摘要：TBM目前已集成上百个传感器和信息采集系统,可实时记录反映TBM施工状况及工作性能的运行数据,为开展数据驱动研究及实现TBM智能施工提供了良好的契机。在分析近年来TBM机器学习相关研究成果的基础上,综述TBM智能施工的研究进展。首先,以引松工程3标段为例,介绍TBM运行参数及运行数据的基本情况,分析TBM控制参数及掘进循环的各工作阶段划分;然后,系统归纳TBM掘进过程隧道(洞)围岩智能感知、TBM掘进过程地质灾害预测预警、TBM掘进控制参数辅助决策3方面的研究进展;最后,结合当前的技术水平和研究现状,探讨目前研究中存在的瓶颈,并提出对后续研究展望的建议,即多源数据互补信息的利用、专业机制知识-数据的融合驱动、新工程/工况应用场景的迁移学习是该领域有待进一步研究的方向。

摘要：We present a 3-D finite element (FE) approach to find the optimal distribution of seismic reinforcement force to secure high arch dam-abutment structures against certain earthquake actions. Nonlinear FE time history analysis is performed on the structure to find the seismic responses, using the associated elastic-perfectly plastic material description. The concept of plastic complementary energy is introduced to structural dynamics to quantify the structure's resistance against the seismic action throughout the time history and to indicate the critical moments when extreme extents of dynamic failure occur. Meanwhile the distributions of the unbalanced force at these critical moments reveal the dominant patterns of the dynamic failure. By the principle of minimum plastic complementary energy, the unbalanced force is just the counterforce of optimal reinforcement force to secure the self-unsupportable structure against the earthquake, which makes the seismic design more targeted and effective. Seismic design analysis is performed on Maji high arch dam-abutment structure. The results could to a large extent guide the seismic design, showing that several structural surfaces lying at the upper abutment are the most seismically vulnerable. This application indicates good applicability of this approach to large-scale projects.

摘要：卡机是制约双护盾全断面隧道掘进机(tunnel broing machine, TBM)安全、高效施工的重要工程地质问题。卡机涉及影响因素较多,数值仿真是对各种因素的影响程度进行定量化分析的有效手段。该文提出了考虑双护盾TBM掘进施工过程的数值仿真方法,通过基于内变量热力学的蠕变模型模拟围岩的时效变形特性,并实现围岩与护盾的相互作用的模拟。以某公路隧洞为研究对象,对TBM推进速度和超挖量2个卡机控制因素的影响进行了研究。分析结果表明:增大TBM推进速度,能在一定程度减小接触压力和卡机风险;而超挖量对减小接触压力的作用更为显著,且对于高地应力、软岩条件下的隧洞施工,2种卡机控制措施的收益将更加明显。研究结果可为类似工程的卡机风险分析及TBM推进速度和超挖量等参数的优化设计提供一定的借鉴。

摘要：中国某300m级高拱坝在河段覆盖层之下存在一条基岩深槽,这使得该拱坝设计面临2种选择:对深槽进行基础回填混凝土处理;或者采用大开挖方式,将坝底高程设计在基岩深槽底部高程。该文建立了该高拱坝基础回填和基础大开挖2种设计方案的三维有限元模型,并基于变形加固理论,分析了2种方案在正常工况和超载下的位移、应力情况及塑性区扩展规律,并以不平衡力和塑性余能范数为评价标准,评价了2种方案的整体安全性。结果表明:2种方案在超载能力和整体稳定性上均达到要求,基础回填方案在坝体位移、应力及整体安全等方面优于大开挖方案。

摘要：将变形加固理论拓展到非线性有限元时程分析中,建立高拱坝-坝肩结构抗震稳定评价与加固设计体系:结构动力塑性余能定义为欧氏应力空间协调动平衡应力场与协调稳定应力场距离的平方,以此作为结构整体抗震稳定评价指标,确定结构动力破坏程度较大的若干时刻。这些时刻不平衡力分布则表征了结构动力破坏的主导形态与程度。根据最小塑性余能原理,不平衡力就是维持结构稳定所需最优加固力的反力,据此更有针对性地指导抗震加固设计。对马吉高拱坝-坝肩结构进行抗震稳定与加固分析,结果表明拱坝上部坝肩是其抗震薄弱部位,并给出其最优加固力分布。该应用表明,基于变形加固理论的结构抗震稳定评价与加固设计体系对大型实际工程具有实用性。

摘要：对结构稳定的概念和评判标准进行论述,指出以塑性余能作为结构稳定评判标准的内在含义。基于非平衡态热力学的约束平衡概念,提出变形加固理论,采用超出屈服面的不平衡力对失稳结构的力学行为进行分析。采用Drucker-Prager屈服准则,利用塑性余能作为评价标准,同时与理论解、ABAQUS和TFINE的求解结果对比,对柱体和均质边坡的稳定性进行分析。基于重力坝模型,研究网格尺寸对塑性余能计算的影响。采用和不平衡力大小相等、方向相反的加固力,对柱体和条形基础在加固前后的承载力进行分析,并和理论解进行对比。计算结果表明,塑性余能是塑性应变在整体结构上的标量范数,是结构偏离稳定状态的距离。可以作为结构稳定性的评价指标,而基于不平衡力的加固计算可以同时确定给定结构安全度下的加固区域和加固力大小,由此确定的加固方式的加固效率是很高的,指导加固设计是很有效的。

摘要：在保证大坝稳定设计时 ,除了数值模拟方法外 ,对高坝还应当进行地质力学模型试验。本文叙述了地质力学模型试验的工程意义 ,列举了多个地质力学模型试验实例 ,并对试验方法及安全系数做了分析。

摘要：实际工程设计优化、设计空间搜索、灵敏度分析、可靠性分析等问题,若单次模拟比较费时,直接用原模型进行数千、甚至数百万次模拟是不可能完成的任务。多项式混沌展开方法是解决这类问题的有效方法,其方法表达和程序实现是应用中关注的重点问题。该文介绍了多项式混沌展开方法的数学理论,并将之用于结构可靠性分析。首先,将结构可靠性分析的功能响应函数以多项式混沌展开表示,其中统一采用Hermite多项式。给出Hermite多项式的一种适合计算机程序生成的通项形式,实现多项式混沌展开的计算程序的通用化,以及多项式次数的自适应选择。其次,利用具有显式功能函数的结构可靠性分析算例,考察所构建的代理模型的正确性和适用性。结果表明,多项式混沌展开的次数越高,模型的精度就越高,具有良好的收敛性,同时表明仅就考察代理模型而言,利用显式功能函数是最简便的方式。

摘要：基于Rice不可逆内变量热力学框架,在约束构型空间中讨论材料的蠕变损伤问题.通过给定具体的余能密度函数和内变量演化方程推导出考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程.通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验对一维情况下的本构方程进行参数辨识和模型验证,本构方程能很好地描述黏弹性变形和各蠕变阶段.不同的蠕变阶段具有不同的能量耗散特点.受应力扰动后,不考虑损伤的材料系统能自发趋于热力学平衡态或稳定态.在考虑损伤的整个蠕变过程中,材料系统先趋于平衡态再背离平衡态发展.能量耗散率可作为材料系统热力学状态偏离平衡态的测度;能量耗散率的时间导数可用于表征系统的演化趋势;两者的域内积分值可作为结构长期稳定性的评价指标.

摘要：马吉水电站是怒江开发规划中的重要梯级电站。最大坝高为290m,属于超高拱坝,地质条件与岩体力学环境复杂,其应力和坝肩稳定对确保工程安全具有重要的意义。基于非线性有限元分析,采用变形加固理论,使用三维非线性有限元程序TFINE,对马吉拱坝进行三维弹塑性有限元数值模拟,对该拱坝在正常工况下的位移、坝体应力和拱端推力进行分析。采用余能范数对马吉拱坝的整体稳定性进行评价,采用不平衡力对左右坝趾及基础中峰值振动速度回归趋势对比软弱带的稳定性进行分析,并对软弱带进行敏感性分析。结果表明,马吉拱坝的位移、应力和超载稳定能力均达到稳定要求,马吉拱坝现施工方案基本可行。