基于TLS的滑坡形变分析方法研究

以四川理县一地质滑坡为例,分析扫描点空间位置的理论精度,探讨点云数据获取以及点云过滤、点云拼接、地理参考等数据预处理的关键技术,给出一套比较直观、全面的滑坡形变分析方法,包括基于点云比较的形变分析、基于TIN比较的形变分析、基于特征点的形变分析以及基于DEM的形变分析。为了充分利用非地面点云数据,提出一种提取滑坡区域电线杆、树干的几何特征来分析滑坡水平变化的新方法。通过分析得到的滑坡形变量与GNSS远程实时监测结果基本一致。     

海洋纤维增强热塑性立管极限承载拉力预测方法

海洋新型纤维增强热塑性立管因其可盘卷、耐腐蚀、耐疲劳和轻质化等优点,在深水油气开发中应用前景十分广阔。热塑性立管具有复合材料的各向异性、受力耦合效应及复杂的本构关系,且承受浮体运动和复杂海洋环境载荷,其失效模式尚未明确。针对轴对称载荷作用下纤维增强热塑性立管极限承载力问题,进行热塑性管稳态热传导和热应力的理论推导,求解了稳态温度和应力分布,首次给出了在任意温度载荷作用下管体径向位移的解析解,并直接求解其径向、轴向、环向和剪切应力。采用各向同性层Von Mises和各向异性层最大应力（Max Stress）准则或Tsai-Hill准则判定热塑性管的失效,基于应力分布、失效准则和二分法计算了热塑性管的极限载荷。温度载荷、纤维铺设角度和径厚比对管道的应力分布影响显著。不同温度载荷会改变失效指数沿径向的变化趋势,增大轴向拉力将增大热塑性管的失效指数,选用不同的失效准则在管体失效判定上存在一定的差异。热塑性管温度越低、纤维铺设角越小及径厚比越大,管道对轴向拉伸载荷的承载能力越强。     

基于实测波浪的单桩式海上风电基础波浪力计算研究

基于实测波面的波浪力获取作为结构动力响应分析以及数字孪生模型建立的必备环节,对海上风电数字化运维至关重要。为了满足更大的装机容量需求,单桩式海上风电基础趋于大型化,其尺度因子D/L也随之增大;并且实际海域均为非规则波,以尺度因子划分波浪力计算理论的方法对非规则波的适用性尚不明确。通过建立数值水槽,依据实际工况对不规则波与桩基的作用进行数值模拟,得到入射波浪场与桩基所受波浪力,在此基础上,基于入射波浪场分别采用Morison方程以及绕射理论求解波浪力并将之与数值模拟结果进行对比,分析了不同波浪力计算理论关于尺度因子的适用性,同时探究了波浪要素对计算精度的影响。结果表明：Morison方程在波高较大时精度下降;相对于Morison方程,绕射理论在该尺度下的精度更高。最后,通过分析实测数据进一步探讨了典型工况下的波浪力特征,以期通过实测波面计算波浪力的方法为实际服役风机波浪力计算提供技术支持。     

深海无人系统大长径比环肋圆柱壳结构设计与试验研究

环肋圆柱壳是深海无人系统广泛采用的一种耐压结构形式,保障其结构安全是系统研制过程中非常重要的一环。针对环肋圆柱壳的结构特征推导了组合结构重量关系式和结构参数简化估算方法,并以一种超长型深海无人系统耐压结构为例,围绕大长径比环肋圆柱壳的结构形式、设计计算、仿真分析、模型验证等开展研究。研究表明提出的大长径比环肋圆柱壳结构设计参数简化估算方法具有较好的适应性。相关计算和分析结果可以为该型深海无人系统结构设计提供技术支撑,也可以为其他类似耐压结构设计提供参考。     

水牛蹄型深海集矿机履齿设计及牵引性能研究

作为深海采矿系统的重要组成部分,深海集矿机的技术研究和开发一直是许多国家的难题。为了提高深海集矿机在稀软沉积物上的牵引性能,基于水牛蹄的曲面结构特征和特殊几何结构,设计了一款仿水牛蹄蹄型履齿。以该款履齿的结构参数为研究对象,通过对朗肯被动土压力理论的优化,得到了仿水牛蹄蹄型履齿的牵引力解析解,建立了对应的履齿仿生参数对履齿牵引力的影响公式。结合正交试验方法进行了不同形式履齿在沉积物上运动的单、多履齿剪切试验,将仿水牛蹄蹄型履齿与直型履齿、仿水牛蹄轮廓履齿（另一种仿生履齿）进行对比试验,并通过模型车试验验证了该款履齿的可行性。结果表明：3种履齿中,仿水牛蹄蹄型履齿提供的最大牵引力最高。研究可为进一步优化仿水牛蹄蹄型履齿结构参数和提高深海稀软底质机械的牵引性能提供参考依据。     

基于循环孔洞扩张模型的X型圆管节点超低周疲劳寿命预测

海洋工程钢结构在服役过程中,受风、浪、流或地震等极端循环载荷的影响,易发生超低周疲劳断裂破坏,造成人员伤亡及财产损失,因此超低周疲劳断裂分析及寿命预测对于海工结构安全性评估至关重要。然而,现阶段基于累积损伤理论提出的多种超低周疲劳寿命预测模型无法对多尺度节点实现统一预测,造成了实际工程应用的不便。因此文中基于循环孔洞扩张模型开展X型圆管节点超低周疲劳寿命预测。首先,开发了基于循环孔洞扩张模型的VUSDFLD程序,实现ABAQUS与FORTRAN子程序联合应用,利用有限元分析验证循环孔洞扩张模型在X型圆管节点超低周疲劳断裂分析中的有效性;其次,根据多组X型圆管节点超低周疲劳断裂有限元分析结果,在宏观层面提出了一种基于Manson-Coffin公式的超低周疲劳寿命预测公式;最后,依据Miner理论,将适用于等幅加载的超低周疲劳寿命公式扩展至变幅加载情况,验证了多种节点尺寸下超低周疲劳公式的适用性,为工程应用提供了理论依据。     

石英标准生长曲线在青藏高原东缘黄土光释光测年中的应用

石英标准生长曲线（SGC）法在黄土高分辨率光释光定年中有大幅节省测试时间的潜力,然而目前对该方法在不同时空尺度上的适用性尚存在争议。本文选取青藏高原东缘的典型黄土样品,通过系统地分析石英光释光生长曲线特征,检验SGC法和最小二乘法标准化生长曲线（LS-SGC）法在高原东缘黄土光释光定年中的适用性,结果显示：1）高原东缘黄土石英光释光信号以快组分为主,且同一地点不同样品、不同测片的生长曲线形态相似;2）当等效剂量（D_e）小于100 Gy时,不同地点样品石英生长曲线形态一致;大于100 Gy时生长曲线则具有不同的剂量响应特征;3）通过SGC法获得的D_e仅在0~100 Gy与实测值一致;LS-SGC法拟合的生长曲线结果更佳,并且LS-SGC法计算的D_e在100~200 Gy与实测D_e仍具有较好的一致性。研究结果有助于深入研究高原黄土光释光测年和风成沉积过程,同时也可为其他区域建立石英光释光标准生长曲线提供借鉴。

     

现代黄河三角洲YRD-1401孔MIS 5以来沉积层序及其古环境意义

近年来渤海地区晚更新世以来沉积环境演化和地层划分存在争议。本文对现代黄河三角洲东南海岸带YRD-1401孔岩芯（长81.00 m）沉积物进行综合研究,旨在建立该孔晚更新世以来地层的沉积相序列和时间标尺,为解决地层划分争议提供新的证据。根据AMS ¹⁴C和光释光测年结果,并考虑到YRD-1401孔底部地层光释光年代的不精确性,本文主要研究YRD-1401孔MIS 5以来的沉积演化史。综合分析YRD-1401孔沉积地层的岩性特征和底栖有孔虫组合变化,结合测年结果,该孔可划分为6个沉积单元（从下往上DU 6~DU 1）：最底部的DU 6（51.35~81.00 m）为受潮流影响的河流沉积（其形成时间有待进一步研究）,DU 5（37.64~51.35 m）为MIS 5潮坪-近岸浅海沉积,DU 4（30.71~37.64 m）为MIS 3早期的潮坪沉积,DU 3（23.50~30.71 m）为MIS 3晚期至全新世早期形成的河流沉积,DU 2（14.22~23.50 m）为全新世早期（约10 cal.ka B.P.）至1855年形成的滨岸沼泽-滨岸浅水-近岸浅海~前三角洲沉积-海洋改造层,DU 1（0~14.22 m）为1855年以来发育的现代黄河三角洲沉积。晚更新世以来该孔有3个海相层（自下而上分别是DU 5、DU 4和DU 2）,分别形成于MIS 5、MIS 3早期和全新世,表明晚更新世以来全球海平面变化是其主要控制因素。研究区MIS 4的沉积地层出现缺失。渤海沿岸地区多个钻孔地层的对比表明,区域性的差异构造沉降、沉积物供给和地层完整性等因素也是影响研究区晚更新世以来沉积地层发育的重要因素。

     

面向智慧城市的GIS框架

现有轨迹匹配方法具有一定局限性,其匹配精度无法满足车辆导航定位的需求。针对拓扑匹配方法对于起始匹配位置的依赖性,提出了顾及速度与航向信息的轨迹匹配方法。该方法综合利用速度、距离和航向约束改进起始匹配路段和起始位置的判定,并通过后续时刻车辆的正确匹配位置修正起始位置,避免了传统拓扑匹配方法中起始位置匹配错误导致的误差传递累积,提高匹配路段的准确性。同时以起始位置为基础,速度与时间信息为约束确定匹配点。为验证所提方法的有效性,选取多条复杂程度各异的路线进行实验,并与现有的几何匹配方法和拓扑匹配方法进行比较。实验结果表明,该方法在不同复杂程度的城市路网下具有良好的匹配效果,准确率可达93.53%。在匹配准确率方面优于现有的两种方法,在匹配效率方面能满足定位导航的需求。     

纳米材料对顶管法施工触变泥浆减阻性能影响及浓度优选研究

顶管法施工具有设备少、工序简单、工期短、造价低等优点,被广泛应用于城市涵管、管廊等工程中。触变泥浆是顶管施工中重要的润滑减阻剂,其减阻性能的好坏对顶管施工特别是长距离、大断面顶管工程的顺利进行至关重要。论文使用膨润土触变泥浆为基础泥浆,质量配比为膨润土：羧甲基纤维素钠（CMC）：无水Na₂CO₃：水=80 ： 2 ： 3 ： 920,并选择纳米ZnO、纳米SiO₂、纳米Al₂O₃ 3种纳米材料作为添加剂,通过测试泥浆密度、pH、六速黏度、滤失、泥饼黏附系数和析水率等指标的变化,确定最优纳米材料类型并优选配比浓度。结果表明：浓度为2%纳米SiO₂触变泥浆的减阻性能最好,比基浆减阻性能提升约14%。本文研究成果可为提高长距离、大断面顶管施工中触变泥浆的减阻性能提供一定借鉴,对纳米材料在触变泥浆中的应用具有一定参考作用。