次,分别对滇中引水工程段围岩位移分量进行预测,并与传统时序预测模型进行对比;最后,通过FLAC3D数值模拟工程段得到围岩位移时序完整数据,验证集成优化模型的应用表现.结果表明:集成优化模型在各分量与累计位移均有良好表现,且与传统模型相比,受变形速率波动影响较小.

    软岩隧洞围岩位移非等距时间序列变分模态分解集成优化数值模拟

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    深埋隧洞地下水分层水力联系地表深孔监测技术与工程应用

    陈念张强汪小刚王玉杰...
    1226-1237页
    查看更多>>摘要：外水压力是深埋隧洞建设中面临的一个关键问题,由于深埋隧洞埋深大、地下水位高、地层间水力联系规律复杂,因此给深埋隧洞外水压力确定提出巨大挑战.厘清隧洞全生命周期地下水的水力联系规律,是准确评价深埋隧洞外水压力和隧洞建设影响地下水环境的关键.该文采用数值模拟法研究不同地层类型对隧洞开挖后地下水演化规律的影响,在此基础上,提出一种深埋隧洞地下水分层水力联系地表深孔监测技术,并应用于滇中引水工程蔡家村隧洞.数值模拟结果显示:隧洞上方存在隔水地层对开挖后地下水水力联系有显著影响.工程实践应用不仅验证了该技术的可行性,还证实了深埋隧洞地下水水力联系存在分层现象.该文提出的深埋隧洞地下水分层水力联系地表深孔监测技术为深埋隧洞高外水压力的取值研究提供了有效手段.

    深埋隧洞外水压力隔水地层分层水力联系地表深孔数值模拟

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    基于PFC的单节理岩石裂缝演化数值模拟

    范星宇刘海明王希辉王美乾...
    1238-1251页
    查看更多>>摘要：岩石中普遍存在各向异性裂隙,其中单节理作为一种简单基础的裂隙结构,其力学行为研究可为评价和预测更复杂岩石体系的力学性能奠定基础.为研究单节理岩石的微观裂缝演化机制与规律,探究其对宏观力学参数和破坏特征的影响,该文以滇中引水工程大理段香炉山隧洞的节理岩体为研究对象,采用二维颗粒流数值程序对完整岩石和单节理岩石进行单轴压缩模拟试验,分析节理长度及倾角的变化对宏观力学参数和破坏特征的影响.结果表明:单节理岩石的节理越长、倾角越小,单轴抗压强度、峰值应变和弹性模量越小;节理越长,节理倾角对峰值应力、峰值应变和弹性模量的敏感性越高;试样大多呈张拉破坏,裂纹萌生顺序为翼裂纹、剪切裂纹、次生剪切裂纹和远场裂纹;随着节理倾角增大,起裂位置由节理中部向尖端转移,起裂方向由垂直于节理倾向转为平行于节理倾向;节理长度越长,破坏形成的主拉裂纹越少,裂纹类型越简单,翼裂纹起裂越早,剪切裂纹起裂越晚.

    单节理岩体离散元法裂纹扩展破坏机制

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    浅埋暗挖隧洞下穿高速公路路基沉降控制

    李建贺许然高仝欧阳林...
    1252-1263页
    查看更多>>摘要：浅埋大跨度隧洞在软弱地层中下穿高速公路施工引起的路基沉降,一直都是地下工程设计和施工面临的突出技术难题之一.该文依托滇中引水工程香炉山隧洞,采用现场监测和数值模拟的方法,对隧洞下穿高速公路施工中的地表沉降、围岩变形控制方案及过程进行探讨,分析隧洞开挖过程中顶拱和路基的沉降变形规律及其影响因素.研究结果表明:浅埋大跨度隧洞掌子面前方围岩预收敛变形在顶拱总沉降变形中占比较高,施作掌子面超前支护,以减小掌子面挤出变形和前方围岩的预收敛变形,对提高围岩稳定性、降低地表沉降作用显著;相比加强支护参数,改善施工工艺对控制路基沉降的效果更为明显,优化后的四台阶工法通过"预留核心土、临时仰拱+竖撑支护、同台阶左右错开"等方式,有效约束围岩变形和应力释放,充分调动支护结构的承载性能,取得了较好的应用效果.研究结果可为类似复杂条件下,隧洞下穿高速公路施工提供参考.

    隧洞浅埋暗挖下穿高速公路结构安全路基沉降

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    高地震烈度区复杂地质条件渡槽结构

    张延杰曾显志王海深韩钟骐...
    1264-1277页
    查看更多>>摘要：滇中引水工程规模巨大,面临高地震烈度、多活动断裂、复杂地质条件等众多工程建设难题.渡槽是滇中引水工程中用于跨越河流和山谷等特殊地形的重要输水结构之一,确保渡槽结构安全是保障输水功能持续的关键和前提.针对滇中引水工程渡槽结构,部分学者已开展大量理论分析、模型试验及数值模拟等研究工作,该文归纳分析了相关研究成果,并展望未来的研究趋势,旨在为类似工程的建设和发展提供参考和借鉴.研究表明:水-槽相互作用及土-结相互作用模拟是准确分析渡槽结构地震响应的关键,形成考虑土体-渡槽-水体的多物理场耦合分析技术,可为滇中引水工程渡槽结构的数值分析提供技术支撑.在此基础上,研究高地震烈度区、复杂地质条件下渡槽结构的抗震及减隔震性能,分析V形河谷等地形差异对渡槽结构的抗震性能影响机理,阐明不同减隔震措施的减隔震机理.随着社会不断发展,人们对渡槽结构在输水能力和跨越能力方面的需求日益增加,如何进一步保证在高地震烈度区和复杂地质条件下的渡槽结构安全和输水功能持续意义重大.利用槽内水体晃动实现调谐液体阻尼器减震效果、研发新型减隔震装置和渡槽防渗止水是未来重要的发展方向.

    滇中引水渡槽高地震烈度复杂地质地震响应

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    基于深度机器视觉的香炉山隧洞钻孔多维特征精准定位

    王旭巩晓雯黄其帅陈炳瑞...
    1278-1292页
    查看更多>>摘要：香炉山隧洞是滇中引水的控制性工程,岩爆是其主要灾害源之一.微震传感器坐标精确定位是岩爆微震监测预警的基础,但是其钻孔位置仍需人工测量,精度低且实时性差,严重阻碍岩爆微震自动监测系统的发展.该文提出一种基于深度机器视觉的隧洞钻孔多维特征精准定位方法YOLO(you only look once)-AT(anchor tracking).首先,该方法利用改进YOLO V8模型YOLO V8 OBB(oriented bounding boxes)实现香炉山隧洞钻孔轮廓的精准拟合;其次,构建锚点追踪算法AT,在轮廓椭圆上选定锚点,并根据对极线约束和点序约束实现多视角下的锚点追踪;最后,利用视差法求解各锚点的空间坐标,并基于解析几何理论求解香炉山隧洞钻孔的多维特征.利用质量可控的香炉山隧洞合成钻孔轮廓数据库对各种钻孔定位方法进行验证,结果表明:YOLO-AT方法具有良好的钻孔轮廓拟合精度和钻孔多维特征定位精度,对钻孔口中心坐标、钻孔直径、钻孔口平面方向、钻孔方向的定位误差中位数分别为0.835 mm、0.795 mm、0.567°、1.751°,且定位性能受钻孔轮廓质量的影响小,满足香炉山隧洞岩爆微震自动监测的需求,并有向各类地下工程钻孔测量工作推广的应用潜力.

    深度学习机器视觉微震监测钻孔定位滇中引水工程

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