为建立非饱和土理论与工程问题的联系,探讨用土水特征曲线来评价膨胀土的改良效果。将石灰、粉煤灰2种改良剂(均用4种掺量)掺入百色膨胀土,开展自由膨胀率试验,同时按改进葡式击实法确定的各改良土最佳含水率制备试样,通过压力板仪完成脱湿土水特征曲线试验(吸力范围5～1 000 kPa),获得不同改良土的膨胀性及土水特征曲线线系。基于非饱和土理论并参照膨胀土判别的国家标准,采用VG模型进行曲线拟合后,分析不同改良剂及掺量对土水特征曲线的影响,发现可用饱和重力含水率、进气值、残余含水率和曲线斜率4个指标来评价膨胀土的改良效果。进一步的分析研究表明,4个指标中只要3个满足要求就能确定该土已达改性目的,其中饱和重力含水率是必备指标,其余3指标只需满足2个即可。
针对通平高速公路的红砂岩虽然可归类为III类岩但其仍具崩解性的特点,从成分、晶体形貌等微观角度研究了该路段红砂岩崩解特性。矿物成分分析结果表明该路段红砂岩所含粘土矿物为绿泥石,而非蒙脱石、高岭石、伊利石这3种常见粘土矿物。浸水膨胀试验表明该路段红砂岩虽然可崩解但是不具有膨胀性。对崩解前后的红砂岩成分、晶体形貌的粉晶XRD、透射电镜和电子衍射试验表明该路段红砂岩的崩解主要是非晶质的胶结物流失所致。研究解释了该路段红砂岩崩解特性的特殊性,深化了对红砂岩的认识。在此基础上,提出该路段红砂岩切方区可不换填的处治原则。
分析了双排抗滑桩结构承载的最不利状态。首先考虑纵向桩间土拱成拱机理,利用土拱抛物线拱轴线的几何特征及拱脚处的力平衡及应力状态,导出作用于双排桩桩侧的坡体土压力分布;然后针对双排抗滑桩桩间土体有限边界特点,通过对桩间土不同区域分别采用薄层单元法对土压力的分布模式进行求解,导得桩间土作用于双排抗滑桩桩侧土压力分布,由此得出了最不利受力状态下双排抗滑桩桩侧土压力计算方法。将其应用于双排抗滑桩内力分析计算,得出了双排桩桩身内力计算的有限差分算法。试验数据对比表明,该方法计算结果与实测数据较为接近,可供双排桩设计参考。
在Winker弹性地基梁的理论上,考虑地基土体的弹塑性性质、地基弹簧受拉脱开、多结点曲形地基梁单元,在ABAQUS二次开发平台UEL上开发了弹塑性地基梁的单元子程序。以实际P-s曲线出发,导出地基土体的一维弹塑性本构关系,用于计算弹塑性地基梁的基床系数。通过算例验证,对比解析解与数值解,验证了所编制单元子程序的正确性。结合具体的工程实例,分别选用土体基床系数为线弹性和弹塑性。结果表明:在考虑地基土为弹塑性时,其内力值明显大于地基土为线弹性时的内力。采用弹塑性地基梁理论进行地下结构设计,具有重要的工程意义。
为了分析PFWD实测压力与弯沉之间的关系,现场选取了5种典型填料路基路段,通过改变落锤高度和承载板直径进行了大量测试,并与现场承载板法进行了对比。结果表明,在落锤高度改变而承载板直径不变的情况下,PFWD的压力和弯沉之间呈良好的线性关系,即路基表现为线弹性性质,且填料质量越好,路基模量越大,线弹性性质越明显;在承载板直径改变而落锤高度不变的情况下,PFWD的路基模量和压力之间呈良好的幂函数关系,即路基表现为非线性性质,且填料质量越差,路基模量越小,非线性性质越明显。因此,改变落锤高度对PFWD模量的检测结果影响不大,而改变承载板直径会显著影响PFWD的模量测试结果,反映了承载板直径具有显著的尺寸效应。为此,通过PFWD实测模量与承载板实测回弹模量之间的对比分析,提出了不同填料路基模量检测的PFWD适宜承载板直径。
为了研究水泥混凝土桥面防水粘结层的粘结性能,采用层间直接剪切试验测定防水粘结层的抗剪强度,并对防水材料类型、试验条件、水泥混凝土界面处理和沥青混合料类型等因素对粘结性能的影响进行分析。结果表明:温度的变化对层间粘结性能的影响最为显著,其他依次为防水材料类型、水泥混凝土界面处理和沥青混合料类型;溶剂型粘结剂比水性沥青基涂料和SBS改性沥青的粘结性能好;3种水泥混凝土界面形式对层间粘结性能而言没有显著差异;细型密级配沥青混合料的层间粘结性能优于粗型密级配沥青混合料。
动水压力模拟试验方法是提高沥青混合料抗水损害性能需要研究的基础理论问题之一。在设计以气压传递激发沥青混凝土孔隙中水压动态变化的试验装置的基础上,通过封闭圆柱形试件的侧壁和在试件底端构造蓄水空间以引导水在孔隙中向下渗流,形成定向冲刷模式。经有限元计算发现随试件深度增加水压减小,说明半刚性基层沥青路面比排水基层沥青路面承受的水压力条件更严酷。应用该试验装置发现动水冲刷使试件劈裂强度逐渐降低;在60℃高温条件下对沥青混凝土进行定向冲刷,出现粉料逸出、试件剪切破坏和破坏面上沥青膜剥落的现象,说明模拟动水压力的破坏作用显著;试验还发现空隙率在8%左右的沥青混合料抗水损害性能最差。该试验方法用于评价沥青混凝土的抗水损害性能是可行的。
为研究探地雷达(GPR)对路面的缺陷检测识别,针对路用探地雷达信号的处理问题,通过在路面基层内各层界面处埋置金属板,分别对数字滤波、反褶积、波动方程偏移和小波多尺度去噪等方法的处理效果进行对比,提出了对提高异常的分辨率和奇异值分解具有明显效果的方法,并应用于道路现场检测中。结果表明,反褶积和波动方程偏移处理对提高异常的分辨率具有明显效果,小波变换技术分析具有很好的去噪和奇异值分解效果,可以减少处理数据的工作量和增加检测的准确性。
2008年5月12日我国四川省汶川县发生8.0级大地震,造成大量公路桥梁破坏,并为桥梁抗震研究留下了众多资料。总结了汶川地震桥梁震害经验,认为宜重视桥梁近断层地震动响应及防落梁措施、小半径曲线梁桥地震防倒塌设计、桥梁延性抗震设计及细部配筋和深水高桥墩地震损伤及控制等抗震问题。综述了课题组近些年对桥梁抗震研究的若干新进展,包括梁式桥防落梁抗震设计理念及方法、钢筋混凝土桥墩地震抗剪强度及变形能力研究、曲线梁桥地震破坏机理数值分析与小半径曲线梁桥地震防倒塌设计对策等。
针对曲线匝道桥梁的伸缩缝地震碰撞破坏现象,依托一座多层互通式立交体系中的单支带伸缩缝曲线匝道桥工程,用Kelvin接触单元模拟桥墩两联间伸缩缝和桥台处伸缩缝在地震作用下的碰撞效应。文章建立了包含墩柱、主梁、支座和伸缩缝的全桥空间动力模型,利用非线性时程分析法,针对2个计算模型,分别输入多种地震动工况,对比分析曲线匝道桥梁桥墩处伸缩缝和桥台处伸缩缝的地震碰撞响应差异,结果表明:取消桥台伸缩缝更利于曲线匝道桥跨结构抗震的概念。
为实现钢-混组合结构PBL剪力键极限承载力的准确预测,通过分析既有推出试验结果,对PBL剪力键的作用机理及破坏模式进行总结,确定PBL剪力键纵向抗剪承载力的主要影响因素为开孔直径、钢板厚度、混凝土抗压强度、贯穿钢筋直径、钢板屈服强度等。以神经网络理论为基础,选用误差反向传播(BP)神经网络算法模型,选取钢板厚度、开孔直径、贯穿钢筋直径和混凝土抗压强度为输入因子,用C语言编写出基于BP神经网络的钢-混凝土组合结构PBL剪力键极限承载力预测系统。利用国内外既有试验资料对PBL剪力键极限承载力神经网络预测系统进行网络训练及预测验证。结果表明:利用BP神经网络可以建立主要影响因素与PBL剪力键极限承载力之间的非线性映射关系,实现PBL剪力键极限承载力预测。
为了精确模拟混凝土箱形梁桥中温度场的分布情况,详细地分析了影响温度场变化的主要因素,并把这些影响因素转化成热传导的边界条件,施加在桥梁结构上,然后进行有限元瞬态热传导分析,就得到任意时刻桥梁结构的温度场。通过实例计算,说明了利用该方法计算出的温度分布和温差极值比现行规范与实际更接近,以此为基础计算出来的温度应力更准确。
为了对跨海大桥在海水冻融和侵蚀耦合作用下的开裂性能进行评估,通过建立混凝土冻融+侵蚀耦合损伤Ottosen强度准则,结合跨海大桥非通航孔桥的结构特点和北方近海环境,计算分析、评估了非通航孔桥混凝土承台底部几个关键点的抗裂性能。结果表明,在百年一遇波浪荷载作用下或在百年一遇冰荷载作用下,在服役130 a时非通航孔桥会在混凝土承台底部中间位置(E点)、A点和C点位置出现混凝土裂缝,即在百年一遇的冰荷载或波浪荷载作用下,桥墩安全服役时间为130 a。因此在设计、施工过程中必须加强承台底部混凝土裂缝的控制,以提高跨海桥梁混凝土结构耐久性的寿命。
随着结构设计方法的发展,将可靠度理论应用于公路隧道工程设计是当今的发展趋势。介绍了可靠度理论在隧道工程中的现状,指出公路隧道可靠度研究中关于不同跨度的荷载、围岩抗力系数等的统计特征的研究较少,使得公路隧道概率极限状态设计存在困难。鉴于此,重点分析了公路隧道可靠度分析方法,提出了实现公路隧道概率极限状态设计的思路。探讨了隧道工程中的不确定性问题:岩土介质本构模型和参数的不确定性、围岩在空间各点上的不确定性、计算模型和计算方法的不确定性,指出有必要加强隧道工程中不确定性问题的研究。
为优化出行者在动态路径诱导系统中进行路径选择,提出一种基于并发奖赏蚁群系统的A*算法,利用A*算法的成熟性和蚁群算法的动态性,用蚁群算法对A*算法估价函数f(x)=g(x)+h(x)中的h(x)进行研究,考虑了交通路况中的各种动态因素,使A*算法具有动态性;为了提高算法的效率,基于在最优路径附近往往存在更优路径这一原理,提出了并发奖赏蚁群系统,采用对当前最优路径周围的路径奖赏额外信息素,能够有效地避免算法陷入局部最优,从而找到更优路径;采用并发原理用多路蚂蚁同时搜索,提高了算法的收敛速度。采用两种试验方法对算法进行了验证,在Oliver30问题中,本算法与其他算法相比可以得到更优的解;在MapX环境下模拟真实交通状况,运用本算法寻找最佳路径,试验结果表明本算法能够在实际的道路状况中找到满足出行者需求的道路。
依托于浮动车数据,基于地图匹配对城市道路交通状态模糊综合判别方法进行深入研究。首先根据浮动车数据特点和道路交通信息,基于Mapbasic编程对数据进行地图匹配,并进行MapInfo二次开发,通过相关模型计算指定时段内的道路交通参数。建立模糊综合评价判别模型,对判别结果量化处理,以最大隶属度原则确定道路交通状态。最后,选取广州天河区某条道路进行实例分析,验证了判别方法的可行性和实用性。
基于速度引导控制作用下的城市快速路交通流扩展模型,建立了车辆总耗费时间与速度引导值变化幅度的多目标优化模型。采用强度Pareto进化算法(SPEA2)对比分析3种速度引导值确定方案,同时基于集合理论从Pareto前沿中选择出最优解并确定最佳方案。在此方案下,应用Matlab进行了速度引导控制仿真分析,结果表明,速度引导控制对于缓解交通拥挤具有良好效果,可为主动交通管理在城市快速路中应用提供理论支持。
通过对对称放行和非对称放行两种方式下的双向绿波设计进行比较,针对非对称放行方式的特点,根据绿波协调控制需求,进行独特的搭接相位设计,并在相位差的计算过程中考虑各路段行驶车速和红灯排队车辆的影响。在此基础上,提出了一种新的干道绿波协调控制实用设计方案,并通过其在昆明市滇池路上的应用验证了其准确性与有效性。
为准确预测高速公路运行车速,以平、纵线形综合指标为主,横断面线形指标作为修正的方式,考虑桥梁、隧道等结构物的影响,建立包括曲率、曲率变化率、曲线转角、纵坡度、车道宽度等指标的公路线形三维空间综合指标描述函数;注重运行车速的连续性变化及驾驶员视觉需求,确定车辆行驶中前方100 m至250 m有效注视范围为前方线形对车速的影响范围;根据车辆加减速性能,确定后方200 m加减速长度范围为后方线形对车速的影响范围;通过对前、后线形影响范围内公路线形综合指标的累积效果与运行车速的相关性分析,建立高速公路线形三维空间综合指标与运行车速的关系模型,应用结果表明关系模型适用于我国高速公路的连续性预测。
为研究道路几何参数对车辆操纵稳定性的影响,本文采用MATLAB/Simulink建立了3自由度整车动力学模型,通过数值仿真模拟,研究了车辆在不同超高、纵坡坡度以及合成纵坡下动力响应,在此基础上进一步分析了在不同车速以及前轮转角输入下,道路几何参数对车辆操纵稳定性的影响。结果表明:与水平路面相比,道路超高和纵坡坡度对车辆操纵稳定性有显著影响;然而这种影响程度又受车辆运行速度和前轮转角输入的影响,当车辆运行速度和前轮转角输入减小时,道路几何参数对车辆操纵稳定性的影响减弱。
提供了一种利用颗粒流模型模拟刹车失灵货车驶入避险车道制动床后的运动过程,进而确定制动床长度的方法。所建立的颗粒流模型能够较好地模拟刹车失灵货车驶入避险车道制动床后的运动过程。仿真模拟结果显示,FHWA方法偏不安全,工程设计时制动床长度不应小于FHWA方法计算值;制动床坡度越小,FHWA方法计算出的制动床长度越偏不安全。为不同制动床设计条件下制动床长度的确定提供了一种较为简便、实用的方法。
研究一类随机旅行时间的区域公交车辆调度问题,将该问题看作为"部分班次被一辆车完成"的集合划分问题,考虑不同车场容量和补充燃料等约束因素,建立以营运费用最小为目标的机会约束规划数学模型。将该模型转化为一类确定性数学模型,设计求解该问题的改进遗传算法,根据问题特征定义染色体编码、产生初始种群的启发式算法、交叉和变异操作等。最后,通过一个算例验证了模型和算法的正确性。
考虑决策者风险态度对公路建设项目决策实施的影响,针对公路建设项目决策实施影响因素的灰色特征,设计了公路建设项目影响参数,提出了一种基于累积前景理论的公路建设项目灰关联排序模型。该模型通过[-1,1]线性变化将原始矩阵标准化,应用TOPSIS法得到正负理想方案作为公路建设项目排序决策的参考点;将正负理想方案和公路建设项目分别作为参考数列和被比较数列,应用关联分析法构建了正负关联系数矩阵,并基于累积前景理论及其正负前景价值函数构建了正负前景价值矩阵和方案综合前景值最大化的非线性规划模型,应用极值法求解模型得出最优权向量,最终确定公路建设项目的排序。最后以5条公路建设项目排序为例,与AHP和灰关联投影法进行对比分析,从侧面验证了该模型的可行性与有效性。
以某全承载大客车作为研究对象,应用有限元分析理论,建构了客车有限元模型和客车上部结构强度的数值模拟研究环境。根据ECE R66的等效认证方法,进行了整车质心位置计算以及车体截段实车侧翻试验,评价了其上部结构的变形及其侵入乘员生存空间的状况。将车体截段试验结果与数值仿真结果对比,研究发现两者具有较好一致性。在此基础上,研究了客车在侧翻过程中侧围各立柱吸能情况并予以评价。结果表明该客车车体结构符合法规要求,具有较好的结构安全特性。该侧翻碰撞安全性能设计方法对客车企业研发具有重要的指导意义和应用价值。
在Geiger定义的基础上,通过简易测定雨强,引入综合污染负荷,建立了高速公路路面径流初期效应大小、方向、时段的数量化判定方法。以G75兰海高速重庆段为例,研究了2009-04-30、2009-06-09、2009-08-29等3场降雨事件的初期效应,发现2009-04-30降雨有明显的初期效应,2009-06-09降雨则没有,2009-08-29降雨则处于临界状态,2009-04-30、2009-08-29这2场降雨的初期效应分别为68.11%和50.48%,其相应的初期效应时段分别为15 min和25 min。
提出了基于植被生长性能、植被持续潜能、植被防灾减灾、视觉美学等4个方面功能进行公路坡面植被综合评价的方法。基于数据采集的可行性与科学性分析,筛选了能够反映以上4个功能方面的26个植被结构与生长特性指标,划分评价标准。采用层次分析法(AHP)与模糊综合评判法进行指标权重值计算,构建了评价体系与模型。利用该评价体系对吉林省江密峰-延吉高速公路几种工程措施边坡重建植被评价。结果表明,所建立的评价体系实用可行,对指导公路边坡绿化验收可提供有益参考。
氯离子侵入引发钢筋腐蚀,降低了盐渍土环境下钢筋混凝土结构物使用寿命。综合考虑混凝土孔隙溶液中氯离子的扩散、电迁移以及毛细吸附等运移方式,建立盐渍土环境下氯离子侵入混凝土模型,预测结构物寿命。采用有限元方法分析扩散电场、毛细作用对氯离子运移过程的影响。分析表明,多种离子运移产生的电场加速了氯离子的运移过程,且毛细作用在早期会使氯离子在混凝土表层累积。采用氯离子侵入模型,分析了保护层厚度对结构使用寿命的影响,建议连云港盐渍土环境下混凝土保护层厚度应不小于50 mm。
