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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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双城系统居民职住选址与通勤的社会最优模型  收藏
罗斯达, 李翔宇, 吴先宇, 尹志伟, 徐帅, 康柳江
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (7): 1186-1194.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.020
Abstract  (0) PDF (4871KB) (6)
随着中国城市化进程的加快,交通需求迅速向都市圈范围内扩展。该文研究薪资水平、交通拥挤等要素对都市圈居民工作、居住地选择和通勤行为的影响,构建双城(都市圈)系统居民职住选址与通勤的社会最优模型,以反映城市集聚效应(正外部性)和拥挤效应(负外部性)之间的取舍关系。双城系统包括1个大城市和1个小城市,通过解析拥挤条件下的通勤成本,获得城际通勤者空间分布的边界曲线,据此测算市内、城际通勤者共同作用下的系统社会净收入。该社会净收入取决于工资、通勤成本和农业租金等,进而将社会最优写成非线性规划问题,求解得到双城系统中的最优职住分布与通勤人口。上海—嘉兴双城的实证分析结果表明:上海的现状居住、就业人口均偏多,未来应鼓励在上海工作的上班族居住在周边城镇并通过城际铁路通勤,可提高社会净收入。
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基于位置服务大数据的粤港澳大湾区通勤标度特征分析  收藏
陈若宇, 周江评
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (7): 1195-1202.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.019
Abstract  (0) PDF (5747KB) (15)
城市群是中国发展的重要增长极点和核心节点,城市群交通一体化是推进城市群协调发展的首要任务之一,而对城市群内多种交通出行模式的充分认识是实现这一目标的重要基础。该文基于位置服务大数据,以粤港澳大湾区“9+2”城市群为例,分析了城市群内部通勤出行标度特征的一致性与差异性,得到以下结果:粤港澳大湾区的市内通勤仍占主导地位,但部分区域存在相当规模的跨市通勤;粤港澳大湾区通勤联系的“概率-距离”分布具有指数标度特征;对各城市而言,市内通勤的标度参数比跨市通勤更大,意味着市内通勤者对距离更加敏感;标度参数可以进一步反映交通与土地利用联系的紧密程度,进而为政策制定提供参考。
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基于手机信令数据的长三角全域城际出行网络分析  收藏
李自圆, 孙昊, 李林波
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (7): 1203-1211.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.016
Abstract  (0) PDF (8563KB) (13)
出行需求的规模和空间分布是交通规划制定的重要依据。该文从包含2019年5月31日的手机信令数据中提取长三角41个城市下辖的306个区县之间稳定的出行联系,构建城际出行网络;利用复杂网络分析方法,从节点和边的角度,分析长三角城际出行的规模和空间分布特征。结果表明:长三角内已形成广泛的城际出行联系,但仅在南京、苏州、无锡、常州、上海、杭州、镇江、绍兴、池州等少数地区具有高强度城际出行,区县经济规模、地理区位、交通条件影响城际出行能力和强度。城际出行空间分布具有明显的空间近邻性和强度层次性,高强度等级的出行联系均发生在紧邻的区县之间,以0.05%的出行联系承担了39.4%的出行强度。首位联系呈现点簇状结构,城际出行仍然存在向心性。
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治理“大城市病”的城市群税收政策  收藏
杨星琪, 黄海军
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (7): 1212-1219.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.018
Abstract  (0) PDF (3531KB) (13)
针对大城市人口膨胀引发的“大城市病”,该文从税收调控的角度研究政府如何权衡疏解大城市人口规模和实现社会福利最大化二者之间的关系,提出“三城市空间均衡模型”,允许城市群居民在城市内通勤、城市间迁移和城市间通勤,并明确考虑通勤税和工资税对城市群人口分布、空间结构和土地租金的影响。3个经典城市群空间结构的数值结果表明:税收政策的效果与城市群空间结构有关,但恰当的通勤税政策始终是政府的最优选择。
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基于旅客异质性画像的公铁联程出行方案推荐方法  收藏
杨敏, 李宏伟, 任怡凤, 张聪伟
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (7): 1220-1227.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.011
Abstract  (0) PDF (2188KB) (8)
公铁联程是我国重要的城际出行交通方式之一,但基于单一因素排序的城际票务出行方案推荐方法无法满足公铁联程旅客的个性化出行需求。为提升出行效率,该文基于旅客历史出行订单数据构建画像数据库,使用TF-IDF (term frequency-inverse document frequency)、K-means算法探究旅客异质性衍生的公铁联程出行需求差异,依据偏好得分、敏感特性设置奖励函数,使用Q-learning强化学习算法构建基于旅客异质性画像的公铁联程出行方案推荐方法。以天津-泗洪作为典型的特大城市-小城市公铁联程出行路线,与传统的城际出行方案推荐方法对比,为3类不同敏感特性的旅客推荐公铁联程出行方案。结果表明:该文推荐的公铁联程出行方案能够缩短20%的行程耗时,降低32%的行程费用,在契合旅客行为偏好和敏感特性、满足个性化出行需求方面均有较好的表现。
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城市群多模式交通网络结构韧性分析——以关中平原城市群为例  收藏
马书红, 武亚俊, 陈西芳
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (7): 1228-1235.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.013
Abstract  (0) PDF (4961KB) (7)
为分析城市群多模式交通网络应对攻击时的韧性变化特征,该文基于复杂网络理论和韧性城市理论,构建了考虑吸收能力、缓冲能力和可恢复能力3个维度的网络结构韧性评估模型,并通过空间向量模计算网络结构韧性值。基于关中平原城市群城际公路、铁路客运数据构建了城市群客运网络,并借助空间网络分析工具ArcGis和Ucinet探讨城市群多模式交通网络的拓扑特征;考虑节点位置及其与周边地区交通的联系,提出了基于节点重要度的典型节点选取方法。结果表明:典型节点受到攻击后,网络的缓冲能力都处于较低状态,尤其是蔡家坡站点失效后,网络缓冲能力下降到0.388 9;节点度大的站点失效后,网络恢复到正常状态的能力差;普铁站和高铁站失效后对网络结构韧性的影响远大于公路客运站;结合典型节点特征和模拟结果,可针对性地提出网络结构韧性提升建议。
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城市群绿色交通水平测度与时空演化特征实证研究  收藏
马壮林, 高阳, 胡大伟, 王晋, 马飞, 熊英
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (7): 1236-1250.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.010
Abstract  (0) PDF (6103KB) (21)
发展绿色交通是落实生态文明建设的重要途径,构建绿色交通水平测度模型、分析绿色交通水平时空演化特征是制定绿色交通发展政策的前提和基础。该文采用驱动力-压力-状态-影响-响应(driver-pressure-state-impact-response,DPSIR)模型分析城市群绿色交通各子系统与社会、经济、资源和环境之间的相互作用机理,构建城市群绿色交通水平测度指标体系,采用直觉模糊层次分析法(intuitionistic fuzzy analytic hierarchy process,IFAHP)和熵权法对指标进行赋权,并利用改进的集对分析-可变模糊集模型构建城市群绿色交通水平综合测度模型,引入贡献度和障碍度模型分别探究影响和限制城市群绿色交通水平的显著因素,最后以关中城市群为研究对象进行实例分析。结果表明:关中城市群绿色交通属于一般水平,其时间演化趋势大致呈“N”形阶段特征,空间演化分布呈“西高东低—南高北低”的分布特征,且各城市差距逐渐缩小;改进模型的测度结果较传统模型更为准确,更能反映城市群交通系统的可变模糊性;准则层中状态层面贡献度最高,对促进关中城市群绿色交通发展具有明显作用,驱动力因素贡献度最低;指标层中制约关中城市群绿色交通发展的关键因素分别为日均公交车客运量、道路路灯覆盖率、万人公交车标台数、人均GDP和人均公园绿地面积。研究结论可为促进城市群绿色交通发展、实现交通行业低碳化转型、达成碳中和目标提供理论支撑。
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启源往世 致力新篇——庆祝清华大学能源与动力工程系建系90周年专刊序言  收藏
清华大学能源与动力工程系
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (4): 633-633.  
Abstract  (0) HTML   PDF (747KB) (67)
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引领综合交通理论创新 助推城市组群协同发展  收藏
姚恩建
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (7): 1111-1111.  
Abstract  (0) PDF (477KB) (47)
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可再生能源开发及多能互补分析——以青海为例  收藏
金勇, 马吉明, 朱守真, 栗楠
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (8): 1357-1365.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.033
Abstract  (0) PDF (3921KB) (213)
积极开发可再生能源是中国实现“双碳”目标的重要途径之一。该文总结了2020年中国各类电力装机容量,对比了中国与世界的电力“绿色程度”,提出了可用于模拟计算梯级水库群水电调峰能力的一种方法,给出了进行多电源互补的过程,通过对黄河上游梯级电站的模拟,获得了青海省在2030规划水平年逐月的调峰电量和电网多能互补分析结果。负荷的逐月平衡分析表明:丰水年份,风电和光伏发电产生较多弃电,而平水年、枯水年的发电能力与电网负荷需求基本匹配。典型日逐时多能互补分析表明:丰水年夏季,风电、光伏入网将导致负荷峰谷差变大,风、光产生较多弃电;枯水年冬季,水电和火电的电量与调峰能力不足,需要从外网购电,但这同时会导致弃光和弃风。青海电网应推动储能建设及其他电源的建设,秉持电网基荷电量和调峰能力建设并重,以减少网内弃电和外网购电。该文所介绍的水库群电力调节能力模拟方法和多能互补过程可用于其他电网,所得结论对青海的电源发展具有一定的参考价值。
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序言——清华大学水利水电工程系历史沿革和水利工程智能建造专刊  收藏
清华大学学报(自然科学版)    2022, 62 (8): 1251-1251.  
Abstract  (0) PDF (689KB) (6)
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通信延迟下智能电动汽车队列分布式自适应鲁棒控制  收藏
王靖瑶, 郑华青, 郭景华, 罗禹贡
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (9): 889-897.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.008
Abstract  (0) HTML   PDF (3055KB) (56)
针对通信延迟影响下的智能电动汽车队列控制问题,提出了一种智能电动汽车队列分布式自适应鲁棒控制方法。建立考虑非线性项、参数不确定性和外部干扰因素影响的智能电动汽车纵向队列动力学模型,并基于逆模型补偿技术,消除了非线性项对队列系统的影响;构建通信延迟作用下智能电动汽车队列分布式状态反馈控制结构,给出通信延迟、外部干扰和参数不确定性下的智能电动汽车队列闭环系统模型;使用特征值分解对通信延迟下智能电动汽车队列通信拓扑进行解耦,采用线性矩阵不等式处理方法,推导出通信延迟下智能电动汽车队列自适应控制器的存在条件,该矩阵不等式是低维的,与智能电动汽车队列长度无关。基于Lyapunov理论对时滞队列系统稳定性进行分析,验证系统的稳定性;仿真试验验证了所提出的通信延迟下队列分布式自适应鲁棒控制方法的可行性和有效性。
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基于最优前轮侧偏力的智能汽车LQR横向控制  收藏
陈亮, 秦兆博, 孔伟伟, 陈鑫
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (9): 906-912.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.028
Abstract  (0) HTML   PDF (1422KB) (133)
为提高智能汽车在大曲率高速工况下的车辆横向稳定性和跟踪精度,该文提出了一种基于最优前轮侧偏力的智能汽车线性二次型调节器(LQR)路径跟踪横向控制方法。通过构建基于“前馈+反馈”的LQR控制器对期望前轮侧偏力进行实时在线求解并使跟踪误差收敛,最终通过刷子轮胎模型将控制量转化为期望前轮转角。该方法有效地保持了车辆模型与轮胎模型原有的非线性特性。基于PreScan搭建了仿真模型,结果表明:与应用线性轮胎模型的LQR控制器相比,所提出的控制方法在降低路径跟踪误差的同时,还能有效提升车辆的横向稳定性。
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服务大国重器建设,塑造岩石力学强国——清华大学110周年校庆岩石力学与工程专刊序言  收藏
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 777-777.  
Abstract  (0) HTML   PDF (612KB) (121)
从1911年到2021年,清华大学走过了110年光辉历程。清华大学诞生于国家和民族危难之际,成长于国家和民族奋进之中,发展于国家和民族振兴之时。回望过去,一代代清华人把服务国家作为最高追求,在实干中成就事业,展现了清华人的勇毅和担当。
清华大学岩石力学学科始建于20世纪70年代后期,以周维垣为代表的老一辈清华学者秉持“行胜于言”的治学精神,充分发挥岩石力学与工程学科对国家重大工程建设的重要科技支撑作用,尤其在特高拱坝科研及重大设计决策方面作出了突出贡献,包括二滩、拉西瓦、小湾、溪洛渡、锦屏一级等特高拱坝。同时也培养了一大批学术界和工程界的栋梁之材。进入21世纪以来,清华大学聚焦水利、土木、交通、采矿等领域的关键难题,提出了“基于非平衡演化的岩体结构稳定与控制理论”等创新性理论,广泛参与了白鹤滩水电站、川藏铁路、引汉济渭工程、雄安新区建设等国家重大基础设施建设,促进了岩石力学与工程领域协同融合发展。
我国重大工程建设发展迅速,已建和在建的水利水电工程库区边坡、大型地下厂房、引调水隧洞工程、公路和铁路隧道工程等在建设和运维期还存在着一系列亟待解决的岩石力学关键技术难题,拟建的南水北调西线工程、川藏铁路工程等更是穿越复杂地质带,为岩体工程领域技术突破带来了新的机遇和挑战。
为庆贺清华大学建校110周年,在《清华大学学报(自然科学版)》编辑部的大力支持下,清华大学岩石力学与工程研究中心、中国岩石力学与工程学会岩体物理数学模拟专委会精心组织本专刊,得到了国内学者的积极响应,共收到投稿论文20多篇,经同行严格评议,精选录用11篇论文,展示了岩石力学室内试验、数值模拟和岩体工程应用等方面的最新进展。
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基于循环交互注意力网络的问答立场分析  收藏
骆旺达, 刘宇瀚, 梁斌, 徐睿峰
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (9): 913-919.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.006
Abstract  (0) HTML   PDF (2014KB) (46)
针对现有问答立场分析方法未考虑问答文本间交互依赖关系的不足,该文提出一种基于循环交互注意力(recurrent interactive attention,RIA)网络的问答立场分析方法。该方法模拟人类的问答阅读理解机制,采用交互注意力机制和循环迭代策略,结合问题和回答的相互联系分析问答文本的立场信息。此外,为了处理问题文本无法明确表达自身立场的情况,该方法将问题转换为陈述句。在中文社交问答数据集上的实验结果表明,由于有效地表示了问答对依赖关系,本文方法的性能优于已有方法。
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面向中文AMR标注体系的兼语语料库构建及兼语结构识别  收藏
侯文惠, 曲维光, 魏庭新, 李斌, 顾彦慧, 周俊生
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (9): 920-926.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.007
Abstract  (0) HTML   PDF (1269KB) (36)
兼语结构是汉语中常见的一种动词结构,由述宾短语与主谓短语共享兼语,结构复杂,给句法分析造成困难,因此兼语识别工作对于语义解析及下游任务都具有重要意义。但现存兼语语料库较少,面向中文抽象语义表示(AMR)标注体系的兼语语料库构建仍处于空白阶段。针对这一现状,该文总结出一套兼语语料库标注规范,构建了包含4 760个兼语句的面向中文AMR标注体系的兼语语料库。基于构建的语料库,采用LA-BiLSTM-CRF模型识别兼语结构,达到了86.06%的F1,并分析了识别结果,提出了改进方向。
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岩石破裂过程中裂隙流体X射线造影试验及应用  收藏
孙欢, 刘晓丽, 王恩志, 张建民, 王思敬, 刘驰
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 778-791.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.25.017
Abstract  (0) HTML   PDF (37321KB) (117)
裂隙流体是水岩系统工程灾变的主要影响因素,直观可视化岩石破坏与裂隙流体的相互作用过程,是揭示不同工程背景条件下水岩互馈灾变机理的关键。该文提出了岩石破裂过程中裂隙流体X射线造影方法,开展了岩溶滑坡、红层边坡失稳及煤矿采空区涌水灾害背景下的岩石材料尺度试验。试验研究结果表明:岩溶管道-裂隙流过渡过程中流态经历了从层流到过渡流或紊流的演化过程,多级应力荷载作用下碳酸盐岩管道流体至裂隙流体的变化过程具有分形演化特征。水动力循环和多级应力荷载作用下红层泥岩损伤因子呈非线性增长,采取控制或降低渗流扩散系数的加固措施可有效治理或调控红层边坡灾害。煤岩破裂过程中裂隙水均方根流量具有分数指数演化规律,裂隙水演化经历了超-扩散流动向亚-扩散流动的变化过程,得出开采扰动作用下煤岩裂隙水的非线性流动和异常扩散现象是诱发采空区突涌水灾害的本质原因。
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水岩作用下花岗岩裂隙剪切力学特性演化规律  收藏
窦子豪, 赵志宏, 高天阳, 李津津, 杨强
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 792-798.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.027
Abstract  (0) HTML   PDF (11201KB) (86)
为研究水岩作用对花岗岩裂隙剪切力学特性的影响,分别对干燥和不同浸水时长条件下的花岗岩裂隙试样进行了室内直剪试验。结果表明:峰值抗剪强度、剪切刚度随浸水时长的增长而减小;峰值剪位移随浸水时长的增长而增大;剪胀效应随浸水时长的增长而减弱;剪切损伤体积随浸水时长的增长而增大。采用三维蓝光扫描仪获得了裂隙面剪切前后的形貌特征,分析了剪切损伤体积随浸水时长的演化规律,提出了考虑浸水时长条件下的粗糙裂隙剪切体积模型。此外,还分别进行了干燥、浸水12个月两种工况下的花岗岩纳米压痕试验。相比干燥试样,浸泡12个月后试样的最大压入深度和塑性变形都明显增大,长时间浸水后花岗岩试样纳米硬度和Young's模量明显降低,即裂隙凸起体更容易破坏。
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岩石静态与动态断裂韧性的宏细观试验  收藏
满轲, 刘晓丽, 宋志飞, 郭占峰, 柳宗旭, 于云鹤
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 799-808.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.018
Abstract  (0) HTML   PDF (15109KB) (41)
基于直切槽半圆盘弯曲(notched semi-circle bend,NSCB)试件及断裂韧性测试方法,分别对北京房山花岗岩样品实施了静态和动态断裂韧性试验,获得了其静态与动态断裂韧度的定量关系,发现在文中采用的中高应变率条件下,动态断裂韧度值为静态断裂韧度值的1.3~2.6倍。采用不同表面形貌刻画技术(SEM、激光共聚焦显微镜、高速摄像机等)对破坏岩样的表面形貌进行观测与表征,获得了岩石表面的三维重构及其粗糙度,其静态和动态断裂都是呈I型裂纹拉伸破坏模式,动态与静态裂纹扩展差异的原因在于应力波在岩样内部界面处的来回反射,诱导微裂纹的萌生、汇合与贯通;裂纹传播过程均经历了加速阶段和减速阶段,裂纹传播速度与其表面三维形貌重构的相对高度变化趋势一致,同样与表面粗糙度变化规律相吻合。岩石静态与动态行为的本质区别是:材料在动态加载时所表现出来的率效应(惯性效应),与材料自身由物理、几何引起的结构效应,此两类效应存在相互抵消、此消彼长的本质属性。
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双护盾TBM掘进数值仿真及护盾卡机控制因素影响分析  收藏
侯少康, 刘耀儒
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 809-817.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.013
Abstract  (0) HTML   PDF (7387KB) (101)
卡机是制约双护盾全断面隧道掘进机(tunnel broing machine,TBM)安全、高效施工的重要工程地质问题。卡机涉及影响因素较多,数值仿真是对各种因素的影响程度进行定量化分析的有效手段。该文提出了考虑双护盾TBM掘进施工过程的数值仿真方法,通过基于内变量热力学的蠕变模型模拟围岩的时效变形特性,并实现围岩与护盾的相互作用的模拟。以某公路隧洞为研究对象,对TBM推进速度和超挖量2个卡机控制因素的影响进行了研究。分析结果表明:增大TBM推进速度,能在一定程度减小接触压力和卡机风险;而超挖量对减小接触压力的作用更为显著,且对于高地应力、软岩条件下的隧洞施工,2种卡机控制措施的收益将更加明显。研究结果可为类似工程的卡机风险分析及TBM推进速度和超挖量等参数的优化设计提供一定的借鉴。
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适用于非均质岩石破坏模拟的偏心四维弹簧模型  收藏
赵高峰, 乔磊, 张玉良, 孙建华, 陈华
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 818-826.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.014
Abstract  (0) HTML   PDF (11696KB) (214)
超大规模非均质模型的生成速度制约着离散数值方法在复杂工程实践中的应用,为了解决超大规模模型非均质岩石的快速建立问题,该文基于四维弹簧模型(four-dimensional lattice spring model,4D-LSM),提出了偏心四维弹簧模型(eccentric 4D-LSM,ECC4D),开展了Poisson比、弹性模量和法向变形量的参数分析研究。通过弹性参数和破坏参数的研究论证了模型的可行性。结果表明:采用质心随机偏移的方式生成了非规则偏心四维模型ECC4D,通过特定算法可以轻松实现大规模计算,既能在一定程度上表征岩石材料的非规则性,也能快速获取任意几何模型。该方法在本地工作站上已经成功实现了超过1亿颗粒的大坝模型计算。
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低裂隙密度条件下三维裂隙岩体的有效渗透性  收藏
何忱, 姚池, 邵玉龙, 黄帆, 周创兵
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 827-832.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.25.014
Abstract  (0) HTML   PDF (4035KB) (70)
裂隙岩体的渗透性是许多地下工程的重要参数之一。低裂隙密度下岩体渗透性特征与目前广泛研究的高裂隙密度显著不同,并且具有强烈的不确定性。该文首先提出了一种裂隙多孔介质渗流数值方法,该方法建立在等效离散裂隙网络模型之上,采用二维三角形单元网络等效描述三维岩体的孔隙基质和裂隙,推导了等效单元导水系数的解析表达式。该方法自然考虑了裂隙与基质之间的流量交换,且无需添加额外的参数。随后,对不同裂隙密度、不同研究尺度的裂隙岩体渗透性进行了Monte-Carlo模拟。结果表明:裂隙网络是否贯通研究区域对有效渗透性影响巨大;裂隙岩体的有效渗透性在低密度区间内存在独有的尺度效应;将岩体的渗透性依据网络是否贯通分类后,两类渗透性平均值依据样本尺度呈现规律变化,该规律能够用帮组建立不同尺度下岩体有效渗透性之间的关系。
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基于有限元方法的水力压裂全三维全耦合数值模型及其物理实验验证  收藏
包劲青, 杨晨旭, 许建国, 刘洪霞, 王高成, 张广明, 程威, 周德胜
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 833-841.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.019
Abstract  (0) HTML   PDF (7253KB) (116)
以有限元方法为基础,采用2套方程描述水力压裂过程中岩石变形、裂缝扩展、裂缝内流体流动和滤失等关键力学问题。通过同步求解2套耦合有限元方程,建立水力压裂全三维全耦合数值模拟模型。通过数值模型和经典的水力压裂物理实验对比,在流体净压力、裂缝宽度、裂缝长度及裂缝扩展模态等方面数值实验结果和物理实验结果具有良好的一致性。模型得到经典物理实验验证,同时表明裂缝宽度即使在微米级别水力压裂理论中的立方体定律仍然适用。
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中国锦屏地下实验室开挖隧洞灾变特征与长期原位力学响应分析  收藏
李邵军, 郑民总, 邱士利, 姚志宾, 肖亚勋, 周济芳, 潘鹏志
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 842-852.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.015
Abstract  (0) HTML   PDF (17479KB) (169)
深埋高应力隧洞建设过程中潜在岩爆、片帮、塌方等工程灾害。中国锦屏地下实验室二期(CJPL-II)是目前世界上埋深最大的实验室(2 400 m),在隧洞群建设过程中开展了变形、应力、微震等系统的综合原位监测和力学响应数值模拟,该文系统分析了隧洞灾变特征与长期原位力学响应,研究结果表明:隧洞围岩变形以1#实验室和4#实验室北侧边墙较大,最大变形达83.7 mm,岩体锚杆应力最大为530 MPa,开挖完成后3个月,岩体变形趋于稳定;基于岩体声波和钻孔摄像揭示的围岩松弛深度范围总体约为0.8~3.5 m;围岩随开挖内部破裂演化,存在分区现象,强度较高且完整的岩体,破裂区范围较小,强度较低且完整性较差的岩体,破裂区范围较大;各实验室开挖时的微震在完整岩体隧洞和断层附近区域更为活跃,各隧洞强弱顺序依次为:8#、7#、4#、3#、5#、6#、1#、2#、9#,已完成开挖后的各洞室微震活动性逐渐趋于平静;基于CASRock软件分析表明:实验室开挖卸荷后南侧拱肩和边墙应力高、松弛深度较大,是高风险区。研究成果为实验室灾害预警、稳定性评估、动态设计及长期安全运营提供了直接支撑,也将为相似地质条件的高应力深埋隧洞安全建设提供借鉴。
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深部巷道全空间协同控制技术及应用  收藏
左建平, 孙运江, 文金浩, 吴根水, 于美鲁
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 853-862.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.25.018
Abstract  (0) HTML   PDF (25470KB) (221)
深部巷道支护受地应力和围岩力学特性共同影响,且支护方式多样化。该文系统总结了深部巷道围岩变形破坏的典型特征,提出了深部巷道全空间协同控制技术,其对不同地质条件下深部巷道的支护方式和参数进行针对性优化设计。阐释了全空间协同控制的力学原理:“全空间支护、刚柔协同、让压释能、动态监测、局部加强”,其核心是锚网索全空间协同控制,充分发挥围岩的自承能力。对比分析了不同预紧力条件下单体锚索、传统桁架和全空间桁架预应力场差异。研究表明,全空间桁架的最大预应力能比单体锚索提升了35%~40%。模拟分析知围岩黏聚力、内摩擦角和弹性模量为巷道变形主控因素。现场实践表明,全空间协同控制技术能够有效控制不同埋深巷道围岩变形。
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西域砾岩边坡破坏机制及稳定分析方法  收藏
王玉杰, 孙平, 李文新, 张强
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 863-872.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.028
Abstract  (0) HTML   PDF (29386KB) (58)
针对新疆地区水利工程建设中遇到的西域砾岩边坡的破坏问题,通过现场调研和离散元数值模拟分析,研究了西域砾岩边坡特殊的变形破坏机制和特征。在此基础上,基于力和力矩平衡分析,提出了与其变形破坏机制相适应的稳定分析方法,并分析了不同掏蚀深度与裂缝深度对边坡稳定性的影响。研究结果表明,西域砾岩边坡破坏过程总体呈现“坡脚掏蚀-后缘拉裂-错落式塌落”的特点,可分为坡脚掏蚀、局部塌落、局部塌落加剧与竖直拉裂缝形成、整体塌落4个演化阶段。随着掏蚀深度或后缘拉裂缝深度的增加,边坡的倾倒安全系数也随之降低。
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地震作用下岩体结构及岩性对高陡岩质边坡动力响应特征的影响  收藏
宋丹青, 黄进, 刘晓丽, 王恩志
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (8): 873-880.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.25.020
Abstract  (0) HTML   PDF (22792KB) (65)
为研究岩体结构及岩性对高陡岩质边坡地震响应特征的影响,该文建立了均质软/硬岩边坡、层状软/硬岩边坡4个数值模型,采用有限元方法进行动力分析。通过分析边坡的动力加速度放大系数(MPGA),研究岩体结构及岩性对坡内波传播特征及其动力放大效应的影响。研究结果表明:岩体结构及岩性对坡内的波传播特征具有影响,软弱夹层使波在地震坡内出现了局部放大效应;相同条件下软岩边坡的动力放大效应大于硬岩边坡,与岩体结构相比岩性对边坡动力响应影响更显著,与均质边坡相比岩性对层状边坡的地震放大效应影响更大,均质软岩与均质硬岩边坡的MPGA比值小于层状软岩与层状硬岩边坡的MPGA比值;软硬岩边坡均表现出一定的高程及趋表放大效应,与均质边坡相比层状边坡的高程放大效应具有明显的非线性变化特征;软弱夹层对边坡的动力放大效应具有影响,层状边坡的动力放大效应大于均质边坡。
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基于考虑状态分布的深度确定性策略梯度算法的端到端自动驾驶策略  收藏
王庭晗, 罗禹贡, 刘金鑫, 李克强
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (9): 881-888.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.038
Abstract  (0) HTML   PDF (5875KB) (97)
端到端方法是实现自动驾驶的方法之一,而自动驾驶的场景较为丰富,不同场景的特征差别较大,这使得基于强化学习的端到端自动驾驶方法训练时的随机性衰减速度难以确定,若衰减过快,在面对新场景时无法获得较好的自动驾驶效果,反之则会使得算法难以快速收敛。针对这一问题,该文提出了一种基于输入状态分布筛选的随机策略和经验回放方法,将当前输入的状态数据和已保存的状态数据之间的距离进行对比,根据不同的距离选择不同的随机策略参数,同时在经验回放时提高出现频率较低场景的回放概率。仿真结果表明:该算法在训练后期面对与前期数据分布差异较大的场景时仍有足够的探索能力,提高了基于深度确定性策略梯度算法的端到端自动驾驶策略在全新工况下的车道保持能力。
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双余度线控转向机系统的电流均衡余度控制  收藏
米峻男, 王通, 蔡智凯, 连小珉
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (9): 898-905.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.004
Abstract  (0) HTML   PDF (2693KB) (37)
线控转向系统的安全可靠性不足是制约其应用的瓶颈,其中转向机系统的安全可靠性是重要方面。已有研究提出了具有高安全可靠性的双余度线控转向机系统的结构。该文针对此系统提出了电流均衡余度控制方法,以使其在双电机控制转向时转矩能够均衡输出;在出现降阶故障后切断相应通道电机电源,实现系统降阶,并在控制上重整,使系统在降阶状态下能够正常实现转向控制功能。实车试验结果表明,上述方法能够在转向控制中实现双电机均衡输出,在出现故障后能够降阶重整,使车辆保持转向功能。
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基于多语言联合训练的汉-英-缅神经机器翻译方法  收藏
满志博, 毛存礼, 余正涛, 李训宇, 高盛祥, 朱俊国
清华大学学报(自然科学版)    2021, 61 (9): 927-935.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.003
Abstract  (0) HTML   PDF (1394KB) (45)
多语言神经机器翻译是解决低资源语言翻译的有效方法,现有方法通常依靠共享词表的方式解决英语、法语以及德语等相似语言之间的多语言翻译问题。缅甸语属于典型的低资源语言。汉语、英语以及缅甸语之间的语言结构差异较大。为了缓解由差异性引起的共享词表大小受限制问题,该文提出一种基于多语言联合训练的汉英缅神经机器翻译方法。在Transformer框架下将丰富的汉英平行语料与较少的汉缅、英缅语料进行联合训练,模型训练过程中分别在编码端和解码端将汉英缅映射在同一语义空间以降低汉英缅语言结构差异性对共享词表的影响,通过共享汉英语料训练参数来弥补汉缅、英缅语料缺失的问题。实验结果表明:在一对多、多对多的翻译场景下,所提方法的BLEU值比基线模型的汉英、英缅以及汉缅翻译结果有明显提升。
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