摘要：在管桩沉桩过程中产生的闭塞效应以及桩芯土的存在,使得管桩的力学特性与实心桩存在着差异,因此需要考察桩周土和桩芯土力学性质的差异对管桩振动的影响。将桩周土、桩芯土和管桩视为一个整体,利用轴对称模型和桩-土接触面的连续性条件得到了管桩的竖向振动解,为了比较,也给出了管桩竖向振动的欧拉模型解。借助数值算例,对比分析了管桩竖向振动采用轴对称模型和欧拉模型得到的桩顶复刚度,并分析了桩周土、桩芯土和桩体本身物理参数对管桩竖向振动的影响。研究结果表明,轴对称模型得到的桩顶复刚度较欧拉模型的结果小,两种模型得到的结果存在一定的差异;桩周土剪切模量比桩芯土剪切模量大时,桩基动刚度和动阻尼则较小;桩顶的复刚度随管桩壁厚的减小而减小,因此,管桩管壁不宜过薄。在进行管桩设计时,需要考虑土体性质对桩基振动特性的影响,合理选择管桩内、外半径和桩长。

摘要：细分曲面克服了NURBS方法进行曲面片拼接时出现缝隙的困难,并可以构建带有任意拓扑形状的光滑结构模型。对于声学问题,频率越高,波长越短,为了满足计算精度要求,用于数值分析的离散网格就需要更密,传统算法往往需要对原始结构模型重新进行网格划分,耗费了大量的计算时间。细分曲面法只需对初始离散网格进行一定的细分操作,即可提供多层次多分辨率控制网格,避免了复杂耗时的前处理操作。将Catmull-Clark细分曲面与边界元法相结合,采用高阶双三次B样条基函数进行几何与物理场的插值近似,不仅提供高计算精度结果,而且自适应满足宽频段网格要求。对于黏附吸声材料结构声散射问题,引入声阻抗边界条件,建立以吸声材料单元密度为设计变量,以吸声材料的体积分数为约束的数学优化模型。采用伴随变量法计算目标函数对设计变量的敏感度,移动渐近线法对设计变量进行更新,最终获得最优吸声材料分布。若干实际问题算例验证了算法的正确性和有效性。

摘要：基于土体的三维波动模型研究了饱和土中单个管桩的竖向振动。将桩周土和桩芯土视为两相多孔介质,管桩视为等截面的圆管杆单元。在考虑桩周饱和土和桩芯饱和土径向位移和竖向位移的情况下,建立了基于土体三维波动模型的饱和土-管桩竖向耦合振动模型。借助势函数和分离变量法并考虑土体边界条件,求解了考虑土体三维波动的桩周饱和土和桩芯饱和土的竖向振动。在此基础上,考虑管桩桩端边界条件,利用三角函数正交性求解了饱和土中单个管桩的竖向振动,得到了管桩桩顶的竖向复刚度。通过数值算例,对比分析了土体三维波动模型解和不考虑土体径向位移的简化模型解的计算结果,分析了主要桩、土参数对饱和土中管桩竖向振动的影响。研究表明:当管桩壁较薄时且低频时不应忽略土体径向位移的影响,在动态刚度因子和等效阻尼随频率变化曲线峰值峰谷处不宜忽略土体液相的影响,管桩壁不宜过薄。管桩壁厚、长径比、桩芯饱和土与桩周饱和土密度比、剪切模量比以及桩-土模量比对饱和土中管桩竖向振动有较大影响,在进行管桩设计时需要综合考虑相关参数。

摘要：由于饱和土中孔隙水的流动特性以及桩基与土体的不同渗透率,饱和土与单相土中桩基的力学行为,尤其是动力学行为存在很大差异。运用Novak薄层法和引入势函数的方法,得到了饱和土层的竖向动力阻抗和自由场竖向位移衰减函数,在此基础上研究了饱和土中桩-桩的竖向动力相互作用及群桩的竖向动力阻抗问题。分析讨论了桩土力学参数对饱和土中群桩竖向动力阻抗的影响。研究表明:桩间距、液固耦合系数、桩土模量比等参数对桩-桩竖向相互作用和群桩竖向动力阻抗有影响,研究成果对于桩基动力检测和抗震设计具有较大的实际应用价值。

摘要：压实膨润土被广泛地用作密封阻隔材料,其膨胀力变化对于工程设计十分重要。采用蒸汽平衡法控制吸力,研究增湿过程中的膨胀力变化规律,并采用核磁共振(NMR)和X射线衍射(XRD)技术,分析吸湿过程中土体水分分布状态与宏观膨胀行为的关联机制。结果表明,在控制湿度条件下,随着吸力降低,膨胀力先线性增加后稍稍降低;当吸力超过21.8 MPa后,不同干密度试样的含水率基本一致,在低吸力段,含水率随干密度降低而增加;吸湿过程中膨润土矿物晶层间逐层吸水,形成不超过2层水分子厚度吸附水;利用T2分布曲线计算了不同干密度试样的吸附水和毛细水含量,发现膨润土中主要为吸附水,存在少量毛细水(<5%)。分析认为,在吸湿过程中,水分首先吸附到层间区域,膨胀力线性增加,当形成少量毛细水后,颗粒滑移导致膨胀力降低。即,膨胀力的演化在高吸力下受层间水合作用控制,在低吸力下受孔隙结构变化影响。

摘要：为了提高粒子群优化算法的性能,设计了优化粒子带停滞信息的年龄结构网,并利用这种年龄结构网信息自适应地更改粒子群优化算法的3个关键参数.构建了一种带停滞信息的自适应粒子群优化方法,给出了该方法的具体优化步骤.采用4个经典的低维及高维Benchmark测试函数验证该优化方法的求解性能,并同引力搜索算法以及传统的不带停滞信息的粒子群优化算法进行求解对比.通过对比可知,该方法在低维多峰函数优化时,其搜索效率均2倍于其他文献中的方法,对于维数高于2维的高维函数,该方法的优化效率同其他文献中的方法基本相同,但在获得全局解及局部解的能力以及所求解的精度方面均远高于其他文献中的方法.

摘要：针对在地下水作用力使用中易出现力的概念混淆、重复计算等问题,论述了土体中的孔隙水压力、浮力、渗透力3种地下水作用力的性质,从能量守恒角度论证了稳定渗流环境下的孔隙水压力与水深和水力坡角相关;探讨了浮力、渗透力两种体积力与边界孔隙水压力的等效关系,论述了在稳定渗流环境下的土体稳定性计算采用土-水分算与土-水合算两种方法时,前者应使用渗透力和土粒浮重度进行平衡计算;后者应使用孔隙水压力和土体饱和重度进行平衡计算。在此基础上,对现行滑坡防治工程的相关规范中滑坡稳定性计算公式中的地下水作用力的不当使用问题进行了探讨,并采用工程实例对其引起的稳定性计算偏差进行分析。结果显示:相关规范中存在渗流条件下孔隙水压力未考虑水力坡角及孔隙水压力与浮力概念混淆的错误,这两种情况都将造成设计偏保守,工程治理时后者将造成较大的经济浪费。

摘要：高性能混凝土抗压强度的准确预测是配合比设计优化的关键步骤之一,基于机器学习算法的预测结果容易受到输入变量的影响。提出一种经过特征筛选的抗压强度随机森林预测模型。以水胶比、水泥用量、水泥强度、砂石、粉煤灰掺量和外加剂用量作为原材料指标,通过试验收集56份数据样本。通过变量重要性度量剔除重要性较低的特征,再利用优化后的输入指标进行强度预测,并与未经过特征筛选的随机森林模型和BP神经网络模型的性能进行比较。结果表明,水泥掺量对于高性能混凝土强度的贡献最大,而外加剂的影响较小;随机森林模型的预测精度较高(R^(2)=0.969 09),误差较小(RMSE=0.014 922);基于变量重要性度量的特征筛选对于提高预测精度具有重要意义。

摘要：对声屏障结构进行优化设计是提高其降噪性能的有效解决方案,并具有重要实际意义。已有工作集中于对简单结构进行局部优化或对简单的整体结构进行尺寸优化,由于采用传统几何插值方法描述结构形状,难以灵活地控制形状变化,并需进行网格重构,限制了对声屏障整体结构的优化设计。采用等几何分析方法,实现几何模型与分析模型的同一表达,以非均匀有理B样条(NURBS)建模的控制点坐标为设计变量,以声影区参考点声压幅值在一定频带上的均值为目标函数,满足多约束条件下的目标函数最小为设计目标,建立基于等几何分析(IGA)和边界元法的结构声学优化数学模型,并采用移动近似算法(MMA)进行二维声屏障结构形状优化分析,算例证明该方法有效提高优化设计的灵活性。

摘要：等几何分析采用样条基函数构造几何模型和实施变量近似,实现了计算机辅助设计和辅助工程的无缝连接,并已广泛应用于弹性力学、电磁场和位势问题等领域.然而直接采用等几何方法难以构造复杂模型,限制了该方法在大规模实际工程问题上的应用.细分曲面法可用于克服这一问题,该方法对传统模型的离散网格进行细分和拟合操作,构造出极限光滑曲面,连续性更高,对复杂结构的适用性更强.该方法主要有以下优点:(1)适用于任意拓扑结构;(2)数值计算稳定;(3)实施简单;(4)局部细化与连续性控制.由于该方法在复杂结构模型构造方面具有较强的灵活性和便利性,已被广泛应用于航空航天、汽车、动画、游戏制作等建模领域.将细分曲面法与边界元法相结合进行结构声学分析,几何场与物理场均采用箱样条基函数进行插值近似.以黏附吸声材料结构的声散射问题为例,建立吸声材料分布拓扑优化数学模型,并采用移动渐进线算法进行设计变量更新,最终获得最优材料分布.