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中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
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    基于ZYNQ处理器的射频大地电磁采集仪器研发

    王鹤唐春城席振铢韦洪兰...
    131-138页
    查看更多>>摘要：研发基于ZYNQ处理器的ARM嵌入式天然场射频大地电磁法信号采集系统.该系统集成了采集控制模块、数据读取模块和数据滤波模块,采用FPGA高速逻辑门电路、FIR滤波器以及ARM嵌入式系统等技术手段,实现RMT信号的采集、传输、滤波和存储.仿真和对比试验结果表明:该系统性能稳定,滤波模块阻带衰减大于70 dB,系统采集的数据反演结果精准,能提供高精度地质信息,所设计的信号采集系统能够为国产化射频大地电磁法勘探设备研发提供一种技术方案.

    射频大地电磁法ZYNQ处理器信号采集系统FIR滤波器

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    考虑黏土蠕变特性的大埋深盾构复推总推力增量解析解研究

    王树英钟嘉政付循伟龚振宇...
    139-150页
    查看更多>>摘要：由于黏土存在蠕变效应,黏土地层中盾构长时间停机会诱发盾构复推总推力增量过大、盾构姿态难以控制、管片易破损等次生风险等问题,将黏土地层视为Burgers黏弹性体,构建考虑地层应力和蠕变特性的大埋深圆截面隧洞简化力学模型,根据黏弹性理论推导盾壳-地层径向接触应力的黏弹性解,进而通过积分和分段计算求解复推总推力增量与停机时间的理论关系式.结合水工盾构隧洞停机实例,对比复推总推力增量实际值与理论值.研究结果表明:复推总推力增量实际值与理论值平均相对误差为13.81%,验证了该解析解的可靠性;隧洞埋深越大,复推总推力增量越大,表明大埋深段停机需更关注复推推力控制;盾壳-地层界面摩阻力随超挖间隙增大而减小,而复推总推力增量随之增大;此外,总推力增量随着盾壳-地层界面摩擦因数减小而显著减小.因此,设置合适的超挖间隙和长时间停机时采取往盾壳外注入膨润土等润滑减阻措施能有效预防大埋深段停机的次生风险.

    黏土蠕变特性盾壳-地层接触应力复推总推力增量超挖间隙摩擦因数

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    基于倾角反演的隧道断面变形全方位监测方法

    陈晓斌王风栋吴梦黎王业顺...
    151-161页
    查看更多>>摘要：倾角传感器具有体积小、使用方便、测量连续等优点,在隧道变形监测领域有着巨大应用潜力,然而,现有基于倾角传感器的监测方法往往只能得到特定监测点的变形,在测量隧道断面整体变形方面还存在明显不足.为此,提出一种新的基于监测点倾角的隧道断面变形全方位监测方法.基于隧道断面曲线的形状特征,构造隧道分段变形插值函数,根据极坐标下隧道倾角与极径的关系,采用分段解析方法提出隧道倾角-变形数学模型,进一步通过协同变形假定,修正隧道测点极角,得到隧道倾角-变形算法;接着,建立隧道三维数值模型,通过均布荷载、对称非均布荷载和非对称荷载3种典型工况,采用误差分析方法分别研究算法的适用性;最后,通过室内试验进一步验证算法在实际应用中的准确性.研究结果表明:对于铁路隧道典型三心圆断面,推导的倾角-变形算法在均布荷载、对称非均布荷载和非对称荷载这3种典型工况下均具有良好的适应性,变形最大绝对误差均小于1 mm,平均相对误差均小于7%;在室内模型试验中,拱顶沉降监测误差小于8%,水平收敛监测误差小于5%,证明了监测方法的准确性.

    隧道工程倾角传感器变形监测全方位监测

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    新建并行道路对高铁桥墩位移响应的可靠性研究

    唐冕徐伟宸宋旭明李思佳...
    162-171页
    查看更多>>摘要：为了研究软土地区新建并行道路对既有高铁桥墩位移的时变影响,以沪宁杭高速铁路某工程为背景,构建三维有限元模型并进行桥墩位移的参数敏感性分析,利用时变响应面法得到桥墩位移与敏感系数较大的土体参数的相关关系,根据响应面函数进行桥墩位移的概率分布计算,并评估桥墩位移的可靠概率.研究结果表明:桥墩位移对土体泊松比、回弹曲线斜率、临界状态斜率的敏感性系数较大;高铁桥墩位移响应面函数预测值与有限元模型计算值的相对误差在5%以内,响应面函数预测结果可靠;随着土体固结时间延长,桥墩最大横向位移不断减小,稳定后大部分桥墩的横向位移保持在2 mm以内;通过时变响应面函数拟合有限元计算结果,可以提高计算效率,获得考虑软土固结效应时既有高铁桥墩位移的可靠概率,为类似桥墩位移的预测提供一种较实用的方法.

    软土时变响应可靠度高铁桥梁

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    格栅节点加强对风积沙筋土界面力学性能的影响

    杜炜聂如松谭永长张杰...
    172-187页
    查看更多>>摘要：在普通双向土工格栅上附加节点,可形成具有立体加筋效果的加强节点土工格栅.在普通双向土工格栅加筋风积沙拉拔试验和离散元数值模型的基础上,构建加强节点土工格栅加筋风积沙的三维离散元拉拔模型,研究加强节点排布方式、厚度、数量、相邻节点间距对筋土界面力学性能的影响.研究结果表明:在节点上侧加强、节点下侧加强和节点上、下两侧同时加强的排布方式中,上下两侧同时加厚对极限拉拔阻力和界面摩擦角的增幅最大;加强节点可优化土工格栅的加筋性能;当节点布置方式不变时,加强节点厚度和节点数量均与极限拉拔阻力增量呈现出良好的线性相关性;与普通土工格栅相比,加强节点土工格栅的剪切带范围更大,且限制土体位移的能力更强;当多个节点同时工作且相邻节点的间距较小时,相邻节点的影响区域互相重叠,使节点提供的极限拉拔阻力增量降低,产生节点群体效应;随着相邻节点的间距增大,节点影响区域的重叠范围减少,群体效应逐渐减弱.

    土工格栅风积沙拉拔试验加强节点离散元

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    节理化炭质页岩地层隧道围岩大变形及控制技术研究

    阳军生夏裕栋方星桦刘伟龙...
    188-200页
    查看更多>>摘要：某高速铁路XHS隧道穿越节理化炭质页岩地层,在施工过程中围岩大变形、失稳坍塌现象显著,现场采用强支护和仰拱加深等措施后围岩变形控制效果不佳.针对XHS隧道节理化炭质页岩地层地质条件,结合现场监测手段、离散-连续耦合数值模拟分析围岩大变形及破坏特征,基于数值模拟提出以采取地层预加固为主的围岩变形控制措施,并通过现场试验探讨该控制措施的应用效果.研究结果表明:隧道开挖后,围岩变形具有变形量大、变形速率快的特点,围岩拱部沉降量大于水平收敛量且变形具有非对称的分布特征;受三台阶法多次开挖扰动影响,围岩卸荷范围动态发育并不断向全环扩展,松动区逐渐由浅部围岩向深部转移,并呈现出非对称的破坏特征,最终引发围岩大变形;采取地层预加固后,模型中围岩变形和松动区范围明显减小,围岩非对称变形破坏也得到了有效控制;在采用地层预加固、管棚超前支护、三台阶临时仰拱法开挖的控制措施后,围岩变形得到控制,施工效果良好,隧道恢复正常施工,保证了隧道的顺利贯通;以地层预加固为主的控制措施是此类节理化炭质页岩地层围岩变形控制的有效手段.

    节理化岩体炭质页岩大变形离散-连续耦合分析预加固

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    集中配筋连接预制剪力墙抗震性能试验研究

    肖扬卢谦罗小勇陈林松...
    201-218页
    查看更多>>摘要：针对现有预制混凝土剪力墙接缝施工容错率低、混凝土现场浇筑作业量大和钢筋锚固过长等不足,提出一种使用超高性能混凝土(UHPC)的集中配筋连接预制剪力墙.通过对比1片现浇剪力墙试件、3片不同接缝形式的集中配筋连接预制剪力墙试件的拟静力试验结果,揭示该类预制剪力墙的破坏规律和抗震性能、竖缝对墙体抗震性能的影响和连接钢筋的受力特点.采用ABAQUS软件对试件进行有限元模拟,分析轴压比和集中配筋率对试件抗震性能的影响.研究结果表明:预制试件与现浇试件具有相同的破坏规律,均为弯剪破坏;这2类试件的滞回曲线均较饱满,骨架曲线走势基本一致,耗能能力接近,且预制试件的最小承载力仅比现浇试件低5.6%,表明预制试件的抗震性能与现浇试件的抗震性能基本相同;竖缝对剪力墙承载力的影响较小,使剪力墙的延性和耗能能力有一定的削弱;不同竖缝形式预制墙的抗震性能相近但各有特点,竖缝形式预制墙采用UHPC出筋搭接具有更好的整体性,采用U形键槽的预制墙具有更大的刚度和更强的耗能能力;连接钢筋的应力分布具有典型受弯构件的特征;随着轴压比增加,模型的刚度和承载力不断增加,在轴压比从0.05增加到0.30时,最大的峰值荷载增幅发生在轴压比从0.05到0.10时,从承载力的提高、刚度、耗能和墙角抬高等方面考虑,试件的集中配筋率保持在90%～110%为宜.

    预制剪力墙集中配筋拟静力试验UHPC(ultra-highperformanceconcrete)抗震性能

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    高心墙堆石坝材料本构模型计算的适用性研究

    程瑞林汪泾周范钦煜湛正刚...
    219-229页
    查看更多>>摘要：为研究不同材料本构模型对高心墙堆石坝应力、变形计算的适用性,以RM 300 m级高心墙堆石坝堆石料的室内试验成果为基础,分别对邓肯E-B模型、沈珠江双屈服面模型及MPZG模型进行材料本构验证和坝体有限元分析.研究结果表明:3种模型均能较好地表现堆石料三轴路径下的应力响应,而邓肯E-B模型在低围压下体积响应表现效果欠佳;3种模型计算的坝体应力、变形分布均符合一般规律,应力相近,但变形计算中邓肯E-B模型得到的沉降与顺河向位移均较大;在高心墙堆石坝建设初期,可采用邓肯E-B模型进行早期分析,后期宜采用沈珠江双屈服面模型、MPZG模型等进行决策评价.

    应力变形本构模型心墙堆石坝有限元分析广义塑性模型

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    运营期浅埋公路隧道拱顶覆土层力学分析模型及沉降规律研究

    樊虎庄妍宋相伟
    230-241页
    查看更多>>摘要：浅埋盾构隧道下穿既有公路时,车辆荷载作用下隧道拱顶不同深度覆土层会发生沉降,针对这一问题,提出一种盾构过程中拱顶覆土两阶段沉降分析模型,采用ABAQUS数值模拟(FEM)验证本文所建立沉降模型的正确性.研究结果表明:对Peck公式中土体体积损失参量进行修正并基于非线性荷载作用下的Boussinesq解所建立的等效地表两阶段沉降分析模型能有效预测车辆循环荷载和隧道盾构耦合作用下盾尾拱顶覆土沉降发展规律.在盾构过程中,盾尾拱顶覆土沉降扰动增加区段位于接近区至下穿区前2/5处,下穿区出现沉降峰值后进入沉降扰动平缓区段,远离区为沉降扰动减小区段,沉降发展规律符合Protodyakonov压力拱理论,沉降增加主要发生在压力拱破坏期间;盾构完成后,车辆循环荷载影响5 m左右深度的覆土层沉降,深度大于5 m时车辆荷载发生应力扩散,沉降主要影响因素为隧道开挖造成的土体体积损失.

    浅埋盾构隧道车辆循环荷载拱顶覆土层沉降沉降扰动分析

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    基于冻融循环本构的预应力对拉式挡墙的冻胀效应研究

    庄妍王赛
    242-254页
    查看更多>>摘要：预应力对拉式挡墙的冻胀受力状态复杂,墙背的冻胀力分布尚不明确,进一步探究预应力对拉式挡墙的冻胀力分布具有重要意义.根据哈尔滨某地区的实际监测温度,采用ABAQUS数值模拟软件模拟温度场在模型空间的合理分布.基于冻融循环后混凝土塑性损伤本构,在所建立的温度场上进行热力耦合分析,研究预应力筋、冻胀时间对预应力对拉式挡墙冻胀效应的影响.研究结果表明:挡土墙所受冻胀力呈现"上小下大"的上三角分布趋势,且随着冻胀时间增加,冻胀力会呈现先逐渐增大然后逐渐减小的趋势,并在冻胀后120 d冻胀力达到最大.相比之下,由于预应力钢筋的存在,预应力对拉式挡土墙会使冻胀力在该处产生应力集中而增大,最大可使冻胀力增加200 kPa左右.在预应力钢筋的作用下,挡土墙的水平位移会减小40%～116%.本文研究结果可以为季节性冻土区的预应力对拉式挡土墙施工和设计提供技术支撑.

    数值模拟预应力对拉式挡土墙冻胀效应季节性冻土

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