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郑州大学学报（工学版） 2024年第3期45卷 1-6,13页

作者：方宏远董智峰薛冰寒雷建伟郑州大学黄河实验室河南郑州450001 郑州大学国家地方重大基础设施检测与修复技术联合工程实验室河南郑州450001

针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复... 详细信息

针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复程度及脱空区域大小、面板厚度及配筋等因素对高聚物注浆修复面板脱空堤坝探地雷达波场特征的影响。结果表明:随着激励源中心频率增大,探地雷达剖面图分辨率逐渐增加;随着脱空区域长度增加,探地雷达剖面图中产生的水平状界面反射波增长;随着脱空区域深度增加,探地雷达剖面图水平状反射线之间时间间隔逐渐增大;随着堤坝面板厚度增加,在面板脱空修复区域绕射波和衍射波幅值减小;探地雷达发射的电磁波遇到钢筋时将产生能量较强的绕射波,强绕射波将脱空区域上下分界面的反射波分割开,难以判断反射波的水平长度。根据高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达波场特征,能有效判断堤坝面板脱空区域的高聚物注浆修复效果,有助于解释实际堤坝面板高聚物注浆修复效果的探地雷达图像。

关键词：堤坝高聚物注浆时域有限差分法面板脱空探地雷达波场特征

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新型高聚物微型桩加固工程斜坡的抗滑性能模型试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第10期55卷 3803-3813页

作者：王钰轲尚海威贾朝军余翔钟燕辉郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001 水利与交通基础设施安全防护河南省协同创新中心河南郑州450001 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

基于高聚物材料成型快、力学性能优异与微型桩施工非开挖、扰动小、场地适应性强的特点,提出一种用于工程斜坡突发滑坡灾害防治加固的新型高聚物微型桩技术。通过自主设计的工程斜坡加固模型试验装置,开展不同设计方案下高聚物微型桩加... 详细信息

基于高聚物材料成型快、力学性能优异与微型桩施工非开挖、扰动小、场地适应性强的特点,提出一种用于工程斜坡突发滑坡灾害防治加固的新型高聚物微型桩技术。通过自主设计的工程斜坡加固模型试验装置,开展不同设计方案下高聚物微型桩加固效果试验,分析高聚物微型桩的抗滑性能、加固机理、桩体破坏形式与受力变形特征。研究结果表明:高聚物微型桩成型快,具有优异的强度性能,能够有效提高滑坡体的承载能力。在滑坡推力的作用下,桩身呈现出“S”型变形,变形区域主要集中在滑面附近,桩体会发生一定程度的偏转。不同埋深处桩体的剪力与弯矩沿滑面整体呈对称三角形分布,靠近滑面附近的剪力与弯矩最大。在无筋和加筋2种方案下,滑坡体所能承受的极限荷载分别为35 kPa和50 kPa,桩体偏转角度分别为2°和1°,加筋后,桩体承受的最大剪应力约为无筋桩体的1.55倍,其最大弯矩约为无筋桩体的2.75倍。

关键词：高聚物微型桩抗滑性能工程斜坡模型试验变形破坏机制

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新型聚氨酯弹性体注浆材料的压缩尺寸效应及应变率效应

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材料导报 2023年第15期37卷 269-275页

作者：潘旺夏洋洋张超方宏远王复明郑州大学水利与交通学院郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室郑州450001 地下工程灾变防控省部共建协同创新中心郑州450001

为了解决现有风电基础注浆加固材料强度低、抗变形能力弱及可注性差等难题,制备了一种新型聚氨酯弹性体注浆材料。在考虑尺寸效应和应变率效应的影响下进行了单轴压缩试验研究,得到了压缩应力-应变关系曲线,提出了一种适用于该聚氨酯弹... 详细信息

为了解决现有风电基础注浆加固材料强度低、抗变形能力弱及可注性差等难题,制备了一种新型聚氨酯弹性体注浆材料。在考虑尺寸效应和应变率效应的影响下进行了单轴压缩试验研究,得到了压缩应力-应变关系曲线,提出了一种适用于该聚氨酯弹性体注浆材料的四参数唯象本构模型。结果表明:在该材料达到极限破坏之前,其应力-应变关系分为弹性阶段、屈服阶段、应变软化阶段三个阶段;材料的弹性模量、抗压强度、软化应力、能量密度等力学参数随应变率增大而增大,随试件尺寸的增大呈现先减小后增大的趋势,且相比尺寸效应,应变率效应的影响更为显著。本工作提出的四参数唯象本构模型能准确地表征本材料在不同尺寸时的压缩应力-应变关系。此本构模型为该聚氨酯弹性体注浆材料的理论计算和工程应用提供了重要的科学依据。

关键词：聚氨酯弹性体注浆材料压缩性能应变率尺寸效应本构模型

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聚氨酯泡沫注浆修复材料泡孔结构特征及抗压性能研究进展

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材料导报 2024年第3期38卷 229-242页

作者：张超潘旺方宏远王娟王翠霞杜明瑞赵鹏王磊王复明郑州大学水利与交通学院黄河实验室(郑州大学)地下工程研究院重大基础设施检测修复国家地方联合工程实验室地下工程灾变防控省部共建协同创新中心坝道工程医院(平舆) 郑州安源工程技术有限公司南方工程检测修复技术研究院万华节能科技集团股份有限公司

聚氨酯泡沫(PUF)注浆修复材料以轻质高强、快凝高膨胀等优势，在基础设施修复加固领域得到了广泛的应用。抗压性能是工程修复材料十分重要的力学指标之一，而材料的微观结构对其宏观力学行为有决定性影响。近年来，国内外专家学者对PUF... 详细信息

聚氨酯泡沫(PUF)注浆修复材料以轻质高强、快凝高膨胀等优势，在基础设施修复加固领域得到了广泛的应用。抗压性能是工程修复材料十分重要的力学指标之一，而材料的微观结构对其宏观力学行为有决定性影响。近年来，国内外专家学者对PUF注浆修复材料的微观结构特性和抗压性能进行了大量研究，但尚未见到系统性总结。本文介绍了PUF注浆修复材料的定义及反应过程，综述了其微观泡孔结构特性、压缩应力-应变关系和本构模型，从宏微观角度讨论了其变形和破坏机理，总结了密度、试件尺寸、应变率和特殊环境工况对压缩性能的影响机理及规律，最后展望了PUF注浆修复材料未来的研究方向。

关键词：聚氨酯泡沫注浆微观结构本构模型抗压性能

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不同影响因素下路用黄河泥沙动剪切模量和阻尼比试验及理论模型研究

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工程科学学报 2023年第3期45卷 509-519页

作者：王钰轲李俊豪邵景干余翔郑州大学水利科学与工程学院郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室郑州450001 水利与交通基础设施安全防护河南省协同创新中心郑州450001 河南交院工程技术集团有限公司郑州450001

沿黄河高速公路建设过程中,黄河泥沙作为路基填料的可行性已经得到验证和重视,然而目前有关黄河泥沙作为路基填料的动力特性的研究较少.本文利用英国GDS动态三轴试验系统,对取自黄河中下游郑州段的泥沙进行应力控制的动三轴试验,探究了... 详细信息

沿黄河高速公路建设过程中,黄河泥沙作为路基填料的可行性已经得到验证和重视,然而目前有关黄河泥沙作为路基填料的动力特性的研究较少.本文利用英国GDS动态三轴试验系统,对取自黄河中下游郑州段的泥沙进行应力控制的动三轴试验,探究了围压、相对密实度和试验频率对黄河泥沙动剪应力–动剪应变关系、动剪切模量G和阻尼比D的影响,绘制了动剪应力–动剪应变关系骨干曲线和滞回曲线.结果表明,黄河泥沙的动剪切模量、阻尼比与剪应变关系可以用Hardin双曲线模型描述,围压对G和D的影响较大、试验频率对G和D的影响较小.综合与其他土体的动力特性对比表明,黄河泥沙动剪切模量折减曲线规律以及阻尼比D曲线规律和其他土体相符,其动力特性更接近于粉土和砂土,但与其他土体并不完全一致,具有一定的特殊性.最后,本文考虑了围压、相对密实度的影响,并结合现有经验公式,建立可以较好描述黄河泥沙最大动剪切模量G_(max)与围压、孔隙比关系的经验公式,同时建立了动剪切模量比G/G_(max)和D的数学模型,拟合结果显示,建立的模型能较好地描述黄河泥沙的G/G_(max)和D随剪应变的变化规律.

关键词：黄河泥沙动剪切模量比阻尼比动三轴试验理论模型

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长期循环荷载下黄泛区黄河泥沙的变形特性及安定性分析

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铁道科学与工程学报 2024年第5期21卷 1866-1875页

作者：王钰轲蒋睿贾朝军余翔钟燕辉郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001 水利与交通基础设施安全防护河南省协同创新中心河南郑州450001

随着国家“黄河高质量发展”战略的提出,沿黄工程建设飞速发展,填筑土体材料需求量剧增,建筑资源短缺的问题突显。黄河泥沙作为一种新型工程填料,其资源利用前景被相关部门和研究人员重视。为研究长期循环荷载作用下的黄河泥沙的动力服... 详细信息

随着国家“黄河高质量发展”战略的提出,沿黄工程建设飞速发展,填筑土体材料需求量剧增,建筑资源短缺的问题突显。黄河泥沙作为一种新型工程填料,其资源利用前景被相关部门和研究人员重视。为研究长期循环荷载作用下的黄河泥沙的动力服役特性,选取黄河泥沙典型试样,基于GDS三轴试验系统进行了排水条件下的大周次(10000次)循环三轴试验,结合安定理论系统分析围压、循环应力比、加载频率和密实度对黄河泥沙变形特性的影响,并对黄河泥沙的长期动力稳定性进行研究。研究结果表明:累积应变和回弹应变随着围压的增大而增大,随着频率的升高和密实度的增大而减小,循环应力比较小时,应变累积在加载初期几百次循环内就迅速稳定;随着循环应力比增大,应变的发展逐渐具有蠕变的性质,在5000次循环后仍不断累积;随着循环应力比继续增大,轴向应变将在加载初期迅速增大,泥沙试样在很少的周次内达到破坏状态。通过与代表性的相似土体进行对比,发现黄河泥沙的蠕变性介于粉土和砂砾土之间。基于黄河泥沙的安定性分析,提出了黄河泥沙容许循环应力比的表达式,用以初步判断排水状态下黄河泥沙的长期动力稳定状态。研究结果为泥沙土在实际工程中的进一步应用和推广提供了参数支撑。

关键词：黄河泥沙排水条件循环荷载变形特性安定理论

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基于集成学习模型的正常固结土抗剪强度指标预测方法

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岩土工程学报 2023年第S02期45卷 183-188页

作者：王钰轲冯爽钟燕辉张蓓郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001 地下工程灾变防控省部共建协同创新中心河南郑州450001

抗剪强度指标的准确获取对工程设计具有决定性作用,目前试验方法确定的强度指标过于依靠工程经验,导致最终的取值具有不确定性。集成学习模型是机器学习的一个子类,在处理复杂的数据和任务时表现出强大的性能。为了能更准确地获得抗剪... 详细信息

抗剪强度指标的准确获取对工程设计具有决定性作用,目前试验方法确定的强度指标过于依靠工程经验,导致最终的取值具有不确定性。集成学习模型是机器学习的一个子类,在处理复杂的数据和任务时表现出强大的性能。为了能更准确地获得抗剪强度指标,以正常固结土为研究对象,利用不同的集成学习算法建立其抗剪强度指标的预测模型。通过均方根误差(RMSE)、可决系数(R^(2))、绝对值误差(MAE)评估不同模型的泛化能力,并采用Adaboost算法进行输入参数的敏感性分析。结果表明抗剪强度采用Adaboost、内摩擦角采用RF、黏聚力采用Adaboost算法具有最佳的泛化能力,其测试集R^(2)可分别达到0.925,0.965,0.942。敏感性分析结果显示,对抗剪强度影响最大的参数为干密度、含水率和法向应力;对内摩擦角影响最大的参数为曲率系数、黏粒含量和含水率;对黏聚力影响最大的参数为含水率、干密度和液限。本文所建立的预测模型可为工程中抗剪强度指标的选取及运用机器学习方法研究土体强度参数提供参考。

关键词：正常固结土抗剪强度指标集成学习机器学习敏感性分析

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考虑化学反应的聚氨酯高聚物浆液膨胀机理试验与数值模拟研究

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铁道科学与工程学报 2023年第11期20卷 4163-4173页

作者：李晓龙陈灿贾赫扬马鹏桂云祥张蓓钟燕辉郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001 河南省陆浑水库管理局河南洛阳471032 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001

目前,高聚物浆液膨胀力计算多采用高聚物密度-最终膨胀力经验关系表达式近似确定,不能反映高聚物反应过程中膨胀力的时程变化,制约计算分析的准确性。针对上述问题,基于浆液聚合反应机理,采用龙格库塔方法求解浆液化学反应动力学方程,... 详细信息

目前,高聚物浆液膨胀力计算多采用高聚物密度-最终膨胀力经验关系表达式近似确定,不能反映高聚物反应过程中膨胀力的时程变化,制约计算分析的准确性。针对上述问题,基于浆液聚合反应机理,采用龙格库塔方法求解浆液化学反应动力学方程,并结合理想气体状态方程,构建一种能够描述不同约束条件下高聚物密度、膨胀力随时间变化规律的计算模型。进行了固定浆液体积条件下高聚物膨胀力试验和固定围压条件下高聚物密度测试,数值模拟结果与实测值吻合良好,证明了计算模型的适用性。在此基础上分析不同浆液密度和围压下高聚物浆液膨胀机理,结果表明:固定体积条件下,高聚物浆液膨胀力随时间逐渐增大,其增长速度先慢后快,于32~33 s达到峰值,随后逐渐降低,约90 s时趋于0;浆液膨胀力及其时程变化速率、单位密度变化引起的膨胀力变化量均与浆液密度呈正相关。固定围压条件下,高聚物浆液密度随时间逐渐减小,变化速度初始较快,随后逐渐减缓并趋近于0;围压越大,浆液密度越大,其时程变化速率越低,单位围压变化引起的密度改变量越小。利用该模型可实时求解高聚物浆液膨胀力随时间变化过程,为深入研究不同条件下高聚物膨胀扩散机理、浆液-地层相互作用机制奠定基础。

关键词：高聚物浆液膨胀力化学反应试验计算模型

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基于K-L展开法考虑土体参数空间变异性的土石坝坝坡可靠度分析

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水利学报 2024年第12期55卷 1417-1427页

作者：王钰轲邵琳岚万愉快余翔张蓓钟燕辉郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001 地下工程灾变防控省部共建协同创新中心河南郑州450001 宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021

针对传统土石坝坝坡稳定性分析方法在处理土体参数空间变异性时的局限性,本文提出了一种基于Karhunen-Loève(K-L)展开法的土石坝坝坡可靠度分析方法。将K-L展开法与拉丁超立方抽样技术和Cholesky分解法集成,建立了坝坡土体参数的... 详细信息

针对传统土石坝坝坡稳定性分析方法在处理土体参数空间变异性时的局限性,本文提出了一种基于Karhunen-Loève(K-L)展开法的土石坝坝坡可靠度分析方法。将K-L展开法与拉丁超立方抽样技术和Cholesky分解法集成,建立了坝坡土体参数的随机场模型,该模型考虑了其在空间上的不确定性与随机性。在此基础上,运用蒙特卡洛模拟法对坝坡的可靠度进行评估。通过对土体参数变异系数、自相关距离、相关系数的敏感性分析,研究了上述参数对坝坡失效概率、安全系数以及潜在滑面分布的影响。结果表明,土石坝坝坡土体参数的空间变异性对坝坡可靠度有显著的影响,其中,内摩擦角变异系数、竖直自相关距离、相关系数对坝坡可靠度的影响较大。当内摩擦角变异系数由0.1增至0.4时,坝坡失效概率增加了32.55%;当竖直自相关距离由1 m增至4 m时,坝坡失效概率增加了2.1%;当相关系数由-0.8增至0.5时,坝坡失效概率增加了3.18%。

关键词：坝坡可靠度空间变异性 Karhunen-Loève(K-L)展开法

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高聚物注浆材料压缩疲劳损伤演化与寿命预测

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中国公路学报 2023年第10期36卷 64-74页

作者：张超潘旺方宏远王翠霞王复明郑州大学水利与交通学院/黄河实验室/地下工程研究院河南郑州450001 地下工程灾变防控省部共建协同创新中心河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001

高聚物注浆材料以固化时间短、膨胀力和膨胀比大、轻质高强等特点在道路的非开挖修复中应用广泛。在长期交通荷载作用下高聚物注浆材料的力学性能会受到一定程度的影响,然而其疲劳损伤演化规律和服役寿命预测尚未见到系统研究。采用现... 详细信息

高聚物注浆材料以固化时间短、膨胀力和膨胀比大、轻质高强等特点在道路的非开挖修复中应用广泛。在长期交通荷载作用下高聚物注浆材料的力学性能会受到一定程度的影响,然而其疲劳损伤演化规律和服役寿命预测尚未见到系统研究。采用现场试验、准静态压缩和循环压缩试验对高聚物注浆材料的修复效果和静动态抗压性能进行了研究,提出了一种基于密度和寿命的疲劳阈值预测公式。结果表明:弹性模量、抗压强度、准静态能量耗散随密度增大而增大且存在幂函数关系;不同密度高聚物注浆材料的疲劳阈值在0.6~0.8之间;压缩疲劳性能随着相对循环次数的演化过程可分为3阶段(调整阶段、稳定变化阶段、循环破坏或循环硬化阶段);在较高应力水平(0.7和0.8)下,经过调整和稳定变化阶段,动态弹性模量减小,累积应变、应变速率、动态能量耗散增大;相对循环次数达到80%之后,疲劳性能参数急剧变化,动态弹性模量平均减小了93.69 MPa,累积应变、应变速率、动态能量耗散平均增加了0.15、0.20 s^(-1)、0.027 MJ·m^(-3);试件发生破坏且在泡孔结构中出现裂纹和坍塌破碎;在低应力水平(0.6)下,经过调整阶段,动态弹性模量和累积应变与循环次数存在对数函数关系,应变速率和动态能量耗散与循环次数存在指数函数关系;循环硬化后,其宏微观形貌无明显损伤,且抗压强度和弹性模量平均有超过20%的提高。所得结果为高聚物注浆材料耐久性能评价和推广应用提供了一定的理论指导和科学依据。

关键词：路基工程高聚物注浆材料压缩疲劳疲劳损伤寿命预测注浆修复

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