最新刊期
      2022 年 第 54 卷 3 期

        滑坡堰塞湖灾害机理与防控 特约稿

      • 杨兴国,曹志翔,邢会歌,金建立,李海波,范刚,叶飞,闫旭峰
        2022, 54(3): 1-13. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100640
        摘要：中国青藏高原地区分布有丰富的冰碛土物源，其历史成因复杂、物质结构多变、力学性能差异大，在降雨和冰雪消融作用下常有滑坡失稳发生，冰碛土滑坡碎屑物进入沟道与水流掺混极易发生滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链，是高原地区防灾减灾的重点和难点。近年来，川藏铁路工程及重大水电开发等面临冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链的巨大威胁，因此，提升防灾减灾救灾能力是国家重大需求。冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖是一个级联放大的链式灾害过程，涉及滑坡起动、运动性态转变、沿程侵蚀放大、多期堵江叠加、溃坝水沙耦合等复杂动力演化机制，尤其在复杂气象条件下，冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖的动力形成、溃决冲刷及洪水演进等方面存在机理不清、模型不准、模拟技术缺乏等问题，亟需开展冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链过程的复杂动力学机制、控制性理论模型及全过程数值模拟等研究工作。结合国内外冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖形成与溃决的相关研究现状，提出冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害需要关注的几个重要研究方面：1）复杂气象条件下冰碛土力学性能演化；2）冰碛土滑坡—泥石流动力灾变过程与运移模型；3）冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖形成机理与仿真模拟；4）冰碛土堰塞坝冲刷溃决机理与流道拓展过程；5）下游河道水沙互馈作用机制与洪水演进模拟。同时，开展了大量前期探索和研究工作，初步揭示了冰碛土滑坡—泥石流运移与多期堵江机制，构建了考虑水流侵蚀与溃口边坡间歇性崩塌的堰塞坝溃决演化模型，并探讨了冰碛土—滑坡—泥石流—堰塞坝灾害链演化过程模拟方法。研究结果为进一步弄清冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链过程的复杂动力学机制，构建灾害链过程的控制性理论模型，开发全过程数值模拟系统奠定了基础，以期为冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链的成灾机理分析提供理论依据，并为非工程避险与应急处置决策提供技术支撑。  
        关键词：冰碛土;滑坡—泥石流—堰塞湖;灾害链生机理;溃决演化模型;灾害链过程数值模拟   
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        发布时间：2024-01-10

        滑坡堰塞湖灾害机理与防控

      • 黄卫,齐子杰,段文刚,汪利先,李利,於思瀚
        2022, 54(3): 14-24. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100506
        摘要：堰塞坝溃决物理概化试验是当前研究堰塞坝溃决机理较为可行的方法，但在现有堰塞坝溃决试验中，由于试验坝体尺寸较小，试验上游库容不足，导致试验的溃决过程与实际堰塞坝溃决存在较大差异。为尽量克服库容不足带来的影响，采用最大库容为380 m3的大尺度堰塞坝溃决试验系统，以无黏性、宽级配砂砾料堰塞坝为对象，开展多组室内大尺度溃决试验，揭示堰塞坝溃决机理，并通过设置不同背水面坝坡研究坡度对溃决过程的影响。通过试验发现：堰塞坝溃决过程可以分为沿程冲刷、溯源冲刷、快速发展和溃口稳定4个阶段；在溃决过程中发现，陡坎侵蚀和溃口两侧土体失稳坍塌是溃口快速发展的主要机理；不同背水面坡度下的沿程冲刷阶段的冲蚀特征基本相似，而溯源冲刷阶段及快速发展阶段溃决过程差异显著，较大的背水面坡度使溯源冲刷阶段跌坎水流更容易得到发展，进而影响溃口处的垂向冲深及侧向发展，导致快速发展阶段更易形成垂向落差较大的陡坎洪水冲蚀；从溃决历时来看，坡度的增加使溃口发展更快，峰值流量出现时间更早，进而导致溃决历时缩短，坝顶溃口宽度及峰值流量也随着坡度的增加而增加。试验较好地重现了天然堰塞坝下游河道两岸的淤积现象。此外，根据堰塞坝溃决过程中的水流特点、泥沙运动及溃决完成后下游河道的地貌，本文初步分析了淤积区的形成机理。  
        关键词：堰塞坝;室内大尺度试验;溃决过程;背水面坡度;淤积机理   
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      • 周晓亭,黄发明,吴伟成,周创兵,曾诗怡,潘李含
        2022, 54(3): 25-35. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100808
        摘要：在利用机器学习（machine learning，ML）模型预测滑坡易发性时，选择合理的负样本对预测结果具有重要影响。现有研究大多从整个研究区或低坡度等特定属性区内随机选择负样本，往往不够准确或以偏概全，降低了易发性制图的可靠性。为解决这一问题，提出基于耦合信息量法（information value，IV）的ML模型开展易发性建模。以江西省瑞金市为例，采用IV法将环境因子的属性值转化为对滑坡贡献的信息量值，划定极低和低易发区，并从中随机选择出ML模型训练验证用的负样本数据，构建全新的信息量–支持向量机（IV–SVM）、信息量–随机森林（IV–RF）耦合模型，并预测瑞金滑坡易发性。进一步地，与从全区随机选择负样本的单独SVM和RF模型，以及从坡度小于2°的特定属性区内随机选择负样本的低坡度SVM和RF模型开展对比研究。最后，采用Kappa系数和ROC曲线等指标验证和比较建模结果，IV–SVM和IV–RF模型的Kappa系数分别为0.828和0.876，且对应的ROC曲线的AUC值分别为0.920和0.988，均高于单独SVM、RF和低坡度SVM、RF模型；同时，IV–SVM和IV–RF模型易发性概率分布的平均值较小而标准差较大。结果表明：1）IV–SVM和IV–RF模型具有比单独SVM和RF模型，以及低坡度SVM和RF模型更高的滑坡易发性预测精度，且更有效地反映了瑞金滑坡易发性分布规律；2）RF模型相较于SVM模型具有更高的预测精度；3）IV–RF等耦合模型能够解决单独模型存在的负样本采样不准确和低坡度模型存在的坡度因子对模型贡献度有误差的问题，其滑坡易发性预测精度更高，更加合适区域滑坡易发性预测建模。本文研究为机器学习预测滑坡易发性的负样本采样方法提供了新思路。  
        关键词：滑坡易发性预测;负样本选择;信息量;随机森林;支持向量机   
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      • 杜文杰,盛谦,杨兴洪,魏鹏飞,李丽华,付晓东
        2022, 54(3): 36-45. DOI: 10.15961/j.jsuese.202101133
        摘要：滑坡—堵江—堰塞湖灾害链是高山峡谷地区的典型地质灾害，其中，滑坡堵江环节作为该灾害链的衔接过程，往往决定了后续灾害在时间、空间上的延拓规模，合理再现这一复杂流–固耦合过程对于灾害链风险评估至关重要。本文基于物质点法（MPM）模拟岩土材料非线性的优势，采用Drucker–Prager模型表征失稳运动的岩土体，引入人工状态方程表征水体流动过程，发展了岩土体（固相）与水体（液相）相互作用的两相双质点物质点法（TPDP–MPM）；通过模型试验尺度下滑坡体–水体相互作用过程的仿真分析，验证了TPDP–MPM处理岩土体、水体两相耦合的有效性。以此为基础，针对2011年湖北十堰市二荒村滑坡堵江（平渡河）灾害链，再现了灾害演化全过程；通过演化过程中的速度场与动能分析，认为二荒村滑坡堵江全过程可分为失稳启动、高速滑动、入江制动和堆积成坝4个阶段，揭示了滑坡体在失稳启动和高速滑动阶段的运移模式及入水制动阶段水体对于滑坡堆积过程的影响规律。研究成果可为滑坡堵江灾害链全过程的推演与风险评估提供理论支撑与方法。  
        关键词：灾害链;滑坡堵江;物质点法;流固耦合;运动学分析   
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      • 杨文剑,刘怀忠,谢红强,肖明砾,卓莉
        2022, 54(3): 46-54. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100470
        摘要：颗粒材料的3维离散元数值模拟的可靠性取决于细观参数的合理标定。目前，对颗粒材料细观模拟参数的标定方法还缺少系统性的研究。本文通过对室内直剪试验和数值模拟的对比分析，揭示了碎石颗粒材料宏观力学参数与颗粒间细观参数的相关性，提出碎石颗粒材料数值模拟细观参数的标定方法，并验证该标定方法的合理性。结果表明：在线性模型中，碎石颗粒试样的宏观弹性常数与碎石的粒间法向接触刚度呈正相关，而对粒间切向接触刚度的变化不敏感；基于此提出的粒间接触刚度（法向、切向）标定方法，直剪数值模拟的剪应力–剪位移曲线计算结果与室内试验值吻合度较高，验证了该标定方法的可靠性及合理性。在直接剪切过程中，碎石颗粒内部力链网络随着剪位移的增加逐渐由垂直方向向剪切盒对角线方向偏转，随着颗粒的整体速度场变化而出现剪缩和剪胀现象；采用本文提出的细观参数标定方法对室内滑坡运动试验开展数值模拟，数值模拟的滑坡碎石堆积形态与室内试验结果基本一致，验证了该方法在堆积碎石滑坡模拟分析中的适用性。  
        关键词：堆积碎石;颗粒离散元;直剪试验;细观参数标定;滑坡模拟   
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        网络空间安全

      • 赵磊,辉涛,蒋可洋,曹彭程
        2022, 54(3): 55-63. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100977
        摘要：混合式漏洞挖掘利用模糊测试模块和符号执行模块相互协作以达到优势互补的目标，测试用例的同步是相互协作的关键。然而，现有混合式漏洞挖掘技术方案中，测试用例同步主要以交换和整合的方式实现，较为单一，忽略了符号执行模块在探索程序状态时的运行时信息。针对上述问题，本文提出了一种基于程序关键点的测试用例同步方法（简称Sol-QSYM），旨在分析挖掘符号执行模块的执行过程，定位与识别代码覆盖率导向的程序关键点，进而指导模糊测试的测试用例调度与变异过程，实现更细粒度的测试用例同步。首先，该方法在符号执行过程中识别模糊测试模块难以触及的分支对应的变量集合，并将其提取为程序的关键点。其次，为了充分利用符号求解的结果，该方法将单次求解得到的关键点信息进行进一步组合匹配，以帮助符号执行模块额外生成更多的能够被模糊测试模块导入的测试用例。最后，在模糊测试模块中，该方法在种子挑选步骤中优先选择包含关键点信息的测试用例去引导测试过程探索程序的特定区域，并在测试用例变异中着重对关键点位置进行变异以引导其产生能覆盖新代码分支的测试用例。基于混合式漏洞挖掘工具QSYM，本文实现了一个原型系统，并选取了12个真实程序进行了实验评估。实验结果表明, 相较于QSYM，Sol-QSYM的测试用例成功导入率提升了12.73%，代码覆盖率提升了9.07%，并能够发现更多的程序崩溃。这些结果表明改进后的测试用例同步方法可以很好地提高混合式漏洞挖掘对符号执行模块中程序状态探索结果的利用率。  
        关键词：模糊测试;符号执行;测试用例同步;混合式漏洞挖掘   
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      • 袁科,王籽霖,杜展飞,贺新征,贾春福,何源
        2022, 54(3): 64-71. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100985
        摘要：现实世界中，很多问题都具有在特定时间开展相关业务的需求。时控性加密（timed-release encryption，TRE）是一种由发送方指定接收方解密时间的密码原语，可满足该需求。针对目前TRE方案中，基于非交互时间服务器周期性广播时间陷门的方式无法满足用户任意指定解密时间，而能够满足任意解密时间的交互式时间服务器方式无法保障用户身份隐私的问题，提出一种使用洋葱路由网络的TRE方案。在该方案中，接收方在临近解密时间时，将时间陷门请求作为最内层洋葱，构造层层加密的洋葱传递给时间服务器，时间服务器生成对应的时间陷门按照原路由返回给接收者，使得用户可以在进行任意时间的陷门查询时隐藏其身份信息。同时，针对洋葱路由传递过程中的节点失效问题，提出一种基于广播加密技术构造每层洋葱的方法，使得每层洋葱节点均可以解密该层洋葱。该方案在保证用户身份匿名的前提下，实现向时间服务器成功查询任意时间的陷门。安全性分析表明，该方案对于可能遇到的单点推测、监听攻击、重放攻击及共谋攻击是安全的，并具有较强的鲁棒性。效率分析表明，与基于配对的洋葱路由方案相比，该方案解决节点失效问题的耗时减少约59%，从而实现了高效的匿名查询。  
        关键词：时控性加密;匿名查询;时间陷门;洋葱路由;广播加密   
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      • 杨海滨,李瑞峰,李秀广,袁文勇,易铮阁,杨晓元
        2022, 54(3): 72-79. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100953
        摘要：针对现有无证书云审计方案中，使用了幂指数、双线性映射、点哈希映射等大开销运算，导致审计效率不高的问题，本文提出一种高效的无证书云数据完整性验证方案。方案在密钥生成阶段，使用无证书签名技术，由密钥生成中心（key generating center, KGC）与用户合作生成用户的公私钥，能够避免审计系统的安全对于KGC安全的强依赖性，既解决了公钥基础设施（public key infrastructure，PKI）体制下的云审计方案中公钥证书管理复杂的缺点，又能够解决基于身份的云审计方案所固有的密钥托管问题。在数据预处理阶段，用户将数据加密、分块，保护了数据内容隐私，且降低了方案的计算与通信开销。在数据动态更新阶段，方案使用虚拟索引数据结构实现云端数据块的动态更新（插入、删除、修改），能够避免标签重复计算导致的额外计算开销。在数据审计阶段，由第三方审计者（third party auditor，TPA）代替用户对来自云端的完整性证据进行验证，能够减轻用户的计算负担。本文在安全性分析部分，证明了方案能够抵抗来自云端的替代攻击，可实现隐私保护，且能够抵抗两类敌手的伪造攻击。在方案性能分析部分，先对本方案和现有方案进行数值分析与对比，再利用JPBC库进行实验，结果表明本方案的计算开销明显降低。  
        关键词：云存储;数据完整性;数据持有证明;无双线性对;无证书签名   
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      • 蔡红云,袁世林,温玉,任继超,孟洁
        2022, 54(3): 80-90. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100979
        摘要：推荐系统能够有效缓解互联网的迅猛发展带来的信息过载问题，但欺诈攻击的存在制约了推荐系统的健康发展，因此如何准确、高效地检测欺诈攻击是推荐系统安全领域的重要问题。已有检测方法往往依赖专家知识人工提取检测特征或基于深度学习自动获取某一视角下的检测特征，在此基础上通过硬分类找出攻击用户，导致检测性能不佳。因此，本文同时考虑多视角下的特征自动提取，引入模糊决策，提出了一种基于CNN和犹豫模糊集的欺诈攻击检测方法（简称CNN-HFS）。首先，对每个用户分别从评分值、评分偏好和评分时间视角抽取3个行为矩阵，利用双三次插值法对3个矩阵进行缩放得到对应的密集评分矩阵、密集偏好矩阵和密集时间矩阵；然后，将每个用户任意视角下的缩放矩阵视为一个图像，在3个不同视角下分别训练CNN，并计算任意用户在每个视角下属于攻击用户类的隶属度；最后，引入模糊犹豫集对多视角下的检测结果进行综合决策，根据决策结果识别出攻击用户。为了验证CNN-HFS的有效性，选取SVM-TIA、CoDetector、CNN-SAD、SDAEs-PCA、CNN-R、CNN-P和CNN-T作为对比方法，在MovieLens 1M和Amazon数据集上对精确率、召回率和F1-measure值3个评价指标进行实验评估。实验结果表明，本文所提方法在3个评价指标上明显优于其他7种对比方法，可以获得更高的检测性能。  
        关键词：推荐系统;攻击检测;卷积神经网络;犹豫模糊集   
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      • 范敏,李昌茂,陈飞宇,陈超一
        2022, 54(3): 91-97. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100944
        摘要：为了在多源、异构、海量的网络威胁入侵告警日志中快速准确定位到高优先级、亟需处理的攻击者IP并构建其特征，缓解安全分析人员的告警疲劳，提高安全运营效率，提出一种基于集成学习的局部异常因子（ensemble based local outlier factor，EBLOF）算法的攻击者IP分析系统。一方面，该系统通过提取和归并范式化的网络安全告警日志，从攻击者IP的属性维度和攻击行为维度构建特征工程，并借鉴集成学习的思路和传统异常检测算法LOF，构建了鲁棒的EBLOF算法模型，进而发现高威胁的攻击者IP。另一方面，该系统针对机器学习模型难以在线更新的问题，通过批量实时学习技术构建了一套在线学习的架构，从系统架构层面而非算法层面确保模型能够在线更新。将本文提出的算法模型在公共异常检测数据集ODD上开展模型的训练，并对模型的检测效果进行实验验证。实验结果表明，本文模型在不同数据分布下相比原始LOF模型具有更好的鲁棒性。将本文所提的系统应用在真实攻防场景中，通过与安全分析人员进行检出对比分析，验证了所提系统的有效性和可行性。  
        关键词：网络空间态势感知;攻击者分析;局部异常因子;集成学习   
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        水利与土木工程

      • 熊峰,王兆强,冉明明,陈江,赵福超,钟亚超
        2022, 54(3): 98-108. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100304
        摘要：螺栓连接装配式墙板体系具有连接简单、建造快速的优势，近年来工程应用逐渐增多。本文以钢板拼接式螺栓连接和穿缝式螺杆连接两种常见的螺栓连接装配式墙板为研究对象，进行7片墙板的拟静力试验。结果显示：螺栓连接装配式墙板由于水平缝处张开，墙体发生刚性转动，导致抗侧刚度低于现浇墙板。通过弹性理论分析和有限元数值模拟，揭示了螺栓连接装配式墙板的水平变形特性，分析了影响墙体抗侧刚度下降的因素，提出了相应的抗侧刚度计算公式。通过对比数值分析结果与试验结果，验证了本文公式的可靠性。基于参数分析的研究结果，回归了考虑螺栓节点配钢率、墙体的高宽比、轴压比和节点相对位置4个参数的干式螺栓连接装配式墙板抗侧刚度降低系数的简化计算公式，该简化公式的计算结果与数值模拟的结果误差在±20%之内，表明预测结果较为准确。提出的抗侧刚度计算公式可为建立低多层螺栓连接装配式墙板结构体系的设计理论提供参考。  
        关键词：装配式墙板;螺栓连接;抗侧刚度;数值分析   
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      • 岳建伟,黄轩嘉,赵丽敏,王自法
        2022, 54(3): 109-119. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100198
        摘要：土遗址作为一种特殊的研究对象，探明土样结构的干缩裂隙的演化规律，对合理保护土遗址具有重要意义。为研究州桥遗址土的干缩变形特性，开展了室内干缩试验；为能更深入地揭示土样干缩开裂与表面张力变化的内在机制，引入了表面张力梯度参数；基于SEM图片，在ABAQUS软件中建立州桥遗址土的微观模型并进行了裂隙演化模拟。结果表明：土样裂隙演化过程可归纳为拉应力场、单根主裂隙、二级水平、三级竖向裂隙、裂隙网络的形成，拉应力场与单根主裂隙持续时间长，而二级水平、三级竖向裂隙持续时间短；裂隙类型产生的机制归纳为局部剪切、局部拉伸及局部混合拉伸–剪切3种形式，随着裂纹的发展，逐渐由拉伸作用力向混合拉伸–剪切作用力发展，主裂缝垂直于受力面向外延伸开裂；因水分子迁移路径长度不同，上层土样较更深处的土样更易产生较大的收缩变形，并引起竖向裂隙的发展，随着水分迁移路径趋于稳定，水平裂隙成为土样裂隙发展的主要因素；分析裂隙率玫瑰图发现，上半部分的土样裂隙率普遍比下半部分低，并且裂隙多集中于90°与270°方向上，表明微毛细孔隙及土样内部收缩过大是产生裂隙的原因；归一化结果表明，该模型能较好地反映州桥遗址土微观损伤的产生和演化发展情况。研究结果对州桥遗址土裂隙修复与保护具有参考意义。  
        关键词：土遗址;微观模型;干缩劣化;玫瑰图   
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      • 孙斌祥,姜奕,沈航,黄尹泰,童玉英
        2022, 54(3): 120-130. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100181
        摘要：为了提高季冻区多孔沥青路面的使用质量，减轻路面冻融损伤，采用掺入玻璃纤维、硅藻土和沥青路面旧料改善多孔沥青混合料性能。分析不同材料掺量的多孔沥青混合料在冻融循环下的抗压强度、空隙率及应变变化，并考虑不同材料与不同材料掺量对多孔沥青混合料水稳定性的影响；基于损伤力学理论，以抗压强度为指标表示强度率，研究改性多孔沥青混合料的冻融损伤演化规律；基于CT无损检测与数字图像处理技术，分析玻璃纤维多孔沥青混合料冻融前后空隙数量与空隙面积的变化规律。结果表明：随冻融循环次数的增加，混合料抗压强度降低，而空隙率与应变呈上升趋势；具有掺量0.7%玻璃纤维、掺量15%沥青路面旧料、掺量25%硅藻土和掺量15%沥青路面旧料及加20%硅藻土这4种多孔沥青混合料水稳定性能最好，其中：玻璃纤维的改性效果最佳；掺入不同掺量玻璃纤维、15%掺量硅藻土与15%掺量沥青路面旧料均能减轻多孔沥青混合料的冻融损伤，但掺入硅藻土再生及多孔沥青旧料的混合料损伤程度均较大，损伤前期强度较高，更适用于短时冻土区；与硅藻土再生多孔沥青混合料相比，玻璃纤维多孔沥青混合料、再生多孔沥青混合料与硅藻土多孔沥青混合料经历了长时间的快速损伤期、短时间的损伤稳定期与损伤发展期；玻璃纤维掺量较低的试样空隙数量增加，平均单个空隙面积减小，而掺量较高的试样表现相反。  
        关键词：道路工程;多孔沥青混合料;改性;水稳定性;冻融损伤;细观特征   
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        发布时间：2024-01-10
      • 冀伟,温凯康,罗奎
        2022, 54(3): 131-138. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100268
        摘要：为科学合理地分析新型波形钢腹板组合箱梁桥的弯曲振动频率，综合考虑波形钢腹板的剪切变形效应和箱梁的剪力滞效应，运用Galerkin法和Hamilton原理推导该桥型的自由振动控制微分方程和自然边界条件。根据自然边界条件，求解出剪切变形效应和剪力滞效应影响下新型波形钢腹板组合箱梁桥的弯曲振动频率计算公式，将公式的计算结果与试验实测结果和ANSYS 3维有限元结果进行对比，并对弯曲振动频率的影响因素进行分析。结果表明：弯曲振动频率计算公式的计算结果与试验实测结果和ANSYS有限元结果吻合良好，验证了所推导的弯曲振动频率计算公式的正确性。弯曲振动频率随高跨比的增大而增大，当高跨比小于0.05时，弯曲振动频率的增幅较为平缓；当高跨比大于0.05时，弯曲振动频率的增幅较为显著。弯曲振动频率随宽跨比的增大而增大，但整体增幅不明显。弯曲振动频率随波形钢腹板厚度的增加而增大，频率阶数越高，增幅越显著。箱梁剪力滞效应对弯曲振动频率影响较小，前5阶弯曲振动频率的最大误差仅为6.73%；波形钢腹板的剪切变形对弯曲振动频率影响较大，前5阶弯曲振动频率的最大误差高达51.18%。  
        关键词：组合箱梁;波形钢腹板;弯曲振动频率;剪切变形;剪力滞;Galerkin法   
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      • 秦世强,张佳斌,黄春雷,高立强
        2022, 54(3): 139-148. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100183
        摘要：为评估钢–超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，UHPC）组合桥面对大跨度钢箱梁斜拉桥的加固效果，基于随机车流下应力监测数据，结合《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）对钢–UHPC组合桥面和冷拌环氧树脂（epoxy bond chips layer+resin asphalt+epoxy bond chips layer，ERE）桥面的疲劳性能进行对比评估。利用Miner线性累积损伤准则计算两种桥面各疲劳易损细节的剩余疲劳寿命。建立有限元模型，对钢–UHPC组合桥面UHPC层的抗裂性能进行验算，并计算两种桥面钢桥面板的最大挠度及沥青铺装层的最大拉应力。结果表明： ERE桥面面板–纵肋焊缝纵肋侧、横隔板弧形切口和纵肋对接焊缝处存在较大应力，剩余疲劳寿命分别为214、186、61 a；ERE桥面纵肋对接焊缝处在桥梁设计基准期内有疲劳破坏的风险；经钢–UHPC组合桥面加固后，正交异性板各疲劳易损细节最大应力幅值均降低到常幅疲劳极限以下，剩余疲劳寿命增长为无穷大；钢–UHPC组合桥面UHPC层的最大拉应力为4.68 MPa，抗裂性能满足规范设计要求；经钢–UHPC组合桥面加固后，正交异性桥面刚度提升效果明显；加固后，钢桥面板挠度降幅为34%，最大挠度为0.69 mm；沥青铺装层最大拉应力降幅为59%，最大拉应力为0.42 MPa。经钢–UHPC组合桥面加固后，正交异性钢桥面板各疲劳易损细节疲劳性能满足规范设计要求，桥面铺装层的抗裂性能也有所改善。  
        关键词：钢桥;超高性能混凝土;加固;疲劳;铺装层   
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      • 曹洋,林向荣,李子路
        2022, 54(3): 149-158. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100187
        摘要：滨海软土地层稳定性受外界施工影响显著，为阐明浅埋盾构隧道工程对地层的扰动机制，基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型，分工况研究各施工因素对地层的扰动效果。模型考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用，并参考实际工程中注浆层的性态变化，将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固间的关系分为3个阶段，分别模拟浆液的流动状态、初凝状态和终凝状态，进而将对应参数分区段赋予计算模型中新建隧道外注浆层，且伴随开挖过程对注浆参数进行实时调整。由此，真实地反映了盾构全过程，实现了对施工的精细化模拟。借助厦门地铁1.0D（D为隧道外径）埋深盾构隧道工程，通过现场监测验证了数值模型的可靠性，计算对比了浅埋开挖过程中以上4类施工因素对软土地层的扰动影响，总结了各因素在扰动变形中的作用效果。结果表明：刀盘顶推作用使前方土体径向扩张；盾尾注浆阶段，在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽，隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间，出现近场回弹和远场扩张现象。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形，而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时，地表沉降有所减缓，侧面水平位移显著增加。研究成果对盾构浅埋开挖扰动预测及参数选取具有一定的指导意义。  
        关键词：盾构隧道;浅埋;软土地层;精细化模拟;现场监测   
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      • 肖前丰,李文龙,符文熹,文丽娜,袁星宇,叶飞
        2022, 54(3): 159-168. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100459
        摘要：隧道掘进前方存在富水溶腔时，掌子面与富水溶腔之间的抗突水岩体（抗突体）厚度会随着隧道掘进逐渐减小，一旦达到极限厚度会引发突水灾害。准确预测抗突体最小安全厚度，可有效避免岩溶富水区隧道突水灾害发生。隧道掌子面前方岩溶水压作用可能导致抗突体发生剪切破坏和弯曲破坏，据此，本文建立了相对应的抗突体力学模型，并采用抗剪强度准则、抗弯强度准则、弹性薄板理论计算出抗突体最小安全厚度。本文方法计算结果与基于固支梁弯曲理论、岩柱剪切理论、突变理论得到的结果较为吻合。参数敏感性分析结果表明：1）隧道埋深较深时，抗突体易发生弯曲破坏；隧道埋深较浅时，抗突体易发生剪切破坏。2）抗突体最小安全厚度与隧道开挖半径、岩溶水压、围岩泊松比呈正相关，且影响程度从大到小顺序依次为隧道开挖半径、岩溶水压、围岩泊松比。3）模型边界条件会影响抗突体最小安全厚度，当隧道开挖半径R<6 m、岩溶水压Pw<0.35 MPa时，最小安全厚度可按边界简支情况计算；当隧道开挖半径R≥6 m、岩溶水压Pw≥0.35 MPa时，最小安全厚度须按边界固定情况计算。最后，结合一座发生突水的岩溶隧道案例，将对应参数代入弯曲Ⅰ型表达式计算出最小安全厚度，结果与工程中预留的厚度总体一致，表明本文最小安全厚度，结果解析解是合理的。  
        关键词：圆形隧道;抗突体;最小安全厚度;薄板理论;突水   
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      • 石岩,成昭,王浩浩,刘云帅,王文仙,裴银海
        2022, 54(3): 169-179. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100223
        摘要：随着隔震技术的发展，隔震桥梁的服役环境日趋复杂，环境温度对隔震桥梁抗震性能的影响亟待考虑。为减小地震作用下桥梁的最大响应及残余变形，结合铅芯橡胶支座（LRB）及形状记忆合金（SMA）的优点，组合形成具有自复位能力的SMA–LRB支座。基于一座4跨SMA–LRB隔震连续梁桥，考虑SMA–LRB支座在不同环境温度下的力学特性，对不同环境温度下的隔震连续梁桥进行非线性动力时程分析，得到结构关键部位的动力响应。结果表明：LRB上加设SMA可有效控制支座的位移响应，且SMA自复位特性使其对残余位移的控制效果显著；随着环境温度的降低，LRB和SMA–LRB两种支座的峰值位移和残余位移均随之而减小，但SMA–LRB支座对位移的控制能力和自复位能力较常温有所降低；支座刚度随着环境温度减小而增大，致使桥墩墩顶位移和墩底剪力也随之增大，且较低墩的墩底剪力对温度变化更加敏感。环境温度对SMA–LRB隔震桥梁抗震性能影响的定性评估，可为该类桥梁结构的分析和设计提供借鉴与参考。  
        关键词：隔震桥梁;形状记忆合金;铅芯橡胶支座;环境温度;地震响应   
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        发布时间：2024-01-10
      • 王卫华,陈子健,蔡敏伟,董毓利
        2022, 54(3): 180-191. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100151
        摘要：在方不锈钢管混凝土中配置圆碳素钢管，可以改善方不锈钢管对核心混凝土约束效应低、变形能力差的特点，使复式不锈钢管混凝土（concrete-filled steel tube，CFST）截面具有较高的承载力、变形能力和抗火性能，减少普通钢结构的防腐和防火施工工序；钢管的约束效应也有利于弥补添加再生混凝土块体所带来的不利影响。开展16根复式不锈钢管高强再生块体混凝土短柱的轴压试验，考察了再生块体取代率、约束效应系数和新旧混凝土强度等参数对试件轴压力学性能的影响。研究结果表明：复式不锈钢管再生块体混凝土短柱试件的轴压承载力随再生块体取代率的增加而降低，替代率20%时承载力最大降低幅度为6.8%；试件破坏过程及破坏形态与普通复式不锈钢管混凝土短柱相似；内部圆钢管混凝土呈腰鼓型和剪切型破坏两种类型；复式不锈钢管再生块体混凝土短柱具有良好的变形能力和剩余承载力，超过峰值荷载后，荷载–位移曲线经过短暂下降，基本维持水平或略上升，所有试件的剩余承载力达到峰值荷载的63%以上。最后，提出了复式不锈钢管混凝土截面中钢管截面对核心混凝土的约束效应的简化方法，采用4种承载力计算方法进行轴压承载力的计算并对比，结果表明，考虑圆形截面部分的承载力乘以折减系数的假定具有较好的适用性，所得承载力的计算结果与试验结果吻合较好。  
        关键词：复式不锈钢管混凝土柱;不锈钢;再生混凝土块体;轴压性能   
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        发布时间：2024-01-10
      • 纪键铱,王荣辉,马牛静,余贤宾,陈木
        2022, 54(3): 192-200. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100194
        摘要：为验证波动理论在求解梁索组合结构自振特性和冲击响应问题中的适用性，探讨移动荷载下弹性波在结构中的传递特征，利用铁木辛柯梁的横向振动微分方程和拉索的纵向波动方程，推导移动荷载作用下梁索组合结构的动力学响应函数，通过构造回传路径矩阵，得到结构响应的波动解。为解决传统回传路径矩阵法（MRRM）在计算弯曲波传递过程中回传路径矩阵求逆困难的问题，基于离散傅里叶变换思想（DFT），推导出结构瞬态响应的级数解，并采用试验和有限元数值算例对改进后的MRRM法进行验证，结果发现：在30 km/h的车速下，使用本文算法计算得到的跨中最大动应变和有限元结果偏差为5%，与试验结果相比偏差8%；在40 km/h的车速下，理论最大值与有限元偏差为4.0%，与试验结果相比偏差9.8%。最后，以梁索组合结构为研究对象，使用本文算法计算，得到结构前5阶自振频率与有限元结果最大偏差为0.29%，前2阶自振频率偏差为0。进一步分析移动荷载下梁索组合结构的波动响应特点，将理论结果与有限元数值结果进行比对，结果具有较高的吻合度。可推知，本文算法在计算移动荷载下桥梁结构的瞬态波动响应方面具有较高的可靠性。通过结构频谱分析发现，移动荷载下，铁木辛柯梁中弯曲波主要为频率分量低于结构2倍自振频率的低频响应。在改进后的MRRM基础上探索基于结构自振特性的频域合理选取准则，进一步提高了MRRM法求解波动响应的计算效率。  
        关键词：梁索组合结构体系;弹性波;移动荷载;回传路径矩阵法   
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        发布时间：2024-01-10
      • 黄宇航,周晓泉,周文桐,姚畅,周芳龄
        2022, 54(3): 201-208. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100504
        摘要：河道流动受边界切应力影响，边界切应力过大会造成河岸被侵蚀，降低河岸的稳定性，并通过影响泥沙的沉积和搬运，引起河流形态变化。探究河流边界切应力，就是探究河流中水流流动状态、结构特性等问题。由于河流中影响边界切应力的因素多且复杂，本文去掉各种不确定的因素，通过数值软件建立一个2维矩形直道明渠流动模型，并运用相似理论对矩形直道明渠模型进行缩尺试验。首先，对5种比尺的均匀流直道模型的流动进行数值模拟，由于该5组直道明渠模型模拟结果统一出来的水位流量关系与曼宁公式推导出的水位流量关系高度一致，因此可以认为该模型模拟出来的参数真实可靠。针对非均匀流的情况，通过欠均匀流和超均匀流的概念，对9组直道模型非均匀流进行数值模拟，运用动量定理对非均匀流直道中心处间隔相同的101个点位进行受力分析，每两个点之间取一次切应力的平均值，再将所有点位的阻力求和，沿程积分得出河床阻力，大大减少水位波动等不确定因素带来的误差影响。最后，推导出通用的床面切应力公式，该公式表明无论矩形明渠的流动是否为均匀流，都可通过水深h、流速u、曼宁糙率系数n这3个参数求出床面切应力。将本文所得公式与现有的4个河床切应力求解公式进行对比，发现本文的公式既符合动量定理，又有物理意义。该研究成果相对于过去常用的方法更为简便，可以将复杂的流体力学问题（求解偏微分方程）变为简单的代数问题。  
        关键词：水力学;矩形明渠;切应力;数值模拟   
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        发布时间：2024-01-10

        机械工程

      • 李锋,王腾,汤宝平,田大庆
        2022, 54(3): 209-219. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100242
        摘要：针对滚动轴承实际变工况条件使得新工况样本的类标签很难甚至无法获取，导致故障诊断准确率较低的问题，提出基于类间排斥松弛判别迁移学习（inter-class repulsive slack discriminant transfer learning，IRSDTL）的故障诊断方法。在提出的IRSDTL方法中，首先，构造非负扩展松弛矩阵，将严格二进制标签矩阵转化为扩展松弛标签矩阵，增加辅助域中不同类标签向量之间的距离，同时使公共子空间维数不再局限于类标签的数量，进而减少辅助域分类误差，提高IRSDTL方法的泛化能力；其次，引入联合分布差异，减小辅助域和目标域之间的差异，以更好地实现两域的跨域迁移学习；然后，构造类间排斥力项来增大两域中某类标签子域样本到其他类标签子域样本之间的距离，以促进类判别学习；最后，采用交替方向乘子法（alternating direction multiplier，ADM）对IRSDTL的整体框架进行优化，便捷地得到IRSDTL参数的最优解。根据以上步骤，IRSDTL方法能在新工况样本的类标签不存在的情况下，仅利用历史工况中的有标签样本对新工况待测样本进行较高准确率的类判别。滚动轴承故障诊断实验结果表明：所提出的基于IRSDTL的故障诊断方法具有比其他4种迁移方法更高的故障诊断准确率；同时，所提出的方法将3类故障误诊为正常状态和将正常状态误诊为3类故障的误诊率都很低，从而验证了所提出方法的有效性和实用性。  
        关键词：滚动轴承;故障诊断;变工况;类间排斥松弛判别迁移学习;类间排斥力项   
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        发布时间：2024-01-10
      • 李九一,周丰峻,张鏖,孙云厚,雷志刚,朱精忠
        2022, 54(3): 220-229. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100256
        摘要：由于螺纹复杂的几何结构，在对螺纹部件进行有限元分析时，螺纹部件的内外螺纹面往往难以啮合，常造成螺纹结构有限元建模困难、模型数值计算收敛性差等问题。本文基于垂直于螺纹轴线的任意横截面几何形状相同的事实，选取国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）制定的标准螺旋线公式，采用3维8节点单元，精确建立了螺纹连接件有限元模型。该模型不仅考虑了螺纹螺旋升角对模型的影响，且模型中组成每个节距的单元层排列整齐，每层单元上的节点编号分布有序，内外螺纹面上的节点相互贴近。这些特质使得模型能够准确映射工程中螺纹连接结构的力学特性，优化模型数值计算收敛性，便于对模型数值计算结果开展力学剖面分析。为验证本文螺纹连接结构有限元建模方案的有效性，首先，在理论分析方面对螺纹连接结构中拧紧转角与轴向力的关系和螺纹连接结构中轴向力的分布进行了计算推导，并以M12标准螺栓为例，计算其轴向力分布。然后，通过数值模拟的方法先后验证了该螺纹连接结构拧紧转角和轴向力关系与理论分析结果的一致性、M12螺栓的轴向力分布与理论计算结果的一致性、螺纹齿根处应力集中系数状态与实验结果的一致性，以及应力分布和塑性应变分布与实际工程测量的一致性。基于螺纹连接结构有限元模型生成的方案开发了一款螺栓螺母有限元参数化建模软件，软件可根据输入的螺纹直径、节距数量等参数快捷地查看和生成不同型号的螺栓螺母3维有限元模型；在工程分析和优化设计中，使用该软件既避免了设计人员繁琐的重复劳动，又提高了设计精度和工作效率，能更好地满足实际工程需要。  
        关键词：螺纹连接件;有限元法;参数化建模;有效性分析   
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        发布时间：2024-01-10

        信息工程

      • 李广丽,卓建武,许广鑫,李传秀,吴光庭,张红斌
        2022, 54(3): 230-238. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100569
        摘要：传统推荐模型存在数据稀疏、鲁棒性较低问题，且未能有效挖掘异构特征间的深层语义。为解决以上问题，提出相关性视觉对抗贝叶斯个性化排序（correlation visual adversarial Bayesian personalized ranking，CVABPR）推荐模型。首先，基于MovieLens数据集中的电影标题，在互联网电影资料库（Internet movie database，IMDB）爬取对应电影海报图像，构建全新多模态数据集MovieLens–100k–WMI和MovieLens–1M–WMI。其次，基于SENet模型提取一组具有互补性的异构特征，准确描述电影海报图像。然后，改进聚类典型相关性分析模型，深入挖掘异构SENet特征间的聚类典型相关性特征；基于该相关性特征优化视觉贝叶斯个性化排序模型，精准刻画待推荐电影。最后，在推荐模型中加入扰动因子，通过对抗学习来增强推荐模型鲁棒性，使推荐更稳定，生成高质量推荐结果。为验证CVABPR模型，在多模态数据集上完成实验，结果表明：CVABPR模型在这两个数据集上都有效，在MovieLens–100k–WMI数据集上，其推荐的平均精度均值（mean average precision，MAP）较最强基线提升3.802%；在MovieLens–1M–WMI数据集上，其推荐的MAP指标较最强基线提升4.609%。CVABPR模型优于主流基线。消融分析实验表明：相比聚类典型相关性，对抗学习在推荐中发挥更重要的作用。此外，在数据稀疏度更高的MovieLens–1M–WMI数据集上，CVABPR模型能获得更大幅度性能提升，数据稀疏问题得到有效缓解且异构特征间的深层语义也得以充分利用，CVABPR模型已具备较强鲁棒性。  
        关键词：数据稀疏;推荐模型;贝叶斯个性化排序;对抗学习;聚类典型相关性   
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        发布时间：2024-01-10
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