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当期目录

    2011年, 第45卷, 第10期 刊出日期:2011-10-31 上一期    下一期
    物理学
    二维自由表面流动的光滑粒子动力学方法数值模拟
    何涛, 周岱
    2011,45 (10):  1425-1429. 
    摘要 ( 3432 )  
    在流体微可压缩的假定下,运用光滑粒子动力学(SPH)方法模拟了二维自由表面流动问题.选用正则化五次样条函数作为SPH核函数,由状态方程求得压力,采用显式三步法进行时间积分,利用链表法作为粒子搜索策略,并引入动态粒子模拟边界条件,提出了多项修正措施以弥补SPH方法的缺点.研究表明,文中计算结果与实验数据吻合,计算精度理想,且消除了流体粒子附着在边界上的不合理现象.
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    基于非结构网格的斜腔驱动流数值模拟
    丁亮, 王彤, 谷传纲
    2011,45 (10):  1430-1434. 
    摘要 ( 2674 )  
    为了分析大长宽比斜腔驱动流内部的流场结构,编制了基于非结构网格的二维CFD计算程序,主要包括:采用3次样条拟合边界点,使用阵面推进法生成非结构网格;采用Poisson方程解给出的结构化背景网格、Laplacian算子和对角交换技术改善生成网格的质量;利用同位网格上的压力加权插值算法避免压力速度失耦.通过对比等长宽比斜腔定常问题,验证了程序的有效性,发现在使用网格数仅为已有相关文献中的1/6的情况下,其结果与相关文献较吻合.对具有工业背景的长宽比为2的斜腔内流场进行了数值模拟与相应的分析,结果表明,斜腔驱动流中心线速度受雷诺数的影响较大,而受斜腔角度的影响相对较小;随着斜腔长宽比的增加,流场内的旋涡结构形式变化不大,只是中部旋涡的尺度增加.这些结果将有助于指导工业流动设备中类似结构的设计与加工.
     
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    超声速圆盘空化器超空泡流动数值计算方法
    孟庆昌, 张志宏, 刘巨斌, 顾建农
    2011,45 (10):  1435-1439. 
    摘要 ( 3986 )  
    以超空泡射弹为研究背景,为分析在超声速条件下水的压缩性对圆盘空化器超空泡流场的影响,基于理想可压缩流体势流理论,提出了一套有限体积数值计算方法.采用可压缩流体满足的连续性方程和Tait状态方程,结合Riabouchinsky超空泡闭合模式,提出了针对超空泡流场反问题的一种求解方法.根据超空泡表面不可穿透条件,设计了一种新的超空泡外形迭代方式.在解决超声速圆盘空化器超空泡流场计算问题的基础上,分析了压缩性对超空泡形态和阻力系数的影响.在超声速条件下(马赫数为1.0~1.2),流体压缩性将导致超空泡前后略微不对称,前端比尾端截面更窄,空泡最大截面略微向后移;在相同空泡数下,随着马赫数的增加,空泡长细比逐渐增加,压差阻力系数也不断增加.计算结果与经验公式及有关文献结果吻合较好.
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    基于低表面能效应的疏水表面减阻机理
    潘光, 黄桥高, 刘占一, 胡海豹, 宋保维
    2011,45 (10):  1440-1443. 
    摘要 ( 3439 )  
    针对疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,通过水洞实验研究了具有疏水表面航行器模型的阻力特性,获得了其减阻特性曲线,并得到了大于30%的实验室减阻效果.对疏水表面进行了表面能特性分析,认为表面组分中的-C-Si疏水基团引起了疏水表面的低表面能效应,是疏水表面具有减阻作用的直接原因.
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    柔性体碰撞阻尼模型的适用性分析
    邹凡, 刘锦阳, 余征跃
    2011,45 (10):  1444-1449. 
    摘要 ( 3356 )  
    用理论和实验相结合的方法研究柔性梁和刚性球正碰撞过程中2种碰撞阻尼模型的适用性.基于EulerBernoulli假设,考虑几何非线性,用绝对节点坐标法建立了平面柔性梁的动力学模型.用非线性弹簧阻尼模型建立了柔性多体系统的碰撞动力学方程;在考虑局部残余变形的前提下,用弹塑性模型建立了柔性多体系统的碰撞动力学方程,将碰撞过程分3个阶段(弹性碰撞,弹塑性碰撞,弹性恢复)进行分析.设计了柔性梁和刚性球的碰撞实验,将仿真计算与实验数据对比.结果表明,弹塑性模型更适用于碰撞分析.
     
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    一种适用于移动半隐式法的缓解压力振荡方法
    孙学尧a, 张怀新a, b, 潘徐杰a
    2011,45 (10):  1450-1454. 
    摘要 ( 3642 )  
    针对无网格移动粒子半隐式(MPS)法压力振荡性过大,且难以处理压力的问题,提出一种新的压力缓解方法.该方法在MPS法压力计算方程中加入用以保证流体不可压缩的速度散度为零的条件,在MPS法计算完成后对压力进行适当的时间平均,得出最终计算压力,在一定程度上缓解压力的振荡.通过溃坝和船体横摇晃荡2个实例,将新方法和MPS法进行比较,验证新方法在不增加计算量的基础上对缓解压力振荡有很好的效果.
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    基于频响函数的模型修正方法
    李伟明, 洪嘉振
    2011,45 (10):  1455-1459. 
    摘要 ( 3436 )  
    提出了一种新的基于频响函数的模型修正方法.该方法不但避免了模态分析过程,以设计参数为修正对象,而且不需要将有限元模型的频响函数与实验测得的频响函数进行匹配,仅需要少量实测的频响函数数据即可完成模型修正过程.通过桁架结构的模型修正算例表明,采用该模型修正方法在噪声的干扰下仍然能够获得理想的修正结果,证明了方法的有效性.
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    一般工业技术
    含脱层层合简支梁的屈曲模态
    朱波, 周叮, 刘伟庆
    2011,45 (10):  1460-1464. 
    摘要 ( 3419 )  
    基于二维弹性力学理论,研究在轴向荷载作用下含脱层层合简支梁的屈曲模态.由位移法求得各单层梁受均布轴压时的弹性力学解,采用配点法联合各层得到整个系统的解.在层间界面上取与级数项数相等的点,将各点处的界面方程与梁上下表面的边界方程联立求解,得到屈曲临界载荷,返回特征方程得到梁的屈曲模态.研究了脱层界面的接触问题,在脱层处的每个配点上分别使用界面接触和界面自由模型进行计算,分析各配点处脱层表面竖向位移及法向应力的状态,迭代求得真实解.算例分析了不同脱层尺寸和脱层位置对层合梁屈曲模态的影响,并考虑了脱层间的接触.
     
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    物理学
    PC/ABS高分子合金材料的热黏塑性内时本构模型
    鲁佳宝, 赵社戌
    2011,45 (10):  1465-1468. 
    摘要 ( 4309 )  
     针对PC/ABS(聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)高分子合金材料在冲击压缩下所表现出的强非线性行为,包括温度相关性、率相关性及应变强化-软化-再强化的特性等,建立了一个考虑ABS增韧机理的内时变量的内时本构模型,由此对PC/ABS合金在20°C、70°C下,压缩冲击应变率分别为8.0×102 、2.7×103 、1.0×104 s-1 时的真应力-应变曲线进行了模拟,并与相关文献中的实验数据进行了比较.结果表明,文中所建热黏塑性内时本构模型能够较好地描述PC/ABS合金材料的冲击压缩响应.
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    大变形弹塑性梁的刚柔耦合动力学特性
    石望, 刘锦阳
    2011,45 (10):  1469-1474. 
    摘要 ( 3318 )  
    研究了大变形弹塑性梁的刚柔耦合动力学特性.从弹塑性梁的非线性本构关系和非线性应变位移关系出发,给出了曲率的精确表达式;基于绝对节点坐标法,用虚功原理建立了大变形弹塑性梁的动力学变分方程;用有限元法对梁进行离散,建立了大变形弹塑性梁的刚柔耦合动力学方程.对重力作用下的柔性单摆进行数值仿真.结果表明,弹塑性梁的横向变形呈现平均值大和振幅衰减的特征,计算结果较基于小变形理论的一次近似模型稳定,适用于大变形问题.
     
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    有纤维搭桥的矩形脱层屈曲
    翟三栋, 张扬, 李四平
    2011,45 (10):  1475-1478. 
    摘要 ( 3088 )  
    用有限元方法求解了3D复合材料中有纤维搭桥的矩形脱层屈曲问题.搭桥纤维和基体分别用分布于脱层单元节点上的只拉不压和只压不拉的线性弹簧单元来模拟,并把有纤维搭桥脱层屈曲的特征值问题转化成考虑初始缺陷的结构几何非线性强度问题,用增量非线性结构分析的有限元方法求解.结果表明,引进纤维搭桥后,脱层屈曲模态上存在与基体周期性的接触点(区),屈曲临界载荷随着纤维搭桥刚度的增加而增加.最后,通过数学公式给出了脱层屈曲的特征长度与纤维搭桥的关系式.
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    海洋工程
    深水造流系统的垂向剖面流预报与流场特性分析
    单铁兵, 杨建民, 吕海宁
    2011,45 (10):  1479-1484. 
    摘要 ( 2674 )  
    采用CFD方法通过求解N-S方程和k-ω湍流模型对深水造流系统进行了时域数值模拟.为了研究深水试验池内垂向剖面流的分布,揭示海洋深水造流系统的流场特性,建立了造流系统的三维数值模型.采用多块结构化网格对计算区域进行离散.廊道与深水池之间生成非匹配的网格,并通过交界面的方式连接.同时对深水试验区域进行实测试验.对比分析表明,计算值与实测值吻合较好,利用CFD方法模拟造流系统是可行的;试验区域水流均匀,基本不存在横向速度,垂向剖面流满足试验要求,该造流系统性能良好.对整流器、进出水廊道、导流隔墙等周围的流场分布进行了数值预报,为今后进一步研究深水造流系统的流场特性、有效控制水池内的流速、提高造流系统的效率和有流工况下模型试验的精确度提供了参考.
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    物理学
    基于原子力显微镜的薄膜涂层界面观测及其变形特性
    刘畅, 许金泉, 孟祥琦, 李晨
    2011,45 (10):  1485-1488. 
    摘要 ( 3411 )  
    提出了一种基于原子力显微镜的纳米材料弹性模量的测试方法,并应用原子力显微镜对薄膜涂层材料界面微观结构进行高倍观察,定量分析界面相的存在对界面弹性变形的影响.研究结果表明,实验样品为柔性界面;界面相具有晶界型纳米相的微观分布,该微观结构有助于缓解并阻止裂纹的产生,从而增强了纳米涂层材料的承载能力.从微观尺度上探索了界面相效应对材料弹性变形的影响.
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    尺度效应对晶内孔洞愈合的影响
    杨帅, 刘颖, 王熙
    2011,45 (10):  1489-1492. 
    摘要 ( 2768 )  
    基于非局部连续介质力学理论,提出了一种解析方法,研究小尺度参数对具有应力作用下的晶内孔洞收缩速率和愈合历程的影响规律.算例表明,随着晶内孔洞尺寸减小,尺度效应对孔洞收缩速率的影响逐渐增强;由于小尺度效应的影响,仅在晶格扩散能量的驱动下,晶粒中的孔洞不能够完全消失,这与不考虑小尺度效应的晶内孔洞收缩速率和愈合历程有很大不同.研究结果揭示了受静水压力和外应力作用下的材料中损伤缺陷的自我修复机制,具有一定的理论参考意义.
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    大直径砼顶管的管道受力特性分析
    雷晗, 陈锦剑, 王建华, 朱熊
    2011,45 (10):  1493-1497.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2011.10.015
    摘要 ( 4286 )   HTML ( 127 )   PDF(986KB) ( 638 )  

    为优化现有的顶管管道受力模式及其设计方法,结合上海市污水治理南线工程,采用数值模拟方法,对内径4 m的大直径钢筋混凝土顶管管道的受力特性进行了分析,研究了施工过程中管土接触压力的变化及顶管覆土厚度对管道外土压力的影响,比较了管道受力分布与《给水排水工程顶管技术规程》的区别,并分析了管道内力的差异.计算结果表明:土拱效应随覆土厚度的增加逐渐增强,管土接触压力分布比较平均,侧向土压力采用主动土压力计算偏于保守,地基反力也可适当均匀化,并且在此基础上的管道弯矩减小,轴力相应增大.因此,管道设计可以进一步优化,使工程更加经济.

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    建筑科学
    自平衡法试验上段桩荷载-位移曲线的解析拟合算法
    奚笑舟, 陈龙珠
    2011,45 (10):  1498-1503. 
    摘要 ( 3253 )  
    针对自平衡法试验数据的分析处理,假定桩侧土荷载传递函数符合三折线模型,考虑桩身重力作用的影响,推导出上段桩荷载-位移曲线的解析算式,并给出了由自平衡法试验数据确定桩土参数的方法.通过2根桩的实测数据初步验证了文中解法的适用性,为由自平衡法试验数据推算桩侧摩阻力和桩身参数、常规顶压桩的荷载-位移曲线提供了一种理论手段.
     
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    自动化技术、计算机技术
    电厂过热汽温串级系统的约束预测控制
    冯建苗, 李少远
    2011,45 (10):  1504-1508. 
    摘要 ( 3648 )  
    针对实际电厂过热汽温系统中减温水阀门受到物理约束限制,外环控制器计算的设定值造成执行机构饱和从而影响系统性能的问题,提出了串级预测控制算法,并采用约束预测控制算法进行求解,在系统约束范围内求得系统性能的优化解,对电厂过热汽温控制系统进行了仿真论证.仿真结果表明,过热汽温系统控制量能被有效控制在约束范围内,并且系统保持了良好的运行结果.
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    基于Contourlet的改进加权抛物线插值图像超分辨率算法
    蔡念, 张海员, 张楠
    2011,45 (10):  1509-1515. 
    摘要 ( 3583 )  
    为了尽可能地保持图像的基本信息,提高图像的视觉效果和空间分辨率,提出一种基于Contourlet的改进加权抛物线插值算法.该算法增加加权抛物线插值的误差补偿项,利用Sobel算子设定插值点的边缘方向,得到初始放大图像.利用Contourlet提取高频成份,原始图像幅值增强充当低频部分,再经过Contourlet逆变换得到高分辨率图像.实验结果表明,相对于传统的图像放大算法,该算法考虑了全局相关性,得到了更加清晰的边缘信息.
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    遗传关联向量机高光谱影像分类
    董超1, 2, 田联房1, 赵慧洁2
    2011,45 (10):  1516-1520. 
    摘要 ( 3565 )  
    基于高光谱影像临近波段相关性高, 直接在高维空间分类并非最优,并且使用交叉验证进行分类器参数寻优过程繁琐,提出了遗传关联向量机(GARVM)高光谱影像分类算法,使用遗传算法搜索面向关联向量机(RVM)的最优参数和特征子空间, 消除冗余信息, 简化参数优化过程.实验环节验证了GARVM算法的有效性,剔除约50%冗余波段后,总体分类精度提高3%, 对难分地物改进尤为明显, 其中混分最严重的2种大豆精度提高了8%.
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    一种自适应的无线传感网媒体接入控制协议
    陈德富, 陶正苏, 朱建平
    2011,45 (10):  1521-1525. 
    摘要 ( 3151 )  
    为了提升无线传感器网络在动态负载下的性能,提出了一种双阈值流量自适应的异步媒体接入控制(AXMAC)协议.该协议基于前导序列侦听技术,在发送频闪前导序列过程中插入握手机制,使得平均前导序列长度缩短为节点侦听间隔的1/2;同时提出一种双阈值的网络流量判决机制,使得节点能够自适应调整其侦听间隔.建立了基于Markov链的协议模型,并分析了协议阈值对节点调节侦听间隔的影响.仿真结果表明,AXMAC能够显著地减小动态负载下的网络延时;通过选择合适的阈值,能够达到较好的能耗和延时平衡.
     
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    基于遗传算法的改进粒子滤波算法
    杨宁1, 钱峰2a, 朱瑞2b
    2011,45 (10):  1526-1530. 
    摘要 ( 4968 )  
    针对粒子数量和质量对粒子滤波(Particle Filter,PF)的退化问题具有重要影响,从大量采样粒子中采用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)获得采样重要性重采样粒子滤波(Sampling Importance Resampling Particle Filter,SIRPF)的初始粒子,改善初始粒子质量,并保证其随机性和统计性.在车辆定位仿真中,采用定位精度、滤波发散次数和计算时间为指标对改进的遗传粒子滤波算法GASIRPF和传统SIRPF进行比较.结果表明,GA改进了初始粒子质量,减少了粒子退化可能性,提高了系统定位精度.
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于VLC域的H.264/AVC视频流内容级认证水印算法
    林志高a, 孙锬锋a, b, 蒋兴浩a, b
    2011,45 (10):  1531-1535. 
    摘要 ( 3133 )  
    针对低比特率的H.264/AVC(Advanced Video Coding)视频流,提出一种新颖的基于VLC(VariableLength Coding)域的内容级的半脆弱水印认证算法.利用视频VLC域中I宏块的预测方式、CBP(Coded Block Pattern)块编码模式,自适应选取提取特征码的宏块,并根据子宏块上量化后系数的低频能量之间的关系,构建基于宏块级别的内容特征码;鉴于子宏块中拖尾系数的特点,通过修改拖尾系数的编码方式实现半脆弱认证水印的嵌入.实验证明,该算法能保持特征码嵌入前后视频良好的不可感知性以及视频流码率的基本恒定;能有效提高视频水印嵌入容量;可有效实现针对视频内容篡改的宏块级别的检测和定位.该算法可应用于视频内容鉴定,版权保护等领域.
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于超网络的Web社会群体复杂关系建模
    张芷源a, 李建华b, 陈秀真a, 李生红b
    2011,45 (10):  1536-1541. 
    摘要 ( 3053 )  
    针对现有的单一要素表征的集群关系不能反映现实社会群体关系的真实情况和整体结构,采用超网络思想表征网络实体间关于兴趣相似度的隐性联系,再结合显性的社交关系,构造了多维社会集群复杂关系模型,并设计相应的算法和实验证明了模型的可行性与有效性.模型不仅能多维度、更真实地表征网络社群的关系,还能作为预测潜在网络热点话题规模的依据,为准确挖掘潜在的网络结构、进行有效的舆情分析奠定了基础.
     
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    基于双重检测模型的视频镜头分割算法
    巢娟1, 孙锬锋1, 2, 蒋兴浩1, 2
    2011,45 (10):  1542-1546. 
    摘要 ( 4224 )  
    提出一种基于自适应双重检测模型的视频镜头分割算法.该算法分为初检和复检两阶段,初检提出了基于人类视觉特征的非均匀分块的概念,并结合滑动窗口自适应二分查找算法进行镜头边界检测;复检过程利用尺度不变特征变换算法对初检得到的镜头边界进行匹配,排除初检中的误检.视频测试结果表明,该算法对多种不同类型的视频能同时提高切变和渐变镜头边界检测的效果.
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    基于图片DCT域共生矩阵的图像拼接盲检测
    陈古春a, 苏波b, 王士林b, 李生红a
    2011,45 (10):  1547-1551. 
    摘要 ( 4181 )  
    通过对图像拼接技术的分析,提出了一种基于灰度共生矩阵的拼接图像检测算法.该算法把离散余弦变换(DCT)与灰度共生矩阵结合,计算图片DCT域上的灰度共生矩阵,将共生矩阵作为特征向量,采用特征提取分类方法,利用支持向量机(SVM)分类器进行分类预测.实验结果表明,该算法在哥伦比亚大学灰度图片库和中国科学院彩色图片库上达到了91.2%和98.5%的最高检测准确率.
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    大型系泊链五环长的视觉测量系统
    胡文1, 胡春2, 王石刚1
    2011,45 (10):  1552-1556. 
    摘要 ( 3043 )  
    为了测量大型三维复杂形状工件系泊链的五环长,研究了基于相机基线长度的测量方法,利用相机主点在成像过程中的特殊性,将五环长测量任务转化为分别测量相机的基线长度和五环的左右边缘相对于所在相机主点的水平距离;提出了链条边缘提取算法和五环长测量算法.实验表明,该系统能准确地提取链条边缘并且计算五环长,相对误差小于0.2%,满足使用要求.
     
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    双线隧道联络通道地震响应的并行数值分析
    王建炜, 金先龙, 王新, 张伟伟
    2011,45 (10):  1557-1561. 
    摘要 ( 3622 )  
    以上海某大型双线隧道为例,考虑隧道地基的动态接触作用,建立了隧道联络通道地基系统的大型三维有限元模型,采用接触均衡的显式并行计算方法在上海超级计算机曙光5000 A上完成计算,解决了计算量大的问题,分析了联络通道处结构及变形缝在横向和纵向水平地震激励下的动态响应,结果可为联络通道和变形缝设计提供参考.
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    交通运输

    单双向交通组织衔接交叉口段的可变车道利用
    蒋应红, 保丽霞
    2011,45 (10):  1562-1566. 
    摘要 ( 2926 )  
    基于交叉口附近车道交通流不对称的状况,分析可变车道的设置方法,提出可变标志板延后起亮和提前关闭时刻的计算方法,并采用2次排队长度、通行能力、延误等指标,综合评估可变车道的利用效用.以上海东方路浦三路为例,调查了早高峰时期交通需求和存在的问题,提出浦三路南段西侧车道利用可变车道的可行性,研究了可变车道设计、相位相序及配时策略、可变标志板的启动和停止与主信号关系.对提出的方案进行评估的结果表明,利用可变车道可以提高单双向交通组织衔接交叉口的通行能力,减少2次排队,降低延误约30%.
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    一般工业技术
    超大型泥水平衡盾构施工对环境影响评价分析
    徐志发, 宗军良
    2011,45 (10):  1567-1570. 
    摘要 ( 3117 )  
     针对泥水平衡盾构施工特点,结合上海军工路越江隧道工程超大型泥水平衡盾构施工实践,在施工工艺及关键技术措施等方面,探讨复杂环境条件下如何有效控制周边环境变形.现场监测数据表明:盾构推进会对周边环境产生影响,导致建筑物沉降不均匀;盾构经过建筑物前后沉降变化明显.实践结果表明:盾构推进施工应对施工参数的匹配进行合理调整,并建立监测信息交流沟通网络以有效控制地面沉降,也可采用地面跟踪注浆加固措施来保护构筑物的稳定.
    关键词:
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    交通运输
    轨道交通建设中的土地溢价回收模式
    陈梦娇1, 胡昊2, 周航2
    2011,45 (10):  1571-1576. 
    摘要 ( 3145 )  
    对基于车站及周边土地联合开发的主流溢价回收模式、联合开发的溢价回收案例及其要点进行了深入分析.结果表明,与基于土地税的模式相比,基于联合开发的溢价回收模式的实施效果较好、可操作性较强.通过联合开发而实现溢价回收的2项策略为:预先控制土地开发权以及有效吸引和管理地铁客流.
     
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