为研究突发事件下室内滑雪场人员疏散效率的影响因素并提供人员疏散基础数据,设计并开展了突发事件下室内滑雪场人员疏散实验,分析了不同滑雪道等级、滑雪板类型和穿鞋类型等因素对人员疏散效率的影响,获取了疏散人员的运动速度等特征参数。结果表明:在室内滑雪场进行人员疏散时,多数人员选择滑下雪道后脱下雪板步行疏散,且人员经初中级滑雪道使用双板滑行疏散时速度最快,而在平面雪地疏散时,滑雪板类型以及人员脱雪板的熟练程度均影响疏散效率,其中脱雪板步行疏散优于穿戴雪板滑行疏散;穿着单板雪鞋与常见平底鞋在雪地平面步行疏散时运动速度相近,而穿着双板雪鞋对步行疏散的影响较大。因此,室内滑雪场一旦发生紧急情况,疏散人员脱掉滑雪板后步行疏散到安全出口是最优的疏散方式。
降雨及地下水位上升所引起的滑带土含水率变化是造成其抗剪强度降低与滑坡稳定性下降的重要因素。为研究滑带土在不同含水状态的强度特性,采集三峡库区藕塘滑坡的滑带土作为研究对象,分别使用压力板仪法、盐溶液湿度控制法和双分量空气湿度控制法制备低吸力段、中吸力段与高吸力段的滑带土样品。通过自主研制的非饱和土抗拉、抗剪多功能试验装置测试了不同基质吸力状态滑带土样品的抗拉与抗剪强度,结果表明低吸力段滑带土在拉伸和剪切过程中表现出黏性,而中高吸力段土样拉伸和剪切破坏表现为脆性。土样的单轴抗拉强度与抗剪强度变化趋势与基质吸力变化趋势类似,均随着含水率降低呈非线性单调增大,其中抗拉强度和抗剪强度在221.6 MPa基质吸力状态下分别可达279.8和204.9 kPa。而当土体完全饱和时,土样的抗拉强度与抗剪强度仍分别有46.0和32.3 kPa。滑带土抗拉与抗剪强度的相关性可通过基于吸应力理论的扩展摩尔-库伦强度准则准确描述。基于单轴抗拉强度与吸应力理论计算所得的抗剪强度预测值与通过剪切试验获取的抗剪强度测试值基本吻合,通过该方法测试和计算非饱和滑带土在不同含水率状态抗剪强度可大幅降低时间和试验成本。
尾砂堆植被自然恢复影响因子对生态修复工程中恢复能力的重建至关重要。以京津冀水源涵养区山西省灵丘县已关闭近15年的五台群铁矿为研究区,通过系统调查并采集尾砂堆植被自然恢复状况及相关影响参数,对43个尾砂堆的地形条件、区位条件、基质物理性质和化学性质4类共25个生境因子进行了统计分析,并结合现场监测揭示了植被恢复与生境因子的作用机制。结果表明:区位条件是归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)空间分异的主导因素,其解释方差贡献率达67.9%,基质物理性质和地形条件次之,基质化学性质相关性虽显著但未通过统计学检验;影响尾砂堆植被自然恢复的9个重要生境因子的贡献度排序为:年最大风向夹角>太阳辐射强度>坡向>天然含水率>速效磷>紧实度>平面曲率>距矿区边界距离>不均匀系数,这些因子对植被恢复的影响可归纳为5项作用机制,包括影响光照条件、基质物理结构、基质养分条件、基质水分条件和植物入侵,这些机制共同决定了植被恢复的潜力和过程;五台群铁矿尾砂堆植被自然恢复因微生境差异而呈现出正向和负向2种相反的演进模式,故生态修复工程应注重对其限制因子的调节。研究结果可为尾砂堆的生态修复提供理论依据与技术支持,有助于优化修复策略和实现矿区生态系统恢复目标。
针对盾构隧道安全通道设计参数缺少普适性确定方法的问题,首先采用理论计算与数值模拟结合的方法探究了单侧加压送风模式下疏散门风速与安全通道面积、疏散门间距和疏散门开启数量之间的关系,并建立了各参数间关系的数学模型;然后以安徽省马鞍山市湖北路过江隧道为例,利用PyroSim软件建立了全尺寸模型,并对比分析了其理论计算结果与数值模拟结果。结果表明:疏散门的分流流速随疏散门开启数量的增大而减小,随疏散门间距增大而减小,随安全通道面积增大而增大;根据由参数间关系建立的数学模型得出,在疏散门风速大于0.7 m/s的情况下,湖北路过江隧道疏散门开启数量应为11个,进一步确定该安全通道加压送风的最大适用长度为1 320 m;数值模拟验证结果表明该数学模型的准确性较高。研究结果可为盾构隧道安全通道单侧加压送风设计提供参考。
针对火焰检测过程中存在小目标难以检测的问题,提出了一种改进的YOLOv8n模型。首先,在双分支跨阶段局部特征融合(cross stage partial 2 with feature fusion,C2f)模块中加入动态蛇形卷积,有助于提取多尺度特征、增强特征表示。接着,将GhostnetV2引入到颈部网络中,不仅减少了模型的参数量,还提升了整体的检测精度和速度。然后,添加微小目标检测头以便更好地进行多尺度小目标的检测,基于局部和全局的挤压激励(squeeze and excitation,SE)注意力机制确保每一层的特征都得到充分优化,特别是小目标的细微特征。最后,基于最小点距离的交并比损失函数提高算法的收敛速度和定位精度。实验结果显示,改进YOLOv8n模型的P、R、FPS、mAP@0.5和mAP@0.5∶0.95指标平均值比YOLOv8n模型分别提高了3.34%、3.62%、14帧/s、3.01%和3.41%,表明模型拥有较好的小目标火焰检测能力。研究结果可为预防火灾等安全事故提供理论依据和决策支撑。
重载铁路隧道内列车活塞效应引发的隧道活塞风特性,直接影响行车安全及洞内扬尘控制。为研究隧道断面形状对活塞风的影响,采用现场实测和数值模拟方法研究了重载列车通过不同断面形状的隧道时的风流场特性。结果表明:(1)隧道断面形状对列车驶入隧道所引发活塞风的特性具有显著影响,列车通过时,隧道内风压值与车身表面压力梯度均随断面形状变化,并表现为从马蹄形、高墙形到高拱形隧道依次升高的趋势,马蹄形隧道入口处产生的涡结构最小且流场较稳定,风流紊流被显著削弱,而高墙形和高拱形隧道产生的涡结构较大;(2)车尾进入隧道时,隧道外活塞风的影响范围由小到大依次为马蹄形、高墙形、高拱形隧道,在尾流区,马蹄形隧道内强涡量区的中心区域更为连续,降低了隧道内气流的不稳定性。研究结果可为掌握重载列车通过隧道时的风流场特性及其对扬尘的影响提供参考。
机器学习模型在岩溶隧道涌突水风险预测中凭借其高精度、客观性和高计算效率,克服了知识驱动模型的一些局限性,但因其预测结果难以解释而发展受限。通过随机森林、支持向量机和k-最近邻算法结合贝叶斯优化算法分别构建岩溶隧道涌突水风险预测模型;利用混淆矩阵协同宏平均受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线开展预测精度验证;最后采用沙普利加性解释(Shapley additive explanations,SHAP)算法归因各影响特征对岩溶隧道涌突水风险的贡献与影响方向,并分析了主要影响特征在模型中的作用机制。结果表明:在测试集上,经贝叶斯优化后的随机森林机器学习模型的准确率(0.727 3)、宏平均ROC曲线下的面积(area under curve,AUC)值(0.92)均高于其他2个机器学习模型,能够较为准确地预测岩溶隧道涌突水风险;采用SHAP算法对随机森林机器学习模型中的输入影响特征进行量化,发现围岩分级、降雨入渗系数、隧道所处水动力分带是岩溶隧道涌突水风险的主要影响特征,并分析了各影响特征在模型预测中对岩溶隧道涌突水风险的具体影响,发现其在机器学习模型中的作用机制与相关理论分析结果具有较好的一致性,此一致性显著增强了机器学习模型的可信度。优化后的随机森林模型具有较高的预测精度和良好的可解释性,可为岩溶隧道涌突水风险预测提供理论支持。
动水压力型滑坡是三峡水库运行过程中重要的地质灾害类型,其坡体结构松散、孔隙比大、渗透性强,滑体渗透性在不同方向上呈现明显差异。为研究渗透各向异性对动水压力型滑坡变形响应规律的影响,以三峡库区白家包滑坡为研究对象,采用渗透系数比值kx/ky表征渗透各向异性,系统分析了不同滑体渗透系数比值kx/ky和库水位下降速率v作用下滑坡地表位移和变形滞后时间的变化规律。研究结果表明:(1)随渗透系数比值kx/ky增大,滑坡前部浸润线抬升,坡体内外水头差同步增大,指向坡外的动水压力相应增强。(2)当库水位下降速率保持不变时,滑体渗透系数比值越大,滑坡地表位移和变形滞后时间越大;当0.1
白鹤滩水电站作为世界第二大水电站,自2021年4月5日下闸蓄水后,库区平均水位上涨超过150 m,水电站运行期间库水位变幅约60 m。库水位大幅抬升和周期性涨落诱发了多处库岸变形。以白鹤滩库区小米地变形体为研究对象,联合光学卫星影像、时序合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)、无人机摄影测量、地面调查、三维形变监测雷达、全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)等多源监测手段,构建了天-空-地一体化监测网络,基于天-空-地多源监测数据,分析了白鹤滩水库蓄水初期变形体的时空变形特征;通过小波相干分析,查明了位移与库水位和降雨在不同时段、不同周期上的耦合关系。结果表明:自水库蓄水以来,小米地变形体在地形地貌、地层岩性、水库蓄水和降雨等内外动力联合作用下持续变形,变形呈显著的牵引式分区特征,变形量自坡脚向后缘递减;变形体变形与库水位波动的相关性和周期性由前缘向后缘逐渐减弱并伴随时滞,而其与降雨仅在变形体后缘及短周期尺度上表现出弱相干。结合天-空-地多源监测和小波相干分析形成了完整的滑坡时空变形分析技术体系,提升了对复杂地质体变形机制的认知能力,可为库区滑坡的监测预警与风险管控提供技术支撑。
为全面评估焊接和打磨过程中产生的粉尘对工人健康的影响,在西安市某机电加工厂的焊接和打磨车间进行现场实测,使用呼吸暖体假人模拟工人作业行为,对工人呼吸区粉尘质量浓度、粒径分布、化学成分组成进行了分析,并利用与多个健康终点相关的氧化潜势(oxidation potential,OP)指标量化了粉尘的健康效应。研究结果表明:焊接与打磨车间粉尘的总质量浓度差异不大,粒径分布以及元素组成差异显著;季节变化对粉尘暴露特征无明显影响;粉尘的氧化潜势与其质量浓度、粒径分布及元素组成之间均存在一定的相关性;锌、钡、锰3种元素对工人健康的潜在影响较大。在工业场所,除控制粉尘质量浓度外,还需对粉尘粒径、元素进行监控,并可将OP作为通风系统效能评估的补充指标,从而实现健康导向的精准防控。