对于较高饱和度的非饱和土,通过将孔隙中水、气看作一种混合介质简化固结过程,提出了改进的计算方法。考虑加荷初期,由水、气、土骨架共同承担荷载建立平衡方程,求得三者分担的应力和土体体积压缩量;固结过程中,将水和气看成混合的可压缩流体,建立混合流体的连续性方程,求解混合流体压力;同时考虑孔隙比和饱和度的变化,将孔隙水与混合流体的流量联系,建立改进的水连续性方程,求解水压力,进而求得气压力,吸力和土体的压缩量。结果表明:一维非饱和土的加载及固结中孔隙水压、有效应力、体变及饱和度的变化合理,体变计算值接近于试验值,该方法正确。
采用离子型土固化材料对广西南宁膨胀土进行化学加固,通过试验获得不同配合比加固土的化学成分、阳离子交换量和比表面积,对加固土的物理化学性质等进行表征。同时利用扫描电镜观察加固土的微观形貌,并试验测试加固土的膨胀性和强度特性,探讨离子型土固化材料对膨胀土的加固机理。结果表明:离子型土固化材料使得膨胀土的阳离子交换能力和比表面积显著降低,土对水的吸附能力减小,土的结构稳定性得到增强;离子型土固化材料与石灰共同作用,使得膨胀土的层状结构形式改变为粒状结构,土粒之间的联结增强,土-水之间的相互作用体系发生改变,土的胀缩总率和塑性指数明显减小,土的强度和水稳定性得到有效的提高。
为了找出影响花岗岩沥青混合料水稳定性的主要因素,使花岗岩大规模应用于沥青路面成为可能,从花岗岩沥青胶浆着手,采用动态剪切流变仪(DSR),对不同花岗岩石粉、不同粉胶比条件下的沥青胶浆进行流变性能的研究,以此分析不同花岗岩与沥青交互作用能力。并通过冻融劈裂试验检验沥青混合料水稳定性与沥青和石粉交互作用能力之间的关系,发现花岗岩沥青胶浆的流变学性质与花岗岩沥青混合料水稳定性之间存在良好的对应关系。对不同花岗岩自身性质的分析,得出了影响花岗岩沥青混合料水稳定性的石料指标,并最终提出路用花岗岩石料选择标准。
降雨的入渗往往会导致边坡非饱和区的含水量增高,基质吸力降低,在非饱和区中出现暂态饱和区,容易造成滑移、崩塌、开裂等不良工程地质现象。在饱和-非饱和渗流理论的基础上,对南方山区岩质边坡降雨入渗的数值模拟和模拟方法进行了探讨,建立岩质边坡渗流的分析模型。在考虑降雨入渗对岩体的粘聚力和内摩擦角降低的基础上,采用传统的极限平衡分析法,对怀化至新晃高速公路K39+330段的路堑边坡进行了渗流稳定性分析。结果表明,岩层在降雨条件下不断软化,边坡安全系数降低;采用渗水管进行深层排水,将滑动体内的地下水集中排出,能有效地阻止滑动面上的岩体软化并提高边坡安全系数。
对荷载作用下刚性桩复合地基的变形特性进行了分析。在此基础上探讨了桩侧摩阻力与桩土相对变形的关系,进而根据桩-土-垫层变形协调条件,基于荷载传递法,引入"等沉面"概念,假定桩与桩间土均是理想线弹性体,等沉面上、下桩侧负、正摩阻力均沿桩长均匀分布,导得了刚性桩复合地基桩土应力比计算新公式,该公式综合考虑了桩侧正、负摩阻力,桩体上、下刺入变形以及桩径,桩长和土层性质等影响因素。最后应用所得公式对一个群桩复合地基试验的桩土应力比进行了计算,结果表明,当桩侧摩阻力充分发挥时,计算结果和试验结果较为接近。
为了分析旧水泥路面冲击压实前后承载能力变化规律,在试验段工程采用了标称冲击能分别为15 kJ和25 kJ的两种冲击压实设备,在破碎过程前后,跟踪旧路基顶面以下不同深度的干密度变化情况。为获得破碎后加铺结构设计参数,根据路面设计的基本原理,测试了破碎水泥板顶的回弹模量与回弹弯沉,并得出了二者之间的统计关系公式。结果表明:冲压对路基顶面以下60 cm范围都能有补压作用,而对顶面以下40 cm以内尤为明显;破碎水泥板顶的回弹模量与回弹弯沉之间有指数关系,其相关性达0.938,能够满足工程应用需要;随着冲压遍数增加,破碎水泥路面代表弯沉值增大,但方差却显著减小,验证了冲压能够降低路面表面强度差异的效果。
基于颗粒流离散元理论,对北京某山区公路采用的石笼挡墙建立PFC2D模型,研究墙背土压力的分布规律;在路面施工压实过程中石笼墙体的位移分布、破坏机理;模拟石笼挡墙的破坏过程和破坏方式,以及墙背土应力释放过程。通过模拟分析得出以下结论:颗粒流离散元程序可以用于模拟挡墙结构物,并特别适用与模拟钢丝网等柔性结构;路基加压前后土压力分布规律与理论值基本相符;在路基的振动压实过程中,左侧石笼网最先达到抗拉强度而破坏,墙体丧失整体稳定性而逐步塌陷,形成堆积体,在靠近挡墙2 m范围内路面轻微塌陷,路基土在第一层石笼体位置以上浅层内形成滑动面。
针对已有研究成果中试件尺寸偏小的不足,对3根预应力碳纤维板加固的大尺寸T形受弯构件实施静力破坏试验,并比较预应力加固与传统加固两种加固方式的技术效果,考察预应力技术对碳纤维加固效率的影响,分析采用预应力碳纤维加固对构件截面性能的影响,在此基础上推导及提出预应力碳纤维加固受弯构件的界限补强率以及极限承载力的计算公式。试验结果表明:预应力碳纤维加固可显著地提高受弯构件的承载能力,有效增大碳纤维材料的强度利用效率,改善构件的正截面应力分布,从而使构件具有较传统加固技术更优越的受力性能。
以南京江心洲大桥为工程背景,基于Ohtsuki博士提出的空间缆索线形计算方法,对空间缆索自锚式悬索桥的主缆线形计算方法进行研究,推导空间主缆线形的迭代算法;针对自锚式悬索桥的受力特点,在缆索初始、精细平衡状态分析的基础上,增加修正平衡状态分析来考虑由于主梁和主塔压缩引起的主缆线形及内力变化;根据几何相容及力的平衡条件,确定索夹的安装位置,并给出空缆状态下主鞍座、吊索横梁的预偏量以及主鞍座的预抬量等控制参数。计算结果表明:自锚式悬索桥体系转换过程中缆索的几何非线性效应显著,体现在空缆到成桥状态主缆有较大位移,主缆与主鞍座空间切点位置也会有较大的变化。
结合多座桥梁的稳定性分析经验,从结构体系与结构刚度方面入手系统总结了斜拉桥弹性稳定安全系数、失稳模态在全过程中的发展规律。针对组合梁斜拉桥钢主梁(工字形加劲截面)在横桥向抗弯刚度较小且容易在横桥向发生局部失稳的现象,研究了组合梁斜拉桥全过程的整体-局部弹性相关稳定性及其发展规律。研究结果表明:采用悬臂法施工的斜拉桥全过程安全系数、失稳模态具有相同的变化规律。考虑弹性相关稳定后,在全过程中组合梁斜拉桥不只表现为结构的整体失稳,在大悬臂梁段的某些阶段将重复出现钢主梁的局部失稳,并导致结构安全系数出现显著的降低。
基于改进的碳化深度预测模型,结合IPCC预测数据,研究了气候变化(CO2浓度)的规律及其对混凝土结构的碳化损伤影响。由于概率预测模型能够考虑环境、结构尺寸、保护层厚度和劣化机制的不确定性和变异性,提出了时变可靠度模型来计算混凝土结构在多种CO2排放策略作用下将来100年内的开始腐蚀概率。研究表明:在最高CO2排放策略下的开始腐蚀概率比其在最好CO2排放策略下高4.6倍;大多数混凝土结构在服役期存在碳化腐蚀损伤现象,将来需要大量的维修和维护工作;如果最高CO2排放策略在将来发生,混凝土保护层设计厚度需要提高3~15 mm以降低混凝土结构的开始腐蚀概率和减少腐蚀损伤。
通过大型通用有限元分析软件Midas/Civil建立模型,在索力影响矩阵的基础上,以斜拉索初张力为目标,建立矮塔斜拉桥塔高优化模型,分析了塔高变化对主梁内力产生的影响,并对兰州小西湖黄河大桥塔高进行了优化计算分析。结果表明,在不增加斜拉索总面积和基本不改变配索量的前提下,通过合理调整斜拉索的初张力可以达到优化塔高的目的,其优化效果非常明显。矮塔斜拉桥的塔高降低且斜拉索初张力采用优化值后,全梁的挠度图、弯矩图更平顺,可以改善矮塔斜拉桥主梁的受力性能。对于PC矮塔斜拉桥而言,塔跨比在0.08~0.125之间,结构整体受力合理,在0.11时,斜拉索在其容许应力范围内利用率最高。
对钢筋混凝土桥梁墩柱基于位移抗震设计方法进行了系统的研究,应用UC-Fyber截面分析软件对大量方形和圆形截面进行弯矩-曲率分析,给出了墩柱目标位移的实用计算方法。根据我国2008年版抗震新规范的加速度反应谱得到不同阻尼比时的弹性位移反应谱、不同延性系数时的非弹性位移反应谱及非弹性需求谱,给出了结合我国规范的位移需求3种简化计算方法。进行了3种位移需求简化方法的实例计算,对设计算例用非线性时程分析验证了设计结果。结果表明,桥梁墩柱的目标位移与混凝土强度等级、纵筋配筋率、墩高及截面形式等因素都是有关的;基于等效线性化方法和基于非弹性位移反应谱方法以设计反应谱为基础进行计算,既保证了目标位移的实现,也考虑了结构的安全需求;基于能力谱方法以图形显示设计具有简单直观的特征,但是pushover分析得到的结构能力谱曲线与实际情况仍然存在一定的差别。
为了获得在役隧道衬砌裂缝扩展量随时间及温度的变化关系,针对重庆市某在役隧道的长期监测数据进行了分析研究,得到了裂缝扩展速率随温度的变化关系以及同一温度下裂缝宽度随时间的发展关系,并将不同温度下的量测数据转换到同一温度条件下,结合时间序列建模方法建立了考虑温度影响的隧道衬砌裂纹扩展量预测时模型;同时,为了增加模型结果的可信度,分别对模型的短期预测误差和长期预测误差进行了分析,结果表明:模型在短期预测中具有较高的精度,而长期预测误差也会随着预测步数的增加而趋于常数。
采用有限差分软件FLAC3D 3.0研究隧道洞口段的抗震设防长度和衬砌刚度对地震反应的影响,分析设置横向减震层、纵向减震层和加固围岩对衬砌结构的减震效果,并总结山岭隧道洞口减震的思路和措施。结果表明:一般进入洞内25~30 m后地震放大效应开始趋于平稳,该距离可为确定洞口抗震设防长度参考;衬砌刚度过大在一定程度上将加大震害;设置横向减震层和纵向减震层都能使地震反应明显减弱,使应力分布更趋均匀,且前者效果明显好于后者;通过设置锚杆增强围岩整体性,可有效减少作用在衬砌上的地震荷载,且对软质围岩效果更佳。最后,提出山岭隧道洞口必须综合减震,衬砌应该刚、柔平衡。
全面回顾了探测车样本量问题的研究,分析了现有模型中的不足,并从路段和路网两个层面探讨了交通探测车样本量问题。将路段样本量问题归结为一个有限总体的无放回简单随机抽样问题,并给出了修正的路段样本量模型。结果表明,修正的路段样本量模型确定的最小样本量小于现有的模型。引入了路网覆盖率,给出了路网样本量的通用模型,该模型将路段样本量和路网样本量统一起来。以国内某大城市出租车GPS数据为例,建立了在不同的时段特征和路段样本量要求下,路网覆盖率与探测车总数量之间的函数关系。
将Agent技术与Q学习算法相结合,应用到交通信号控制系统中,提出基于Agent技术的城市道路交通信号控制方法,建立了基于Agent的单交叉口信号控制结构模型,并阐述了Q学习机制的实现方法。系统根据交叉口基本的路况信息,以及实时采集到的交通量,通过加强学习的奖惩机制来动态调整不同相位的通行权及信号配时时长。当奖惩值为加强时,保持该相位通行权,并适当延长绿灯时间;当为惩罚时,则相应缩短绿灯时间或将通行权切换到下一相位,实现自适应控制,减少路口排队车辆的平均延误。通过对一个四相位交叉口进行仿真研究,与定时控制相比,控制效果得到明显提高。
通过构建树状、层次结构的指路模型来映射道路网上的指路需求,为道路使用者需求和标志信息供给之间建立起确定的关系,并引入了关联和有序两个指标作为标志指路体系评价指标,使模型能够符合道路使用者的期望。借用了交通小区概念,并首次提出了指路包、关系组、交通出行集合、目的地网络、三维指路柱体、信息索取线的概念描述创新性的树状层次指路体系模型。基于树状层次指路体系模型,运用需求和供给的确定关系平衡信息在指路体系中的分配方法,建立了浙江省高速公路网的标志指路体系规范和规划,经过了2年的实践和调整,模型已趋成熟,能够适应大规模复杂路网的标志指路需求。
根据采集的双车道公路的事故、线形、交通等数据,考虑公路横向干扰、路侧情况等,将双车道公路划分为普通路段、村庄路段和交叉口,分别建立了事故总数、一般以上事故次数以及碰撞、追尾和路侧等不同形态的事故次数与道路和交通要素关系的双车道公路事故预测基础模型。然后,应用统计分析方法进行了路基宽度等事故修正因子(AMF)的研究;使用基础模型经过AMF修正、经验贝叶斯过程(EB过程)、标定等进行双车道公路机体事故预测。最后,介绍了双车道公路事故预测模型在安全性评价中的应用。
