在广西南宁地区建立了不同开挖坡度的膨胀土边坡,通过现场试验论证出堑坡变形与降雨历时的关系,并分析其湿热耦合效应。历时两个雨季和一个旱季的试验结果表明,坡面水平变形与降雨持续时间具有较好的相关性,只有在一定雨强下持续的降雨过程才能使边坡产生较大的变形;土体含水量变化是影响边坡变形的主要因素,而温度变化是促进因素,二者的耦合作用使得膨胀土边坡趋向不稳定;在考虑膨胀土边坡的渗透特性后,建立了堑坡变形与降雨历时的关系,表达式可用于预测边坡总变形量,也可换算成变形速率对陡坡的变形突变进行预警,具有较强的工程适用性。同时,监测结果也表明,在采用植被防护后膨胀土边坡的变形迅速减小,说明植被护坡是一种有效的堑坡防护方式。
为了揭示颗粒材料在振动压实中空间结构的演化过程,采用不规则颗粒及颗粒接触界面生成的二维算法子程序,在指定的级配类型范围内随机生成不规则颗粒体,分别赋予颗粒体和孔隙相应的材料参数,对振动压实作用下不规则颗粒体的细观响应进行了分析。数值模拟结果表明:在振动压实过程中,颗粒之间存在相对竖向位移和相对侧向位移,颗粒的侧向位移与竖向位移沿着轴对称线大体呈对称分布;颗粒空间结构的变化不仅表现为水平位移调整和竖向位移调整,而且还表现为旋转调整;发生较大转角的颗粒在试样中部的最大半径处,颗粒转角变化沿着主应力路径呈"涡"形分布;随着密实度的提高,颗粒长轴逐渐偏向与振动压实荷载垂直的方向。
分析了我国现行沥青路面弯沉值设计指标的特点与不足,提出了控制粒料基层沥青路面土基永久变形和路面车辙的土基顶面压应变设计指标。结合我国的实际情况,拟定了典型粒料基层沥青路面结构,利用弹性层状体系计算程序BISAR3.0进行了力学参数分析。通过统计回归,建立了路面理论弯沉值与土基顶面压应变之间的回归公式;根据我国1978年的弯沉值设计公式和公式推导,建立了土基顶面压应变计算公式。利用AASHO试验路资料,通过与世界上有影响的土基顶面压应变计算公式进行了比较,论证了所建立的土基顶面压应变计算式的合理性与适用性。
在MTS上采用应变控制模式和中点加载方式的小梁弯曲疲劳试验方法,研究了不同沥青用量、纤维掺量和应变水平条件下聚合物纤维加筋沥青混合料的弯曲疲劳特性及其变化规律;根据试验结果提出了基于疲劳寿命下的最佳聚合物纤维掺量,建立了以拉应变、混合料的初始劲度、体积参数VFA和纤维掺量为参数的聚合物纤维加筋沥青混合料疲劳性能模型。结果表明,沥青混合料的疲劳寿命随着聚合物纤维掺量的增加而延长,但当掺量过大时疲劳寿命反而可能有所下降。通过多元线性回归分析表明,含纤维掺量参数的新模型的精度比其他疲劳模型得到了明显提高。
为了探讨乳化沥青冷再生混合料全面的性能参数,对0%~100%的6种不同RAP含量的乳化沥青冷再生混合料进行了室内试验研究与回归分析。结果表明:抗压回弹模量与抗压强度、劈裂抗拉强度与破坏劲度模量、弯拉应变与弯拉强度都随RAP用量的增加而呈线性减少;动稳定度随RAP用量的增加而呈指数函数减少;渗水系数随RAP用量的增加呈二次多项式减少;冻融劈裂强度比TSR随RAP用量的增加变化不大,但远低于规范的技术要求;同温下的抗压回弹模量与劈裂抗拉强度有较好幂函数关系。根据材料的抗压回弹模量与劈裂抗拉强度,把乳化沥青冷再生材料分主四类。
对于Kelvin地基上的混凝土板,利用有限元软件ANSYS,建立了落锤式弯沉仪(FWD)荷载作用下刚性路面的瞬态动力分析模型。通过改变地基阻尼系数和混凝土面板材料阻尼系数,研究路表弯沉的动力响应特征。探讨了在不同的荷载频率作用下,路面弯沉峰值的变化规律,得出了刚性路面结构的临界频率。结果表明,阻尼系数越大,弯沉的峰值越小,而且路面阻尼较路基阻尼对弯沉峰值延迟效应更为明显;当加载频率高于临界频率时,随着频率值的增大,弯沉峰值逐渐减小;当加载频率低于临界频率时,随着频率值的增大,弯沉峰值逐渐增大,最后趋近于静力荷载作用下的弯沉值。
针对青藏高原气候特点,对不同含气量的混凝土性能进行研究。对道路混凝土的抗压、抗折、热传导、干缩、温缩、耐磨、抗冻等性能进行了系统的试验研究。结果表明,含气量大约在3%~6%之间时混凝土抗折强度较高,且引气减水剂的掺入可使抗折强度提高15%~20%;导热泵数、热扩散和热传导系数随混凝土的含气量增大而减小,干缩变形则随含气量增加先减小后增大。对于磨损率来说,含气量在4%左右磨损率会突然增大。影响引气混凝土气泡稳定的因素较多,尤其是青藏高原恶劣的气候环境和使用条件,因此青藏高原地区引气混凝土路面施工时应适当加大引气剂的掺量,控制成型混凝土的含气量在设计范围内。综合各项试验结果,认为青藏高原地区修筑引气水泥水泥混凝土路面的适宜含气量应控制在6%±0.5%。
为研究横向荷载对基桩竖向承载力的影响,首先利用m法假设下轴横向受荷桩桩身挠曲方程的幂级数解,得到桩周土对桩身抗力沿桩轴向的分布,在此基础上利用横向受荷桩桩侧土体应力分布弹性解,求得桩周所受法向压力的变化量,进而得到桩侧阻力极限值的变化量沿桩轴向的分布,将此变化量积分得到由横向荷载引起的桩侧极限摩阻力的变化量,由于横向荷载对桩端阻力影响不大,故此即为基桩竖向承载力的变化量,横向受荷桩的竖向承载力即为此变化值与无横向荷载作用时基桩的竖向承载力之和。然后将导得的计算公式对某试验进行分析,其结果表明计算值与实测值吻合较好,最后对横向荷载下基桩极限侧阻力变化量的影响因素进行了分析。分析结果进一步证明了横向荷载对基桩竖向承载力有一定影响,在工程设计中值得注意。
针对悬臂式挡墙开孔取样质量检测法效率低,代表性差,且破坏墙体整体性及由于墙土系统动力特性研究不足而致使其抗震设计困难的问题,对研究结构动力特性从而具有质量评估和抗震优化设计功能的模态分析理论在挡墙系统中的应用进行了分析。为探讨墙后土体对挡墙结构模态的影响,在挡墙墙体结构有限元模态分析的基础上,对墙土系统进行了现场模态试验的设计、测试和数据处理,获得了系统模态参数,经分析得出墙后土体作用下墙体振型的不变性及频率变化等特征,总结了挡墙低频中型岩土结构系统变时基脉冲锤击试验模态测试成功所必须的主要技术措施。
针对黄土路基沉陷变形是黄土地区公路的主要病害的现象,通过激光粒度试验、能谱试验、扫描电镜试验、图像处理系统、振动压实试验和标准重型击实试验,从内部因素(黄土的物质组成、显微结构)和外部因素(压实方法、压实功)全面系统地分析了黄土压实的影响因素。研究结果表明,压实黄土的干密度与粒度成分的关系较复杂,具体应用时,要考虑黄土的工程地质分区、黄土的时代等多种因素加以确定;压实并不改变黄土的化学成分;随着压实度的提高,黄土由原来天然状态的粒状、架空、接触结构,逐渐改变为粒状、镶嵌、接触-胶结结构;在推荐参数条件下,黄土振动压实的最佳含水量和最大干密度都略小于室内击实方法确定的最佳含水量和最大干密度;随着压实功能的增加,黄土的最佳含水量减少,最大干容重增加,达到一定程度后,即使继续增加压实功也不会明显降低最佳含水量和增加最大干容重。
针对某基于TDR技术的水分测量系统量测膨胀土路堑边坡体积含水量偏离真值这一现象,对岩土的电磁特性、TDR技术量测原理和膨胀土的结构特征进行了研究。通过介电常数与多种类型土的含水量间的对应关系,可以得到介电常数与土体含水量之间有直接的密切关系,进而测量介电常数可以表征土体含水量。结果表明:相对于普通粘土而言,膨胀土粘粒含量和密度的增加引起电磁波传播过程中介电常数的变化,从而引起体积含水量增大;某基于TDR技术的水分测量系统在出厂前标定时采用的是石英砂材料,与膨胀土的颗粒粒径相差很大,产生量测偏差。
针对小半径预应力束的实测伸长值比理论伸长值偏大这一现象,分析了影响小半径预应力束伸长值的各种因素,指出了小半径预应力束伸长值的构成特点。从研究张拉过程中小半径预应力束在波纹管内的位置变化入手,得出预应力束由理想状态至波纹管变形前几何长度的变化量,引入挤压系数ξ,给出了小半径预应力束的附加伸长值的计算公式,并提出了小半径预应力束因波纹管形变引起的几何伸长值的计算方法。最后,通过多个模型数据对提出的小半径预应力束伸长值的计算方法进行校验。结果表明,实测伸长值与理论伸长值的偏差基本可控制在规范规定的±6%以内,完全能够满足小半径预应力束张拉的控制要求。
自锚式索托桥作为一种特殊的自锚式悬索桥,受力情况与自锚式悬索桥近似,基于大位移非线性弹性理论的广义变分原理,建立了两跨自锚式索托桥挠度理论下的大位移不完全广义势能泛函,通过约束变分推导出自锚式索托桥基于挠度理论的基础微分方程。结果表明,在不考虑主缆纵向位移、不计吊杆拉伸和倾斜的情况下,不同的结构形式对于推导的结果没有影响,自锚式索托桥与自锚式悬索桥具有相同的挠度理论方程,它可以近似的等同于弹性理论方程,是一种线性的方程,适合于用弹性理论求解,对自锚式索托桥进行初步设计分析提供了理论依据。
分别采用弹性分析方法、几何非线性分析方法及双重非线性(几何非线性和材料非线性)3种不同分析方法对2种不同结构的桁架拱桥进行极限承载力分析。通过比较3种方法的分析结果,研究非线性对于分析结果的影响。采用考虑双重非线性的分析方法针,借助有限元分析不同横向初始偏位、各种荷载工况下的结构极限承载力。研究结果表明:有侧偏钢筋混凝土桁架拱桥材料非线性和弹塑性效应比较明显,应以双重非线性分析方法进行极限承载力分析计算;结构的极限承载力随着结构横向侧偏量增加而减小;结构形式细部调整对于此类拱桥的极限承载力影响不大。
钢-混凝土双面组合连续梁是一种新型的组合结构。钢与混凝土组合的上、下交界面都会产生界面滑移。对3根钢-混凝土双面组合2×2.9 m连续梁模型进行试验研究,测得了受拉混凝土裂缝扩展状况、典型截面沿梁高的应变分布和钢与混凝土界面相对滑移及滑移应变沿梁长的分布。利用有限元分析软件ANSYS建模,给出了组合梁的滑移曲线和滑移应变曲线,与实测结果对比吻合较好。双面组合梁上混凝土板与钢梁间的界面滑移分布与单面组合梁相似,但最大滑移量减少了20%多;负弯矩区的截面刚度提高了27%左右。
铅芯橡胶支座隔震的桥梁在地震作用下相邻梁体间容易产生碰撞。以3等跨连续梁桥为对象,建立了考虑隔震支座非线性的桥梁碰撞模型,通过非线性时程分析研究了纵向地震作用下相邻联梁体间的碰撞响应。计算结果表明,隔震桥梁在地震作用下更容易发生梁间碰撞,碰撞产生相当大的撞击力,使主梁的轴力响应巨幅增大,但主梁的位移及墩的剪力、位移响应增大不明显。影响碰撞响应的主要因素是相邻联的周期比和基本周期的大小、伸缩缝间隙的大小。铅芯橡胶支座在桥梁地震碰撞中能消耗碰撞能量,可以有效地减小碰撞响应,对桥梁起到一定保护作用。
利用频域-空间域分解法,建立桥梁运行模态识别方法。该方法对桥梁在实际运行状态下车辆激励的响应测量数据进行无偏功率谱估计;然后采用奇异值分解技术,将随机响应数据空间分解成信号和噪声2个子空间,得出模态指示函数;并利用空间模态滤波技术分离出单一模态,准确识别出桥梁结构的模态参数。通过对杨浦大桥进行动力试验,测试桥梁在环境激励下的振动信息,采用该方法分析得到桥梁结构的动力参数,并与有限元计算结果相对比,有效实现了对桥梁结构整体状态和工作性能的评估。
针对实际交通系统时变复杂和变化的不确定性所带来的交通流量非线性和强干扰性的特征,首先应用小波分析方法,对原始交通数据进行了消噪处理,使消噪后的数据更能反映交通流的本质及变化规律;然后采用自回归求和滑动平均(ARIMA)和支持向量机(SVM)的结合预测模型对交通流进行了预测,最后用实测交通数据进行了验证分析,得到了两个结论:一是组合预测模型比单个预测模型的预测精度高;二是小波分析消噪后的组合预测模型比没有消噪的组合预测模型预测精度高。结果表明消噪后的组合预测模型具有较高的预测精度,可用于交通流的实时动态预测。
为缓解右转机动车和行人冲突,提出一种解决方案是在信号灯控制道路交叉口引入右转专用相位。为了评估设置右转专用相位的有效性,首先通过视频数据深入分析了右转机动车在交叉口与行人和非机动车的交通冲突;结合所分析出的冲突特征设计仿真模型后基于仿真结果比较和研究不同右转专用相位配时方案的有效性。研究结果表明右转专用相位的设置是否能够提高通行效率与多方面因素有关,例如机非冲突概率、右转机动车到达率和右转车辆过街时间,同时给出了设置右转专用相位的关键技术参数。
针对电动助力转向系统(EPS)的转向感觉进行了系统分析,其中转向盘中间位置的转向主观感受是汽车转向感觉研究的主要内容,直接影响驾驶员对稳定性、安全性和行驶的判断,研究通过整车中间位置转向感觉主观评价试验,介绍了试验及数据处理方法,并对客观评价指标进行了分析。分别研究了中间位置转向灵敏程度,转向手力特性,以及中间位置行驶时的汽车响应特性等三方面的客观评价指标。应用这些指标参数,可以系统全面的评定EPS中间位置转向感觉,指导EPS与整车的匹配开发,以获得更适宜的中间位置转向感觉。
为了加快汽车ABS的开发进程,开发了ABS在线监测与标定平台。利用USB转CAN通信卡和CCP协议标准,实现了上位机平台和ECU的实时通信。利用VC++开发了监测管理、标定管理、参数优化和文件管理模块,实现了控制效果实时监视、控制逻辑离线分析、控制算法流程离线分析、控制效果评价、控制参数优化和控制参数在线标定功能,为ABS控制算法开发和路试匹配提供了有力的工具。开发了控制系统并利用该平台在某款重型汽车上做了路试试验,结果表明,利用该平台不仅可以分析控制算法的逻辑,控制效果,而且可对控制效果进行评价和在线控制参数优化,加快了ABS的开发进程。
针对青藏公路多年冻土路段高、寒、旱、风,植物生长期短,植被种植难度大的特点,在青藏公路开心岭路段的边坡,采用垂穗披碱草(Elymus nutans)和老芒麦(E.sibiricus)等植物混播,采用普通喷播及客土喷播工艺,开展了植被种植试验。结果表明,由于添加了当地的表土,客土喷播工艺能够在该地区公路边坡快速建立比较优良的植被。喷播当年,植被覆盖率可达27.3%,地上生物量(鲜重)和地下生物量(干重)分别达到76.3 g.m-2和72.2g.m-2;第5年,边坡植被覆盖率约为10.0%,地上生物量(鲜重)和地下生物量(干重)分别达到189.3 g.m-2和721.5 g.m-2。客土喷播工艺的植被建植效果明显优于普通喷播工艺。对于普通喷播,增加保水剂和凝结剂的用量,可提高植被建植效果,而添加纤维则作用不明显。