公路交通科技

2021年, 第38卷, 第8期　刊出日期：2021-08-05
  

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    道路工程
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    混杂纤维增强内养生水泥混凝土力学、收缩及断裂性能研究
    莫石秀, 郭寅川, 覃潇, 杨景玉, 凡俊涛
    2021, 38(8): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.001
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    为明确玄武岩-聚丙烯混杂纤维与超吸水性聚合物（super-absorbent polymer，SAP）内养生剂对水泥混凝土性能的协同增强效果，借助抗压强度试验、弯曲试验、干燥收缩试验及平板塑性开裂试验，研究了混杂纤维掺量对SAP内养生水泥混凝土力学性能、断裂性能及收缩、抗裂性能的影响规律。基于扫描电镜试验，揭示了混杂纤维和SAP对水泥混凝土的增韧阻裂机理。结果表明：混杂纤维的掺入可有效提升水泥混凝土抗压强度和抗弯拉强度；混杂纤维-SAP改性水泥混凝土的断裂能相比SAP改性混凝土提高了105.95%，单位面积总开裂面积降低了73.7%；混合纤维与SAP的加入显著降低了水泥混凝土的收缩率，同时减少了混凝土收缩稳定所需时间；SAP所释放的内养生水分有效促进了胶凝材料的水化反应，而同时混杂纤维可对基体起到增韧作用，二者的有效结合对于增强水泥混凝土的力学性能和抗裂性能具有积极意义。
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    玄武岩纤维-风积沙混凝土抗冲击试验研究
    解国梁, 申向东, 姜伟, 张斌
    2021, 38(8): 9-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.002
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    为了满足道路水泥混凝土承受动荷载的使用需求，纤维提升水泥混凝土的抗冲击能力具有较强的优势。采用玄武岩纤维（BF）增强风积沙混凝土（ASC）的抗冲击性能，研究BF体积掺量对ASC抗冲击性能的影响规律及作用机制。设计了不同体积掺量（0，0.05%，0.1%，0.15%和0.2%）的玄武岩纤维风积沙混凝土，利用自制落锤式装置对其进行抗冲击试验研究，同时采用数理统计模型对抗冲击次数进行拟合及失效概率预测。结果表明：ASC的抗冲击性能指标随BF掺量的增加呈现出开口向下的抛物线变化趋势，BF体积掺量为0.1%时，混凝土的抗冲击性能指标均达到最大，其终裂次数、延性比和韧性系数分别为普通风积沙混凝土的1.75倍，4.41倍和2.75倍；BF对ASC的增强、增韧主要依靠纤维与水泥基体之间的摩擦力和机械咬合力实现，破坏主要是因为BF被拔出及BF与水泥石界面区水化产物脱落；玄武岩纤维风积沙混凝土抗冲击次数服从Weibull双参数分布模型，初裂次数和终裂次数试验数据点基本分布在一条直线上。建立了玄武岩纤维风积沙混凝土不同失效概率下（0.1，0.2和0.3）的抗冲击次数与BF体积掺量之间的函数模型，模型表明玄武岩纤维风积沙混凝土抗冲击次数随着失效概率的增加而增大，随纤维掺量的增加呈先增大后减小。
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    高吸附性石粉含量对水泥砂浆力学性能及微观结构的影响
    刘通, 于本田, 王焕, 谢超, 李盛
    2021, 38(8): 16-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.003
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    为研究高吸附性的花岗斑岩石粉含量对机制砂水泥砂浆性能的影响，对5组不同石粉含量的砂浆流动度、抗折和抗压强度进行了测试，并通过MIP，XRD，SEM试验，研究了不同石粉含量的机制砂水泥砂浆微观结构性能。试验结果表明：对于该高吸附性的花岗斑岩石粉而言，当其含量小于12%时，砂浆和易性随石粉含量的增加而得到改善，砂浆孔隙率随石粉含量的增加而降低，砂浆的强度与微观结构性能随石粉含量增加而提高，并在石粉含量达到12%时强度达到最大；当其含量超过12%后，砂浆需水量较高，和易性变差而密实度降低，砂浆孔隙率增大，且石粉与水化产物的微观结构不利于砂浆强度的发展，砂浆强度随石粉含量的增加而降低。其原因为，当石粉含量不高于12%时，以填充作用、成核作用为主，水化产物和惰性石粉共同填充了砂浆体系的孔隙，砂浆孔隙率随石粉含量的增加而降低，砂浆的强度与微观结构性能随石粉含量增加而提高；但石粉含量超过12%后，"游离"石粉会影响水泥水化产物形态的发展，且其比表面积的影响导致砂浆需水量增大，水泥砂浆和易性变差而不易振捣密实，砂浆孔隙率增大，抗折、抗压强度降低。
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    高速公路路面夜间逐时温度预报方法研究
    林子静, 胡继超, 朱承瑛
    2021, 38(8): 23-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.004
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    为了提高高速公路路面的低温预报预警能力，根据地表能量平衡原理、夜间净辐射及路面热特性参数与高速公路路表温度之间变化的关系，建立了基于当日实时温度等相关气象要素观测信息的路表温度变化预报方程。收集了2016年至2017年江苏省高速公路路面逐小时温度等相关气象观测资料，选取具有代表性的13个站点，应用统计方法确定了模型中路面特性参数B0值，分析其路面温度变化特征，确定了其参数并检验其预报效果。结果表明：反演得到的参数B0值变化范围为3.17~3.67，随路面建筑材质不同而略有差异，同一高速公路路面比较接近；由其得到的模拟值与实测值相关系数高，平均偏差和标准差小，模型效率高。预报值与实测值偏差在1℃以内的超过50%，预报值与实测值偏差在3℃以内的超过90%，说明提出的预报方程具有较好的实用性和较高的预测精度，预报结果可靠，可以用来做高速公路路面温度的预测。
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    CFB粉煤灰路基填料无侧限抗压强度试验研究
    周鑫, 高福宁, 任希庆, 杜菊平, 邓小鹏
    2021, 38(8): 30-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.005
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    CFB粉煤灰是循环流化床锅炉燃煤时产生的主要固体废弃物，由于其煤燃烧的温度远低于传统煤粉炉的燃烧温度，造成CFB粉煤灰的工程力学性能与传统的煤粉炉粉煤灰存在较大差异，造成其在工程应用中受到一定的限制。为了解CFB粉煤灰的工程力学性能，对CFB粉煤灰路基填料的无侧限抗压强度进行了试验研究，探讨了不同压实度的CFB粉煤灰在不同养护条件、不同养护龄期及水作用下的CFB粉煤灰无侧限抗压强度变化规律。结果表明：不同的养护条件对CFB粉煤灰的无侧限抗压强度的增长有影响，自然养护条件下CFB粉煤灰的无侧限抗压强度增长比标准养护下的明显；自然养护条件下，各压实度及各养护龄期下的CFB粉煤灰的无侧限抗压强度均要大于标准养护条件的，且随着压实度的增大和养护龄期的增长，CFB粉煤灰的无侧限抗压强度会增长，但当压实度超过92%，养护龄期达到14 d后，压实度对CFB粉煤灰无侧限抗压强度影响不明显；不同养护条件下，14 d龄期的不同压实度的CFB粉煤灰无侧限抗压强度会基本达到一致（压实度90%的自然养护除外）；养护龄期达到7 d后，各压实度下CFB粉煤灰试样的软化系数均不小于0.75，说明CFB粉煤灰养护7 d后耐水浸能力强，水对CFB粉煤灰路基的无侧限抗压强度影响不明显，因此CFB粉煤灰路基有较好的水稳性能。
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    高速黄土路基涵洞土压力分布特征研究
    李晓旭, 叶海林, 金俊喜, 苏和, 张化杰
    2021, 38(8): 37-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.006
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    为探究高速黄土路基涵洞土压力分布特征，改进高填方涵洞结构设计，以山西省某拱涵为例，采用CANDE-2007有限元软件建立高填方涵洞数值分析模型，以涵洞设涵方式和填土高度为主要影响因素，揭示涵洞垂直土压力及沉降分布特征，分析不同填土高度下涵顶土压力系数变化，比较上埋式和沟埋式两种设涵方式涵洞涵顶土压力随填土高度变化特征，讨论设涵方式及土拱效应对涵洞应力的影响。在拱涵结构上部土体中布置土压力计，记录土体的实测土压力数据，并将数值模拟结果与实测数据结果相互验证。结果表明：涵洞中心与两侧土体的沉降明显不同，导致土拱效应的产生，是影响涵洞顶部垂直土应力变化的重要因素；2种设涵方式涵洞涵顶土压力随填土高度变化均呈线性增长趋势；填土高度大于5 m后，随填土高度增加，上埋式涵洞土压力系数呈现先急剧增加再缓慢降低的变化趋势，涵顶伴随应力集中；而沟埋式涵洞土压力系数随高度增加逐渐降低后趋于稳定，其涵顶所受垂直土压力减小；沟埋式涵洞中心沉降值总是大于同等高度下上埋式涵洞的中心沉降；现场监测与数值模拟对比，实测土压力大于数值模拟结果，工程中涵顶应力集中现象更明显。
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    冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装力学响应
    刘莲娟, 张勐
    2021, 38(8): 44-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.007
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    为研究冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装的力学响应及适合该极端气候下的钢桥面铺装方案，解决冬季极端气候下钢桥面铺装在行车荷载作用下容易产生的开裂问题，利用ABAQUS建立钢桥面三维铺装体系模型，模拟不同铺装层厚度组合和不同工作温度等条件，计算"双层EA"结构和"下层EA+上层SMA"结构的铺装层上表面最大拉应力、最大拉应变、最大竖向位移及层间最大剪应力4个特征力学响应值，分析钢桥面铺装厚度对力学控制指标的影响，探究钢桥面铺装温度对力学控制指标的影响，以此进行冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装的结构组合方案优选。研究结果表明：相同铺装材料下，对比3种厚度组合的桥面铺装层上表面最大拉应力、最大拉应变、最大竖向位移及层间最大剪应力，均为下层2.5 cm+上层3.5 cm>下层3 cm+上层3.5 cm>下层3 cm+上层4 cm；在-45~50℃范围内，随着温度升高，两种铺装结构的铺装层上表面最大拉应力和层间最大剪应力逐渐减小，铺装层上表面最大拉应变、最大竖向位移增大；"双层EA"结构铺装层上表面最大拉力大于"下层EA+上层SMA"结构；"双层EA"结构和"下层EA+上层SMA"结构铺装层上表面最大拉应变、最大竖向位移和层间最大剪应力较为接近；"下层3 cmEA+上层4 cmSMA"的铺装结构能够适应冬季极端气候工况。
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    大温差荒漠区路面拱胀及路基盐分迁移规律研究
    张梦媛, 王选仓, 丁龙亭, 赵伦, 宋亮
    2021, 38(8): 50-58,66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.008
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    为了探究大温差荒漠区路面拱胀与路基内部可溶性盐分毛细迁移作用之间的关系，从而进一步确定路面拱胀病害成因，首先对新疆南部地区拱胀病害典型路段进行了实地调查，通过现场开挖探坑、填料取样试验检测病害路段基层及路基内部盐的种类与含量。然后结合室内模拟试验，深入研究温度梯度和盐分梯度作用下路基填料内部水-盐迁移规律及含水量、颗粒级配、压实度等关键因素对水-盐迁移的影响，得到了各关键因素作用下水-盐迁移特点，并据此提出了阻隔路基内部水-盐迁移的方法。结果表明：拱胀病害产生原因与路基硫酸盐含量过高及道路结构层内部水-盐迁移有关；温度梯度变化对水分盐分重分布影响显著，在土基内部形成明显的"水盐补给过渡区"，而盐分梯度对水盐迁移的影响仅有温度梯度的17.3%；初始含水量及土质类别对表层最终含盐量及含水量的迁移影响显著；初始含水量越大盐分迁移越明显，在表层集聚的含盐量越高；土体颗粒越细，水-盐迁移速度越快，盐分表聚现象越明显；压实度每增加1%，含水率减少0.2%左右，含盐量降低约0.06%；可选取风积沙阻隔路基内部水-盐迁移，厚度宜为40~50 cm，位置在路堤顶面以下30~50 cm。
    • 桥梁工程
  • 桥梁工程
    模糊失效准则下桥梁拉索锈蚀时变可靠性分析
    王天鹏, 张建仁, 王磊, 马亚飞
    2021, 38(8): 59-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.009
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    针对桥梁缆索耐久性问题日益突出的现状，对锈蚀拉索的时变可靠性问题进行了研究。首先，基于不同气候条件下钢丝的腐蚀速率和拉索截面锈蚀扩展规律，由随机过程理论建立了锈蚀拉索的抗力退化模型。针对拉索运营期失效具有模糊性的特点，以安全系数为判据构造了拉索模糊失效的隶属函数，提出了模糊失效准则下拉索锈蚀可靠度分析模型，并采用将服役期离散化的方法简化了时变可靠度的计算问题。通过算例分析了不同腐蚀环境下服役拉索的时变可靠度，并与时不变可靠度以及清晰失效准则下的时变可靠度进行了比较。结果表明：本研究模型能够反映拉索在不同腐蚀环境、不同服役时间内可靠度的变化规律。与清晰失效准则相比，模糊失效准则下时变可靠指标的渐变规律更好，与工程实际更为相符，一定程度上避免了清晰失效准则下安全系数选取困难的情况。拉索服役期的时变可靠指标具有明显的时段区分，当护套完好时，可靠指标下降缓慢，一旦护套破损引发钢丝锈蚀，随着腐蚀环境的不同可靠指标将显著下降。对于护套发生局部破损的拉索，在较恶劣环境中服役寿命仅为8~10 a，由于钢丝锈蚀的不可逆性，避免护套的损伤并加强检测是保证拉索耐久性的关键。
  • 桥梁工程
    基于数值仿真的重力式锚碇承载机制研究
    鲁志强, 陈贺, 张永华, 郑福坤, 乔文号
    2021, 38(8): 67-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.010
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    为了研究悬索桥重力式锚碇承载机制，并保障重力式锚碇承载安全。依托某大桥重力锚工程，在Flac3D软件平台，采用重力式锚碇三维数值加载试验，计算有无齿坎和是否回填等条件对于重力式锚碇承载性能、基底应力变化、位移发展以及塑性区发展的影响，分析齿坎和回填覆土在重力式锚碇承载过程中的作用，结果表明：平底不回填工况的极限承载力约为8P （P代表设计缆力），平底回填工况极限承载力约为12P，齿坎不回填工况极限承载力约为12P，齿坎回填工况极限承载力约为16P。齿坎能够改善锚碇的受力状态，明显提高锚碇的极限承载能力。回填不仅可以提高锚碇的承载性能，还可以有效抑制锚碇位移的发展。重力式锚碇通过齿坎和回填土的约束作用能够充分调动基础和围岩联合承载，安全性能显著提高。平底锚碇主要依靠基底摩擦承载，塑性区仅在锚碇底部发展，最终破坏模式表现为滑移失稳；齿坎锚碇在荷载初期依靠摩擦承载，随着荷载的增加，齿坎调动岩体联合承载的效应逐渐发挥，塑性区的变化表现为荷载初期塑性区在锚碇底部发展，大荷载作用下锚碇齿坎处岩体则开始逐渐进入塑性，最终破坏模式为齿坎附近岩体的剪切破坏和锚碇的倾覆破坏。
  • 桥梁工程
    无背索斜塔斜拉桥的模态分析及1:1内共振研究
    陈双庆, 王树英, 吕文舒, 陈超云
    2021, 38(8): 75-82,100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.011
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    无背索斜塔斜拉桥由于取消了单侧背索，受力性能与传统的直塔斜拉桥有所不同，研究其动力学特性十分重要。以某无背索斜塔斜拉桥为工程背景，建立2种不同的二维有限元模型，通过对比2种模型计算结果，采用不同方法模拟斜拉索对无背索斜塔斜拉桥模态的影响。基于所建立的模型，计算无背索斜塔斜拉桥的频率和振型，并将模型计算出的频率与采用张紧弦理论计算出的频率进行对比，验证了研究结果的正确性。简要介绍采用多尺度法进行无背索斜塔斜拉桥非线性内共振求解的基本理论。采用有限元法对比各阶模态间的频率匹配关系，揭示不同模态间的1：1内共振行为。结果表明：斜拉索的弹性支承作用和索力对全局模态的影响不大；采用多个单元模拟斜拉索可以更准确地反映斜拉桥的动力学特性，两种模型配合使用，可以快速确定各阶模态间的内共振关系；在一定条件下，全局模态与局部模态间会发生1：1内共振，局部模态与局部模态间也会发生1：1内共振，由于无背索斜塔斜拉桥频率的密集性，甚至有可能激起多根索的振动。
  • 桥梁工程
    无切口钢-UHPC组合桥面纵肋-横隔板接头疲劳性能
    向泽, 祝志文
    2021, 38(8): 83-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.012
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    为解决正交异性钢桥面纵肋-横隔板接头疲劳开裂问题，根据正交异性钢桥面构造特点，提出了一种疲劳性能良好的新型无切口正交异性钢-UHPC组合桥面，能简化制造工艺，提高经济性能。基于ANSYS数值分析平台建立双尺度有限元模型，采用欧洲规范疲劳荷载模型III开展纵桥向移动加载，获得了纵肋-横隔板接头在3种典型横向位置下的轮载热点应力响应曲线。结合轮载作用下的应力云图和变形图，揭示了构造细节力学机理，评估了疲劳性能，并探讨了构造参数的影响。应力响应曲线表明：纵肋-横隔板接头在轮载作用下的应力响应以受压为主，局部效应显著，纵桥向应力影响线短，因而可根据轮载应力响应曲线识别轴组中的单轴。应力云图和变形图表明：构造细节在轮载作用下出现了显著应力集中，因新型桥面横隔板截面削弱较小，横隔板侧应力梯度小于纵肋侧。纵肋-横隔板接头应力最大点均不在纵肋正底部位置，而是与纵肋中心线成一定角度。由于纵肋-横隔板接头与面板距离较大，UHPC层和面板厚度对其疲劳性能改善并不明显。增加横隔板厚度能减小横隔板侧应力幅，但会增加纵肋侧应力幅，横隔板厚度可取10 mm。增大纵肋腹部厚度可有效减小纵肋侧应力幅，16 mm的纵肋腹部厚度可使得纵肋-横隔板接头实现无限疲劳寿命。
  • 桥梁工程
    特大悬索桥现场隧道锚塞体的自平衡法承载特性研究
    戴自然, 廖万辉, 周旭, 吴福飞, 杨冬升
    2021, 38(8): 93-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.013
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    为了检验超大吨位、边坡等复杂环境的特大悬索桥隧道锚塞体，自平衡测试方法被用于1：10的现场2个模型隧道锚塞体试验。采用后推法测试技术对开州湖大桥进行试验测试，在模型锚塞体尾端位置安设千斤顶及位移杆（每个模型锚塞体下位移杆2个、上位移杆4个），沿着垂直作用方向加载，测试出模型锚塞体承载力和荷载-位移关系曲线表达式。结果表明：在加载过程中，模型锚塞体及周围岩体无破坏迹象，两个模型锚塞体洞口位置出现轻微裂缝开展，荷载位移曲线为缓变形。随加载时间的延长，锚塞体的位移呈增大的趋势，位移发生在15~45 min，且每级荷载值加载下，其位移最大不超过5 mm。右洞在各级荷载加载下其位移均高于左洞，部分高于5 mm。建议混凝土与岩体间的摩擦系数为0.77和粘聚力为369 kPa。两个模型锚塞体的安全系数分别为5.3（左洞）和5.2（右洞），满足最新《公路悬索桥设计规范》锚塞体抗拔安全系数和围岩稳定安全系数分别不应小于2.0和4.0的要求，为类似桥梁工程的长期安全性评价提供参考。
  • 桥梁工程
    基于FAHP-云模型的PC箱梁桥转体施工风险分析与控制
    裴元江, 史彦伟, 李亚非, 邱澄, 叶亚丽
    2021, 38(8): 101-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.014
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    为预防桥梁施工过程中安全隐患的发生，加强施工风险防控措施，提升风险评估可靠性，结合PC箱梁桥转体施工工序特点及桥梁领域专家专业经验，提出一种融合了优化LEC法的FAHP-云模型风险评估分析方法。依据施工工序，对PC箱梁桥转体施工进行全面风险源辨识，运用层次分析法建立施工风险层次分析模型。基于风险源识别结果，采用模糊层次分析法确定各风险源权重值，为避免多维变量之间的影响，确保各风险源权重值的有效性，利用MATLAB建立基于云模型理论的数模，进一步对所得权重值进行数值模拟。通过观察云图中云滴的离散程度，最终确定风险源有效权重值。将人员伤亡、经济损失、时间损失、社会影响及风险源发生概率5种因素引入传统LEC法，形成优化LEC法。通过优化LEC法确定二级评判计算模型，评定各风险源风险等级。为保证高风险指标的真实性及客观性，将所得风险源等级指标值输入MATLAB逆向云发生器，确定各风险源等级指标期望值。最后，基于模糊综合评判法理论确定整体风险等级，并基于PC箱梁桥转体施工各风险源等级及整体施工风险等级的计算结果，提出相应的风险预控措施，保证桥梁转体施工全过程安全。通过工程实例分析计算，表明了该方法的可行性与有效性。
  • 桥梁工程
    基于拉压杆的独柱墩抗倾覆加固结构及设计方法研究
    周健民, 吴文明, 王辰杰
    2021, 38(8): 110-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.015
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    独柱墩桥梁倾覆过程的最主要表现形式是主梁刚体转动，而汽车荷载偏载产生的倾覆力矩和主梁自重产生的抗倾覆力矩分别是杠杆的动力和阻力。为提高独柱墩桥梁结构的抗倾覆稳定性，确保独柱墩桥梁在运营过程中具有足够的抗倾覆安全储备，避免主梁的横桥向倾覆，使梁体达到静止的平衡状态，抗倾覆力矩应具有足够的抵抗效应。在杠杆原理基础上，提出了基于拉压杆的独柱墩抗倾覆加固新型结构，该新型加固结构是将主梁腹板两侧与桥墩通过钢拉杆连接，当主梁有倾覆的趋势时，产生拉压杆效应，为有倾覆趋势的主梁提供了一个附加的反向力矩，以抵抗主梁的倾覆力矩，同时提高了主梁的抗倾覆能力。基于拉压杆效应的力学原理，在现行规范公式基础上建立了该类结构的抗倾覆稳定系数计算方法。该新型加固结构构造简单、受力明确、加固效果好、设计与施工方便。工程应用实例表明：该加固结构能将桥梁抗倾覆稳定系数提高1.5倍以上，抗倾覆稳定系数大幅增加，加固效果显著；实桥监测期间未见明显位移突变导致支座脱空，左右侧梁体位移并未出现较大的反差，并且呈现一致的变化规律。监测结果也验证了该加固结构的有效性和可行性，该加固结构及其设计方法可为类似桥梁结构加固提供借鉴和参考。
    • 隧道工程
  • 隧道工程
    基于RABT火灾曲线的沉管隧道管壁一维温度场解析
    吴庆良, 吴梦军, 邓小华, 胡学兵, 曹鹏
    2021, 38(8): 116-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.016
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    海底隧道火灾高温会造成混凝土爆裂、力学性能劣化等严重后果，研究管壁结构厚度方向的温度场分布具有重要意义。结合沉管隧道遭受火灾时的实际工况建立了相应的数学模型，采用2次分离变量法求得RABT火灾曲线下的隧道管壁厚度方向的温度场解析解，最后以广东某沉管隧道为例对管壁结构不同位置和不同时间的温度场分布规律进行了探讨。结果表明：火灾高温对沉管管壁的影响深度在20 cm左右，由于混凝土材料的热惰性造成了温度传递的滞后，从而使得沉管管壁上各测点的时间-温度曲线和RABT曲线并不是严格一致，但在关键时间节点处仍有突变，且更靠近管壁受火面位置处的降温速度更快；在火灾恒温阶段时，管壁靠受火面位置处的温度仍然增长，并在95 min时达到最大值，甚至在火灾降温过程中，管壁靠内部位置的温度也一直在增长，并在125 min时达到最大值；降温结束后，管壁内部某些区域的温度呈现内高外低现象，即内部有较高的残余温度，后续仍有可能会对管节造成进一步的损伤。COMSOL数值计算结果与数值模拟结果相吻合，验证了解析解的正确性，能为类似工程提供参考。
  • 隧道工程
    五车道大跨分岔隧道小净距段中夹岩柱支护效果研究
    龚彦峰, 王智勇, 张俊儒, 李树鹏, 张航
    2021, 38(8): 123-133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.017
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    厦门芦澳路与海沧疏港通道交叉处拟建一座地下互通式立交隧道，隧道分岔处由单洞5车道大跨段直接过渡至主洞3车道匝道2车道的小净距段，不设置连拱段，最大开挖跨度30.46 m，最大开挖面积450.41 m2。分岔隧道由大跨段直接过渡到小净距段，交界处中夹岩柱最小厚度仅为1.2 m，中夹岩柱的稳定性是小净距隧道设计与施工的重点与难点。基于以上背景，首先通过三轴压缩试验确定岩石力学指标，并基于Hoek-Brown估算方法得到岩体参数，进一步运用数值计算方法对小净距隧道中夹岩柱的支护效果进行研究。结果表明：①花岗岩试样属于弹脆性岩石，其弹性模量与围压呈正相关；②由于围岩强度较高，预应力对拉锚杆相比较于普通锚杆可以缓解中夹岩柱的应力集中，施工中建议采用低预应力对拉锚杆；③主洞隧道初期支护的左、右拱脚的安全系数最小，说明左右拱脚应力集中较为明显，施工时应加强左右拱脚处支护；④岩石的强度和稳定性与围压关系较大，施工时建议采取主动支护的手段，及时地对隧道以及中夹岩柱进行封闭支护，使得围岩尽快的处于3向受力状态。
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    基于实时多模态时空数据的时空图卷积网络精准鲁棒交通流预测模型
    陈孟, 干可, 李凯, 陈非, 范庸
    2021, 38(8): 134-139,158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.018
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    随着我国城市规模的不断扩张，绕城高速公路被各大城市相继采用，在疏导城市过境交通、缓解市内拥堵、提高通行效率等方面起到积极作用。然而，少有学者针对绕城高速公路开展全面和系统的研究，在其交通流特性、态势评估预测、运营管理措施等方面有着较大的研究空间。传统基于单一或部分数据源进行交通预测受到数据源的限制，在精准度、鲁棒性和实用性上都有待提高。本研究选择成都绕城高速公路（国道G4202）作为试点路段，基于系统视频智能分析平台对车流速进行实时监测，并基于实时多模态时空数据的时空图卷积网络进行精准鲁棒交通预测模型的研究。该方法结合了时空图卷积网络以及卡尔曼滤波（Kalman Filtering）校正相点的未来演化规律，预测模型通过自学习对比实际交通监测数据进行优化，并提供交通预测模型的有效性与可信度评估。实际交通流数据测试结果表明，文中所提出的预测模型与传统预测模型相比具有更高的预测精度，是一种有效的交通流预测方法。
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    突发事故条件下道路交通流早发性失效机理研究
    张锐, 帅斌, 黄文成, 于耀程, 许旻昊
    2021, 38(8): 140-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.019
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    为了探究突发事故条件下道路交通流早发性失效机理，采用尖点突变模型建立了交通流早发性失效分析模型。首先，将尖点突变模型变量与交通流参数一一对应，建立了交通流尖点突变模型与实际道路交通运行状态的映射联系，并针对系统状态控制点在平衡曲面上的运动路径与交通流状态演变过程进行了对应分析。随后，引入分叉系数、包围系数及失效阈值边界3个参数定量描述了分叉集，旨在全面、细致地刻画分叉集的特征，揭示分叉集特征对系统状态控制点运动路径的实际影响。基于实测数据，建立了同一路段上有、无事故2种场景下的交通流尖点突变模型，通过最小二乘法拟合得到模型相关参数，并以此为基础推导计算得到2种场景下分叉集的特征参数。采用定量与定性分析相结合的方式对2种场景下交通流系统的演变进行了对比分析，进而揭示了突发事故条件下交通流早发性失效机理，并提出了相应的早发性失效预测方法。最后，结合2种场景下短时交通流参数时序变化路径进行了验证性分析，证明了所采用方法的可行性及合理性。
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    无人机视频的交通参数提取方法及验证
    刘建蓓, 单东辉, 郭忠印, 骆中斌, 张志伟
    2021, 38(8): 149-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.08.020
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    为了研究无人机监测视频准确提取运动车辆交通参数信息，采用计算机人工智能图像处理技术和实际道路场景验证试验方法，提出一种基于YOLO v3神经网络模型的目标检测和Deep-Sort多目标跟踪算法相结合的运动车辆参数提取方法。为了验证无人机交通参数提取方法的可行性、准确性、可靠性，采用试验路段场景数字化、特征点标记、世界坐标采集的方法，标定世界坐标与图像坐标转换矩阵。采用装载高精度GNSS-RTK定位和车载OBD的试验车辆实时记录车辆微观运动参数（时间、速度、加速度等），对比验证视频提取车辆参数的准确性。共进行7组不同飞行高度（150~350 m）、不同行驶速度（40~90 km/h）验证试验，累计获得70 min试验路段监测视频，2辆试验车共获得5 400帧、1 192个速度验证信息。验证试验结果表明：视频识别算法目标检测精度为90.88%、追踪精度为98.9%，提取的车辆速度参数整体绝对误差在±3 km/h以内、相对误差在2%以内，参数提取整体准确率达98%。验证了无人机视频交通参数提取的可靠性和准确性，为交通管控提供了一种监测方法和数据提取手段，也为交通行为研究提供了数据采集手段。