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基础设施安全智慧感知与防灾减灾团队
2020-09-22 11:00  


团队依托四川省省属高校科研创新团队与西南石油大学青年科技创新团队,主要致力于复杂环境下全寿命周期过程中基础设施安全建设与智能运维方面的研究工作。团队6名具有博士学位及4名具有硕士学位的全职教师组成,其中正高1名,副高3名,讲师6,以四川省杰出青年科技人才项目获得者、四川省学术和技术带头人后备人选胡启军教授为团队学术带头人。团队与中国铁路工程集团有限公司、中铁建设集团有限公司、中国建筑集团有限公司四川省交通运输厅、成都地铁运营有限公司中节能建设工程设计院有限公司、中冶成都勘察研究总院有限公司、四川省交通厅造价站澳大利亚Monash大学、西南交通大学等单位及其下属单位保持长期合作关系。

 

 

 

 

 

 

胡启军 教授 博导

万旭升 副教授 硕导

邱恩喜 副研究员 硕导

何乐平 副教授 硕导

唐煜 讲师 硕导

 

 

 

 

 

孟庆成 讲师 硕导

渠孟飞 讲师 硕导

杜立群 讲师

阎菊花 讲师

李玉花 讲师

团队在国家自然科学基金等近30项纵横向课题资助下,主要针对建筑、交通、矿山等基础设施领域安全与管理相关重大科学与技术问题,综合运用多学科理论进行科技攻关。研究成果揭示了复杂环境下基础设施渐进损伤机理,发展了特殊岩土体与结构稳定性分析理论、施工现场人机安全理论与复杂环境下工人效理论,形成了岩体工程安全与管控成套技术。成果共计发表学术论文120余篇,其中SCIEI收录64篇,授权国家专利14项,出版专著或规范6部,软件著作权8项,获得省部级或国家级协会以上科技进步8次。目前主要开展的研究方向如下:

一、复杂灾害环境下基础设施渐进损伤机理与人机安全机制

1.1 边坡渐进失稳破坏机理

本方向主要从宏观和微细观两个层面对边坡渐进失稳破坏机理进行系统研究。宏观上,揭示了坡体渐进失稳破坏机理,首次提出了边坡首段局部破坏范围理论计算公式,建立了边坡首段滑移长度确定方法。微细观上,从边坡泥化夹层的微细观结构特征出发,结合细观力学与损伤力学原理,获得了泥化夹层细观渐进损伤动态演化规律。成果在绵广高速、西成高铁等多个实际工程进行了验证共计发表学术论文30余篇,其中SCI 8篇,EI 12篇;形成专著1部;成果四川省科技进步二等奖1项,绿色矿山科学技术二等奖1

 

 

工程背景

 

顺层边坡渐进失稳破坏机制研究

 

泥化夹层的宏细观渐进损伤机理及力学性能研究

 

绿色矿山科学技术奖获奖证书

1.2 区域特殊地质条件下地基基础承载机理及渐进损伤机制

针对西南红层泥岩地基承载能力问题,提出了红层泥岩承载能力挖掘理论,揭示了考虑桩-岩接触面应变软化和桩底沉渣的桩基承载机理,建立了红层泥岩缺陷桩基承载力计算方法针对西南红层填料路堤稳定性问题,构建了红层非饱和流变-固结耦合模型;针对盐渍土盐胀和冻胀问题,建立了盐晶体相变与环境变化间联系。成果共计发表学术论文近30篇,其中SCI 10篇,EI 10篇;授权国家专利7项,部分成果写入了规范《四川省建筑岩土工程测量标准》,形成了专著1被成功应用到以一带一路大厦(488 m)、成都绿地中心、远洋太古里隧渝铁路为代表的多个地基、路基工程中。相关成果形成的《超常载荷下软弱岩体承载性能提升理论与关键技术》获2020年四川省科技进步二等奖。

 

工程背景

 

红层泥质岩体承载能力挖掘理论(一带一路大厦,488m

 

红层泥岩缺陷桩承载机理(成都绿地中心,468m

 

纳米材料改良硫酸盐渍土

1.3 隧道岩体渐进损伤失稳破坏机制

针对岩体隧道稳定性问题揭示了裂隙岩体隧道围岩变形规律与顺层岩体隧道围岩失稳破坏机制优化了顺层岩体隧道围岩分级方法建立了寒区隧道急倾斜地层中最优冻胀模型,提出了寒冷地区急倾斜隧道的安全评价方法;首次提出了微波高温辐照破碎花岗岩工艺,建立了典型火成岩力学强度与微波辐照参数间关系相关研究成果发表学术论文11篇,其中SCIEI检索7篇,形成软件著作权3获中国安全生产协会科技进步三等奖1

 

工程实例

 

裂隙岩体隧道失稳破坏机制

 

顺层岩体隧道失稳破坏机制

 

巴朗山高原隧道冻胀灾害研究

 

微波辐照下花岗岩损伤演化机理研究

1.4 复杂灾害环境下地下管廊(线)油气泄露及火灾孕育发展机理研究

针对管廊(线)运营期灾害事故频发问题,结合理论分析、数值仿真(FLUENTFDS)等手段,研究地下综合管廊电缆火灾、油气泄漏成灾机理,获得了油气泄漏扩散和电缆火灾蔓延规律,为后期灾害风险评估与防灾减灾提供理论指导。相关成果在地下综合管廊等工程项目中得到推广应用,发表学术论文5篇,其中SCI收录2篇。

 

 

 

 

不同时刻流线图

 

 

 

不同时刻速度云图

综合管廊天然气管道泄漏规律

 

 

 

 

电缆火灾模拟

火源正上方竖向温度分布

烟雾浓度随时间变化曲线

综合管廊电缆火灾孕育及扩散规律

 

 

 

 

电缆火灾模拟

不同回填土孔隙率温度变化

石油粘度与温度关系

埋地输油冠道石油泄漏规律

 

1.5 极端环境下桥梁结构力学行为与损伤机理

本方向主要针研究极端风况下的桥梁结构震颤行为研究以及高墩、大跨等特殊桥梁结构力学特性分析等,揭示复杂环境下桥梁结构渐进损伤机理,为桥梁结构健康监测与安全管控奠定理论基础。相关成果发表学术论文6篇,其中TOPSCI期刊收录2篇,EI收录3篇,授权国家专利1项。研究成果形成了复杂环境重载铁路高墩大跨桥梁施工关键技术,在工程实践中得到广泛推广应用获得吉林省科技进步三等奖1

 

极端环境下桥梁结构力学行为与损伤机理研究

 

吉林省科学技术奖获奖证书

1.6 极端环境施工人机安全事故致灾机制及工效工价变化规律研究

本方向主要以川藏铁路等特殊环境下的交通与建筑工程为实施背景,探索极端气候环境与局部微环境复杂条件下,工人不安全行为形成机制与施工现场人机安全事故诱发机制,以及工人工效与工价变化规律。主要致力于建立以综合生理测度指标表征的工人不安全心理状态量化机制人机安全事故关键控制指标体系以及极端环境条件下施工造价科学管理方法等方面的研究工作。研究成果被《Journal of Construction Engineering and Management》等领域重要SCI期刊收录多篇,获得绿色矿山科学技术一等奖1

 

人机安全事故致灾机制研究框架

 

 

工效研究框架

 

工价变化规律研究框架

 

2020年度绿色矿山科学技术一等奖获奖证书

1.7 既有交通基础设施结构损伤机理及运维安全

本方向致力于研究既有交通基础设施沿线结构物病害的发生和演化规律,通过结构损伤的快速定位与诊断,实现安全状态的动态评估,为基础设施的运营安全风险防范与应急保障关键技术提供理论基础。成果在桥梁、隧道、地铁、地下管廊等基础设施运维中得到广泛应用,如针对桥梁的运维安全,分析了潜在桥梁病害特征和形成机理,提出了全局扫描+局部重点监控的监测理念,形成了以光纤光栅、视觉系统、激光雷达、GNSS集成式桥梁智慧管控系统。

 

 

桥梁运维安全解决方案

 

二、基础设施与人机安全智能感知方法

2.1 安全风险源智能识别与安全监控系统研发

结合视觉传感、深度学习等信息化手段,针对起控制作用的风险源进行智能识别与监控,以实现基础设施安全风险源智能识别。研发了基于双目视觉传感的岩体表面变形非接触式监测方法及基于光纤传感的岩体深部变形监测方法;研发了基于目标跟踪算法的施工现人机安全监测系统以及基于深度学习算法的工人安全帽识别系统。成果在边坡、桥梁、隧道、基坑等工程中得到推广应用,发表学术论文6篇,被《Sensors》、《Journal of Construction Engineering and Management领域重要SCI杂志收录4篇,形成软件著作权4,获中国机械工业学会科学技术进步三等奖1

 

 

 

标志点中心聚类

 

基坑不同监测区影像拼接

双目视觉试验场地设置及试验程序

基于机器视觉的岩体表面变形监测系统

 

 

 

 

 

  光纤光栅测斜杆构件螺纹丝杆连接

 

光纤光栅测斜杆

光纤解调设备

基于光纤传感的岩体深部位移监测系统

 

基于目标跟踪算法的施工现人机安全监测系统

 

基于深度学习算法的工人安全帽佩戴监测系统

2.2 安全自动化监测信息平台

致力于结合前端综合监测传感、数据远程传输、数据库及云平台技术,突出智能化与信息化的特色,构建基础设施安全自动化监测信息平台。平台功能:1现场数据的实时反馈2)基于数据库与云平台,方便用户对实时与历史监测数据进行查询、处理和分析3构建安全预警机制,为安全决策提供数据支持。团队与中防通用电信有限公司合作研制地铁综合监控综合管廊监控、基础设施智慧建造等信息化平台

 

地铁综合监控信息平台

 

 

 

 

综合管廊综合监测信息平台

 

 

基础设施智慧建造系统框架

2.3 复杂不确定条件下工程灾害安全风险实时判识

针对基础设施建设全寿命周期潜在的灾害事故,结合灾害成灾机理及孕育发展规律,构建安全风险指标体系,利用不确定性量化与不确定性推理方法,实现安全风险动态感知,为岩体工程风险规避、风险缓解等安全控制决策提供依据。相关理论与方法在宁石高速苍龙峡隧道坍塌风险评估、六盘水市综合管廊天然气泄漏风险与电缆火灾风险评估等项目中得到推广应用。相关成果已发表论文6篇,其中SCI 收录3篇,形成软件著作权2项。

 

  安全风险感知与决策总体框架   

 

基于云模型的不确定性处理

基于模糊数学的不确定性处理

风险指标信息不确定分析

 

 

风险贝叶斯网络推理

风险多源信息融合推理

风险不确定性推理

 

三、基础设施与人机安全风险管控

3.1 基础设施系统风险管控(决策)理论与方法

基于系统论、信息论、控制论与决策论等管理学相关理论,以基础设施系统全过程、全寿命周期的安全、质量、成本、进度、环境和社会风险为管控对象,应用系统分析理论和风险分级方法,结合全面系统、超前预防、分级管控的管理机制,实现风险最小化或风险可接受的管理目标。主要利用不确定性规划(UP安全管理绩效(SMP)评价等手段,实现基础设施系统风险决策优化

 

基础设施系统风险管控(决策)框架

3.2 基础设施加固方法

首次提出了顺层边坡首段滑移长度的确定及加固方法,有效避免了传统加固设计中一坡到顶的推力计算误区;率先提出了边坡泥化夹层的微波辐照加固方法,将泥化夹层遇水即坏改良为了遇水更强提出了红层泥岩岩体承载能力增强理论适用于四川地区的大直径素混凝土复合地基技术,解决了桩土协调变形不一致的问题;考虑桩-岩接触面软化,研发了红层泥岩扩底桩桩基技术结合灰色聚类等方法科学地评判膨胀土场地类别,探索了膨胀土管道工程地基加固解决方案。部分成果写入了规范《四川省大直径素混凝土桩复合地基技术规程》,同时被成功应用到以宜万铁路、成都绿地中心(468m)为代表的多个基础设施工程中。相关研究成果发表学术论文近10篇,其中被《Applied Clay Sciences》等SCI期刊收录3篇。

 

顺层边坡首段滑移长度的确定及加固方法

 

泥化夹层的微波辐照加固方法

 

红层泥岩地基承载能力增强技术

3.3 人机安全与造价智慧控制方法研究

以川藏铁路等特殊环境下的交通与建筑工程项目为背景,结合机器视觉、人体工程学等多学科领域技术,探索人机安全与工程造价智慧化控制方法。一方面,构建施工人机安全综合智慧评估模型,实现复杂环境下施工现场智慧化安全管理;另一方面,研究工人工效与工价在极端高原环境下的变化特征,提出适应环境变化的工程造价动态管理方法。团队与中铁隧道局集团有限公司、成都医学院以及四川省交通厅造价站省内多家造价单位保持长期合作关系

 

人机安全智慧控制研究框架

 

人机安全智能评估系统

 

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