为进一步检验膨胀土填料分类指标体系的合理性,对在建广西百隆高速路上3种膨胀土系统开展了基本土性和各种强度、变形等路用性能试验,全面分析测试结果并对照新填料分类体系,3种土样均满足以改进CBR值、改进CBR膨胀量和稠度为指标的分级标准,都可直接用于下路堤填筑。据此,按物理处治技术原理并结合工程实施条件,采取粘土包边膨胀土夹层填芯方案,将性质最差的1号土分2阶段填筑于ZK176+135～+410路段,共消耗膨胀土60 000 m3,跟踪检测表明,路堤施工质量良好。通过系统试验和修建工程实体验证了膨胀土填料三指标分类体系的合理性。
针对连续配筋混凝土复合式沥青路面(CRC+AC)结构的特点和现有研究的不足,运用传热学理论、力学理论和有限元法,计算和分析了层间剪应力的临界荷位和影响因素;通过室内试验和工程实践,研究了基于层间剪应力的层间结构和材料及CRC层表面处理技术。研究结果表明:层间抗剪强度不足会使CRC+AC结构层间出现纵向和侧向滑移;层间最大剪应力随AC层厚度和模量的增大而减小,且随AC层厚度增加而减小的趋势更为明显,CRC层厚度对层间最大剪应力的影响很小;通过计算分析并结合试验路修筑经验和检测结果,建议CRC+AC结构AC层的厚度不宜小于6 cm;建议采用喷洒式结构对CRC+AC结构的层间进行处理,并选用SBS改性沥青作为喷洒沥青,采用裸化技术对CRC层表面进行处理。研究结果可为刚柔复合式沥青路面的合理设计提供重要参考。
为了研究玄武岩纤维对沥青混合料性能的影响,对不同玄武岩纤维掺量下的纤维沥青胶浆进行锥入度、软化点、延度、弹性恢复和表观粘度试验,考察玄武岩纤维掺量及温度对纤维沥青胶浆性能的影响,同时分析纤维沥青胶浆的作用机理。试验结果表明,玄武岩纤维的加入可增加沥青混合料中结构沥青的比例,提高集料表面沥青膜的厚度,改善沥青胶浆的高、低温性能及疲劳性能,从而增强路面的耐久性。玄武岩纤维的加入降低了纤维沥青胶浆的锥入度,提高了纤维沥青胶浆的软化点、弹性恢复和表观粘度。由不同玄武岩纤维掺量下沥青胶浆的延度试验和表观粘度试验可知,过量加入纤维会影响混合料的应变性能和工作性。
为分析季铵盐类表面活性剂(QAS)对沥青及沥青混合料性能的影响,对添加季铵盐类表面活性剂的沥青胶结料及沥青混合料(AC-20C、ATB-25)进行了相关路用性能试验。结果表明:QAS的添加对沥青的技术指标无明显影响,并且不改变沥青的高低温性能;QAS沥青混合料拌和温度较标准温度低0～30℃的范围内,可满足现行施工技术规范对热拌沥青混合料的要求。同时,其高温性能、水损害性能、低温性能及疲劳性能与标准温度下的热拌沥青混合料相当,具有良好的路用性能效果。QAS可作为温拌及低温环境下施工的沥青混合料添加剂。
为了研究地震条件下挡土墙的主动土压力,基于传统的滑楔体极限平衡理论,采用拟动力方法,得到了地震条件下主动土压力的计算公式以及临界破裂角的解析解。主动土压力的计算公式考虑了地震力、挡土墙后填土的内摩擦角和粘聚力、挡土墙与后填土之间的摩擦角和粘聚力、挡土墙的倾角以及超载角等影响因素,并分析了这些因素对临界破裂角和地震主动土压力系数的影响。研究结果表明,当不考虑土体放大系数和挡土墙后填土的粘聚力的影响时,临界破裂角小于Mononobe-Okabe方法计算出的破裂角;临界破裂角随着土体放大系数的增大而减小;地震主动土压力系数随着地震系数、挡土墙倾角或者超载角的增大而增大,随着挡土墙后填土的内摩擦角或者土体放大系数的增大而减小,随着挡土墙与后填土之间的摩擦角的增大表现为先减小后增大。
为了了解软土硬壳层的破坏形式,为硬壳层的利用提供理论依据,以湖南省道S204线南茅公路为依托工程,在现场工程调研的基础上,结合现场承载试验及数值模拟,对硬壳层地基的破坏模式进行全面分析。通过现场承载板试验发现硬壳层地基的破坏是典型的刺入式冲剪破坏,通过数值模拟总结出不同填土高度和不同硬壳层厚度时,地基的破坏形式主要为局部剪切破坏和整体剪切破坏2种类型,给出了不同工况时路堤的临界高度,结合公路工程特性认为对路基进行稳定计算时,应主要考虑路基的整体稳定性,不考虑路基的局部剪切破坏。
针对等效砂墙厚度过小导致有限元建模时网格划分困难这一技术难题,对砂井地基数值建模的简化计算方法展开研究,在陈立宏等效砂墙理论和赵维炳等效砂墙法的基础上,通过计算公式的二次推导,提出一种改进的调整砂墙厚度的等效建模法,较好地解决了上述技术问题,经多个计算点的验证,该方法具有可行性。同时,以河北省沿海高速公路某试验段为工程背景,采用等效建模法,借助大型岩土工程有限元软件Plaxis构建工程地质模型,综合地基土超孔压消散及工后沉降大小等方面的分析结果,对多种塑料排水板设计方案进行比选优化,结果表明,将数值模拟技术与工程优化相结合,利用数值计算结果评判工程设计方案的优劣,对于工程设计具有一定的理论指导意义和工程实用价值。
以某流线型钢箱梁断面为例,详细研究了主梁气动外形变化对桥梁颤振和涡振性能的影响。基于1∶50节段模型风洞试验,分别研究了箱梁的栏杆、检修车轨道、风嘴、导流板,以及斜腹板对桥梁颤振及涡振性能的影响。研究表明,栏杆和检修车轨道将弱化桥梁断面的气动性能,而风嘴和导流板则对桥梁的颤振和涡振性能有利。值得提出的是,在其他气动外形保持不变,而斜腹板倾角变为15°时,桥梁的颤振性能不仅获得了较大提升,且涡振现象还可得到消除。此现象的初步机理为:较小的斜腹板倾角可阻碍和延后流线型箱梁下风侧漩涡的形成和脱落,从而显著削弱漩涡脱落对桥梁涡振和颤振的影响。详细的气动机理还有待深入研究。此点发现对于大跨度桥梁的抗风设计具有重大的参考价值和实际意义,并已经成功应用于国内多座大跨度桥梁的气动外形设计中。
为寻求适用于超大跨度桥梁的具有更优气动特性的主梁断面,推动我国超大跨桥梁建设的发展,针对超大跨度桥梁原型设计中提出的5种主梁断面形式,采用CFD数值模拟方法计算得到了各断面的静力和动力气动参数,并进一步计算了对应5种主梁断面桥梁的静风失稳临界风速及颤振临界风速,对比了各断面的静动力稳定性能。结果表明,分离双箱主梁和分离3箱主梁的气动性能优于其他类型主梁断面;单箱主梁和双箱主梁气动特性目前已得到较大程度的优化,3箱主梁气动特性应具有较大的优化空间,椭圆形主梁及重力式主梁气动性能较差,优化价值有限。
建立某曲线刚构-连续组合梁桥的空间有限元计算模型,在桥梁活动支座部位设置粘滞阻尼器,进而考虑曲率半径的变化,计算分析了结构在3条3向地震动作用下曲率半径变化对结构反应以及粘滞阻尼器减震效果的影响。结果表明:不添加阻尼器的曲线梁桥的动力反应不仅与曲线桥的曲率半径有关,而且还跟地震动特性有关;添加粘滞阻尼器后控制点内力在不同地震动作用下均随着曲线桥曲率半径的增大而增大;粘滞阻尼器对于曲线桥控制点内力和主梁位移的减震率在不同地震动作用下均随曲线桥曲率半径的增大而减小。为粘滞阻尼器在不同半径曲线梁桥上的应用提供了理论指导。
针对目前国内关于斜拉桥伸缩缝间隙对斜拉桥地震响应影响规律的研究还不够深入和全面,以九江斜拉桥为分析对象,建立碰撞分析模型,不仅较为系统地分析了伸缩缝间隙对斜拉桥与引桥之间碰撞响应的影响规律,而且研究了伸缩缝间隙对斜拉桥关键截面内力和梁端纵向位移的影响情况,并与设置纵向阻尼器后的情况进行了对比分析。研究表明:伸缩缝间隙不仅对伸缩缝处的碰撞响应有较大影响,而且对引桥固定墩墩底弯矩、塔底弯矩及梁端纵向位移响应也有一定影响。设置纵向阻尼器不仅可以有效降低伸缩缝处的碰撞响应,而且对控制斜拉桥主桥关键截面的内力和位移响应均有较好的效果,是一种比较理想的斜拉桥减震措施。
鉴于PBL剪力连接件破坏形态的重要性,基于现有试验结果对连接件的破坏形态进行了分类总结;通过不同破坏形态下典型试件的试验结果分析,指出了对混凝土榫破坏形态认识上的不足。通过3组9个试件的破坏试验对混凝土榫的破坏形态进行了试验研究,并根据试验结果阐明了混凝土榫不同破坏形态的成因。研究结果表明:在3种混凝土榫破坏形态中,混凝土榫剪切破坏下连接件的承载能力最高、刚度衰减速度最慢;混凝土压缩破坏是由垂直于钢板面的横向约束不足造成的,混凝土割裂破坏是由钢板厚度过薄使孔内混凝土质量无法保证造成的;为保证极限承载状态下发生混凝土榫剪切破坏,PBL剪力连接件需具备足够强的垂直于钢板面方向的横向约束及足够厚的开孔钢板。
为研究复杂构造双壁钢围堰异形刃脚的吊装及变形计算,采用有限元软件MSC.Marc及ADINA,利用三维有限元方法,分别介绍了异形刃脚双壁钢围堰的吊装、考虑围堰与河床可相对位移状态下的围堰整体位移及围堰内部构件内力计算的原理、简化思路及计算方法。并以重庆江津观音岩长江大桥双壁钢围堰为例,介绍了上述内容的具体应用方法。通过计算选取并优化了钢围堰异形刃脚吊装的方案。当围堰无法提供足够的嵌固深度时,有必要利用有限元软件提供的接触分析功能进行整体位移计算,以确定围堰的整体稳定性及位移量。
由于高速公路里程、机动车数量及其运载能力的持续增加,作为交通运输枢纽的桥梁,正面临着一种越来越严重的威胁,即车辆对桥墩的撞击。目前中、美、英等国的设计规范均对桥墩防撞设计作出了相关规定,然而分析发现:各国规范仍大都采用简单的静力设计法,没有考虑桥墩刚度、延性等参数对撞击力的影响;一些规范的理论来源非常含糊,而另一些则只是简单地参考别国规范,其有效性值得怀疑。我国规范未对桥墩防车辆撞击设计的具体条件作出明确规定,设计人员须自行判断该桥墩是否需要考虑车辆撞击力,这种消极的规定往往造成实际工程中对车辆撞击作用的忽视。有鉴于此,从桥墩防护结构和桥墩自身结构两个方面对桥墩防车辆撞击研究进行了评述,指出了目前存在的主要问题并提出了相应的建议。
为了研究管棚预支护对隧道开挖面稳定性的影响,从塑性极限分析机动学方法出发,利用土的强度折减系数概念,建立了管棚预支护条件下隧道开挖面三维稳定性分析模型,由此确定开挖面稳定系数及其相应的潜在破坏模式。结合实际工程,采用该方法计算得到的开挖面极限支护压力与有限元强度折减法的计算结果吻合较好,验证了本文方法的合理性。进而研究了隧道埋深、隧道洞径及围岩条件对开挖面稳定性的影响,分析了上述因素与开挖面极限支护压力及稳定系数的关系。对有无管棚预支护隧道开挖面稳定性分析表明:在软弱地层、大跨洞径等条件下,管棚预支护能有效提高开挖面稳定性。
基于大坪山隧道工程地质条件及可能穿越高地应力而带来的深部工程地质问题,结合钻孔有限测点的地应力测量结果,采用三维有限元分析方法对大坪山隧道的初始地应力场进行了拓展分析。通过建立三维地质模型,计算在自重应力、水平X、Y方向挤压和XY面剪切构造等4种工况下的构造应力场。用最小二乘法求解对应的回归系数及实测点的回归计算值,剔除不合理的测点,将计算值与实测值进行对比分析,采用Sufer软件绘制隧道洞轴线主应力等值线图,得出整个工程区特别是重要工程部位的回归初始地应力场。计算结果表明:测点回归值与实测值大部分吻合较好,反演回归得到的地应力场是合理的,符合实际的初始地应力场分布规律。
针对实行"环道二次控制"五路环形交叉口在交通高峰时期某环道濒临排队回溢至上游环道,而同一相位的其他环道时空资源有相应浪费的现象,提出了五路环形交叉口瓶颈控制策略。在采用"搭接相位"的3相位控制基础上,进行瓶颈环道和瓶颈进口道的判断,当满足瓶颈环道控制触发条件时,进行瓶颈环道控制;当各个环道排队饱和系数均接近最大限值时,进行进口道瓶颈控制,同时协调控制瓶颈环道和瓶颈进口道。建立了高峰时期五路环形交叉口的信号配时参数优化模型。以上海市五角场五路环交为例进行了验证。结果表明,使用该控制方法后交叉口的通行能力增大了28%,车均延误减小了8.8%,平均停车次数减少了5.7%。
为了获取高速公路出匝分流区车辆的变道运行规律,利用DV和数据采集仪对广东多条高速路多个出匝分流区上出匝车辆车道变换行为的特征数据进行了大量调查。从调查数据中,分析出车道变换特性,结合数理统计理论,应用微分法建立了出匝车辆的变道模型。该模型与调查数据拟合结果吻合,并揭示了整个出匝变道过程及交通流量对变道行为的影响。Matlab编程显示:交通流量适中时,行驶距离不超过400 m便会变道成功;交通流量大时,驾驶员应该提前变道至行车道或减速车道,为高速路规划设计、指路标志设置和安全引导驾驶提供有力理论依据。
从高速公路网的技术、经济社会效益和环境影响3个方面对高速公路网规划中期评价的理论与方法进行了探讨。技术评价主要从网络结构性能和交通质量2个方面进行评价,网络结构性能评价选取的指标主要有高速公路网密度和连通度;交通质量评价选取的指标主要有负荷度和里程拥挤率。效益评价主要从财务效益和社会经济效益2个方面进行评价,评价方法主要有投入产出法、系统动力学模型、投资乘数法和生产函数法。环境评价主要从资源占用成本、环境治理成本、环境管理成本和节能减排效益4个方面进行分析。该研究内容既丰富了相关领域的研究空白,同时评价结果也为高速公路网规划的调整奠定了坚实的基础,具有重要理论和现实意义。
探讨利用高速公路收费数据作为数据资源进行路网运行状态评价的可行性,并完整分析了相关算法。选取某实际运营的高速公路网2008—2010年间7～10月的收费数据作为基础,重点介绍数据的分析处理过程,包括进行数据准备,执行各类数据质量控制规则、资料库配置及构建样本输出模型等,深入挖掘高速公路网运行存在的出行时间分布及周期分布等潜在规律,计算和提取了平均速度、出行延误、行驶时间指数、计划行驶时间指数、拥堵持续时间等几类路网运行状态评价的核心指标,并指出了采用高速公路收费数据作为数据资源开展此类研究的优缺点。分析表明,收费数据可应用于高速公路网运营绩效的评估,并可为交通出行提供参考信息。
为了得到城市居民出行方式最佳结构,以制定相应的公交优先政策措施。首先提出了居民出行社会效益的概念,根据居民出行时间价值、平均出行时间与出行费用,计算不同出行方式出行者平均每次出行的成本,在考虑各种出行方式比例的基础上,计算居民出行节约成本,从而计算居民出行社会效益。以居民出行社会效益最大化为目标函数,通过深入研究居民出行时间、出行费用与出行方式比例的函数关系,以及新增公交供给投入成本等参数变化规律,建立居民出行社会效益最大化的约束条件。最后以长春市居民出行调查结果为例进行了实证分析。结果表明:长春市居民出行社会效益最大时,小汽车、公共交通、步行及自行车的出行比例分别为11.27%、62.36%和26.37%,并针对计算结果给出了相应的出行方式结构合理化措施建议。
基于车辆速度参数是描述交通流运行的最基本参数之一,在交通状态评价与交通安全性分析中具有的重要作用,针对城市道路不同种类车型混合运行的特征,提出采用高斯混合模型来描述自由流状态下的车辆速度分布。结合实测速度数据中的双峰分布特性,将混合车流车型分为大型车与小型车2类,进而建立了2类型的高斯混合模型,并采用期望最大化算法对模型参数进行估计。通过实测数据验证结果表明,模型能够很好的拟合观测速度数据,并能够有效区分不同类型车辆速度,为确定不同类型车辆限速标准、分析不同类型车辆相互影响提供理论依据。
为了提高出租车保有量的预测精度,利用小波神经网络逼近出租车保有量与其影响因素之间的非线性特性,并建立影响因素的预测模型,然后,将影响因素的预测值输入出租车保有量预测模型便实现了出租车保有量的预测。利用某市2000—2009年的出租车保有量及影响因素数据进行仿真预测,结果表明,相对于传统的BP神经网络,基于小波神经网络的出租车保有量预测模型具有更高的预测精度,该市2010—2012年的出租车保有量应分别达到9020、9 350、9 560 veh,才能保证平均候车时间在4 min左右。
影响驾驶疲劳的因素很多。作为驾驶疲劳主要影响因素之一的道路交通环境,是以动态形式展示在驾驶员视野中并产生作用的,有必要针对道路交通环境的动态特性进行专门研究。首先理论分析动态道路交通环境相互制约和影响的持续变化性和自主可控性。据此设计了基于3个场景的2组现场实车试验。然后以驾驶员的心率作为测量指标,研究动态道路交通环境对驾驶疲劳的影响。通过对比分析驾驶员的心率随道路交通环境场景的变化程度和行车速度大小的变化规律,发现道路交通环境变化性的大小会对驾驶疲劳的形成和发展产生影响。因此,合理设计道路交通环境的变化性能够减缓驾驶疲劳,提高道路的安全水平。
为解决无线数据广播系统(RDS)数据通信速率较低,难以满足宽带公路数据服务需求的问题,提出在公路调频广播中利用带内同频(IBOC)技术实现宽带数据服务。通过对带内同频的调频/无线数据广播系统(IBOC-FM/RDS)技术的研究,确定了调频多工高速数据广播系统(FMHDS)副载波的频偏范围,然后应用4次环法原理,对载波分量进行恢复和跟踪,并阐述正交相移键控(QPSK)调制和解调过程,最后在Matlab平台上对QPSK进行调制和解调的仿真,计算了在不同信噪比条件下IBOC-QPSK数字传输方式的误码率,通过大量的试验结果表明,在IBOCDAB中QPSK调制具有较高的抗干扰性和传输的可靠性。在公路调频广播中引入IBOC技术使利用调频系统提供宽带数据通信服务成为可能,这将大大提高公路信息服务能力,应用前景广阔。
为了深入研究三维有限长声屏障的声学特性,采用理论模型预测法,基于声波绕射理论,在二维声屏障声压计算的基础上,考虑声屏障侧面绕射声的影响,给出了三维有限长单侧声屏障、平行声屏障的声压简化算法。为了验证简化算法的正确性,在Virtual.lab软件中利用快速多极边界元方法 (Fast Multipole Boundary Element Method,FMBEM)仿真声屏障的声学性能。通过算例将2种方法进行对比,在20～2 000 Hz频率范围内,计算结果基本吻合,趋势一致,计算单侧声屏障的声压时,平均绝对误差为1.95 dB,平均相对误差为2.98%;计算平行声屏障的声压时,平均绝对误差为2.43 dB,平均相对误差为3.75%,证明了该方法的可行性。简化算法公式简单实用、不需积分、便于计算,在设计声屏障时可减少复杂度,可为三维有限长声屏障的设计提供一定的参考,具有一定的工程价值。
