2024年, 第41卷, 第4期　刊出日期：2024-04-05

  

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道路工程
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  纤维增韧水性环氧乳化沥青混合料性能研究

  刘曙光, 周铭钰, 戴勇, 柳丹, 张恒龙

  2024, 41(4): 1-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.001

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  为提升水性环氧乳化沥青混合料的韧性,采用3种不同类型的纤维材料,分别为木质素纤维、聚酯纤维和玄武岩纤维,并探究它们在不同掺量(0.2 %,0.4 %,0.6 %)下对水性环氧乳化沥青混合料路用性能的影响规律,对9组纤维改性后的水性环氧乳化沥青混合料进行了马歇尔稳定度试验、单轴压缩蠕变试验、低温劈裂试验、冻融劈裂试验、动态模量试验和间接拉伸疲劳试验,得到了马歇尔稳定度、蠕变变形量、破坏拉伸应变、冻融劈裂抗拉强度比、动态模量和疲劳寿命等评价指标结果,并与空白样的各项性能进行了对比分析。研究结果显示:纤维的掺加增加了混合料的最佳乳液含量,并显著增强了集料间的黏结力,从而有效改善了混合料的抗水损害能力。同时,纤维改性对水性环氧乳化沥青混合料的韧性和扩张力也有显著影响,经过纤维增韧处理的混合料在低温劈裂试验中的破坏拉伸应变最大可提升33.6 %。基于纤维在提升水性环氧乳化沥青混合料性能方面的效果进行排序,玄武岩纤维表现最佳,其次为聚酯纤维,而木质素纤维排在第3。综合考虑路用性能和经济性,木质素纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维的推荐掺量分别为0.2 %,0.2 %,0.4 %。值得注意的是,高掺量的纤维可能导致其在混合料中分散性差,形成力学薄弱点,因此在选择纤维掺量时应对其予以谨慎考虑。
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  沥青路面冷再生试验路车辙变形的时空分布

  徐光霁, 赛志毅, 柳久伟, 马涛, 张靖霖

  2024, 41(4): 12-21,41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.002

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  为了揭示冷再生沥青混合料在结构中的力学行为,为道路维修养护中的结构设计提供依据,研究依托山东省某高速公路试验路的冷再生沥青路面结构及其中传感器监测数据,分析冷再生结构层在行车荷载作用下的动态响应特点及规律。依托实测温度场数据,构建黏弹性有限元仿真模型,分析了冷再生沥青路面结构车辙的分布规律。结果表明:对于试验路结构的冷再生沥青混合料层,行车速度与结构内部应变响应持续时间呈幂函数关系,在60~80 km/h的速度下,其结构层内部的力学响应频率接近10 Hz;在路面设计时,冷再生层可取其在20 ℃、10 Hz下的动态模量作为结构模量;对于冷再生沥青试验路结构,其一天中逐小时车辙量的分布主要与交通量相关,一年中的月车辙量的分布主要与温度相关,其中,一年之内的车辙累积主要发生在5-10月,冬季期内发生的车辙量几乎可以忽略不计;为避免由于结构层厚度增加导致过高的车辙预估量,需在计算沥青混合料层永久变形等效温度时对沥青层的厚度进行限制;此外,在高温条件下,相较于动态模量的改变,控制上、中面层沥青混合料在40~45 ℃左右的塑性变形发展速率对于减小路面永久变形的累积具有更为显著的作用。
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  基于响应曲面法的PCB/WCF改性沥青混合料优化设计

  甘有为, 李闯民, 邓覃浩, 甘新众

  2024, 41(4): 22-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.003

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  为改善废轮胎热解炭黑(PCB)改性沥青混合料的水稳定性,利用废弃鸡羽毛(WCF)的羊毛状纤维有益于沥青混合料水稳定性提升的特点,制备了AC-13 PCB/WCF改性沥青混合料。首先通过激光粒度仪,扫描电子显微镜与能谱仪分析了PCB与WCF的微观形貌与表面化学元素分布。然后基于响应曲面法(RSM)设计了PCB掺量、WCF掺量以及油石比对沥青混合料AC-13的空隙率、马歇尔稳定度以及冻融劈裂抗拉强度比影响的试验方案。最后通过方差分析(ANOVA)方法研究了3个自变量及其交互作用对沥青混合料的空隙率、马歇尔稳定度以及冻融劈裂抗拉强度比的影响,并建立了PCB/WCF改性沥青混合料AC-13性能预测模型。结果表明:PCB的粒径分布集中在197~358 nm,表面灰分会降低PCB与沥青的相容性;WCF羽轴两侧的羽片呈扇状分布,主要化学元素为碳、氮、氧、硫。由优化模型获得的PCB/WCF改性沥青混合料AC-13最佳优化参数为,PCB掺量0.52 %,WCF掺量0.36 %以及油石比5.5 %;对应预测值为空隙率3.85 %,马歇尔稳定度11.79 kN以及冻融劈裂抗拉强度比84.56 %;基于最优参数配合比制备的PCB/WCF改性沥青混合料AC-13验证试验结果为空隙率3.69 %,马歇尔稳定度11.6 kN以及冻融劈裂抗拉强度比84.9 %,且都在95 %置信区间内,表明模型具有较好的预测能力;优化设计的PCB/WCF改性沥青混合料AC-13的预测值和试验验证值均满足中国改性沥青混合料的性能要求。
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  荒漠区沥青路面拱胀病害机理及影响因素分析

  林宇坤, 宋玲, 刘杰, 闫晓亮, 朱世煜

  2024, 41(4): 31-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.004

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  针对阿勒泰荒漠区S21阿乌高速出现的沥青路面拱胀病害问题,对其机理及影响因素进行分析。经现场调查与室内试验,分析沥青路面拱胀病害成因。以调查结果为基础,运用Kirchhoff薄板理论与有限积分变换法理论推导基层拱胀临界应力计算公式,分析沥青路面拱胀病害力学机制,确定基层拱胀临界应力值。应用Abaqus建立道路有限元模型,分析基层施工温度、膨胀系数、回弹模量及路表最高温度等因素对基层纵向最大应力与路面最大拱起高度的影响,并基于基层拱胀临界应力值给出相应建议。研究认为:S21阿乌高速沥青路面拱胀病害是水泥稳定砾石基层在过大的温度应力作用下发生拱起破坏的结果。考虑实际道路情况,S21阿乌高速水泥稳定砾石基层拱胀临界应力值为3.49 MPa。当基层纵向最大应力大于基层拱胀临界应力值时,基层将会发生拱起失稳破坏。基层施工温度、膨胀系数及路表最高温度均为基层纵向最大应力与路面最大拱起高度的敏感因素,而基层回弹模量对路面最大拱起高度无明显影响。建议将基层膨胀系数控制在2.8×10^-5 ℃^-1以内,基层回弹模量控制在1 400~2 200 MPa以内。
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  纳米二氧化硅-石灰固化黄土路基力学性能及微观机理

  贾亮, 张玮玮, 凤翔, 连勇, 郭健

  2024, 41(4): 42-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.005

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  黄土固化方法一直是黄土地区路基工程中的研究热点,纳米二氧化硅是具有小尺寸效应、表面能效应及火山灰效应的无机絮状硅化物,其在土体固化方面受到了广泛关注。为研究纳米二氧化硅对石灰固化黄土力学性能的提升效果和力学性能的改善机理,设计了3 %石灰固化黄土、3 %石灰+纳米二氧化硅综合固化黄土、8 %石灰固化黄土3类试样,开展了3类试样的无侧限抗压强度试验、回弹模量试验、加州承载比(CBR)试验及SEM试验,研究了固化材料掺量、养护龄期对黄土路基力学性能和微观结构的影响。结果表明,纳米二氧化硅的掺入快速提高了黄土的无侧限抗压强度、回弹模量和CBR值;掺入0.2 %纳米二氧化硅+3 %石灰与掺入8 %石灰相比两类固化黄土具有相同的力学性能;随着纳米二氧化硅掺量和养护龄期的增加,固化黄土路基的强度逐渐提高;通过试验数据的回归拟合建立了无侧限抗压强度与回弹模量、CBR值之间的关系;SEM结果显示,纳米二氧化硅的掺入改善了土颗粒的团聚方式、填塞了土颗粒间的孔隙,从而提高了黄土路基的力学性能;综合考虑无侧限抗压强度、回弹模量、CBR值及经济性,推荐综合固化黄土的配合比为3 %石灰+0.2 %纳米二氧化硅。纳米二氧化硅-石灰固化技术为黄土路基提供了一种环境友好、成本较低的固化方法。
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  风荷载对车桥耦合振动及行车舒适性影响

  王少钦, 马仕杰, 郭明浩, 林婧姝, 乔宏

  2024, 41(4): 51-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.006

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  为保证大跨度桥梁结构的安全性及桥上运行车辆的稳定性和舒适性,建立了风-车-桥耦合分析模型对系统的振动响应进行研究。通过三角级数法模拟了不同等级下的桥面不平整度,以探究车辆振动激励源的影响规律。采用快速谱分析法生成了桥梁不同节点处的横向和竖向脉动风速时程。建立了双轴四轮13自由度的汽车模型。以跨度为(180+216+180) m公铁两用的九江长江大桥为工程背景,建立桥梁有限元模型计算其自振频率及振型。采用模态综合法推导了风-车-桥系统动力平衡微分方程,采用Newmark-β积分对具有时变特性的动力平衡微分方程进行求解,并编写相应计算程序,研究不同工况下车辆及桥梁的振动响应。并根据ISO2631-1997标准计算车体的计权加速度均方根,对行车舒适性进行评价。针对不同风速、不同桥面等级、不同行驶速度等条件下,车辆匀速行驶通过桥梁时车辆的动力响应和行车舒适性进行评价,并计算了风及车辆对桥梁的动力加载作用。结果表明:车辆的动力响应会随着风速的增大、桥面状况的变差和车辆行驶速度的增加而增大,行车舒适性也相应变差;风速的增大会使桥梁的竖向位移减小,而竖向加速度和横向振动响应会显著增大。大跨度桥梁对风及车辆的动力加载均比较敏感,在桥梁的设计和运营阶段均应给予足够的重视。
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  Y型沟谷桥址区风特性的数值模拟研究

  朱佩章, 胡博, 刘智

  2024, 41(4): 65-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.007

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  复杂山区的风场特性不同于平原地区,风场十分复杂,没有较为统一的规律,对大跨度桥梁的结构振动影响较大。为了研究复杂山区地形对桥址区风场特性的影响规律,以某座位于多条沟谷交汇谷口的斜拉桥桥址区为工程背景,基于ALOS数字高程地形模型,通过CFD数值模拟的方法,计算了不同风向来流下桥位处的风场特性。分析了桥址区主要的几条沟谷和桥位处局部地形对沿主梁横桥向平均风速、风攻角、风偏角及桥梁跨中竖向风剖面等风特性的影响。研究了横桥向平均风速大小和风攻角之间的关系,定性讨论了存在风速放大效应的来流工况和桥址区地形特点之间的关系。结果表明:Y型沟谷桥址区风特性不同于一般的山区桥址区,当来流沿着几条比较顺直的沟谷时桥位处平均风速较大,其他风向桥位处风速较小;沟谷的弯曲致使沿着沟谷的来流产生回流和改向,这时桥位处的风攻角较大,沿着主梁的风偏角变化范围较大,水平风速较小,不存在风速峡谷放大效应;桥位处交汇的沟谷局部地形对桥梁跨中竖向风剖面影响较大。研究结果为桥梁设计风速的确定提供了依据,可为定性判断Y型沟谷口桥位处风特性提供指导。
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  桥梁工程

  基于车桥耦合振动的连续梁桥动力特性研究

  王俊霞, 左新黛, 申林, 李华腾, 李舟

  2024, 41(4): 73-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.008

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  为获取连续梁桥在行车荷载作用下的动力特性规律,基于虚功原理,建立了24自由度典型四轴拖挂车动力学模型。采用模态叠加法建立三跨连续梁桥动力特性模型,通过模态综合法建立了车轮-桥面间的力学和位移耦合关系。组建了四轴拖挂车和连续梁桥动力耦合分析模型,通过逐步迭代法建立了车桥耦合时变矩阵方程。以某三跨连续梁桥为工程示例,进行车桥耦合动力特性的敏感性分析,重点分析了车辆行车速度、桥面不平度和车辆载重变化对桥梁关键位置处的动力响应影响。结果表明:随着行车速度的增大,桥梁竖向位移时程响应曲线整体呈增大趋势,其中边跨跨中竖向位移幅值增幅相对较小,为3.40 %,中跨跨中竖向位移幅值呈先减小后增大的变化趋势,最大增幅为7.10 %;随着桥面状况的恶化,桥梁边跨跨中和中跨跨中截面的竖向位移响应增幅相对较大,分别为38.60 %和54.95 %,为桥梁动力响应的主要敏感参数;当车辆载重相对较小时(从空载至40 %满载),桥梁位移动力响应变化较为敏感,但随着车辆载重增长率的逐步增大,桥梁动力响应结果对车辆载重的敏感性逐步降低。
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  桥梁工程

  考虑不确定性公路CFST拱桥抗倒塌安全储备分析

  文乾鑫, 张童, 李冬, 羡丽娜

  2024, 41(4): 80-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.009

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  为研究在不确定性影响下桥梁结构抗倒塌安全储备能力和地震损失,提出基于构件破坏安全储备系数DMR求取桥梁抗倒塌安全储备系数CMR的分析方法,并以此方法评估结构遭遇地震时的损失情况。以某公路CFST拱桥为例,首先充分考虑了模型信息相关不确性,利用拉丁超立方抽样,对模型信息参数进行随机组合,采用OpenSees程序对随机组合参数建立算例拱桥弹塑性动力分析模型,进行非线性时程分析,再利用概率地震需求分析(PSDA)方法建立构件概率地震需求模型,确定连续地震作用下构件易损性曲线,通过分析不同主要承重构件在遭遇地震时的破坏情况来最终确定桥梁的易损性曲线,探究DMR、CMR、地震损失、不确定性4者之间关系。通过对比两种不确定性工况分析,结果表明:不确定性对CMR、DMR和地震损失评估有着重要影响。在给定地震动强度作用下,DMR随着不确定性增大而变小,造成构件地震损失的增大。在同等地震下,DMR较小的构件比DMR较大的构件更易发生破坏。因桥梁结构的CMR是由DMR求得,所以在不确定性影响下变化趋势与DMR一致。通过构件的破坏安全储备进行评估,在评估过程中充分考虑不确定性的影响有助于更加精准了解结构的抗倒塌安全储备能力以及在遭遇地震时的损失情况。
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  桥梁工程

  波纹钢半圆拱加固钢筋混凝土盖板涵数值分析

  李百建, 付文强, 符锌砂, 贺玉婷

  2024, 41(4): 90-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.010

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  为了探索波纹钢半圆拱加固钢筋混凝土盖板涵的力学性能,采用室内试验与数值分析相互验证的方法,提出了基于填充混凝土弹塑性等效的波纹钢加固盖板涵的数值分析方法并进行了验证,在此基础上分析了影响加固体系承载力的主要因素。研究表明:钢筋混凝土盖板涵在加固之后发生了体系转换,板件由加固前的受弯构件转变为加固后存在拱效应的复合构件,破坏形式由加固前的受弯破坏转变为加固之后的剪切破坏,加固体系的极限承载力取决于钢筋混凝土板、填充混凝土的抗剪承载力和波纹钢的抗弯承载力,钢筋混凝土板的抗弯承载力对加固体系的作用有限,主要发挥了它的抗剪承载力;加固体系的极限承载能力较未加固前的板件理论极限承载能力提升了13.23倍,加固效果明显;加固体系在室内试验和数值分析中的最大位移及极限承载力相对误差分别为16.27 %,0.191 7 %,采用填充混凝土弹塑性等效方法建立的数值模型能很好地模拟加固体系在极限状态时的承载力和变形;盖板厚度、填充混凝土强度和波纹钢波形是影响加固体系承载能力的关键参数,其中填充混凝土强度对加固体系承载力的影响幅度最大,其次是盖板厚度,而波纹钢波形的选取则需要兼顾波纹钢抗弯承载力与填充混凝土抗剪承载力之间的平衡。
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  跨度不等并行桥梁局部冲刷最不利桥墩位置研究

  陈猇, 徐杰梁, 陈启刚, 刘昂, 黄冉

  2024, 41(4): 99-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.011

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  为快速定位跨度不等并行桥梁的最不利桥墩位置,采用概化模型试验并结合数值模拟手段,探究了在不同桥梁跨径组合及桥孔布置方案下并行双柱式桥墩桥梁局部冲刷最不利桥墩位置的分布规律。结果表明:并行桥梁局部冲刷最不利桥墩位置沿河宽方向位于河道中心附近,沿流向则主要出现于两座并行桥梁各自第一排桥墩;局部冲刷最不利桥墩出现在哪座桥梁的具体位置取决于两座并行桥梁桥孔的相对布置方式,当下游桥桥墩位于上游桥桥墩的尾流区时,局部冲刷最不利桥墩位置位于上游桥,反之下游桥桥墩处于上游桥桥孔的束流区时,局部冲刷最不利桥墩位于下游桥;在实际工程中,提出几何变量θ值作为判别并行桥桥墩最不利冲刷位置分布的关键变量,该量反映出并行桥桥墩尾流区的影响范围,并由此指出局部冲刷最不利桥墩位置的判别方法,在沿流向和河宽方向定位最不利桥墩分布范围后,最不利位置可进一步用两座并行桥梁的桥墩连线与来流方向的夹角大小进行判断,当夹角小于14°时,局部冲刷最不利桥墩位于上游桥第一排墩,反之则位于下游桥第一排墩。研究结果可为跨度不等并行桥梁的抗洪设计、评估和防护提供参考和依据。
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  空间异形桥塔的稳定极限承载力计算方法

  王欢, 康玲, 牟廷敏, 陈明

  2024, 41(4): 110-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.012

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  空间异形桥塔几何构形复杂,存在非规则截面和非理想边界特征,利用现有方法难以获得其稳定极限承载力,无法准确感知结构安全性,保守设计思维引发材料浪费。而这类桥塔形式发展快、规模大,朝着结构高耸化、材料高强化、构件薄壁化的趋势发展,稳定问题突出,需重点关注其稳定极限承载力。本研究剖析了桥塔稳定问题的实质,从非线性稳定安全系数入手,系统考虑构件长细比、双重非线性、初始缺陷的影响,寻求稳定安全系数与稳定折减系数的内在映射关系,提出了空间异形桥塔稳定极限承载力计算方法。采用矩形和圆形钢筋混凝土、纯钢箱、钢箱混凝土等典型理想压杆算例,将稳定承载力结果与规范值比对,验证了所提计算方法的可行性和准确性。最后,以一座典型的空间异形桥塔斜拉桥为工程依托,构建了精细化非线性有限元模拟策略,获得其稳定极限承载力。结果表明:该工程的弹性稳定安全系数为18.56,非线性稳定安全系数为4.125,稳定折减系数为0.899,考虑双重非线性和初始缺陷后,非线性稳定安全系数仅为弹性稳定安全系数的0.22,稳定极限承载力大幅降低。对于长细比较大的异形压杆索塔结构,设计上应充分考虑非线性对结构稳定承载力的影响。
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  桥梁工程

  采用PF-UHPC制备钢混组合梁桥面板施工关键技术

  杨元海, 王斌, 黄卿维

  2024, 41(4): 120-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.013

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  为探明不同技术指标对钢混组合梁UHPC桥面板性能的影响,完善超高性能混凝土预混料(PF-UHPC)的制备技术工艺,制造出性能稳定、满足施工要求的钢混组合梁UHPC桥面板,通过试验对比分析了不同工艺技术指标对PF-UHPC工作性能及力学性能的影响。确定最佳工艺技术指标,形成一套关于PF-UHPC预制和现浇钢混组合梁桥面板施工的关键技术。结果表明:PF-UHPC基准配合比的强度、工作性能均满足要求,且增加减水剂掺量0.3 %能显著改善材料工作性能而不影响力学性能;采用大搅拌机搅拌时长为8 min时,混合料各项性能最佳;材料凝结时间受室内外环境因素影响大;钢纤维的投料先后对材料工作性能和力学性能影响较小,但后加钢纤维的混合料其钢纤维均匀性偏差较大;试件抗折强度受钢纤维取向影响,而钢纤维取向主要取决于布料方向,布料方向与UHPC流动方向的角度越大,试验板的抗折强度越低;振捣频率对UHPC抗折强度影响较大,对抗压强度和钢纤维含量偏差影响较小,80 Hz振捣频率最有利;UHPC湿养护后水化热温度基本在40~50 ℃,内部初始温度随板厚增加升高,蒸养过程中UHPC板中心升温较外部慢,内外温差较大;蒸养棚内恒温温度宜控制在90 ℃以上,且应适当延长自然降温时间,25 cm厚板底部在70 ℃以上恒温30 h,其强度满足设计要求。
隧道工程
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  隧道工程

  绿色隧道建设和养护技术研究现状

  高晓静, 崔丹怡, 李磊, 许崇帮

  2024, 41(4): 132-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.014

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  随着“双碳”国家战略的稳步推进,绿色发展理念更加深入人心,作为提升交通运输效率与服务水平的重要基础设施,绿色隧道越来越受到重视。综合分析了绿色交通相关的国家政策要求、绿色隧道相关技术研究成果。从绿色理念、生态环境保护、资源集约节约利用、节能降碳减排、舒适便捷、智能高效等角度解析了绿色隧道的内涵及外延,给出了绿色隧道的定义。基于建设期和运营期绿色隧道的技术特点,梳理总结了预制装配式技术、地源热泵技术、低碳混凝土材料研发、隧道环保选线、洞口洞门绿色设计、施工污水处理技术、洞渣再利用、低回弹喷射混凝土材料研发、照明节能技术、通风节能技术、主动降噪和被动降噪技术、运营隧道智能巡检系统、病害自动化检测和精准识别技术的相关研究成果和发展现状。综合考虑绿色隧道相关技术的不足和发展趋势,从隧道标准化建造成套技术、低碳结构材料工程应用、全生命周期隧道信息模型技术、生态环境负效应评价和生态环境保护及复原、废弃物资源化利用及无害化排放、机电系统智能控制及绿色辅助技术、智能装备等方面阐述了绿色隧道未来的发展方向,可为隧道绿色化转型提供一定的参考。
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  高速公路隧道接近段视错觉控速标线信息感知研究

  梁波, 秦杨, 张红杰, 刘涛, 文森

  2024, 41(4): 146-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.015

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  由于高速公路隧道洞口处存在黑洞效应,且隧道内外限速存在差异,因此,高速公路隧道洞口处成为事故高发路段。为了改善高速公路隧道洞口处行车的安全舒适性,常在隧道接近段布设视错觉控速标线给予驾驶员视觉冲击,起到提醒驾驶员安全减速的作用。本研究利用UC-win/Road软件建立仿真模型,通过室内模拟驾驶平台进行仿真试验,利用眼动仪对驾驶员视觉信息感知进行测量,选取物理指标速度降低率、最大减速度值和生理指标瞳孔直径变化率作为评价指标。基于加权RSR综合评价法,分别对行车道上不同闪现率的车速增加式视错觉控速标线(横向形、鱼刺形)和车道压缩式视错觉控速标线(正梳齿形、斜梳齿形)进行减速效果评价。结果表明:4种视错觉控速标线都具有影响驾驶员感知信息的能力,其影响程度从大到小为鱼刺形、横向形、正梳齿形、斜梳齿形;相同类型不同闪现率的视错觉控速标线减速效果存在差异性,相同闪现率下车速增加式视错觉控速标线减速效果较车道压缩式视错觉控速标线好;在满足行车舒适度要求下,快车道推荐布设闪现率为8 Hz的横向形视错觉控速标线,慢车道推荐布设闪现率为8 Hz的鱼刺形视错觉控速标线。
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  隧道工程

  降水条件下基坑宽长比对邻近既有隧道变形的影响

  何小辉, 夏雪勤, 罗程, 丁海滨, 孔跃跃

  2024, 41(4): 157-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.016

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  针对基坑降水施工时对邻近既有隧道变形的影响已有学者进行研究,但降水条件下基坑宽度与长度的比值对隧道最大竖向位移的影响尚有空白。为探讨基坑降水时基坑宽长比对邻近隧道的变形影响,首先借助模型试验研究邻近隧道在基坑宽度和降水深度改变时产生的受力变形规律,再利用数值软件进一步分析基坑宽长比的影响,最后针对隧道竖向位移进行归一化处理,分析了不同降水深度影响下基坑宽长比对邻近既有隧道变形的影响规律。结果表明:通过模型试验可以发现,降水会使坑外出现明显的降水漏斗,并且随着基坑宽度和降水深度的增加,出水量会逐渐增加,坑内水位不断降低,既有隧道的竖向位移和弯矩产生明显变化,坑外隧道呈现压扁式的“横鸭蛋”变形。通过数值分析可以发现,当基坑宽长比较小时,应将宽长比和降水深度综合考虑,而当基坑宽长比较大时,应格外避免超降现象。另外,通过归一化发现,各降水深度下的位移曲线近似满足同一函数关系,当基坑宽长比小于0.4时,基坑宽度越大隧道位移越大;当基坑宽长比大于0.5时,隧道的竖向位移不会随着基坑宽度的增加而增大,但隧道位移的范围会增加4至5倍。
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  隧道工程

  三车道大交通流公路隧道火灾人员安全疏散

  王安民, 彭维圆, 何佳银, 郭佳城, 严涛

  2024, 41(4): 167-175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.017

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  为深入研究隧道横通道间距和车流量大小对人员安全疏散的影响。依托云南省昆明市三车道大交通流杨林公路隧道,建立了三车道隧道火灾燃烧及大交通流人员疏散模型,运用FDS计算人员疏散可用安全疏散时间 (ASET),模拟火灾烟雾在三车道隧道中的纵横向蔓延规律,运用Pathfinder计算人员疏散必需安全疏散时间,并对比分析了两个时间,给出了人员在火灾到达危险状态前全部疏散到安全区域的必要条件。结果表明:人员距火源点的距离是影响可用安全疏散时间的重要因素,距离火源点50 m范围人员疏散可用时间在470 s以内,该区域相对较为危险;距火源点100 m处人员疏散必需时间为230 s;距离火源点50~300 m这个区间,可用安全时间较大,在470~600 s范围内;距离火源点超过300 m后,疏散人员可用安全疏散时间趋于无穷大,表明该区域人员逃生较为安全;人员必需安全疏散时间 (RSET)随着距离火源点距离增大逐渐增加;距离最远处,即从着火点横通道到下一个疏散横通道处,所需时间为627 s;各测点人员疏散可用时间均大于必需时间,表明杨林隧道横通道设计参数满足火灾最不利工况下人员安全逃生,可认为杨林隧道火灾工况下人员安全疏散设计合理,为类似交通隧道的火灾安全设计提供了有益的参考。
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  一种对称帧差分约束的车辆自适应分割算法

  吴宏涛, 孟颖, 雷凌昱

  2024, 41(4): 176-185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.018

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  为实现交通视频车辆目标的准确检测,提升交通事故的预防效果,提出一种对称帧差分约束下的交通视频车辆分割算法。首先,采用对称差分思想将相邻的三帧连续图像进行两次差分,提出基于自适应分布数约束的混合高斯模型背景选择更新方法,采用跳跃度和稳定度两个视频图像参数判断某一像素是否属于虚假目标点,通过背景选择更新机制实现前景目标的检测,利用自适应分布数的混合高斯模型算法提高高斯混合模型的计算效率,实现道路前景目标的准确分离。其次,对于结果图像,利用车辆阴影的特征和车辆边缘信息,提出一种基于车辆边缘修正的阴影检测与去除算法,增强复杂背景的车辆分割检测特征;然后,对于运动车辆目标通过自适应阈值进行分割,本研究在考虑类间方差的同时,考虑视频前景目标类的内聚性,将其作为阈值选取的一个标准,采用“最大方差比”自适应阈值选取算法,同时对于静止车辆目标通过背景更新筛选进行分割。最后,试验结果和对比分析表明,本研究提出算法可以将不同交通状态的车辆目标较完整、准确地分割出来,有效提高了交通场景下的不同状态车辆目标检测精度。
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  智能交通

  面向多模态数据的高速公路交通事故信息识别与评价

  陈娇娜, 陶伟俊, 靳引利

  2024, 41(4): 186-193,213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.019

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  为实现从自然语言描述的交通事故文本中提取应急处置信息,提出了一种基于预训练模型和BiLSTM-CRF的交通事故命名实体识别方法。首先,基于陕西省高速公路2021年6月至2022年8月的多模态交通事故数据,分别比较了3种深度学习模型的识别效果和训练时长。其次,利用官方微博交通事故语料作为袋外测试集,检验实体识别模型的鲁棒性。然后,从一致性和丰富性两个维度,构建了文本信息和结构化数据的多模态交通事故信息内容评价指标。最后,以测试集为例进行交通事故信息识别,分析了应急处置实体数量与事故持续时间的相关性,计算并探讨了信息内容评价指标结果。结果表明,BERT-BiLSTM-CRF在测试集和袋外测试集的加权F1值分别为97.029 4 %和69.155 5 %,为模型精度、训练效率和鲁棒性3个方面综合表现最优。处置机构、处置设备、未处置、处置中、处置效果的实体数量与持续时间之间的相关系数依次为0.309,0.151,0.137,0.220和0.178,呈正相关性。天气、路产损失、交通分流、事故类型和伤亡情况的信息内容一致性依次为7.06 %,45.79 %,1.59 %,67.65 %和47.59 %,应急处置占为36 %,变异性为1.305,说明文本信息蕴含丰富的应急处置信息,然而文本信息和结构化数据对同一交通事故的信息内容一致性尚待提高。研究结果可为提高交通事故信息采集质量和有效性提供参考。
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  考虑出行者到达时间无差异带的瓶颈模型

  任姿蓉, 程琳, 杜明洋, 宋茂灿, 张晨皓

  2024, 41(4): 194-203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.020

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  为了弥补Vickrey瓶颈模型及其拓展研究忽视了出行者有限理性特征的缺陷,从而降低瓶颈模型的误差,缓解城市交通拥堵,将通勤者有限理性的时间认识与瓶颈模型相结合。基于出行者对到达时间的感知存在无差异带的假设,建立了考虑出行者到达时间无差异带不对称的瓶颈模型,并对模型进行了出发率分析和均衡解分析。采用数值分析的方法详细推导了均衡出发率、总成本、均衡成本、最大排队长度、全部排队成本等指标。进一步地,将上述新建立的模型扩展到无差异带对称、早到时间无差异带、晚到时间无差异带情形下,同样进行了出发率分析和均衡解分析。通过与基本瓶颈模型相比较,分析了考虑无差异带不对称和3种扩展情形的瓶颈模型中,出行者的出发时间决策和均衡解的性质,最后利用数值算例对结论进行了验证。结果表明:在考虑出行者到达时间无差异带的条件下,总成本、均衡成本、总早到成本、总晚到成本、最大排队长度等指标均变小,而变小的幅度与早到、晚到无差异带的宽度之和有关;通勤者的出发率函数由2段变为3段;通勤高峰期或提前或推迟具体时间由单位早到时间成本、单位晚到时间成本、无差异带的宽度等参数值决定;采用弹性工作制,对应于考虑出行者到达时间无差异带不对称的瓶颈模型,能够均匀高峰期的车流量,从而减少拥堵。
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  城市交通

  基于多图时空图卷积模型的城市交通流长时预测

  雷斌, 李佳璐, 张鹏, 李微, 陈晨

  2024, 41(4): 204-213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.021

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  交通流预测是智能交通系统中的重要组成部分,准确、及时和有效的预测信息对于城市道路的交通控制、诱导具有重要意义。然而,由于城市路网交通流时刻受到用地性质、天气变化等多种外部因素的影响,其预测面临着巨大挑战。为了有效预测城市路网交通流而提出了一种融合多源数据的多图时空图卷积模型。将影响城市路网交通流的外部因素分为静态和动态两类,并提供了一种明确和有结构的分类依据来理解影响交通流的各种外部因素。再将静态因素编码为多图,具体为距离矩阵、功能相似性矩阵和连通性矩阵,使用多图组成三通道输入时空相关性建模模块。该模块使用图卷积网络对交通流的空间相关性进行建模,学习节点特征和邻接信息;使用门控循环单元对交通流的时间相关性进行建模,捕捉交通流数据的动态变化和周期性规律。最后,使用融合层将多通道输出与动态因素进行融合作为最后预测输出。为了验证模型的有效性,使用SZ-TAXI数据集,与7种基准预测模型进行对比试验,结果表明,融合了多源外部因素的多图时空图卷积模型在评价指标MAE和RMSE上都比基准模型预测值更具准确性。并设计消融试验分析,处理静态因素的多图方法以及融合动态因素的方法均有效提高了城市路网交通流长时预测性能。
运输经济
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  生鲜农产品两阶段销售动态定价及生产优化

  梁傲男, 王淑云

  2024, 41(4): 214-222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.04.022

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  以生鲜农产品直播预售和生产优化为研究对象,考虑生鲜农产品新鲜度、价格、营销努力对消费需求的综合影响,分别构建预售静态定价和常规销售动态定价两阶段需求函数,以利润最大化为目标函数,运用最优控制理论,结合Pontryagin极大值原理,对两阶段定价和生产优化进行规划求解,以期为生鲜农产品直播预售静态定价和常规销售动态定价及生产优化的运作管理提供支撑。算例分析发现:两阶段销售中,常规销售价格高于预售价格,且常规销售最优利润远大于预售利润。算例的灵敏度分析发现:直播预售定价和常规销售定价随着预售阶段消费者新鲜度敏感系数的增加而增加,进而带来两阶段利润大幅提升;两阶段销售价格都随着预售时间的增加而上升,但两阶段的总利润却随着预售时间的增加而下降;在销售时间相同时,常规销售价格一直随着单位库存成本的增加而增加,然而,在销售时间变动时,当单位库存成本小于阈值0.03时,常规销售价格随销售时间的延长而下降,当单位库存成本不低于阈值0.03时,常规销售价格随销售时间的延长而上升;随着新鲜度劣化率的上升,生鲜农产品前期新鲜度降速较缓,后期降速较快。其管理启示在于:生鲜农产品合作社应根据产品销售周期合理设置预售时间,并利用预售抢占市场和提高品牌知名度;合作社要实时关注消费者新鲜度敏感系数,据此调整营销努力水平和定价策略。对于新鲜度劣化率较高的农产品,合作社可考虑适当的保鲜措施以减缓新鲜度下降速度。