Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000, Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018), 1.490 (2019), 2.263 (2020), 2.485 (2021), 3.2 (2022), 3.4 (2023), 3.9 (2024).

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2026 Vol.27 No.4 P.317-452

Cover:

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Contents:

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CONTENTS

Research Article

PL-HLANet: a semi-supervised approach for tunnel boring machine disc cutter wear prediction

Zhaoyang LI, Wei TANG, Xinyuan WANG, Huxiu XU, Huayong YANG, Jun ZOU

DOI: 10.1631/jzus.A2500300 Downloaded: 2276 Clicked: 2776 Cited: 0 Commented: 0(p.317-333) <Full Text> <PPT > 3

Chinese summary <1> PL-HLANet：一种用于隧道掘进机滚刀磨损预测的半监督方法

作者：李朝阳，唐威，王昕远，徐虎修，杨华勇，邹俊
机构：浙江大学，流体动力与机电系统全国重点实验室，中国杭州，310058
目的：隧道掘进机（TBM）滚刀磨损是导致隧道掘进工程项目延误和成本超支的关键因素。因此，准确、实时预测滚刀的磨损状态对于实现预测性维护至关重要。数据驱动方法，特别是深度学习，在此任务中展现了潜力，但其性能受到实际工业环境中高质量标注数据稀缺的限制。本文旨在解决这一挑战，并提出一种新颖的、解耦的半监督框架（PL-HLANet）以实现滚刀磨损的准确预测。
创新点：1.提出解耦的多视角伪标签（PL）框架：通过利用特征工程和多样化模型架构衍生的异构视角，从大量未标注数据中挖掘高置信度的监督信号，并进行一致性检查以确保标签质量，有效解决了工业应用中的标签稀缺问题。2.设计分层混合注意力网络（HLANet）：融合时间卷积网络（TCN）进行局部特征提取、双向长短期记忆网络（Bi-LSTM）捕获全局时间动态，以及定制注意力机制聚焦关键信息，实现对复杂TBM开挖数据的多尺度特征提取。3.定义并应用"瞬时磨损率"作为预测目标：相比传统累积磨损指标，瞬时磨损率作为一种动态、响应式的预测目标，更符合预测性维护的实际需求。
方法：1.定义预测目标：将"瞬时磨损率"作为动态且响应式的预测目标，以更好地满足预测性维护的实际要求。2.实施PL模块：通过利用特征工程和多样化模型架构产生异构视图，从大量未标注数据中挖掘高置信度的伪标签，并通过一致性检查确保标签质量，扩充训练集并校正采样偏差。3.设计HLANet：构建一个融合了TCN、Bi-LSTM和多头注意力机制的深层次网络。4.进行多尺度特征提取与预测：HLANet利用TCN进行局部特征提取，利用Bi-LSTM捕获全局时间动态，并通过注意力机制聚焦关键磨损信息，最终实现滚刀磨损状态的准确预测。
结论：1.PL-HLANet有效应对了标注数据稀缺和复杂运行条件的双重挑战，其性能显著优于包括SVR、LSTM、MeanTeacher和FixMatch在内的所有基准模型。2.解耦的PL模块被证明是性能提升的关键驱动力，因为它有效地校正了采样偏差并规范了模型。3.HLANet的分层架构被证实卓有成效，尤其体现在其高鲁棒性和对低信噪比（SNR）样本的准确预测能力。4.模型具有高计算效率，单样本平均延迟仅为7.37 ms，展现出良好的实用性。5.该工作为数据稀缺的工业场景下的机械设备监测和智能TBM开挖及预测性维护提供了一种可靠且有效的解决方案。

关键词组：隧道掘进机；滚刀磨损；半监督学习；伪标签；时间卷积网络；双向长短期记忆网络；注意力机制

Two-photon polymerization based microfluidic biochip incorporating a herringbone microchannel and deterministic lateral displacement design for efficient capture of circulating tumor cells

Xinyi LIANG, Changwei QIN, Kaiqiang LI, An REN, Jiarui HU, Weikang LV, Lunan KE, Zhen WANG, Mengfei YU, Xiuxiu JIANG, Huayong YANG, Xiaobin XU, Liang MA

DOI: 10.1631/jzus.A2500379 Downloaded: 1734 Clicked: 944 Cited: 0 Commented: 0(p.334-347) <Full Text> <PPT > 3

Chinese summary <1> 一种基于双光子聚合的结合人字形微通道和确定性横向位移原理的微流控芯片用于循环肿瘤细胞的高效捕获

作者：梁心怡^1,2，秦昌玮^1,2，李凯强³，任安^1,2，胡家睿^1,2，吕为康^1,2，柯路南^1,2，王震³，俞梦飞⁴，江秀秀⁵，杨华勇^1,2，许晓斌⁶，马梁^1,2
机构：¹浙江大学，流体动力基础件与机电系统全国重点实验室，中国杭州，310058；²浙江大学，机械工程学院，中国杭州，310058；³浙江省人民医院输血内科变态反应中心检验医学中心，杭州医学院附属人民医院，中国杭州，310014；⁴浙江大学医学院附属口腔医院，中国杭州，310003；⁵浙江省妇科临床研究中心，浙江省母婴健康重点实验室，浙江大学医学院附属妇女医院计划生育科，中国杭州，310006；⁶同济大学，材料科学与工程学院，中国上海，201804
目的：循环肿瘤细胞（CTC）的富集和检测对肿瘤转移复发评估、疗效监测和用药指导至关重要，但现有方法难以兼顾高捕获率和高纯度。本文旨在开发一种微流控芯片，通过结合人字形微流道和确定性横向位移技术，实现循环肿瘤细胞的高捕获率、高纯度和高活性富集与释放。
创新点：1.结合人字形微流道和确定性横向位移技术的微流控芯片设计，基于免疫结合原理，并通过结构优化提高细胞与适体的接触频率，从而提升捕获率；2.利用适体对肿瘤细胞表面抗原的特异性实现高纯度捕获，并通过DNA酶消化适体实现细胞的高活性释放；3.采用计算流体力学仿真和双光子聚合打印技术，实现对芯片结构的精确设计与制作。
方法：1.通过计算流体力学仿真，优化芯片顶部人字形微流道的间距、槽宽和单元宽度，以及底部确定性横向位移柱列的柱形设计，以提高流场效率和细胞碰撞频率（图2和4）；2.采用软光刻技术加工顶部结构，探索双光子聚合打印工艺制作底部结构，并通过键合组装和适体修饰，确定最佳修饰浓度和流速承载能力（图3和5）；3.通过实验表征芯片性能：确定最佳捕获流速，验证结构优化有效性，测试释放后细胞活性和增殖能力，并评估阴性细胞捕获率和混合细胞中阳性细胞捕获纯度（图6）。
结论：1.芯片实现了对循环肿瘤细胞的高效捕获（MCF7细胞捕获率约91.87%）、高活性释放（释放率约77.57%，细胞相对活性约94.08%）以及高纯度富集（对K562阴性细胞捕获率约4.83%，混合细胞中阳性细胞捕获纯度约96.83%）；2.结合人字形微流道和确定性横向位移技术的设计，通过仿真优化有效提高了捕获性能。

关键词组：循环肿瘤细胞；细胞分选；微流控芯片

Fixed-time robust attitude tracking control for high-speed aircraft: a precise funnel-guided approach

Kai AN, Wei HUANG, Shuangxi LIU

DOI: 10.1631/jzus.A2500172 Downloaded: 1757 Clicked: 1030 Cited: 0 Commented: 0(p.348-364) <Full Text> <PPT > 4

Chinese summary <1> 高速飞行器固定时间鲁棒姿态跟踪控制：一种精确的漏斗引导方法

作者：安凯，黄伟，刘双喜
机构：国防科技大学，先进推进技术实验室，中国长沙，410073
目的：高速飞行器姿态控制系统具有复杂非线性动态耦合特性且在飞行过程中持续受环境不确定因素影响，因此其对信号的响应速度、跟踪精度以及抗干扰能力亟需提升。本文旨在通过结合预设性能方法、滑模理论及径向基函数神经网络（RBFNN）等技术的优势，发展具有严格动态性能约束的鲁棒固定时间姿态控制方案，以实现快速精准的跟踪误差控制。
创新点：1.提出一种改进漏斗剖面引导的预设性能控制方案；2.提出融合辅助振荡抑制函数的双环积分固定时间滑模控制器；3.提出自适应网络权值更新的固定时间RBFNN观测器。
方法：1.通过姿态动力学模型，设计自适应固定时间RBFNN观测器作为补偿控制；2.通过转换的误差控制模型，提出漏斗引导的预设性能转换方法，并基于此，结合设计的辅助振荡抑制函数，推导出双积分固定时间滑模控制器；3.通过李雅普诺夫理论证明整个闭环系统的固定时间稳定性；4.通过标称与对比工况仿真，验证所提姿态集成控制框架的有效性与可靠性。
结论：1.姿态角度与角速度跟踪误差的固定时间收敛特性得到验证，无显著超调与震荡出现；2.雷达图显示，所提方法在调节时间、稳态精度及平均控制能量等方面均有显著优势；3.融合固定时间收敛特性的RBFNN观测器对姿态集成控制框架中的干扰因素具有良好估计。

关键词组：漏斗控制；固定时间理论；姿态控制；RBFNN；高速飞行器

Time control entry guidance method for hypersonic glide vehicles based on deep reinforcement learning

Zhenyu LIU, Gang LEI, Yong XIAN, Leliang REN, Shaopeng LI, Daqiao ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.A2500144 Downloaded: 1612 Clicked: 806 Cited: 0 Commented: 0(p.365-383) <Full Text> <PPT > 3

Chinese summary <2> 基于深度强化学习的高超声速滑翔飞行器时间控制再入制导方法

作者：刘振宇，雷刚，鲜勇，任乐亮，李少朋，张大巧
机构：火箭军工程大学，导弹工程系，中国西安，710025
目的：解决多高超声速滑翔飞行器（HGV）在协同打击任务中对同时到达（时间协同）的需求。
创新点：1.提出了一种基于深度强化学习（DRL）的时间控制再入制导（TCEG）框架；2.设计了一种解析公式与深度神经网络（DNN）相结合的混合式剩余飞行时间预测方法；3.提出了一种自适应调节航向误差走廊的TCEG方法，且有效地将基于学习的控制和任务级目标模块化集成在一起。
方法：1.基于参考飞行剖面设计强化学习环境与观测空间，并训练智能体在变宽度航向误差走廊下实现鲁棒制导；2.利用解析公式估算剩余时间，用DNN预测估算值与真实值的残差，并将两者结合提升预测精度；3.根据预测的到达时间误差，实时修正航向误差阈值和观测向量，并引导智能体动态调整输出动作以控制到时。
结论：1.提出了一种基于DRL的时间控制再入制导方法，通过实时预测剩余时间并自适应调节航向误差，无需复杂参考轨迹设计即可实现高精度、强鲁棒性的再入制导；2.通过神经网络的前向计算生成指令，相比传统的再入制导方法大幅降低了计算需求，具备优异的实时性。

关键词组：高超声速滑翔飞行器；再入制导；强化学习；时间协同；深度神经网络

Effect of laminar plasma quenching technology on the anti-wear and anti-fatigue properties of two types of U75V rail welded joints

Jingmang XU, Hui ZHU, Wenfeng GAO, Taoshuo BAI, Jian YANG, Kai WANG, Yao QIAN, Ping WANG

DOI: 10.1631/jzus.A2500194 Downloaded: 1518 Clicked: 741 Cited: 0 Commented: 0(p.384-399) <Full Text> <PPT > 5

Chinese summary <1> 层流等离子淬火技术对两种U75V钢轨焊接接头抗磨损和抗疲劳性能的影响

作者：徐井芒^1,2，朱辉^1,2，高文峰^1,2，白涛硕^1,2，杨健^1,2，王凯³，钱瑶^1,2，王平^1,2
机构：¹西南交通大学，高速铁路线路工程教育部重点实验室，中国成都，610031；²西南交通大学，土木工程学院，中国成都，610031；³新加坡国立大学，设计与工程学院，新加坡，117356
目的：探究层流等离子体淬火（LPQ）技术对U75V铝热焊接头与闪光对焊接头的强化效果，旨在提升其抗磨损与抗疲劳性能，进而延长其服役寿命。
创新点：本研究首次将LPQ技术应用于U75V钢轨铝热焊与闪光对焊接头，并通过双盘试验对比分析，阐明经过LPQ处理后不同焊接接头的摩擦学行为与损伤特性。
方法：1.对两种钢轨焊接接头的硬度与微观组织进行分析；2.对两种接头试样进行LPQ处理，并利用双盘试验机对比处理前后试样的抗磨损和抗疲劳性能；3.结合扫描电子显微镜、能谱分析及电子背散射衍射等技术，对淬火区的元素分布与晶体结构进行表征，进而阐明其磨损机制与损伤差异。
结论：1.LPQ处理显著提升了闪光焊接头的耐磨性，但铝热焊接头因内部存在缺陷反而加剧磨损；2.经过LPQ处理后，两种钢轨焊接接头的裂纹发展得到抑制，但其扩展机制表现出明显差异；3.淬火闪光焊接头过渡区的裂纹内存在氧化腐蚀，且元素分析表明Fe、O波动与氧化层剥落有关；4.大角度晶界分布与位错密度的差异共同解释了热影响区损伤比焊缝区严重、淬火铝热焊接头整体损伤比淬火闪光焊接头严重的规律。

关键词组：层流等离子体淬火技术；钢轨焊接接头；滚动接触疲劳；磨损

Decomposition method for existing tunnel lining displacement induced by undercrossing: a case study

Yiming FU, Wenqi DING, Zhijian ZHAO, Wei LONG, Yafei QIAO

DOI: 10.1631/jzus.A2500175 Downloaded: 1361 Clicked: 887 Cited: 0 Commented: 0(p.400-416) <Full Text> <PPT > 4

Chinese summary <1> 隧道穿越引发既有隧道衬砌环位移的分解方法：案例研究

作者：付一明^1,2，丁文其^1,2，赵志坚³，龙伟³，乔亚飞^1,2
机构：¹同济大学，土木工程学院，地下建筑与工程系，中国上海，200092；²同济大学，岩土与地下工程教育部重点实验室，中国上海，200092；³中铁南方投资集团有限公司，中国深圳，518000
目的：文章提出一种将隧道衬砌环现场监测位移分解为纵向错台、环向转动和椭圆变形三种成分的新方法，并基于此建议设计相应的监测点布置方案。该方法基于监测数据的反馈分析，更贴近工程实际。研究将其应用于深圳地铁工程，揭示不同穿越角度下既有隧道沉降、转动和椭圆变形的演变规律，为隧道结构安全评估和数字化监测提供理论。
创新点：提出一种基于监测数据反馈的位移分解方法，将隧道衬砌复杂位移分解为纵向错台、环向转动和椭圆变形三种分量，并配套相应的监测点布置方案。通过应用于深圳地铁工程，揭示了不同穿越角度下各变形分量的演变规律，为隧道结构安全评估与数字化实时监测提供了新途径。
方法：1.该分解方法假设衬砌环的转动角度与距下穿中心的距离呈正弦函数关系，且纵向变形连续，并忽略环内纵缝变形的影响。通过建立变形-转动协调方程和z向位移差分解方程组，依次计算衬砌环的转动角度；随后从轨道监测点平均位移中扣除转动影响，得到错台量；2.从总位移中剔除转动和错台，获得椭圆变形分量，并利用MATLAB拟合得到椭圆度。
结论：1.z向沉降是衬砌位移的主要表现形式，其最大值随交角增大而线性增加，但影响范围非线性减小；2.衬砌环转动角度在90°下穿时达到最大，且随交角减小而非线性减小，在空间上表现为先增后减，在时间上呈先快后缓的趋势；3.椭圆度在小夹角下呈现先快速增长后波动稳定的特征，在大夹角下则为快速增长后平稳，且椭圆长轴方向始终指向新隧道开挖面；4.椭圆变形和错台是衬砌环位移的主要贡献因素，而椭圆变形的影响最为显著。

关键词组：位移分解方法；盾构隧道；现场监测；地下穿越；穿越角度

A simplified analytical model for geosynthetic-reinforced pile-supported embankments with cohesive fills

Xiang-Shen FU, Ren-Peng CHEN, Han-Lin WANG, Xin KANG, Daniel DIAS

DOI: 10.1631/jzus.A2500135 Downloaded: 1946 Clicked: 2683 Cited: 0 Commented: 0(p.417-436) <Full Text> <PPT > 4

Chinese summary <1> 面向黏性填料的桩承式加筋路堤简化分析模型

作者：付相深^1,2，陈仁朋^1,2，王瀚霖^1,2，康馨^1,2，Daniel DIAS³
机构：¹湖南大学，土木工程学院，中国长沙，410082；²极端条件工程结构建造与运维国际联合研究中心，中国长沙，410082；³格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心（CNRS）UMR 5521，3SR实验室，法国格勒诺布尔，38000
目的：现有的桩承式加筋路堤设计方法大多忽略填料黏聚力的作用。然而在实际工程中，黏性土或改良土被广泛应用于路堤填筑。本文旨在建立一种能够考虑黏性填料特性的桩承式加筋路堤简化分析模型，以更准确地揭示土拱效应、拉膜效应与地基反力对路堤中荷载传递的耦合作用机制，并提升设计方法的适用性。
创新点：1.将经典H&R土拱模型扩展至黏性土工况，引入无量纲黏聚力系数，表征填料黏聚力对土拱效应的贡献；2.将土拱效应、拉膜效应与地基反力统一纳入闭合解框架，形成简明高效的分析方法。
方法：1.基于极限平衡理论推导土拱顶部与拱脚的应力平衡关系（图2），建立考虑黏聚力的土拱效应计算公式；2.结合圆弧变形假设与拉膜理论，推导筋材受力与挠度解析解，并引入地基响应模量刻画桩间软土反力（图3和4）；3.通过与工程实测案例及现行四种设计方法（BS8006、EBGEO、CUR226和NGG）对比，验证所建模型的精度（图5）。
结论：1.所提模型能较好地预测桩体荷载分担比与筋材变形，整体优于现有设计方法，尤其适用于黏性填料路堤。2.填料黏聚力能显著增强荷载传递能力，提高桩体荷载分担比并减小筋材挠度；当桩帽面积比大于10%时，其作用更为明显。3.增加路堤高度可提高桩体荷载分担比，但高度超过约2.5倍桩间净距后效果趋缓。4.高摩擦角填料与高桩帽面积比均有利于进一步提升桩体荷载分担比。

关键词组：土工合成材料；黏性填料；桩承式路堤；土拱效应；荷载传递；简化分析模型

Thermal anti-cracking safety control for concrete dams

Qixiang FAN, Zeyu NING, Peng LIN, Wenfu CHEN, Guo LI

DOI: 10.1631/jzus.A2500049 Downloaded: 2437 Clicked: 2251 Cited: 0 Commented: 0(p.437-452) <Full Text> <PPT > 3

Chinese summary <1> 混凝土坝抗裂安全控制方法研究

作者：樊启祥^1,3，宁泽宇^2,4，林鹏^2,5，陈文夫³，李果^1,3
机构：¹中国华能集团有限公司，中国北京，100031；²清华大学，水利水电工程系，中国北京，100084；³中国三峡集团有限公司，中国武汉，430010；⁴中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，中国北京，102209；⁵清华四川能源互联网研究院，中国成都，610213
目的："无坝不裂"难题一直困扰着水工结构的设计、施工与运行。本文旨在探讨混凝土坝抗裂安全控制过程中需要采用的关键技术及管理方法，形成混凝土坝抗裂安全控制成套方法与技术体系，以提高混凝土坝的施工质量。
创新点：1.建立以建设无温度裂缝大坝为目标，以混凝土品质为基础、进度为主线、制冷混凝土+智能通水+全面养护保温等全方位温控技术为核心的混凝土抗裂安全综合控制措施；2.形成中低热水泥混凝土制备、以间歇期为控制要素的进度-性态-温度耦合仿真分析、以通水冷却为核心的智能温控、全坝全过程数字化管控等成套关键技术体系；3.提出以均匀性、连续性、均衡性、完整性和耐久性为核心的混凝土筑坝管理要素。
方法：1.基于"感知、分析、控制"闭环理论研发以智能通水为代表的成套温控防裂系统；2.通过材料试验，确定中低热水工混凝土制备方法；3.通过理论推导，揭示抗裂安全控制的核心是要控制大坝的时空温度演化过程。
结论：1.提高混凝土抗裂性能、合理规划施工进度、开展全过程精细化智能温控是解决无坝不裂难题的重要技术手段。2.关键技术包括中低热水工混凝土制备、无盖重固结灌浆、进度-温度-性态耦合仿真、全过程全面智能温控等。3.均匀性、连续性、均衡性、完整性和耐久性是实现工程进度、质量、安全等目标的核心管理因素。4.研究成果已在溪洛渡、乌东德、白鹤滩等地成功应用，并推广到TB、NY等大坝，为类似工程的抗裂安全设计和施工管理提供参考。

关键词组：混凝土坝；温控防裂；智能通水；水工混凝土