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最新刊期
2026年第58卷第2期
本期电子书
封面故事
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科学前沿
深空资源原位利用技术研究发展综述
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
奚邦禄, 祁麟, 蒋明镜
2026, 58(2): 1-22. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400130
摘要:随着人类深空探测活动从短期探索向长期可持续方向发展,深空资源原位利用(ISRU)已成为降低探测成本、实现可持续深空探索的关键。深空环境中蕴藏丰富的水冰、氦‒3、金属与非金属矿物、太阳能等资源,能够为生命维持、能源供应、材料建造等任务提供重要支持。然而,深空极端环境(如高真空、极端温度、微重力、强辐射等),以及星壤特殊的力学与矿物特性,使得资源开采、原位转化与工程建设面临机理复杂、技术可行性低、装备适应性差等挑战。现有地面资源开采理论与技术难以直接应用于深空,亟需发展面向深空特殊环境与资源特征的原位利用理论与方法。本文围绕深空资源原位利用的技术体系,从资源表征与映射、原位消耗品生产、土木工程建设、能源生产与存储、环境资源利用及ISRU模拟现场试验6个方面,系统梳理国内外研究进展。其中,美国NASA凭借阿波罗计划积累的丰富样品与先进探测技术,在深层资源表征与映射、原位资源获取、原位消耗品生产及能源生产与存储等方面,形成了较为成熟的技术体系与试验设备,占据先发优势。而后,探讨了深空资源原位利用仍面临的诸多科学问题与技术挑战,如深空复杂环境下资源精准勘探、规模化开采与高效转化技术不成熟,月球/火星基地量化设计缺失,能源生产与存储系统缺乏工程验证等。最后,明确了未来该领域将朝着智能化勘探、高效化转化、工程化应用的方向发展。本文综述国内外相关技术发展现状,重点解析NASA的成熟技术与设备,探讨现存问题与发展趋势,旨在为中国深空资源原位利用技术的研发与突破提供重要参考,助力中国深空探测实现可持续、可负担的高质量发展。
关键词:深空资源;原位资源利用;月球基地;月壤
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更新时间:2026-03-26
智能交叉科学与工程
基于改进YOLOv8的煤矿皮带异物检测方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
赵小虎, 张狄, 谢礼逊, 孙维青, 张景怡, 尤星懿
2026, 58(2): 23-34. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400242
摘要:针对在煤炭输送过程中存在的大尺度煤矸石、小尺度锚杆等造成异物划伤、撕裂皮带和堵塞落煤口等安全隐患,本文提出了一种基于改进YOLOv8的煤矿皮带异物检测方法YOLOv8‒SPCD。首先,根据已有矿井图像制作煤矿皮带异物数据集;接着,利用空间到深度卷积层(SPD‒Conv)代替Backbone中的部分普通卷积层,将输入特征图的空间块重新排列进入通道维度以增加通道数,同时减小空间分辨率,在特征提取阶段保留更丰富的信息;然后,引入部分卷积(Pconv)改进原网络中的C2f模块,通过只在输入通道的一部分上应用卷积,减少关于冗余特征图的计算量,同时保证仍能提取输入图像的空间特征;之后,利用轻量级的跨尺度特征融合模块(CCFM)改进原模型(YOLOv8)的Neck部分,增强模型对于不同尺度对象的检测能力;最后,为了消除原损失函数惩罚项对收敛速度的影响并获得更快、更有效的回归结果,使模型在训练时快速收敛并准确定位皮带异物,引入改进后的Inner‒DIoU函数对网络的边界框回归损失进行优化。通过设计消融实验,分析了本文模型的相关性能:参数量和GFLOPs分别缩小为基线网络的40%和约59%,mAP@0.5提升了4.3个百分点,mAP@0.5:0.95提升了4.1个百分点,且图片检测的每秒帧数(FPS)也有少量提升,说明本文模型和原模型相比在轻量化的同时还提升了精度。与其他主流检测模型相比,本文模型的mAP@0.5最多提升了18.6个百分点,mAP@0.5:0.95最多提升了29.8个百分点,验证了本文模型在煤矿皮带异物检测方面的有效性,为矿井下的边缘端部署提供了先决条件。
关键词:YOLOv8;异物识别;SPD‒Conv;部分卷积;跨尺度特征融合模块
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更新时间:2026-03-26
桥梁挠度的DWT‒LSTM分离预测模型及工程应用
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
郑帅, 姜赫, 王忠昶, 丁嘉, 杨益
2026, 58(2): 35-45. DOI: 10.12454/j.jsuese.202401045
摘要:桥梁挠度具有复杂性及非线性动态变化的特征,以往的预测模型常受挠度响应的滞后性和历史监测数据复杂波形干扰的限制。鉴于此,提出一种基于DWT‒LSTM(discrete wavelet transform‒long short‒term memory)的桥梁挠度分离预测方法。利用小波优化原理将历史桥梁挠度数据分解为趋势项挠度和噪声项挠度;在此基础上结合外界因素构建基于LSTM神经网络的车载、温度和桥梁挠度的噪声项多因素时序预测模型和趋势项时序预测模型,分别对两项挠度序列展开预测并根据时间序列加和原理获得最终的桥梁累积挠度预测值;以雄商高铁跨大广高速桥项目为例,利用该模型分别对短、中、长3个时段的桥梁挠度进行预测,并与传统BP模型和LSSVM模型进行对比,借助最大信息相关系数对噪声项挠度的影响因素展开分析。结果表明:在短、中时段挠度预测中,3种模型的预测结果大致相同;在长时段挠度预测中,基于DWT‒LSTM的桥梁挠度分离预测模型能够有效地对两项挠度信号进行预测。以9月11日长时段累积挠度预测为例,相较于LSSVM模型和BP神经网络,本文所提模型的均方根误差分别降低22.70%和28.76%,平均绝对误差分别降低39.26%和41.73%;温度和车载的最大信息相关系数分别为0.35和0.51,表明车载和温度对噪声项挠度均有重要影响且车载的影响要高于温度。研究为桥梁挠度长期预测提供了一种新的思路和方法。
关键词:长短期记忆网络;小波优化;桥梁挠度;多因素预测;车载影响参数
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更新时间:2026-03-26
基于改进YOLOv5和CombineSORT的车联网路侧视觉感知
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
李晓晖, 杨杰, 夏芹
2026, 58(2): 46-56. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400467
摘要:车路协同是中国实现智能汽车与智慧城市协同发展的重要战略,是弥补自动驾驶与欧美技术差距的核心路线。路侧视觉感知作为车路协同的关键技术手段,能够通过固定视角的摄像头实时监测交通目标,为智能网联系统提供高精度环境感知数据。然而,由于广角镜头下远端目标过小、复杂交通流下车辆相互遮挡频繁、低码率视频中目标运动模糊,以及高流量路口的多路数据同步处理需求,路侧视觉感知在实际应用中往往存在目标漏检、误检或目标ID变换问题。为此,本文兼顾检测精度与运算效率,提出一种基于改进YOLOv5模型和CombineSORT算法的图像识别及跟踪方法。在目标识别环节,通过引入多尺度特征增强模块优化YOLOv5的特征金字塔网络,结合超高效交并比损失函数与网络剪枝技术,显著增强了对小目标及遮挡目标浅层细节特征的提取能力,消融实验表明,在几乎不改变原模型大小的前提下,将mAP@90从0.894提升至0.937。在目标跟踪环节,通过在DeepSORT框架基础上集成Bot-SORT算法的强特征提取网络与StrongSORT算法的联合相似度矩阵,提出了CombineSORT算法,该算法以多项式拟合取代传统的卡尔曼滤波进行运动轨迹预测,舍弃了相机运动补偿,从而在复杂场景下实现了更平滑、更准确的跟踪。实验结果表明,在高流量十字路口场景下,召回率达到96.27%,多目标跟踪精度为0.900,且整体处理时间控制在80 ms以内,显著优于YOLOX、YOLOv7结合DeepSORT等主流组合,证明了其工程实用性。该方法采用轻量化设计,适配现有的边缘计算设备,可直接部署于车联网路侧单元,为智慧交通管理和高级别自动驾驶提供可靠的技术支撑,具有广阔的车路协同应用前景。
关键词:车路协同;路侧感知;图像识别;YOLOv5;CombineSORT
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更新时间:2026-03-26
基于双路DCGAN数据生成和分类‒回归网络的抑郁症检测
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
卢静雪, 李鸿燕, 郑睿超, 秦睿臻
2026, 58(2): 57-68. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400537
摘要:为了改善基于语音的抑郁症检测研究中存在的特征提取繁杂、数据扩充方式较为单一及回归预测时预测偏差不可控的问题,本文从特征构建、数据增强以及网络架构3个方面进行改进,提出一种采用双路深度卷积生成对抗网络(dual path deep convolution generative adversarial network,DP‒DCGAN)进行数据增强和分类‒回归网络的抑郁检测模型。特征构建部分用于构建具有时频特性及线性、非线性特性的二维特征图以充分表征抑郁症。数据增强部分提出DP‒DCGAN网络进行数据增强,增加特征图的多样性以提高模型的鲁棒性及泛化性;并基于空间和频域特性两方面提出评价指标对生成特征图进行筛选,保留高质量的生成特征图。网络架构部分提出分类‒回归网络,通过减小预测置信区间降低预测偏差;针对分类网络中的残差网络,引入多尺度卷积以增强特征间的信息交互,使残差网络充分感知特征图中所蕴含的多层次信息。采用准确率(accuracy)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)作为分类‒回归网络的评价指标,最终在AVEC2014数据集上,本文模型的四分类准确率达到了94.73%,RMSE和MAE分别为4.55和1.11,与现有的抑郁症检测模型相比具有明显优势。
关键词:语音;抑郁症检测;生成对抗网络;分类‒回归;残差网络
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更新时间:2026-03-26
基于时间尺度分离理论的空战深度强化学习分层算法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
谭泰, 江泰民, 黎博文, 李杰, 李辉, 化晨昊
2026, 58(2): 69-83. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400419
摘要:六自由度无人机空战是一个具有复杂多维状态、耦合连续动作和高度非线性动力学的挑战性场景。深度强化学习不需要标签数据,仅通过与环境交互优化策略,在自主空战机动决策中的应用受到广泛关注。然而,高维度的状态和动作空间导致端到端训练难以学习到有效策略、收敛缓慢且泛化性差;奖励函数的设计多依赖人工经验,获得好的奖励并不等同于学习到好的策略。针对这些问题,本文提出了一种基于时分框架的两阶段时间尺度状态分离近端策略优化(two stage time-scale states separation proximal policy optimization,TTS‒PPO)算法。因飞控参数对不同状态量控制效果的时间尺度差异,该算法将空战机动划分为短周期转动运动和长周期轨迹运动两部分,短周期部分采用比例‒积分‒微分(PID)算法完成飞控参数实时输出,长周期部分通过近端策略优化(PPO)算法对短周期PID控制接口进行训练,使两类运动的动作空间解耦,从而使无人机更容易学到有效策略;同时,将环境状态量分离得到长短周期状态量,降低状态空间的维度从而加快收敛并提高模型的泛化性。此外,本文在训练过程中对长周期决策的PPO网络采取两阶段训练方式:第一阶段设计单步奖励并采用较低的决策频率,使无人机训练过程快速度过冷启动时期;第二阶段只保留终局奖励并采用更高的决策频率,避免陷入追求高奖励而损失性能的误区。实验结果表明:使用该框架的算法能够收敛到更高的奖励值;引入长短周期状态量能提升约67%的收敛速度,且在不同空战场景中的泛化性更强;TTS‒PPO算法增加了第二阶段训练,性能进一步提升,仅以直线飞行的敌机作为对手训练后就能击败专家无人机。
关键词:时间尺度分离;比例‒积分‒微分;近端策略优化;两阶段训练;两阶段时间尺度状态分离近端策略优化
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更新时间:2026-03-26
基于VGG‒Unet模型的黄土地震滑坡自动识别方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
王连升, 李平, 穆松伟, 拓耔含, 李晨
2026, 58(2): 84-95. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400651
摘要:黄土地区是地震滑坡的易发区和频发区,为了获得详细的黄土地震滑坡分布情况,需对黄土地区地震滑坡进行快速识别,野外调查和遥感技术是滑坡识别工作的两种重要手段。本文在野外调查滑坡数据的基础上,基于卫星影像平台,应用VGG‒Unet模型对黄土地震滑坡进行自动识别。首先,以在甘肃省、宁夏回族自治区调查的部分黄土地震滑坡为基础,准确总结了其在卫星影像上的地形、坡度、滑体长度、滑体宽度、平面形态、剖面、色调等特征,并以这些特征辅助遥感卫星影像目视解译,提取卫星影像黄土地震滑坡数据库,最终共提取了494幅原始图像,涵盖黄土地震滑坡1 052个,作为输入图像,以提高模型的泛化能力。其次,应用VGG‒Unet模型,采用Python编程语言,基于PyTorch框架,对基于卫星影像黄土地震滑坡数据库的实验数据集进行训练与验证,并对验证集黄土地震滑坡图像进行自动分割,以提高模型的识别精度。为了使模型的分割预测效果达到最佳,用3组数据集、4组实验进行对比分析,选取最佳模型性能指标。并对验证集黄土地震滑坡典型区域的预测效果进行检验。结果表明:VGG‒Unet模型在经裁剪扩充至613幅图像的数据集上展现出了最优的训练与验证性能,尤其在未知数据集(验证集)中表现较好,其验证准确率可达89.57%,均交并比可达70.13%,F
1
可达81.11%且召回率达到了80.53%,模型性能指标均较高。并且,模型在地形与剖面特征发育较好的黄土地震滑坡处识别效果往往更加准确,而对于色调和剖面特征较为模糊的滑坡及小型滑坡存在少量漏判,在地层凹凸不平等复杂地形处则存在少量误判。但总体而言,VGG‒Unet模型可以有效预测黄土地震滑坡区域,结果较为准确且时间、人力成本更低。因此,本文方法可用于迅速分割识别同类型滑坡区域,在野外调查前自动分割识别滑坡位置,以此辅助现场寻找黄土地震滑坡,为大规模滑坡灾害排查工作提供技术支持。
关键词:VGG‒Unet模型;黄土地震滑坡;滑坡识别;卫星影像;野外调查
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更新时间:2026-03-26
滑坡堰塞湖灾害机理与防控
考虑各向异性空间变异性抗滑桩加固边坡可靠度上限分析
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
赵子豪, 王家瑞, 付涛涛, 朱恩林
2026, 58(2): 96-108. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400570
摘要:土在自然沉积过程中其强度经常呈现出各向异性空间变异性特征,其中一般旋转各向异性在自然界土体中分布广泛,该特性体现土体在空间上力学特性的差异。为了考虑该特征对抗滑桩加固边坡稳定性的影响,首先,采用乔列斯基分解法,生成了具有代表性的横观各向异性和一般旋转各向异性的随机场;然后,基于离散机构上限分析理论,在空间变异土体中生成离散的速度间断面,使间断面严格满足塑性力学相关联流动法则,即空间上某处速度间断面的切向速度与真实速度的夹角等于该空间位置土体的内摩擦角,根据弹塑性分析理论求解抗滑桩侧极限土压力,继而建立抗滑桩加固边坡的能量平衡方程,通过强度折减法求解边坡破坏临界状态的安全系数;最后,从波动尺度、变异系数和互相关系数等方面,对比两种各向异性空间变异性随机场对抗滑桩加固边坡可靠度的影响。结果表明:一般旋转各向异性空间变异性桩加固边坡的安全系数均值低于横观各向异性桩加固边坡;一般旋转各向异性空间变异性桩加固边坡最优桩位X
f
/L
x
(桩安装位置到坡脚的距离与坡顶到坡脚距离的比值)趋近0.8,而横观各向异性桩加固边坡最优桩位X
f
/L
x
在0.6~0.7之间,这表明了在设计抗滑桩桩位时将土体的各向异性空间变异性纳入考量的必要性。
关键词:土质边坡;各向异性空间变异性;蒙特卡洛模拟;上限分析;抗滑桩加固;离散机构
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更新时间:2026-03-26
降雨及库水联合作用下膨胀土滑坡变形机理研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
黄晓虎, 胡禹龙, 郭飞, 杨岚峣, 邓茂林, 肖宇煌
2026, 58(2): 109-122. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400550
摘要:丹江口库区广泛分布的膨胀土滑坡对水库的长期稳定及安全运营造成巨大威胁。研究降雨及库水升降作用下膨胀土滑坡的失稳破坏机制,是开展丹江口水库的滑坡灾害气象预警、风险评价及工程治理等防灾减灾工作的关键。以十堰市郧阳区金岗村滑坡为研究对象,在综合分析地质勘察、全球导航卫星系统(GNSS)监测及降雨、库水等资料的基础上,设计滑坡物理模型,通过设置3种物理模拟工况,实时监测滑坡破坏过程中孔隙水压力、含水率数据及坡体变形数据,对降雨和库水位作用下的膨胀土滑坡的失稳机理进行了研究。主要研究结果如下:1)金岗村滑坡在降雨及库水联合作用下表现为逐级牵引式破坏。2)库水和降雨导致滑坡内部孔隙水压力和含水率呈现不同的响应模式。3)库水位下降对滑坡前缘会产生持续性的变形。降雨对滑坡会产生整体性的变形,该变形明显大于库水位下降对滑坡产生的变形。经历库水位循环升降后的滑坡在强降雨条件下更容易发生大变形,甚至失稳。4)降雨及库水联合作用影响的膨胀土滑坡持续变形受到外部附加应力与内部强度指标减小的双重作用。
关键词:膨胀土滑坡;变形破坏机理;物理模型试验;库水位升降;降雨
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更新时间:2026-03-26
挟沙水流对堰塞坝溃决过程的影响机制试验研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
马晨议, 彭铭, 石振明, 朱艳, 林伟强
2026, 58(2): 123-137. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400503
摘要:在山洪、暴雨冲刷、堰塞坝群溃决等导致上游出现水土流失的情形下,堰塞坝的上游入流会形成挟沙水流。挟沙水流相对于清水会引发更复杂的入渗、侵蚀和沉积作用,显著影响堰塞坝的溃坝过程和峰值流量。本文通过水槽模型试验,研究挟沙水流的浓度和粒径对堰塞坝溃决过程的影响机制,探讨了挟沙水流在堰塞坝溃决过程中的侵蚀、沉积和淤堵效应。结果表明:相比于清水,挟沙水流的黏性增加,增强了挟沙水流的侵蚀能力,同时也增强了沉积作用。在溃口形成阶段和溃口发展阶段末期,低速的高浓度挟沙水流产生较强的沉积作用,导致其侵蚀速率略有降低,坝前最高水位和残余坝高增加。在溃口发展阶段前中期,高速的挟沙水流侵蚀能力增强,沉积作用变弱,表现为侵蚀速率增大、溃决峰值流量增加。随着挟沙水流体积浓度的升高,挟沙水流的黏性显著增加,导致堰塞坝的侵蚀速率、溃口尺寸、溃坝峰值流量均增加。随着挟沙水流最大粒径的增加,挟沙水流黏性变化不大,坝体侵蚀速率、溃坝峰值流量等变化也不大。挟沙水流在溃坝过程中产生了明显的淤堵效应,并在坝体内部形成具有致密结构的滞留层。该滞留层使得挟沙水流的入渗程度降低,溃口侧坡的饱和区位置降低,进而导致侧坡滑塌的规模增加。
关键词:堰塞坝;挟沙水流;水槽试验;漫顶溃决;峰值流量
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更新时间:2026-03-26
绿色建筑与智能建造
建筑策划与后评估中基于群决策的指标权重迭代模型
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
庄惟敏, 景泉, 胡朝浪, 李若星, 苗志坚, 胡奇晓, 李炎昊
2026, 58(2): 138-146. DOI: 10.12454/j.jsuese.202500438
摘要:建筑策划与后评估中涉及众多多指标决策的场景,如何结合具体决策环境量化建模以确定指标权重具有重要工程意义。在群决策中既需要考虑指标权重,还需考虑每一位决策者(专家)的权重。传统方法是独立建模分别确定两者,但缺乏对两者的协同优化。因此,本文提出了一种同时输出两者的迭代模型。首先,利用专家个人评价与专家群体评价之间的一致性建立确定专家权重的优化模型,该模型在计算一致性时考虑了不同指标的重要性;然后,利用专家权重直接聚合评价结果获得指标权重;最后,基于专家权重和指标权重的相互影响建立迭代模型。借助建筑策划与后评估中的两个工程案例进行了数值验证,结果表明:1)在绿色性能评价案例中,9位专家对96项底层指标进行语义评价,模型经8步迭代收敛,相邻步指标权重差的无穷范数降至10
‒10
量级;2)与均分专家权重法相比,迭代模型输出的指标权重区分度更高,且办公建筑与旅游建筑的指标排序差异符合功能特征;3)在后评估案例中,5位专家对博物馆与体育馆的69项指标进行评价,模型均于迭代7~9步稳定收敛;4)同一批专家在不同建筑类型下的权重分布呈现显著差异,指标权重有效反映了博物馆侧重文化表达、体育馆侧重晚间照明等工程实际。该模型具有良好收敛性,在工程应用中具有可行性和有效性。
关键词:建筑策划与后评估;多指标群决策;指标权重;专家权重;迭代模型
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更新时间:2026-03-26
建筑幕墙光热聚焦动态分析与可视化方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
欧阳金龙, 李越洋, 高庆龙, 丁洪亚
2026, 58(2): 147-154. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400198
摘要:由于凹面建筑幕墙的外形、空间布局及其镜面反射特性,容易出现光热聚焦问题。大量太阳光线反射且高度聚焦,不仅会产生强烈眩光,而且伴光而生的太阳辐射也会恶化建筑周边的热环境,甚至会灼伤聚焦区域内的人、物或引起火灾。在设计阶段快速分析建筑幕墙光热聚焦状况,并及时反馈给建筑师调整幕墙设计,成为控制该类幕墙光热聚焦的关键。目前,国内外已有一些静态计算或模拟分析方法,但在建模、计算结果可视化及对建筑从业者使用友好性等方面存在缺陷,难以有效辅助建筑师优化幕墙设计方案。因此,本文以建筑师常用的Rhino绘图软件为建模和数据可视化平台,以修正后Grasshopper为模拟计算引擎,开发一种动态模拟计算建筑幕墙光热聚焦的新方法。预先依据镜面反射原理和结合晴天太阳辐射理论,搭建反射光线追踪与太阳光热辐射数值计算模型,并在Grasshopper中编制相关“电池”模块,计算数据可快速反馈至Rhino几何模型中,以实现计算结果可视化。该方法将帮助建筑师在设计过程中观察建筑幕墙全年逐时动态光热聚焦状况,快速判定幕墙设计方案是否产生光热聚焦、何时发生聚焦、聚焦位置在何处、聚焦强度如何变化、哪些幕墙单元形成聚焦等,有利于建筑师及时调整幕墙设计方案,以避免光热聚焦或降低聚焦强度。
关键词:太阳光线;凹面幕墙;太阳辐射;聚焦区域;可视化
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更新时间:2026-03-26
水利与土木工程
钢筋沙漠砂混凝土短柱轴压性能试验研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
李志强, 甘丹, 周阳
2026, 58(2): 155-167. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400111
摘要:为研究沙漠砂对钢筋混凝土短柱轴压性能的影响,对18根钢筋沙漠砂混凝土短柱进行轴压试验。以沙漠砂替代率、纵筋配筋率、体积配箍率为主要参数,对钢筋沙漠砂混凝土短柱的破坏模式、荷载‒位移、荷载‒混凝土应变、荷载‒纵筋应变、延性性能等主要指标进行分析。结果表明:钢筋沙漠砂混凝土短柱主要形成竖向的贯通裂缝而破坏,其失效过程、破坏状态与钢筋普通混凝土短柱相似;当沙漠砂替代率由0增至20%、40%、60%、80%时,其峰值荷载分别增加-9.04%、4.62%、2.00%、-5.52%,延性系数分别增加-16.20%、5.40%、1.80%、-9.46%,其他各项性能均与沙漠砂混凝土的变化趋势相似,且当沙漠砂替代率为40%和60%时,试件表现出较好的受力性能;当纵筋配筋率由0.89%增加至3.57%时,其峰值荷载分别增加约8.53%和15.80%,延性系数分别增加约27.44%和39.98%;当体积配箍率由1.22%增加至1.52%时,其峰值荷载增加约11.44%,延性系数增加约21.58%;随着纵筋配筋率、体积配箍率的增加,钢筋沙漠砂混凝土短柱的其他各项性能均得到改善。最后,建立钢筋沙漠砂混凝土短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果可为钢筋沙漠砂混凝土短柱的工程应用提供理论依据。
关键词:沙漠砂混凝土;短柱;轴压性能;延性性能;承载力
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更新时间:2026-03-26
残积土含水率和混凝土表面粗糙度对界面剪切特性影响
封面论文
封底论文
增强出版
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刘飞禹, 马克超, 杨军
2026, 58(2): 168-178. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400182
摘要:工程实践经验表明,土与结构界面易发生破坏,而结构表面粗糙度和周围土体性质是影响界面力学特性的重要因素。为了深入研究花岗岩残积土含水率和混凝土表面粗糙度对界面剪切特性的影响,通过设计3种法向应力(100、200和300 kPa)、4种含水率(14%、19%、24%和29%)和5种混凝土表面粗糙度系数(0.4、5.8、9.5、12.8和16.7)的室内大型直剪试验,分析了含水率和粗糙度对界面剪切应力‒位移曲线、抗剪强度、竖向位移的影响,并采用数值模拟对土颗粒细观变化进行了分析。试验结果表明:界面抗剪强度随含水率的升高先增加后减少,其中,当含水率为19%时,界面抗剪强度和黏聚力最大;当法向应力为100 kPa时,数值分别为82.40 kPa和30.17 kPa。含水率对应力‒位移曲线影响显著,低含水率(14%~19%)时表现为剪切软化型,高含水率(24%~29%)时表现为剪切硬化型。随着混凝土粗糙度系数的增大,界面的黏聚力和内摩擦角逐步增大,但达到临界粗糙度后,界面黏聚力和内摩擦角保持稳定,不再增长。数值模拟结果表明:试样上部5 cm范围内的颗粒孔隙率随剪切进行不断增加,而其他部位显示出相反的趋势;随着与界面距离的增加,颗粒孔隙率受其影响的程度逐渐减小;法向接触力和切向接触力各向异性的主方向随剪切方向发生偏转。
关键词:土与结构界面;含水率;粗糙度;剪切特性;数值模拟
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更新时间:2026-03-26
黄河下游冲积地层旋挖变径桩竖向承载性能研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
邵广彪, 申佳佳, 焦伟杰, 韩健勇, 刘学林, 陈济遥
2026, 58(2): 179-190. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400061
摘要:黄河下游冲积平原为典型新近沉积地层,在该地层下采用旋挖工艺会提高变径桩的施工效率,但目前针对旋挖变径桩在典型黄河冲积粉黏互层的力学性能研究尚不深入。为探究该地层旋挖变径桩竖向抗压承载性能,本文开展了现场静载试验、单桩承载数值计算和极限承载力理论分析研究。结果显示:桩体达到承载力极限时,呈现出缓变破坏特征,桩侧摩阻和端阻的发挥是异步的,桩身上部摩阻力先于下部发挥到极限,且侧摩阻要先于端阻发挥完成;桩身下部扩径可增加端阻承载,降低桩体沉降量,延缓桩身变形,使桩侧摩阻得到进一步发挥;相同直径下,变径桩受压时桩身压缩量在总沉降量中的占比小于等直径桩,桩身变形程度更小,侧摩阻发挥更完全;变径桩桩周土塑性区同时于桩顶和扩径部位发生塑性形变,塑性区随荷载增大自上而下拓展,直至桩端塑性区加大而破坏,其主要影响桩周2 m范围内的土体,等直径桩塑性破坏范围远超变径桩;数值及理论计算表明,变径桩的极限承载力可超出规范计算承载力极限10%~20%。总体来看,黄河下游冲积地层变径桩呈现摩擦端承桩破坏特征,并验证了变径桩承载力的计算方法,研究成果可对黄河下游冲积地层该类桩基设计及理论计算提供参考。
关键词:黄河冲积地层;变径桩;静载试验;受力性能;极限承载力;数值模拟
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更新时间:2026-03-26
冻融循环前后古建筑青砖的冲击损伤研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
郝贠洪, 高炯, 宣姣羽, 吴日根
2026, 58(2): 191-202. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400167
摘要:针对内蒙古地区古建筑长期遭受冻融循环和风沙颗粒冲击损伤的问题,以内蒙古隆盛庄古建筑青砖砌体为研究对象,利用模拟自然环境下工程材料耐久性损伤的试验系统和自动球压冲击仪,对冻融循环前后古建筑青砖的冲击损伤行为进行研究,并利用数字图像相关技术(DIC)分析青砖压痕区应变场分布规律;通过计算动态硬度和恢复性系数来分析青砖的弹塑性特征;应用超景深三维显微镜和扫描电子显微镜研究其冲击损伤形貌及损伤机理。结果表明:随冲击高度的增加,青砖的冲击荷载峰值和二次冲击荷载峰值呈先平缓后快速增长的趋势,而冻融循环会导致青砖受冲击时的荷载峰值增大,二次冲击荷载峰值减小;青砖损伤区应变以冲击中心为原点向四周呈环形扩散分布,冻融循环使得青砖压痕中心区域的径向应变明显增大,同时压痕损伤面积不断扩大;动态硬度和恢复性系数随冲击高度的增加呈递减趋势,冻融循环导致青砖抵抗塑性变形能力降低,动态硬度和恢复性系数逐渐减小;冲击荷载作用下,青砖表面会形成球冠状小坑,冻融循环后青砖内部结构变得疏松软脆,导致表面损伤区压痕形貌参数不断增大。
关键词:古建筑青砖;冲击荷载;冻融循环;DIC;应变云图;损伤机理
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更新时间:2026-03-26
环境温度对钢管约束混凝土柱抗震性能影响机理试验
封面论文
封底论文
增强出版
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王力, 胡琦, 潘启仁, 顾皓玮, 翟启远, 虞庐松, 亢二聪
2026, 58(2): 203-214. DOI: 10.12454/j.jsuese.202500038
摘要:为研究环境温度对钢管约束混凝土柱抗震性能的影响机理,开展了不同环境温度(-40、20、60 ℃)下9组钢管约束混凝土柱的拟静力试验,通过分析各试件的破坏形态、水平承载力、刚度退化、耗能能力等指标,揭示了环境温度对钢管约束混凝土柱抗震性能的影响机理;并根据试验结果,提出了考虑环境温度影响的钢管约束混凝土柱水平承载力计算公式。结果表明:1)钢管约束混凝土柱的材料特性及钢‒混接触面黏结性能随环境温度的改变而改变,相比于常温工况,高温、低温工况下的试件延性均呈不同幅度下降,但下降的机理并不相同;2)高温(60 ℃)工况下,由于混凝土强度与钢-混凝土界面黏结强度均降低,导致试件水平承载力和延性系数分别最大降低了4.25%和5.27%;3)低温(-40 ℃)工况下,由于试件材料强度提高,以及温度附加套箍效应的作用,试件水平承载力最大提高了20.88%,但延性系数降低了37.52%。提出的考虑环境温度影响的钢管约束混凝土柱水平承载力计算修正公式具有较好的可靠性和准确性,可为高寒地区钢管约束混凝土结构的设计提供必要依据。
关键词:钢管约束混凝土柱;环境温度;拟静力试验;抗震性能;水平承载力;温度附加套箍效应
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更新时间:2026-03-26
新型内置钢管补强混凝土开洞梁试验及理论研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
王勇, 韩冠旭, 张亚军, 张宝明, 滕飞, 龚成有, 赵杰
2026, 58(2): 215-227. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400114
摘要:为便于混凝土梁洞口补强施工和优化传力机制,首先,提出新型内置钢管洞口补强方式,对混凝土开洞梁开展力学性能试验研究,获得不同补强方式对试件裂缝发展及分布、破坏模式、混凝土和钢筋应变及荷载‒变形曲线等力学行为的影响规律;其次,基于ABAQUS软件,建立开洞梁数值模型,对试验梁内力机理进行对比分析;最后,提出附加压杆效应,建立开洞梁拉‒压杆桁架分析模型,对试验梁抗剪承载力进行分析。结果表明:与传统斜筋补强方式相比,内置钢管洞口补强方式施工方便,采用内置钢管补强开洞梁,其极限承载力不低于同等工况下斜筋补强开洞梁,且有利于提高开洞梁抗剪承载力和减小梁底裂缝宽度;内置钢管补强方式在洞口区域形成附加压杆效应,缩短传力路径,所提拉‒压杆桁架理论模型可用于分析内置钢管补强混凝土开洞梁抗剪承载力。本文所提出的内置钢管补强方式,有效解决了传统斜筋补强施工困难与受力性能较差等问题,为切实解决工程中开洞梁抗剪承载力不足与裂缝控制难的问题提供了兼具高效与可靠性的设计方法。
关键词:开洞梁;补强方式;内置钢管;极限承载力;裂缝;主应力迹线
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更新时间:2026-03-26
振动碾压下不规则卵石对防水毯的影响
封面论文
封底论文
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黄虎, 邱庆明, 曹克磊, 郭利霞, 宋元翔, 刘赵涵
2026, 58(2): 228-238. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400012
摘要:钠基膨润土防水毯(GCL,下文简称防水毯)作为一种水利工程防渗材料,在施工过程中对上下垫层土料的粒径及均匀性有较高要求,对于卵石土料丰富而缺乏细粒料的河道,将卵石土作为防水毯的上下垫层可有效降低工程投资,但在碾压过程中卵石可能会对防水毯造成顶托、刺破和挤压等问题,甚至导致防渗失效。为了评价施工碾压过程中不规则卵石对钠基膨润土防水毯的影响,建立了振动碾轮‒卵石土保护层‒钠基膨润土防水毯‒掺灰卵石土支撑层的整体离散元模型。从细观动态角度对卵石的运移规律及其对防水毯的影响开展研究,并提出防水毯局部伸长率、卵石嵌入值和膨润土配位数3种评价指标,对防水毯的安全性开展评价。研究结果表明:碾压过程中不规则卵石会出现旋转、平移等运动形态,进而对防水毯产生挤压、顶托和嵌入等;防水毯与卵石间主要接触形式为点和面接触。在碾压全过程中,典型部位的防水毯局部最大伸长率为3.79%;卵石嵌入最大值为2.1 mm;膨润土配位数分布规律与卵石和防水毯的接触形式及碾压遍数相关,在前7遍碾压过程中,配位数均大于理论极限值;随着碾压遍数增大,局部配位数小于理论极限值。综合3项评价指标结果可知,施工过程中有效控制碾压遍数可保证防水毯的完整性和防渗效果。研究成果可为类似工程施工提供理论参考和借鉴。
关键词:掺灰卵石土;振动碾压离散元模型;防水毯伸长率;卵石嵌入值;膨润土配位数
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更新时间:2026-03-26
轴向水不耦合装药结构爆破空气流场应力演化分析
封面论文
封底论文
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王雁冰, 孔维文, 汪东宸, 杨柳, 郝宪杰
2026, 58(2): 239-252. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400058
摘要:为研究不同轴向水不耦合形式对爆破效果的影响,通过高速纹影系统和超压测试系统并结合有限元ANSYS AUTODYN数值模拟,对轴向水不耦合结构在空气流场中起爆后冲击波的传播规律开展研究。以结构中装药段的位置为变量,设计4种水不耦合形式下的药包,通过纹影照片分析爆炸冲击波和爆生产物的波动变化,对比分析4种结构下冲击波的传播过程、速度变化、压力变化,并将数值模拟结果与纹影试验结果结合,得到炸药冲击波在空气流场中传播速度、压力的演化过程以及在药包内部的压力分布规律。结果显示:轴向水不耦合结构爆炸产生的能量在垂直于炮孔轴线方向比沿炮孔轴线方向更为集中。炸药起爆后产生的冲击波以扁球形在空气流场中传播,爆生产物随冲击波向外传播并逐渐与其分离,且在垂直方向上的位移更远;轴向水不耦合装药结构的爆炸冲击波压力受传播路径上介质的影响,含水耦合一侧的冲击波超压峰值低,但在相同传播距离上衰减速度更慢,冲击波作用时间更长,使该侧爆破作用影响范围更大。轴向水不耦合结构中装药段位置会对爆破效果产生影响,装药段的孔壁压力远大于水介质段,远离装药段的孔壁超压峰值低,因此,破坏范围主要在装药段产生,可以通过改变装药结构中炸药的段数、长度和位置来控制损伤的范围。
关键词:高速纹影;轴向装药;水不耦合;孔壁压力;ANSYS AUTODYN
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更新时间:2026-03-26
基于设定地震的近断层地铁车站结构宽频地震响应分析
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
吴孟桃, 王斌, 巴振宁, 戴靠山, 梁建文
2026, 58(2): 253-266. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400229
摘要:本文针对断层-车站全过程响应模拟,在前期提出的频率波数域-谱元-有限元(FK-SE-FE)强耦合三步法的基础上,进一步引入结合低频确定性成分和高频随机扰动的运动学混合震源模型,实现了基于设定地震的近断层地铁车站结构宽频地震响应分析。以天津市地铁地下车站为例,从现有轨道交通线网中选取6个重要站点作为研究对象,建立了考虑土‒结构动力相互作用的地铁车站结构精细化有限元模型;以天津南隐伏断裂为背景,基于目标地区的活动断层探测、地震危险性评价和岩土勘探钻孔数据等资料,构造了目标断层的运动学混合震源模型和区域地下速度结构,给出了设定M
w
6.1级地震下车站所在场地的0~10 Hz地震动幅值及波形特征;将合成的宽频地震波作为土层-车站系统的多维多点地震动输入,从变形云图、最大层间位移角和侧墙相对位移等多个角度比较了不同车站的动力响应。结果表明:本文研究方法能够反映不同车站场地地震动的空间差异,可评估潜在地震发生时近断层地铁车站结构的破坏风险,为相关场地区域内的地下交通抗震设防提供参考。
关键词:设定地震;地震波传播;混合震源模型;地铁车站;全过程响应
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更新时间:2026-03-26
盐渍环境下古建筑青砖腐蚀机理研究及剩余寿命预测
封面论文
封底论文
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AI导读
吴安利, 郭增平, 郝贠洪, 吴日根, 宣姣羽
2026, 58(2): 267-277. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400169
摘要:针对内蒙古中西部地区盐渍环境下古建筑青砖的常见病害及服役寿命短,模拟古建筑墙体青砖在可溶盐侵蚀下形成的损伤破坏,配制3种盐溶液对青砖进行5、10、15、20、25、30、35和40次干湿循环腐蚀加速试验,一次干湿循环试验浸泡与60 ℃烘干(时间均为12 h),测试其宏观性能、微观形貌和物相的变化,并采用Wiener过程理论模型预测青砖寿命,以达到失效阈值的时间,通过腐蚀损伤速度与量化关系对内蒙古中西部盐渍环境下古建筑青砖的剩余寿命进行预测。结果表明:随着盐‒干湿循环次数的增加,青砖的宏观耐久性能呈差异性的退化趋势,退化程度大小关系为5%Na
2
SO
4
溶液>2.5%Na
2
SO
4
+2.5%NaCl复合盐溶液>5%NaCl溶液,青砖内部孔隙中盐结晶压力破坏、矿物质溶蚀水解、泥化和离子间置换反应等致其腐蚀劣化,在盐‒干湿循环下青砖表观形貌与微观结构同时存在着不同程度的损伤破坏,微观结构的损伤使其宏观性能不断降低。在5%Na
2
SO
4
溶液、5%NaCl溶液和2.5%Na
2
SO
4
+2.5%NaCl复合盐溶液中,在盐‒干湿循环腐蚀加速试验下,青砖的寿命预测分别为1 097、1 646 和1 153 h;在内蒙古中西部盐渍环境下古建筑青砖的剩余寿命预测分别为120、139和124 a,因此在该地区盐渍环境下,古建筑青砖剩余寿命保守估计至少为120 a。试验研究结果为古建筑青砖的耐久性评估及保护修缮等提供了指导性意见。
关键词:盐‒干湿循环;古建筑青砖;盐结晶压力;微观形貌;物相变化;剩余寿命预测
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更新时间:2026-03-26
船型浮堤布置形式对水流结构影响数值分析
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
李彬, 鲁俊, 李超群, 陈翠霞, 任晓光
2026, 58(2): 278-288. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400190
摘要:船型浮堤相比于丁坝,具有缓流促淤、生态适宜特点,但将船型浮堤应用于河道整治尚缺乏足够理论支持。为进一步揭示船型浮堤对水流结构的影响,采用k‒ε模型(k为湍动能)研究船型浮堤淹没比例D(即吃水深度∶水深)、长度比例K(即船长∶河宽)、布置角度θ(θ>0时下挑)与床面横向坡度对船型浮堤三维水流特性与湍动能分布的影响,并利用水槽试验验证。结果表明:1)随着D从0.2增至0.8,船型浮堤下方最大相对纵向流速(即U/U
0max
,U为局部最大流速,U
0max
为入口平均流速)增加,回流长度与U/U
0max
分别从1.0L(L为船长)增至3.5L、从-0.35增至-0.51,船型浮堤后方湍流强度随D增加而增大。2)随着K增加,船型浮堤下方与外侧流速增加,回流区与缓流区范围增大,但回流区长度与回流强度保持不变,湍动能强度增强并在船型浮堤底部与后方形成核心区。3)船型浮堤向上挑(θ=-30º)时阻水作用明显,近岸处其上游U/U
0max
衰减至0.4,底部U/U
0max
(1.53)小于θ为30º时的U/U
0max
(1.63);船型浮堤后方缓流区分布范围在下挑时大于上挑,下挑时水流流态平稳,湍动能较弱并在船型浮堤后方形成局部加速区与环流。4)当船型浮堤布置于深水侧时,水流集中在船型浮堤下方,回流区强度增加,河床横向坡度使船型浮堤后方环流增强。上述研究结果表明:船型浮堤缓流促淤效果在其布置于深水侧、向下挑、淹没比例
≤
0.4、长度比例
≤
0.5时最好,船型浮堤后方缓流区稳定、环流发育、对底部流场扰动小,具有生态适宜性。研究结果为实际河流整治工程提供了技术支持与参考。
关键词:船型浮堤;水动力结构;河流整治;数值模拟
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更新时间:2026-03-26
水化产物‒黏土矿物相互作用多尺度表征初探
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
陈伟忠, 邓永锋, 麦鹏, 吴军, 舒本安
2026, 58(2): 289-301. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400175
摘要:目前,国内外对固化土的研究大多都停留在单元尺度(微纳、细或宏观)性能研究,跨尺度关联模型的研究近乎空白。为了搭建固化土微纳观‒细观‒宏观力学性能之间的桥梁,本文以单矿熟料(C
3
S和C
3
A)、固化纯相黏土(富含高岭石的高岭土及富含蒙脱石的膨润土)为研究对象,在传统宏观无侧限抗压强度测试的基础上,引入纳米压痕和小应变弯曲元测试技术来表征固化土微纳观和细观力学性能,通过大数据解卷积统计分析以及均匀化自洽模型,初步建立了固化软土微纳观‒细观‒宏观的跨尺度关联模型。结果表明,熟料和黏土矿物类型均对固化土的微纳观、细观和宏观力学性能有较大影响。试样KS、KA、BS和BA的微纳观弹性模量分别为其细观和宏观弹性模量的10.3~14.4和56.5~122.7倍。通过对固化土在微纳、细、宏观尺度上的基本力学特性逐步解析,构建多尺度一体化链接模型,不仅可深化对固化软土中黏土矿物与水化产物反应机制的认识,还可为固化软土宏观力学性能的预测提供科学依据。
关键词:水化产物;黏土矿物;多尺度力学特性;纳米压痕;大数据统计分析
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更新时间:2026-03-26
互承结构在缩聚节点编码系下的空间刚架位移法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
夏永强, 王晋, 孟秀梅, 王鹤臣, 倪可忆, 余子英, 肖南, 邹宝平
2026, 58(2): 302-310. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400073
摘要:互承结构中铰节点位于杆件边缘,无法通过直接修改刚度矩阵的方式描述这类连接关系。为了更加高效地计算互承结构的内力和变形,本文提出一套适用于互承结构的静力计算方法。在铰节点处定义广义节点位移由铰节点的三向线位移、两个梁端节点的三向角位移组成。根据互承搭接节点处梁端节点的位移关系,用铰节点广义位移描述梁端节点位移,在传统空间刚架位移法的基础上,用铰节点处编码取代梁端节点上的两个编码,对整体结构节点编码进行缩聚。根据虚功原理,推导缩聚节点编码系下结构的总体刚度方程,集成缩聚节点编码系下结构的总体刚度矩阵。引入边界条件修正总体刚度矩阵,代入刚度方程即可求得缩聚节点编码系下结构的节点位移,进一步求得原编码系下结构的位移和内力。在算例分析中,采用本文所提方法对空间两杆搭接结构和阿基米德6
3
型互承结构进行计算分析,并借助有限元软件ANSYS进行对比验证。结果显示:两种计算方法所得结果误差在3.5%以内,验证了本文所提方法的正确性;有限单元法模拟互承搭接节点时需要额外建立短刚臂,短刚臂将产生15个节点自由度,而提出的方法只需要使用实际铰节点处广义节点位移的9个自由度,有效减少了整体结构的计算自由度数目,在求解互承结构时更加简洁高效。
关键词:互承结构;缩聚节点编码;刚度矩阵;空间刚架位移法;有限单元法
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更新时间:2026-03-26
高内水压作用下深埋压力管道联合承载机理研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
刘宜杰, 张旭辉, 黄本胜, 杨逢杰, 袁明道, 徐云乾
2026, 58(2): 311-322. DOI: 10.12454/j.jsuese.202500321
摘要:针对高内水压条件下深埋压力管道的荷载传递和分配计算问题,提出一种基于复变函数的幂级数解析解法。该方法通过耦合钢衬、混凝土层及围岩的接触应力边界条件,求出三者对应的势函数,继而实现对承载结构不同工作阶段任意位置应力场、变形场及围岩分担率的精确计算。区别于传统厚壁圆筒理论,该方法考虑了混凝土层开裂引起的环向承载能力损失,将其等效为具备一定劲度系数的弹簧层,仅传递径向荷载,更符合工程实际;并通过与数值模拟结果对比验证了该解析方法的正确性。基于此模型分析了不同内水压、初始缝隙大小及围岩类别条件下联合承载分担率的变化规律,并将其与不考虑混凝土层开裂工况的结果进行对比。结果表明:1)混凝土层开裂后失去环向承载能力,本该由其承载的内水压按照一定比例转移至钢衬和围岩,围岩分担率减小;2)缝隙大小对钢衬‒混凝土‒围岩组合结构荷载传递和分配影响显著,毫米级大小的缝隙会大幅减少围岩分担率;3)不同围岩类别求解得到的围岩分担率差别较大,特别是混凝土发生开裂后差别更为显著。提出的解析计算方法是框架性的,可在此基础上根据工程特点进行条件设定补充后重点分析,对该类型压力管道的前期设计和安全评价工作具有指导意义。
关键词:深埋压力管道;钢衬‒混凝土‒围岩;围岩分担率;高内水压;缝隙;围岩类别
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更新时间:2026-03-26
裂隙饱水砂岩冻融损伤演化与受载破裂特征细观模拟研究
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封底论文
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AI导读
田汝栋, 宋勇军, 张森, 杨慧敏, 孙银伟, 蔡天佐
2026, 58(2): 323-338. DOI: 10.12454/j.jsuese.202500533
摘要:寒区岩土工程通常涉及含有节理和裂隙的岩体,其内部结构面饱水后在冻融循环的作用下易引发一系列工程问题。本文基于离散元水冰颗粒相变膨胀方法,开展裂隙饱水砂岩冻融循环及单轴压缩数值模拟,并结合室内力学试验及CT(computed tomography)进行对比验证,从细观上探讨了裂隙饱水砂岩的冻融损伤演化规律和细观受载破裂特征。结果表明:裂隙饱水砂岩冻融损伤程度随倾角不同而异,损伤程度从大到小对应的倾角依次为0°、15°、45°、60°、90°、75°,伴随冻融作用进入后期阶段,次生裂纹在既有裂隙周边萌生与扩展;冻融循环过程中张拉微裂纹占据主导地位,裂隙周围因水冰相变的冻胀扩容作用出现应力集中现象,在冻融后期,低倾角裂隙左侧的次生裂纹与边界贯通应力得以释放;随着冻融循环次数的增加,试样的峰值应力逐渐降低,试样受载破裂过程中微裂纹数量呈“慢—缓—陡”的趋势演化,张拉微裂纹数目远多于剪切微裂纹,试样张拉破坏模式显著;冻融前后试样破裂过程与形态明显不同,试样受载诱发冻融产生的次生裂纹互相贯通,进而发育形成翼裂纹,随着冻融循环次数的增加,裂纹扩展更加剧烈,最终破碎程度更为完全。研究可为探索裂隙岩体冻融损伤机制及破坏预测方法提供参考。
关键词:冻融循环;裂隙岩体;离散元;细观损伤;CT扫描;破裂特征
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更新时间:2026-03-26
改性氧化石墨烯增强水泥注浆材料结石体强度试验研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
朱斌, 徐志鹏, 肖飞, 张宇晗, 石磊, 马元军
2026, 58(2): 339-350. DOI: 10.12454/j.jsuese.202500414
摘要:水泥注浆是交通隧洞与矿山井巷围岩加固的重要手段,其结石体强度是影响岩体加固质量的重要因素。在深部地层或高地温隧道围岩注浆中,水泥注浆材料流体性能和结石体性能都会存在一定程度劣化,影响注浆质量。针对直接添加氧化石墨烯(GO)等纳米材料改善水泥结石体强度会导致浆液流动性明显降低,或直接添加减水剂改善浆液流动性会导致结石体强度降低这一重要矛盾,本文采用自由基共聚法制备合成了一种新型改性氧化石墨烯(MGO),并通过试验研究了其对水泥注浆材料结石体的强度演变影响及微观作用机制。结果表明:在25~45 ℃模拟地层温度条件下,所研制的MGO不仅可增强新拌水泥浆液的流动性,还可以将水泥结石体强度提高约11%~27%,能够同时兼顾水泥浆液流动性和结石体强度;MGO比GO、减水剂更有利于提高结石体强度,但浆液流动性与使用减水剂相似;均匀分散的MGO不仅能够释放水泥浆液中被包裹的部分自由水,在水泥水化过程中还可为C‒S‒H凝胶和CH晶体的生成提供更多的成核位点,同时还能细化CH晶体尺寸,使得水泥结石体内部微观结构更加致密,增大强度。研究结果可为提高地下工程围岩注浆特别是高地温岩体注浆加固质量提供重要参考。
关键词:岩体注浆;水泥注浆材料;氧化石墨烯;高地温;结石体强度
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更新时间:2026-03-26
基于抛物线强度准则的冻土热‒弹性‒塑性柱孔扩张模型
封面论文
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AI导读
黄一峰, 刘恩龙
2026, 58(2): 351-360. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400118
摘要:柱孔扩张作为典型的边值问题,可以用来分析冻土区的桩基工程在施工时土体受到径向压力时的应力和位移。在施工时随着孔内径向压力的增加,周围土体会逐渐由弹性变形状态转变为弹塑性变形状态,进而可将周围土体划分为弹性区和塑性区,其应力状态由不同的控制方程确定。现有的柱孔扩张模型适用于未冻土和岩石,其本构方程和强度准则仅与材料自身的力学特性有关,而冻土的柱孔扩张模型还与土体的温度分布有关。此外,冻土的强度准则还具有与未冻土明显不同的非线性特征,即随着平均应力的增大,冻土的强度先增大后减小,通常呈现抛物线形式。本文提出的冻土热‒弹性‒塑性柱孔扩张模型基于适用于冻土的抛物线强度准则,同时考虑了温度分布对冻土力学特性的影响,使用了包含温度变量的热弹性本构方程对土体的应力状态进行分析。在计算塑性区位移时,本文模型运用连续介质力学的运动方程推导了柱孔内侧位移的表达式。通过算例分析,可以发现弹塑性分界面上环向应力的不连续、塑性区的变形存在压硬性等,与冻土的实际力学特性相符合。当孔内温度变化,塑性区的范围和应力分布均会发生改变。本文模型对冻土地区的原位土工试验、桩基础设计和施工有指导意义。
关键词:柱孔扩张;冻土;温度场;强度;弹‒塑性分析
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更新时间:2026-03-26
信息工程
基于多变量波动特征融合的空调制冷系统故障检测
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AI导读
韩晓霞, 宋涛, 孙一杰, 曹哲, 王阳
2026, 58(2): 361-371. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400078
摘要:空调制冷系统作为保持复杂大型装备运行环境的重要系统,准确检测该系统的故障对确保装备可靠运行、预防安全事故具有重要意义。由于车载设备安装的空调系统的可用空间受到限制,能安装的传感器种类和数量也相应减少,使得对空调系统进行故障诊断更加复杂。当前对制冷系统的故障检测往往基于数据驱动的方法,对积累的经验知识运用不足;并且,并未区分单一变量和系统总体两个层面分别进行故障检测,无法准确反映制冷系统的故障情况。针对上述问题,本文提出了一种面向多变量波动特征融合的空调制冷系统故障检测方法。首先,采用预测与平滑技术对系统单一变量的波动特征进行提取,在消除时间序列局部波动和周期性波动影响的同时,有效保留了序列的异常波动特征,实现对非高斯变量的高斯化处理,获取反映单一变量波动特征的故障检测证据;其次,使用距离相关系数(dCor)计算空调系统故障检测变量之间的相关关系,并基于相关证据推理规则(ERr‒DE)实现了检测变量特征的融合,并依据所提判断准则得到了系统层面的总体故障检测结果。对某型号空调制冷系统故障检测案例进行实验,结果表明,所提方法是有效的,该方法可以在不同层面上检测系统故障,与对比方法相比更有优势。本研究为优化空调制冷系统的运维管理提供了依据。
关键词:空调制冷系统;故障检测;波动特征提取;相关证据推理规则;特征融合
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更新时间:2026-03-26
基于优势邻域相对决策熵的增量式属性约简算法
封面论文
封底论文
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AI导读
陈宝国, 陈磊, 邓明, 李晓燕, 陈金林
2026, 58(2): 372-386. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400187
摘要:在大数据环境下,数据处于不断动态更新之中,这使得传统的机器学习算法面临着一定的局限和挑战。增量式学习是一种在已有模型学习结果的基础上,只针对变化数据进行学习的一个过程,可以大幅度提升数据更新过程的学习性能。增量式属性约简是在动态数据集环境下进行高效属性约简的一种常用方法和策略,然而,针对对象动态更新变化的动态有序信息系统中,现有的增量式属性约简方法忽略了粗糙近似集可以为属性约简提供分类信息这一作用。因此,在动态混合有序信息系统下提出了一种基于优势邻域相对决策熵的增量式属性约简算法。首先,针对混合有序信息系统提出了优势邻域相对决策熵,并设计了相应的矩阵表示形式和非增量式属性约简算法;然后,针对混合有序信息系统对象动态增加和动态减少的两种场景,分别研究了优势邻域相对决策熵的增量式更新,并设计出了对应的增量式属性约简算法;最后,在公共数据集上进行比较实验。结果证明了所提出增量式属性约简算法的有效性,并且其在分类精度和算法效率方面均优于现有的同类型增量式算法。
关键词:属性约简;对象变化;增量式;有序信息系统;优势邻域相对决策熵
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更新时间:2026-03-26
微型无人机阵列位置扰动下的DoA估计混合Cramér-Rao界
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冯永攀, 王继刚, 王俊峰, 卢忱
2026, 58(2): 387-394. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400052
摘要:随着无人机技术的快速发展,基于微型无人机集群的分布式天线阵列因其灵活部署、低成本、可重构等优势,在无线通信、目标探测、环境监测等领域展现出广阔的应用前景。然而,在实际部署过程中,受外界环境干扰和无人机自身控制精度限制,无人机集群难以精确到达预设位置,从而产生随机的位置扰动误差。这些位置扰动不仅会恶化阵列的空间频谱特性,还会显著降低对目标信号的探测、定位和参数估计性能,成为制约无人机集群阵列实用化的关键问题之一。针对上述挑战,基于位置扰动误差在相邻无人机间传播的物理特性,建立了考虑位置扰动的无人机集群阵列信号模型,重点研究了位置扰动对目标信号到达角(DoA)估计性能的影响。通过引入位置扰动相关矩阵,推导了DoA估计在有限采样情况下的混合克拉美罗下界(HCRB),构建了评估位置扰动影响的理论基础。为了验证理论分析的有效性,本文通过数值仿真,从位置扰动方差、信噪比、无人机数量,以及DoA角度等多个角度,对比分析了有无位置扰动情况下的DoA估计性能。仿真结果表明:位置扰动显著恶化了DoA估计精度,且随着信噪比的提高,DoA估计对位置误差更加敏感。此外,增加无人机数量可在一定程度上降低HCRB,但难以消除位置扰动带来的估计误差。
关键词:无人机;阵列;位置扰动;到达角;Cramer-Rao界
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更新时间:2026-03-26
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