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期刊信息/Journal information
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。
正式出版
收录年代

    基于组合赋权-VIKOR法的山区施工便道方案优选模型

    林宇亮左伟俊邢浩郭冬冬...
    445-456页
    查看更多>>摘要：为对山岭地区施工便道方案进行客观、全面、精准评价，结合行业设计规范和相关研究成果，构建山区施工便道方案指标评价体系，提出一种山区施工便道方案优选模型。该模型采用三标度层次分析法和熵权法分别计算评价指标的主、客观权重，基于博弈论思想对主、客观权重进行赋权确定综合权重，并运用VIKOR法(多准则妥协解排序法)对山区施工便道方案进行优选。以某高速公路山区施工便道方案比选为工程实例，针对4种施工便道方案进行综合比选，并将本文模型与加权TOPSIS法(优劣解距离法)、灰色加权关联分析法进行对比分析。研究结果表明:3种计算模型得出的最优方案一致，组合赋权的方法克服了单一赋权的缺陷，使指标评价更客观。相比于加权TOPSIS法和灰色加权关联分析法，本文模型能抵御外部因素的干扰，明显地辨别方案之间的差距，得到准确清晰的方案排序，且当评价方案众多时，本文模型能够提供更多方案选择，得到最优化方案。

    道路工程施工便道优选模型博弈论VIKOR法

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    基于离散元-有限差分耦合的轨枕垫对有砟道床横向阻力的影响机制

    谭攀肖源杰姜钰王萌...
    457-472页
    查看更多>>摘要：轨枕垫(USP)因其良好的减震性能已广泛应用于铁路轨道结构，现有研究大多集中于USP对轨道结构刚度和振动响应的影响，但对有砟道床横向阻力影响的研究很少。为深入分析USP对道床横向阻力的影响并揭示其作用机理，建立轨枕-USP-有砟道床-路基三维系统的精细化离散元-有限差分(DEM-FDM)耦合数值模型，采用典型重载铁路有砟道床横向阻力现场实测结果对模型进行标定和验证，进而模拟分析不同工况组合下USP对轨枕不同位置处(枕底、枕侧和枕端)的横向阻力、道砟颗粒运动和粒间接触力等宏微观指标的影响机制。研究结果表明:在相同的轨枕横向位移下，相较于无USP的轨枕，带USP的轨枕其枕底道砟颗粒运动范围更大，横向阻力也更大，且横向阻力增加部分主要来源于枕底USP的不平整性;USP刚度越大，道床横向阻力也越大;采用USP可增加枕底的横向剪应力和最大法向接触力，且两者数值均随USP刚度的增大而增大。

    铁路轨道有砟道床道砟轨枕垫横向阻力离散元-有限差分耦合

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    基于内聚力模型的再生沥青混合料低温断裂性能研究

    吴昊宋卫民邓子成
    473-484页
    查看更多>>摘要：内聚力模型(CZM)在沥青混凝土开裂研究中得到了广泛应用，但采用内聚力模型对再生沥青混凝土断裂的研究还很少。本文采用随机算法和坐标控制法建立包含旧集料和新集料的再生沥青混合料半圆弯拉模型，将模型分为集料同分布模型和集料随机分布模型两类。研究-10℃时不同RAP掺量(0、25%、50%、75%、100%，质量分数)对再生沥青混合料SCB试件应力强度因子KIC、断裂能GF和抗裂指数ICR的影响。研究结果表明:无RAP掺入的SCB试件具有较好的断裂性能;随着RAP掺量增大，应力强度因子KIC、断裂能GF和抗裂指数ICR均减小，表明RAP的掺入会削弱沥青混合料的低温断裂性能;采用有限元模型得到的断裂参数与室内试验结果一致;相比于集料同分布模型，集料随机分布模型各评价指标的变异性系数整体更大，表明集料分布状态对开裂结果有一定影响;当计算样本足够多时，这两类模型获得的抗裂参数变化规律一致，可有效评价再生沥青混合料断裂性能。

    再生沥青混合料应力强度因子断裂能抗裂指数内聚力模型

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    基于数据驱动的盾构竖向姿态预测深度学习模型

    王树英汪来潘秋景
    485-499页
    查看更多>>摘要：在盾构掘进过程中，竖向姿态控制难度较大，盾体常与设计轴线产生偏差。为解决既有盾构姿态预测模型无法准确提取数据特征和有效去除数据噪声的问题，充分挖掘盾构掘进实测数据时间序列信息，依托合肥地铁7号线耕耘路站—清潭路站区间盾构隧道工程，对收集的掘进数据进行预处理，包括去除停机状态数据及异常数据，提出用于盾构竖向姿态预测的CNN-LSTM组合模型，并将测试集上的模型预测结果与传统回归模型进行对比，最后对不同样本数量及固定网络参数时的模型性能进行研究。研究结果表明:CNN-LSTM组合模型对盾构竖向姿态的预测效果较好，在测试集上的预测平均绝对误差EMA和均方根误差ERMS较低，同时预测的决定系数R2较高，表明模型具有较小的预测误差和较高的预测精度;与ARIMA、LSTM和SVR模型相比，CNN-LSTM模型在测试集上预测的R2分别提高了1。04%、19。75%和79。63%，此外，模型的预测EMA和ERMS较低，并且训练耗时显著降低;不同训练集样本数量对CNN-LSTM模型性能有一定影响，当训练集样本数量与测试集样本数量之比为4꞉1时，模型预测的R2最高，表明此时模型具有最佳的预测性能;增加训练集样本数量可能导致过拟合问题，降低模型的泛化能力，减少训练集样本数量则可能导致欠拟合问题，使模型在测试集上的预测精度下降;固定部分网络参数可以有效减少训练参数量和训练时间，同时提高模型的预测精度，当固定4层网络参数时，模型预测性能最佳，预测的R2为0。93，预测的EMA和ERMS分别为0。029和0。048，训练耗时为46 s。

    盾构隧道盾构竖向姿态停机状态CNN-LSTM组合模型

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    考虑地层变异性的新建隧道下穿引起既有盾构隧道纵向变形的随机分析方法

    施成华郑晓悦王祖贤陈海勇...
    500-512页
    查看更多>>摘要：沿盾构隧道纵向的地层变异不可避免，现有对于新建隧道引起既有盾构隧道纵向变形计算的解析模型大多将隧道下卧土体视为均质地基，忽略了地层变异性。本文针对新建隧道施工引发的既有盾构隧道纵向变形问题，构建考虑地层变异性的盾构隧道纵向力学解析模型，基于随机场理论，结合蒙特卡罗模拟策略提出隧道下穿引起既有盾构隧道纵向变形的随机分析方法。依托1个工程案例，基于所建立的盾构隧道纵向变形随机分析方法，开展新建隧道下穿施工影响下既有盾构隧道纵向变形随机分析，并与实测结果进行对比。最后，分析地层刚度变异系数和水平波动距离对既有盾构隧道纵向变形的影响规律。研究结果表明:地层变异性对盾构隧道纵向变形的影响不可忽略;地层刚度变异系数对既有隧道纵向位移均值和离散程度影响较敏感，地层刚度变异系数对可靠度指标的影响较显著。

    盾构隧道纵向变形解析模型可靠度

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    水泥基复合材料固化铬污染盾构渣土性能及其机理研究

    魏贺贺勇阳栋张可能...
    513-524页
    查看更多>>摘要：为了实现铬污染盾构渣土的资源化利用，解决单一水泥固化材料用量大、排放量高以及固化效果不理想等问题，研制水泥基有机-无机复合固化剂固化铬污染盾构渣土。以14 d养护龄期固化土无侧限抗压强度和浸出毒性为评判指标，通过设计"五因素四水平"正交试验确定复合固化剂最佳配比;采用极差分析法对各影响因素进行主效应分析，并结合XRD和SEM试验探究复合有机-无机固化剂的作用机理。研究结果表明:无侧限抗压强度和浸出毒性评判指标的最优解均为11%(质量分数，下同)水泥、5。50%生石灰、0。25%聚丙烯酰胺、1。10%硅酸钠和0。05%海藻酸钠;14 d养护龄期的试验13(A4B1C4D4E1)固化土无侧限抗压强度达1 217。58 kPa，重金属铬浸出质量浓度为2。4 mg/L，满足相关规范要求;水泥、海藻酸钠和硅酸钠为固化土无侧限抗压强度评判指标的主要影响因素，水泥、海藻酸钠和生石灰为浸出毒性评判指标的主要影响因素;固化土无侧限抗压强度与重金属铬浸出质量浓度密切相关，具体表现为固化土无侧限抗压强度越大，重金属铬的稳定化效果越明显;大量的自由水被消耗、pH升高、新矿物的生成、土体微观结构改变及土颗粒间胶结作用增强是盾构渣土性能提高的主要原因;当固化土强度增大时，重金属铬的物理封闭作用增强;此外，发生水化反应形成的较高pH也促进三价铬生成难溶于水的氢氧化物沉淀，从而降低固化土重金属铬浸出毒性。

    铬污染盾构渣土复合固化材料正交试验无侧限抗压强度浸出毒性微观机制

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    水压与动载耦合作用下高铁隧底结构裂损机理分析

    傅金阳张寅初谢佳伟阳军生...
    525-537页
    查看更多>>摘要：高速铁路隧道底部结构隆起变形开裂是多方面影响因素叠加作用的结果。综合利用扩展有限元方法、流固耦合理论和现场实测结果，采用激振力荷载拟合函数施加于轨面模拟列车振动荷载作用效果，分析在水压和列车动荷载耦合作用下的高铁隧道底部结构不协调变形机理，揭示水压与动荷载作用下隧道底部结构的变形特征与水压力变化规律。研究结果表明:在既有隧底结构型式与排水条件下，水压变化是隧道底部结构变形与开裂的诱发原因，列车动荷载导致的裂缝水压交替变化是隧道底部结构持续性隆起裂损的间接原因。隧道底部结构开裂一般首先发生在仰拱填充层中央排水沟处，然后在轨道板、仰拱填充层与衬砌仰拱结构存在刚度差异的各交界面上出现裂缝。高速列车动荷载周期性的上下振动与水压力耦合作用下隧道底部结构界面和各裂缝过水处产生超静水压力，其周期性抽吸变化将对裂缝产生水力压裂效应，加剧隧道底部结构的裂损。高水压高铁隧道底部结构隆起开裂的整治措施应综合考虑泄水降压、裂缝封堵以及底部多层结构体系的层间锚固。

    高铁隧道底部结构不协调变形扩展有限元流固耦合

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    大跨度钢网壳快速整体提升方法研究及防连续倒塌分析

    王其良周凌宇石敬州徐柏林...
    538-549页
    查看更多>>摘要：以某钢网壳整体提升项目为研究对象，提出一种整体提升施工方法，对大跨度钢网壳结构的同步提升、变形控制和提升安全性进行研究。在Midas Gen中建立有限元模型，基于备用荷载路径法分析提升支架的防连续倒塌性能，对施工全过程进行模拟分析，结合实际施工监测数据验证该方法的合理性。研究结果表明:基于监测数据反馈+计算机算法控制集群电动葫芦，可实现连续、同步提升。在网壳结构下部施加预应力可有效控制结构成型后的矢高偏差，理论计算值与实际测量值相对误差在4。5%以内，在整个施工过程中的壳体顶部的竖向位移满足设计要求。提升支架失稳会引起各吊点内力重分布，为避免意外失稳引起连续倒塌的风险，提出了考虑施工经济性和安全性的提升支架防连续倒塌设计。钢网壳结构成形后与设计状态基本一致，验证了整体提升方法的有效性，可为大跨度钢网壳整体提升工程的应用提供参考。

    钢结构网壳整体提升有限元分析变形

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    基于扰动状态概念的砂土-混凝土桩接触面荷载传递模型研究

    邓煜晨陈琛杨奇冷伍明...
    550-561页
    查看更多>>摘要：基于扰动状态概念理论，考虑砂土密实度对扰动函数的影响，建立混凝土桩-砂土接触面荷载传递模型。用混凝土板表征桩侧粗糙度效应，采用大型直剪仪开展不同密实度的砂土-混凝土桩接触面力学行为的试验模拟，研究砂土密实度对混凝土桩-砂土接触面的力学特性的影响规律，分析接触面模型初始剪切系数、模型扰动参数(A和Z)对桩-砂土接触面荷载传递模型的作用机制。研究结果表明:1)混凝土桩-砂土接触面易呈现应变软化，在低法向应力条件下，混凝土桩-密砂接触面的应变软化程度最大。2)模型扰动参数Z在数值上近似等于孔隙比。模型扰动参数A越大，砂土与混凝土桩接触面的软化显著程度越大。参数A随着密实度增大而增大。随着法向应力增大，密砂的扰动参数A呈近似线性衰减，松砂和中密砂的扰动参数A近似呈双折线衰减。3)初始剪切系数ks随着法向应力增大而增大，密实度越大，增速越快。4)基于扰动状态概念的桩-砂土接触面荷载传递模型可靠、参数的物理意义明确且易确定，能很好地表征桩-砂土接触面的应变软化及硬化等力学特征。

    密实度桩-砂土接触面荷载传递模型扰动状态概念

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    沿海环境双块式无砟轨道早期湿度及收缩研究

    叶梦旋曾志平李沛成王卫东...
    562-573页
    查看更多>>摘要：为了研究沿海环境双块式无砟轨道结构早期湿度和收缩应变分布特征，基于ABAQUS子程序HETVAL建立有限元模型，研究混凝土浇筑早期湿度和湿度梯度分布形式，得出道床板收缩应变分布规律。研究结果表明:1)在洒水养护期时，底座板竖向和横向湿度梯度最大值分别为0。68%/mm和0。202%/mm;受环境湿度影响较大的区域为埋深90 mm，底座板内部湿度在龄期28 d时趋于一致。2)轨枕内部相对湿度随着龄期增加而逐渐下降，浇筑第56天时轨枕内部湿度基本一致。3)道床板浇筑后，轨枕表面的最大竖向和横向湿度梯度分别为1。64%/mm和0。59%/mm;在道床板浇筑35 d时，双块式无砟轨道内部湿度基本一致。4)在洒水养护阶段，轨枕与道床板界面的自由收缩应变最大值为270。58×10-6;在自然养护阶段，受大气湿度影响，其收缩应变与湿度变化幅度呈线性相关;道床板表面在湿度饱和期的收缩应变占总收缩应变的58。21%。

    沿海环境双块式无砟轨道早期湿度收缩应变

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