为研究循环荷载作用引起的软土动力特性变化及由此导致的地基承载力不足等问题,以营口软土为研究对象,通过动三轴试验,研究了动应力幅值、固结围压、固结比、振动频率和振动次数对软土动力特性的影响。试验结果表明:营口软土具有明显的结构性,其动应变-振动次数(εd-lg N)曲线和动骨干曲线存在明显的应变转折点,超过此应变转折点后,土体变形迅速增加;动强度随固结围压的增加而增大,固结比和振动频率对软土动强度的影响却并非简单的一致增大或减小;动弹性模量随固结围压、固结比和振动频率的增加而增大,而动阻尼比则随着固结围压和固结比的增加而减小,随振动频率的增加而增大。
岩土体深层水平位移测试过程中经常面临更换测斜仪的问题,个别情况会产生测试数据不连续的测试间断现象,常规算法不能计算测试间断期的位移增量。依据滑动式测斜仪的测试原理和应用条件提出了新的测斜数据算法,即相邻测量的逐点增量对接法和单次测量的绝对位移法。相邻测量的逐点增量对接法是根据测试间断期先后2次来自不同仪器的测试数据来计算间断期的位移增量,原理简单,操作方便;单次测量的绝对位移法是仅根据间断期后单次测量数据算得间断期末不同深度的累计位移,无需间断期前的测量数据。工程实例应用表明:2种方法均能实现测试间断期的位移增量求解,二者的计算结果一致。
建立了能够考虑路面、路基和地基相互作用的弹塑性有限元整体分析模型,通过路面结构在工后差异沉降下的力学响应分析,提出了高速公路双侧拓宽工程差异沉降控制标准,分析了差异沉降曲线形态、面层和基层厚度对差异沉降控制标准的影响。研究表明:差异沉降曲线呈马鞍形分布时,拓宽路基差异沉降控制标准为工后变坡率不超过0.3%;差异沉降曲线呈倒钟形分布时,拓宽路基差异沉降控制标准为工后变坡率不超过0.45%。差异沉降控制标准随面层或基层厚度的增加而减小,保持面层与基层厚度之和不变条件下增加面层或基层厚度,差异沉降控制标准数值不变。
针对路面裂缝图像识别结果容易存在孤立噪声和断续边缘的情况,提出了基于像素-裂缝子块双层连通性检测的图像自动识别算法,主要有4个部分:(1)基于自适应灰度拉伸的图像增强算法;(2)基于自适应大津法和八方向Sobel梯度信息的组合分割算法;(3)基于连通性检测的二值图像去噪算法;(4)32×32裂缝子块识别和优化连接算法。然后,对5张3056×2048的路面破损图片进行裂缝识别,结果显示,该算法从像素和裂缝子块这2个层次进行连通性增强处理,可获得完整而连续的裂缝图像。最后,针对10张512×512的路面破损图片,对全局OTSU分割、八方向Sobel检测、Canny检测和本文算法进行测试,各算法综合性能指标F1值依次为62.46%、23.84%、10.45%和88.30%,准确率依次为83.45%,27.82%,17.83%和86.60%,召回率依次为56.89%,21.83%,8.89%和90.68%,体现了本文算法的优越性。
结合潭耒高速公路旧水泥混凝土路面提质改造工程,针对目前国内常用的CRC+AC复合式结构加铺、直接加铺沥青面层以及碎石化加铺沥青层3种加铺方案,探讨现行规范的旧路加铺层设计方法,指出其存在的不足并提出改进措施。研究结果表明:CRC+AC加铺结构综合应力与普通混凝土板有很大不同,应针对这种结构确定更为明确的设计方法;直接加铺沥青层路面温度应力计算中可通过matlab软件回归延伸曲线,拓宽系数ζ’a图,加铺层设计引入满足防止荷载型及温度型反射裂缝要求的设计标准具有重要意义;碎石化沥青加铺层结构按半无限地基上的弹性层状体系理论方法设计得到的加铺层厚度初期实测弯沉代表值不能满足要求。
设计了一种沥青混合料动静态渗透试验系统,测量了40~350 kPa压力作用下沥青混合料的渗透系数和透水量,并分析了沥青混合料试件的空隙率与渗透系数的关系。研究结果表明:设计的沥青混合料动静态渗透试验系统可以测量较高水压力下沥青混合料的渗透性能;随着水头差(水压力)的变大,2种混合料渗透系数不断减小,但沥青混合料的透水量随着水压力的变大接近线性增加;各级动态水压力作用下沥青混合料的透水量远小于静态水压力作用下的透水量;对于SMA-13混合料,其动态透水量只达到同级水压力时静态的50%~75%;对于AC-20混合料,其动态透水量是同级静态的48%~56%;在1 Hz、10 Hz 2种频率作用下,其渗透性能变化很小;沥青混合料的渗透性能对水压力的变化频率不敏感,对水压力的峰值敏感。
通过模拟北方地区季节温差规律,针对3种不同级配的沥青混凝土,在清水和氯化钠饱和溶液中,进行冻融条件下沥青混凝土疲劳性能研究;分析疲劳破坏的作用机理,确定影响沥青路面疲劳性能的主要因素;综合评价级配、盐分腐蚀对疲劳性能的影响,为提高沥青路面的使用年限和耐久性提供理论依据。试验结果表明,在-18~60℃冻融循环作用下,随着冻融次数的增加,沥青混凝土疲劳寿命总体逐渐下降;在相同冻融条件下,3种不同级配的沥青混凝土疲劳寿命大小顺序为:AC-13、AC-16、AC-20;2种不同溶液中的沥青混凝土疲劳寿命,清水中的大于氯化钠饱和溶液中的。
采用斜剪试验方法评价水泥混凝土桥面与沥青混凝土层间抗剪强度。针对影响层间抗剪强度的几个因素,重点探讨了沥青混合料类型、沥青混合料压实度和黏层材料的黏度及洒铺量对其的影响。试验结果表明:当沥青混合料构造深度水平相当时,层间抗剪强度将随公称最大粒径的增加而增加;但对于公称粒径相同的2种小粒径沥青混合料,悬浮-密实型的沥青混合料的层间抗剪强度更大;层间抗剪强度随沥青混合料压实度的增加而增加;对于不同胶粉含量的橡胶沥青黏层,层间抗剪强度将随橡胶沥青黏度的增加呈现抛物线趋势。
蝶形拱桥造型独特其主梁部分的非线性行为规律相对其他拱桥较为难掌握,传统未充分考虑非线性影响的设计方法已不再适用。在自编程序的基础上,全面分析了各种非线性因素下蝶形拱桥主梁部分的非线性行为并研究了外倾角、矢跨比、含钢率等设计参数的影响及规律。结果表明:拱肋单元的梁柱效应对主梁弯矩的影响是不利的,而主梁单元的梁柱效应能够有效地抵消这种不利影响;主梁弯矩的非线性行为规律相对挠度更加复杂;未加载侧边梁的影响系数受偏载距离的影响较大;各梁跨中挠度和弯矩的影响系数均随主拱肋外倾角的增大而增大;主拱肋含钢率和索拱平面间夹角对主梁非线性行为的影响可以忽略。
箱梁桥拓宽设计时,新旧桥基础差异沉降引起的刚接翼缘板内力是新板设计和旧板验算的前提。为研究该项内力的简化算法,以某连续箱梁桥拓宽工程为例,基于变形协调原理分析了新桥基础不均匀沉降全部工况下刚接翼缘板的变形,按上拱和下挠2种情况分别比较得到刚接翼缘板横向两侧相对位移的最大值,并偏安全地将其简化。以简化值为荷载,结合梁模式,针对桥梁纵向不同位置分别提出了沉降引起的刚接翼缘板内力的简化算法。最后将荷载简化值和简化算法的内力与三维实体有限元法的计算结果进行对比,验证了简化算法的可行性和计算精度。
基于安装在104国道绍兴段钟家湾立交桥的WIM系统采集为期1个月的车辆荷载数据,分析了不同类型车辆实际载重质量分布,根据影响线加载原理计算了WIM系统记录的每辆车作用下简支梁跨中最大弯矩及支点最大剪力效应值,分析了实际交通车辆荷载作用下跨径为6~50 m的12种简支梁桥结构内力分布规律,并与现行桥梁设计规范中汽车荷载对应的效应值进行了对比。最终结果发现:针对于该路段的实际车辆荷载,简支梁桥跨径越小,实际车辆荷载效应超越现行规范荷载效应的车辆数目越多。
以某隧道V级围岩试验段为工程背景,采用现场测试和数值分析手段,对比支护形式进行基于黏弹塑性的三维变形、受力分析,获取了锚杆、喷射混凝土及钢支撑等初期支护结构的受力特征以及围岩变形规律。分析表明:在云母片岩地层隧道中,大变形主要表现为剪切破坏特征,3种支护形式对围岩的变形都有一定控制作用,但顶部系统锚杆对控制塑性区的影响作用甚微;锚杆及其他初期支护受力最大的区域均位于边墙下部和拱脚位置,提高喷层厚度和钢架刚度能减缓变形速率,但过大的刚度也使得结构内力大大增加。因此,为控制云母片岩隧道过度变形,应增强边墙与锁脚锚杆以提高初期支护成环效应,适当的提高钢架的刚度,必要时提前施作二次衬砌。
针对无自稳能力及基本自稳的2类软弱地层,分别选用安全系数和地表沉降作为评价指标,采用考虑流固耦合的数值方法对加固范围及强度参数进行分析,同时根据不同埋深隧道的破坏模式,对横向加固范围进行探讨。研究表明,加固圈的厚度及强度需同时满足一定条件方可取得较理想的效果,对于非自稳地层,加固厚度以2~2.5 m为宜,加固圈强度提升至原地层的6倍可基本保证地层自稳;对于基本稳定地层,加固圈厚度以1.5~2 m为宜,加固圈强度提升至原地层的5倍为宜;最后通过计算验证了根据地层破坏机理提出的加固范围。
考虑非偏压和偏压2种情况,根据泰沙基法采用的破坏模式、《公路隧道设计规范》采用的破坏模式以及实际的工程经验,针对浅埋隧道构建了一种更接近于实际情况、更加合理的、新的破坏模式;采用极限分析上限法推导出这种新破坏模式下浅埋隧道围岩压力的理论公式,并把理论公式转化成一个求围岩压力最大值问题的计算模型;结合算例,利用Matlab软件,采用序列二次规划算法对计算模型进行优化求解,并把优化解与已有的研究成果及基于极限平衡法计算得到的结果进行对比分析。研究结果表明:针对浅埋隧道,基于这种新的破坏模式采用极限分析上限法所得到的结果与已有的研究成果及基于极限平衡法计算得到的结果基本一致。不仅说明了运用极限分析上限法来研究浅埋隧道围岩压力的可行性,也验证了浅埋非偏压隧道和浅埋偏压隧道新破坏模式的合理性。
基于隧道上方存在充水溶洞时容易对开挖造成很高的风险性,因此要预留一定的安全岩墙确保施工安全。通过数值模拟对比分析了隧道顶部正侧和上方侧向存在充水溶洞时对隧道开挖围岩稳定性的影响,计算结果表明:在自重应力作用下,隧道开挖后塑性区与充水溶洞塑性区贯通后易造成隧道涌水塌方;当隧道顶部和侧向存在充水溶洞时,如果洞径比小于1.0,建议安全岩墙的厚度应分别至少预留0.8倍隧道洞径和1.0倍隧道洞径;而洞径比大于1.0时,则安全岩墙厚度应分别至少大于1.0倍隧道洞径和1.2倍隧道洞径。
针对出行者出行时对交通信息预报以及动态路径规划的要求,对路段的历史交通流时间序列数据进行了研究,利用城市路段交通流的周期相似性特征提出了基于纵横序列相似性的短期交通流预测VHSSA模型,该模型克服了以往预测模型只考虑纵向时间序列周期性相似的缺陷,将全时间序列数据进行小波变换后分解为反映基本变化规律的基序列和反映波动变化情况的波动序列,既可只进行基序列预测,也可通过置信区间对波动序列进行修正,再与基序列叠加进行全序列预测。经试例验证,VHSSA模型和基于纵向序列相似性的VSSA模型分别与实测序列的基序列和全序列进行比对,VHSSA模型的预测效果总体优于VSSA模型,误差可满足实际要求。
针对自动跟随车辆间信息传输存在无线网络量化误差的情况,研究了车辆跟随系统的纵向控制问题。假定每个跟随车辆能够通过无线网络获得相邻车辆及领头车辆的状态信息,并且信息在对数量化器传输下存在量化误差。基于车辆非线性纵向动力学耦合模型和车辆固定间隔跟随策略,应用向量Lyapunov函数方法得出的指数稳定性判据,将量化误差处理为系统状态的不确定性,给出补偿量化误差的滑模控制律,并设计满足系统群稳定性的控制器参数。仿真结果表明:相较于不考虑量化误差的控制器,本控制器能够显著提高车辆跟随误差的收敛速度,确保了自动车辆纵向跟随系统的稳定性。
采用30组高速公路实测数据,对常见的车头时距分布函数进行验证。为明确其适用性,分析了分布函数的特征,并提出选择策略。研究结果表明负指数分布能较好地反映车辆到达的随机性,且较为简单,当车道交通量小于250 veh/h时优先选用。移位负指数分布通过最小车头时距的合理取值减小了拟合误差,而爱尔朗分布的阶数必须取整数,扩大了误差,当交通量位于250~750 veh/h时,应优先选用前者。M3分布主要用于拟合交通量大于750 veh/h且车队现象比较明显的交通流,根据线性回归得到的自由车比例α与交通量的函数关系,规定α应小于0.9。改进的M3分布适用性很广,但参数取值比较困难,可作为其他分布函数的有益补充。
为客观准确地对城市公交线路的运营状况进行评价,在现有研究的基础上,将多元统计学中的因子分析法应用于该评价当中,旨在将原本结构复杂且变量较多的评价指标体系进行降维处理,使评价过程简单化、客观化。运用此方法对哈尔滨市21条公交线路的运营状况进行了评价,结果表明:该方法可以将原本建立的指标体系中的18个基本指标进行分类降维,得到6个隐含的指标变量,将其分别命名为线网技术、运营成本、运营效果、运营质量、服务水平以和运营能力;并通过计算该6个隐含指标的得分和隐含指标所构成的综合得分,准确、客观地对公交线路的运营状况做出评价,为改善城市公交线路的运营状况提供了依据。
