不确定中立型变时滞系统基于状态观测器的滑模控制

本文讨论了不确定中立型变时滞系统的滑模控制问题。首先,为了估计所要研究的不确定中立型系统的状态,构造了一个状态观测器,并设计了滑模控制律,以保证切换面的有限时间可达性。其次,基于Laypunov-Krasovskii泛函法以及线性矩阵不等式(LMI)等方法,给出了误差系统和滑模动力方程的渐近稳定性判据。最后,给出了一个数值算例说明了文本结果的有效性和可行性。     

时变地震谱估计的非参数方法评价及应用

针对工程中常见的非平稳地震动激励,进一步建立了时变功率谱估计的理论框架。首先,在多个样本情形下,采用信号处理中的时频分析方法对非平稳激励的时变谱估计理论进行了讨论。当激励样本数量有限时,对Priestley提出的估计方法进行了介绍。其次,以地震工程中常用的Kanai-Tajimi谱模型为目标,分别对均匀调制与一般调制谱的估计结果以及不同估计方法的精度与收敛性进行评价后,提出了能够方便工程应用的建议。最后,针对SMART-Ⅰ(Strong Motion Array in Taiwan,Phase Ⅰ)密集台阵第45次地震记录的多组三维样本,揭示了EW、NS、UD三个方向时变谱的典型特征以及各方向间的时变相干性。结果表明:与短时Fourier变换相比,复Morlet小波与广义谐和小波估计谱具有较好的精度与收敛性,Priestley方法估计单个样本具有优势;SMART-Ⅰ台阵地震动具有强度和频率的双重非平稳性,三个方向具有弱相干性。研究结论可为拓展谱估计理论的工程应用以及后续大跨结构多维多点非平稳地震响应的分析提供参考。     

Modelling the impact of a time-varying wave angle on the nonlinear evolution of sand bars in the surf zone

Sandy beaches are often characterized by the presence of sand bars, whose characteristics (growth, migration speed, etc.) strongly depend on offshore wave conditions, such as wave height and angle of wave incidence. This study addresses the impact of a sinusoidally time-varying wave angle of incidence with different time-means on the saturation height, migration speed and longshore spacing of sand bars. Model results show that shore-transverse sand bars (so-called TBR bars) eventually develop under a time-varying wave angle. Depending on the time-mean, amplitude and period of the varying angle of wave incidence, the mean heights and mean migration speeds of the bars can be larger or smaller than their corresponding values in the case of time-invariant angles. Bars might not even form when the wave angle varies around a too large oblique mean value, whereas bars exist in the case of a time-invariant wave angle. The oscillations in both bar height and migration speed are large if the period of the time-varying wave angle is close to the adjustment timescale of the system and if large differences in the local growth and migration rates of the bars occur during one oscillation period. The oscillations in bar height are a combination of harmonics with the principal period and half the period of the time-varying wave angle, whereas those of migration speed contain only the principal period. Bars that are subject to time-varying wave angles have larger longshore crest-to-crest spacings than those which form under fixed wave angles. Physical explanations for these findings are given. © 2020 The Authors. Earth Surface Processes and Landforms published by John Wiley & Sons Ltd     

基于改进Terzarghi方法的桩网地基桩土应力计算

桩土应力比是桩网复合地基承载力和沉降计算的重要参数,其与地基的固结沉降相关,具有明显的时变特性。已有基于Terzarghi土拱模型的松动土压力计算理论是在滑动面土体均达到极限状态的假定上讨论的,不适用于桩网地基小变形条件下桩土应力的计算。为此,在Terzarghi模型的基础上,相对位移面摩阻力传递函数采用等刚度理想弹塑性模型,结合土体单元的平衡方程与变形协调方程,导出了桩土应力及土拱高度理论解,系统分析了桩土应力及拉膜效应随各设计参数的定量变化规律。分析结果表明,改进方法与现有土拱效应模型相比适用性较好,随着桩土差异沉降增加,土拱高度和桩土应力比逐渐增大,土拱率呈双曲线形减小,同时拉膜效应逐渐发挥。增加填筑荷载对土拱效应有显著削弱作用,桩土应力比随桩距增大而减小,随黏聚力增大而增大。结合改进方法与已有现场实测数据,分析了桩土应力的时变特性,验证了该方法的合理性,可为桩网地基桩土应力计算提供参考。     

考虑植被和人类活动影响的水文模型参数时变特征分析

变化环境下流域水文物理特性常呈现"非稳态"特征,代表流域特性的模型参数也会随之发生变化,因此,开展水文模型参数时变研究有助于提高水文模拟精度。考虑植被条件和人类活动对水文过程的影响,基于植被归一化指数、人口、地区生产总值、粮食产量和有效灌溉面积5个指标建立两参数月水量平衡模型参数的时变函数表达式,并考虑4种参数时变情形。选取直门达、张家山、咸阳、横江、丹江口和峡江站6个水文站分析对比4种情形下模型的径流模拟结果及其不确定性。结果表明:所有站点在1982—2006年内水文物理特性呈现"非稳态"特征;且较常参数而言,时变参数模型模拟效果更好,并获得更优的确定性预报结果,其中直门达站径流模拟精度提高最为显著,率定期和检验期内的纳西效率系数（N_S）分别提高了10.3%和8.8%。该研究可以为变化环境下流域水库调度、水资源规划与管理等提供理论依据和技术支撑。     

不同条件下水文要素重现期的计算方法

重现期在工程规划、设计、运行和管理中已经得到了广泛应用,然而,由于气候变化和人类活动破坏了水文频率分析中的一致性基础,致使基于一致性的重现期计算方法面临挑战,迫切需要研究新的重现期计算方法。以重现期两种不同的定义入手,给出了在水文系列满足独立性假定后重现期在一致性与非一致性条件下各自计算公式,并以广东省东江流域龙川站1956~2009年的年最大洪峰资料系列为例,分析了不同条件下重现期及其变化的特点与原因。     

基于水-岩相互作用的泥岩库岸时变稳定性分析

为探寻云南省富宁港区泥岩库岸在水-岩相互作用下的稳定性演变规律,通过富宁港区一期工程现场采集泥岩试样,经过不同次数的干湿循环后,进行常规三轴压缩试验。将得到的岩石抗剪强度参数进行工程转换,经回归分析后构建泥岩岩体综合抗剪强度参数概率分布的时变模型。结合极限平衡法和可靠性理论,得到水-岩相互作用下泥岩库岸中值安全系数、可靠度及可靠安全系数的时变规律。分析结果表明,在水位反复升降作用下,综合二元指标的可靠安全系数能更合理地分析泥岩库岸稳定性;库岸整体稳定程度呈现出非线性衰变特点;库岸最危险滑动面表现为由内向外的渐进性破坏。以试验为基础,提出的泥岩库岸时变稳定性分析方法为研究水位周期性涨落下库岸的稳定性演变规律提供了一条有效途径。     

基于时变地震损伤模型的多龄期钢框架结构易损性分析

基于时变地震损伤模型提出酸性大气环境作用下多龄期钢框架结构概率地震易损性分析的方法及步骤;考虑服役龄期对钢框架结构抗震性能的影响,分别建立时变概率地震需求模型、时变概率抗震能力模型及时变易损性模型;在概率地震需求分析及概率抗震能力分析的基础上,得到多龄期(20年、30年、40年、50年)钢框架结构的易损性模型及易损性曲线。     

Identification of model structure parameters via combination of AFMM and ARX from seismic response data

To identify the model structure parameters in shaking table tests from seismic response, especially from timevarying response records, this paper presents a new methodology by combining the online recursive Adaptive Forgetting through Multiple Models(AFMM) and offline Auto-Regression with eXogenous variables(ARX) model. First, the AFMM is employed to detect whether the response of model structure is time-invariant or time-varying when subjected to strong motions. Second, if the response is time-invariant, the modal parameters are identifi ed from the entire response record, such as the acceleration time-history using the ARX model. If the response is time-varying, the acceleration record is divided into three segments according to the accurate time-varying points detected by AFMM, and parameters are identifi ed by only using the tail segment data, which is time-invariant and suited for analysis by the ARX model. Finally, the changes in dynamic properties due to various strong motions are obtained using the presented methodology. The feasibility and advantages of the method are demonstrated by identifying the modal parameters of a 12-story reinforced concrete(RC) frame structure in a shaking table test.     

基于采矿环境再造的开采顺序时变优化研究

根据卡房矿新山矿段的地质条件和生产能力要求的实际情况,基于采矿环境再造连续开采的思想,提出了3种可行的开采顺序优化方案。运用MIDAS/GTS有限元分析软件,建立了复杂矿体的三维有限元模型,模拟并分析了3种不同开采顺序优化方案的力学时变效应。研究结果表明：随着开采的逐步推进,采场的应力和位移不断增大,并出现了明显的应力集中;3种方案中采场周围最大压应力均达到了27 MPa,顶板最大压应力不超过15 MPa,最大拉应力达到了1.2 MPa;顶板最大沉降位移值分别为82.9、84.4、84.5 mm;顶板有较大范围的拉应力区域出现,3种方案拉应力区域面积占顶板面积的比例最大分别达到22%、22.3%和23.5%,但拉应力区域的时变规律表现出显著的不平衡性和突变性。运用采场结构对采动过程响应的时变分析,以拉应力损伤区域和顶板的沉降位移为评价指标,提出方案1的开采顺序为最优方案。