2022年, 第39卷, 第10期　刊出日期：2022-10-05

  

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  基于改进两步式卷积神经网络的沥青路面裂缝识别方法

  章天杰, 王洋洋, 韩海航, 罗雪

  2022, 39(10): 1-8,58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.001

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  为实现沥青路面裂缝长度和面积等几何信息的智能提取,提出了一种基于改进两步式卷积神经网络的沥青路面裂缝几何信息提取法。在完成数据的采集后,第1步主要通过人工筛选出失真图像、无病害图像和可能存在病害图像各600张,训练基于卷积注意力模块改进的图像分类算法ResNet50,以此作为本模型的清洗算法,完成对410 000张原始路面图像的清洗工作,筛除其中的失真图像和无病害图像,构建裂缝病害图像数据集;第2步基于卷积注意力模块对图像语义分割算法U-Net进行改进,使用上一步筛选的数据进行训练与测试,训练集与测试集的样本比例为10∶1,以此实现裂缝图像的分割,并对裂缝的长度和面积进行提取。试验结果表明,本研究提出的改进ResNet50算法对于总体样本清洗结果的精确率、召回率和F₁值均已超过95%,其中F₁值已经达到了96.8%;两步式沥青路面裂缝几何信息提取法的均交并比为0.496 7,其中横向裂缝、纵向裂缝、龟裂、块状裂缝的交并比分别为0.495 1,0.546 7,0.608 5和0.336 6;在裂缝长度信息提取上,横向裂缝的误差为12.18%,纵向裂缝的误差仅为3.88%;在裂缝面积的信息提取中,横向裂缝、纵向裂缝、龟裂、块状裂缝的误差分别为0.58%,12.14%,12.27%,11.44%。
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  不粘轮乳化沥青的制备及其性能评价

  王佳, 蒲昌瑜, 吴迪

  2022, 39(10): 9-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.002

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  现有乳化沥青存在粘附施工车辆轮胎,导致层间粘结作用失效的缺陷。从提高乳化沥青蒸发残留物软化点出发,采用不同的基质沥青、改性剂及改性剂剂量制备了不粘轮乳化沥青。根据黏度-温度曲线,对加热温度等工艺参数进行了优化。结合乳化沥青标准黏度、储存稳定性及其蒸发残留物针入度等技术指标,分析了不粘轮乳化沥青的技术性质。通过粘轮性能试验检验了不粘轮乳化沥青的粘轮性能。相比普通乳化沥青和市场在售的SBR改性乳化沥青,在60 ℃条件下,其不粘轮效果显著,具有良好的工程实际应用价值。通过层间剪切与拉拔试验对3种乳化沥青层间粘结性能进行研究,分析了不同温度对乳化沥青粘结性能的影响程度。结果表明:在高温和室温环境下,不粘轮乳化沥青的拉拔强度和剪切强度均好于普通乳化沥青和SBR改性乳化沥青,不粘轮乳化沥青层间粘结强度更高,并且温度敏感性弱,稳定性较好,其层间粘结性能不会随温度变化有较大的波动,能够更好地适应不同温度的施工条件; 不粘轮乳化沥青各项指标满足规范使用要求; 不粘轮乳化沥青的总成本要略高于普通乳化沥青,但是不粘轮乳化沥青可以延长道路使用寿命,降低维修养护频率,达到节约石料和沥青,综合降低工程造价的目的,具有更好的性价比。
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  基于室内轮胎加速下落法的排水沥青路面降噪吸声性能研究

  麦剑, 孟宪东, 李力豪, 赵立东, 何杰忠

  2022, 39(10): 17-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.003

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  为研究排水沥青路面——PAC路面的降噪吸声性能,采用改进的室内轮胎加速下落法进行室内噪声测试,对比分析了常规AC路面、单层和双层PAC路面降噪吸声效果的差异,并进一步采用驻波管法测试了单层及双层PAC路面的吸声系数,利用声音的驻波干涉原理描述了排水沥青路面的吸声特性,重点分析了空隙率对PAC路面吸声系数的影响,建立了空隙参数与吸声系数之间的数据模型。结果表明:(1)采用改进的室内轮胎加速下落法,在3种距离条件下使用声级计测定的噪声的A计权声压级和1/3倍频程频谱,显示排水沥青路面的噪声值较普通AC路面降低2~5 dB(A),降噪能力随声源距离的增加而衰减,随空隙率增大而提高。(2)采用驻波管双传递函数法测定的排水沥青路面试件吸声系数曲线,显示PAC路面试件的平均吸声系数均随空隙率的衰减而减小,单层PAC路面的吸声系数曲线呈现"单峰型",单层4 cm厚PAC路面与10 cm厚PAC路面的吸声峰频率分别在1 100 Hz和800 Hz附近。两种试件的吸声峰对应频率均处于交通噪声的常见频率范围内,对缓解交通噪声有益。(3)运用CT扫描和三维重构软件得到的PAC路面试件空隙参数所建立的吸声系数预测模型计算所得的吸声系数与驻波管法实测值具有较高的相关性,验证了吸声系数模型预测排水沥青路面吸声特性的准确性。
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  降雨入渗路基边坡含水率变化分析

  潘威, 岳建伟

  2022, 39(10): 25-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.004

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  降雨对黄土路基的影响与雨水的入渗深度密切相关,掌握雨水入渗深度和路基内部含水率的分布是分析降雨对路基稳定性影响的关键。基于土壤入渗的Richards偏微分方程,结合降雨路基水平入渗条件,建立了降雨入渗下路基的偏微分方程。基于泛函极值问题和变分法原理,显式地求解出路基中水分入渗过程微分方程的解,对不同降雨条件下黄土路基边坡的含水率变化进行了分析,并结合了不同含水率路基土试验结果的拟合方程。对一次降雨和连续降雨作用下,雨水入渗过程中路基上、中、下各部位含水率、黏聚力、内摩擦角的变化规律进行了分析。结果表明:路基水平体积含水率分布与位置距离和湿润峰距离密切相关;路基边坡内的含水率与垂直边坡路基深度呈非线性递减,内体积含水率在湿润峰处趋于稳定;路基上、中、下各部位的含水率变化规律不同,下部湿润峰最大,降雨入渗最深,影响最大,而上部最小;连续降雨与一次降雨含水率变化规律相同,但湿润峰的大小有所不同,路基的含水率并没有随着降雨的连续作用呈线性增加;随着降雨入渗的增加,路基含水率呈非线性降低,而黏聚力和内摩擦角均与含水率呈指数关系,当毛细作用力逐渐与渗透阻力达到平衡时,曲线出现突然增加的拐点。
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  基于联合灰色关联分析的土质边坡稳定性预测

  刘栗昊, 缪林昌

  2022, 39(10): 32-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.005

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  为了消除公路边坡稳定性预测中主观因素导致的偏差,提出联合ABAQUS软件模拟分析与灰色关联分析确定影响边坡稳定性因素来预测土质边坡稳定性的方法。首先,依据实测数据选取黏聚力、内摩擦角、重度、坡角、孔隙水压力系数及坡高等6项指标建立ABAQUS有限元模型,并结合有限元强度折减法计算各工况下边坡的安全系数。然后通过改进的灰关联分析结合判断矩阵确定了影响土质边坡稳定性的各因素权重。最后再次运用灰色关联分析结合各影响因素权重计算出灰色关联度,从而确定已知边坡与未知边坡的相似度,对未知边坡进行预测。数值模拟结果表明: 利用改进后的灰色关联分析结合判断矩阵可以客观地确定各因素影响边坡稳定的权重,其中内摩擦角、黏聚力两项指标权重远超其他指标,边坡的坡角角度和边坡高度两项几何参数权重稍小,土体重度以及孔隙水压力系数的影响权重最小。实例分析表明: 改进后的联合灰色关联分析对边坡的评价结果与实际情况完全一致,且求得的灰色关联度均大于0.8,证明该方法准确有效; 联合灰色关联分析法考虑了不同影响因素对边坡稳定性的权重指标,同时剔除了传统权重确定方法中人为因素的干扰,提高了计算的准确性。联合灰色关联分析可以在实际工程中利用贫乏的信息对未知边坡进行准确预测,且计算简便,易于推广。
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  基于探地雷达和位移反分析的灰岩边坡稳定性数值模拟

  温世儒, 吴霞

  2022, 39(10): 40-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.006

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  灰岩边坡的整体溶蚀性和风化性具有显著的时空变异性,依据常规规范难以准确有效地获取完整边坡的力学参数,从而导致数值模拟计算结果的可靠性被弱化乃至完全失效,难以为现场施工提供有效的参考信息,对此提出了一种基于探地雷达和位移反分析的边坡力学参数获取方法。以广西宜州-河池高速公路No.2标段某灰岩边坡为依托,采用探地雷达对边坡内部的富水性和破碎性进行了探测并据此将边坡划分为不同级别的单元块,然后在非空腔单元块上安装位移计用于测定单元块的位移值,并据此采用BMP90位移反分析法获取了不同单元块的弹性模量、泊松比和黏聚力等力学参数;基于MIDAS-GTS有限元数值模拟软件建立了完整边坡的网格模型,并分别采用反分析所得不同单元块的力学参数及规范整体赋值对边坡的下滑位移值进行了计算。为了对下滑位移值的数值模拟计算结果进行对比验证,在现场开展了位移同步监测。经与同步现场位移监控量测结果进行对比发现:基于边坡单元块划分及其反分析结果所得数值模拟计算值与监测值较为接近,说明与笼统地根据规范对完整边坡的力学参数进行赋值相比,由该方法所得力学参数与边坡真实值更加吻合。研究内容能为溶蚀地区灰岩边坡的稳定性数值模拟分析提供相关参考。
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  大型空间异形钢塔斜拉桥拉索张拉控制

  李鹏飞, 王石磊, 魏思聪, 李毅, 罗吉庆

  2022, 39(10): 49-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.007

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  为了提出一种适用于斜拉桥拉索张拉力达到预期目标的张拉控制方法,以北京某异形钢塔斜拉桥为依托工程,应用有限元数值分析方法,建立了全桥数值仿真计算模型、施工阶段模拟架设步序。将成桥设计索力设置为拉索初张力,获取最终成桥状态,以此为基础计算各拉索无应力索长、调整索力。考虑索塔偏位和活载预拱度计算了无应力状态下索长,在初次张拉过程中基于锚头拔出量进行控制,并获取了频率与索力的线性标定公式。结合初次张拉索力偏差分析,通过对非施调索调幅进行锁定,基于索力整体影响矩阵和二次型规划优化方法计算了施调索调幅,并建立了调幅与锚头拔出量修正值转换关系,采取修改无应力索长方式实现了二次调索。结果表明:索塔偏位及车道荷载预拱度是影响拉索无应力长度计算的主要因素;实测频率线性标定已知索力能够满足拉索张拉控制需求,索力识别精度在5%左右,因此,拉索索力识别应充分重视频率线性标定常数项的影响。进一步基于拉索整体影响矩阵和锁定非施调索调整空间的二次型规划法优化了索力调整模型,一方面避免了针对施调索构建影响矩阵的繁琐;另一方面模型兼顾了施调索对自身之外的其他拉索索力的影响,具有实施简洁、分析全面的优点。
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  桥梁工程

  桥梁板式橡胶支座典型病害下的力学性能研究

  高小妮, 沈理斌, 沈健聪

  2022, 39(10): 59-63,74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.008

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  为了探讨桥梁板式橡胶支座在典型病害下的力学性能变化程度,通过调查目前桥梁板式橡胶支座使用情况及橡胶支座病害情况,统计分析了调研路段中小跨径桥梁近16万个支座病害类型情况,包括老化开裂、不均匀外鼓、竖向压缩超限、剪切变形超限、偏位和移位、脱空和偏压、滑板磨损及不锈钢板脱落等。针对调研支座中所占比例较大的两种常见的病害即支座脱空与剪切变形,开展了数值模拟分析研究。利用大型有限元分析软件建立两种支座典型病害平面模型,结合现行规范要求,施加10 MPa分级荷载。通过改变支座脱空面积和剪切角度,模拟支座在桥梁运营中的使用状态,进而对支座在不同病害程度下的力学性能进行了对比分析,建立了支座性能随着支座病害的变化曲线。结果表明:当支座脱空程度很小即支座发生脱空后,支座的压缩变形将超过支座允许压缩变形;当支座脱空率大于20%时,支座中钢板层内最大应力不满足现行规范要求,支座脱空对支座性能影响非常大;当板式橡胶支座剪切变形大于0.7时,支座加劲钢板最大应力大于钢材屈服强度325 MPa,支座可能产生不可恢复的剪切塑性变形。
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  桥梁工程

  考虑摩擦耗能的桥梁盆式橡胶支座三维有限单元构建

  魏思聪, 李鹏飞, 董振华, 梅波, 罗吉庆

  2022, 39(10): 64-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.009

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  为了方便、快捷和准确地在桥梁有限元建模中考虑支座摩擦的影响,完善桥梁动力数值分析方法,增进对桥梁动力特性的认识,更好地模拟实际条件下桥梁动力响应,同时,为了得到实际工况下支座摩擦的响应,增进对支座的损耗、劣化机理的认识,合理估计支座寿命及维护周期,改进支座设计和使用方法,基于Bouc-Wen滞回模型和以往对钢-聚四氟乙烯 (PTFE) 界面摩擦机理的研究及相关摩擦试验数据,对动力条件下盆式橡胶支座的滑动摩擦进行了分析。通过拓展Bouc-Wen滞回模型应用范围,构建了一套完整描述桥梁盆式橡胶支座任意方向滑动摩擦的数学模型,给出了该数学模型的显式和隐式数值解法。基于该数学模型,开发了一种适用于桥梁有限元动力分析的桥梁盆式橡胶支座三维2节点有限单元,该有限单元各项工作性能符合理论预期。参照以往试验,设置有限单元参数进行了动力摩擦计算。结果表明:试验参数设置准确时,采用支座有限单元计算的支座摩擦动力响应与理论预期和相关试验数据吻合较好,且该单元的工作性能满足桥梁结构动力分析要求,适用性较好。
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  全寿命(耐久型)盆式球钢支座抗震性能有限元分析

  江志刚, 赵莺菲, 赵全胜, 李旭东

  2022, 39(10): 75-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.010

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  以桥梁全寿命盆式球钢支座为研究对象,研究其在受水平荷载影响时,结构的受力机理和抗震性能,旨在解决桥梁服役期支座的更换问题。以控制变量分析法为基本逻辑,运用有限元分析法进行了分层次、分阶段的模拟探究。在模型搭建上采用ANSYS和ABAQUS分析软件,并渐进性地研究了模型在水平荷载下的受力情况。使用ANSYS建立了桥梁全寿命盆式球钢支座模型,分析了结构在单调载荷和循环载荷下的受力情况,得到了结构变形和应力发展情况,确定了结构在水平荷载下受力的薄弱部位。基于ABAQUS建立了支座局部细化模型,从载荷方式和锚固保护层厚度入手,研究了支座在水平荷载下的破坏模式、承载力、抗震耗能性。对不同锚固保护层厚度的有限元模型进行了模拟分析。结果表明:整个模型受力性能良好,荷载-变形曲线呈线性发展,下座板四角支撑螺栓位置出现了明显的应力集中现象,明确了支座抗震性能的弱节点位置,验证了支座弱节点位置的最终破坏模式均表现为螺栓破坏; 随着保护层厚度的增加,支座的水平承载能力明显提高,但增速略有放缓,结构抗震耗能性以保护层厚度50 mm为界呈现先减小后增大的趋势,至80 mm后趋于稳定,建议全寿命盆式球钢支座锚固保护层厚度设置在50~80 mm范围内,循环加载后支座水平承载力比单调加载后低,抗震设计中同样应予以考虑。
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  悬吊支架法施工钢混组合梁的力学行为研究

  管弦, 唐国华

  2022, 39(10): 84-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.011

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  通过三维有限元模型采用悬吊支架法进行了钢混组合梁施工过程的仿真模拟,分析了悬吊支架自重、风荷载、悬吊点纵向间距、混凝土桥面板厚度、桥面混凝土浇注过程及悬吊支架拆除等多因素对钢主梁及其组合梁力学性能的影响,揭示了钢混组合梁在悬吊支架法施工过程中的力学行为。结果表明:钢主梁的正应力和位移均随着悬吊支架的重量增加而增加且对增幅影响都相对较大;施工过程中的风荷载会对钢主梁产生较大的横向位移,应在荷载组合分析中考虑横风荷载且采取必要措施来限制桥面板浇注过程中钢主梁的横向位移;钢主梁的位移和应力会随着悬吊点的纵向距离的变化而呈现出抛物线形变化,故悬吊点纵向距离的最佳取值推荐为4 m;钢主梁的跨中最大位移和应力值随着桥面板板厚的增大而增大,且桥面板的质量在整个系统受力中占据了主要的地位; 悬吊支架法浇注桥面板过程中钢主梁的应力和变形都随着桥面板混凝土施工阶段的进行而增加,为确保桥梁的各阶段线形和理论相符,应在施工过程中根据在每个浇注阶段施工后引起的钢主梁竖向位移变形对各个截面的设计标高进行预抬高。另外,钢混组合梁预拱度设置时必须充分考虑由于悬吊支架拆除而引起的钢主梁向上回弹因素。
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  软基高填土路基桥台墩柱倾斜病害及处置方法研究

  汪永林, 唐忠林, 吴星锌, 赵靖杰, 宋春霞

  2022, 39(10): 91-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.012

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  云南某高速公路匝道桥位于软基之上,施工过程中台后路基填筑造成桥台前倾,墩柱发生倾斜,桥台和墩柱上支产生大位移滑动。为了准确分析病害产生原因和桩基病害程度并提出合理的处置措施,首先对该桥桥台变位、桥面沉降和桥台附近土体深层水平位移进行了为期1年的监测,通过对监测结果进行分析可知,墩柱变位趋于稳定,桥面未发生明显沉降,但桥台后软基层土体侧向蠕变仍在缓慢增加。为了对该桥桩基病害程度进行有效评估及为后续加固处置提供依据,对该桥下部结构及基础进行了有限元分析,建立了桩土及墩柱模型,逐工况模拟了建桥过程、台后填土作用及成桥后受力情况,全面分析了该桥现有状态下应力及变形状态。通过墩台顶实测及计算变位值对比,验证了计算模型和合理性。通过分析结果可知,在既有病害情况下,桥台及墩柱桩基应力超限,桩身开裂风险较大。鉴于此,对该桥进行了桥台搭板打孔注浆,台后下沉严重区注浆并设置抗滑桩,上设混凝土板,台背处安装限位装置等措施,以降低台后填土对桥台的作用力,防止病害进一步发展。由于软土地基中路基填筑造成的桥梁墩台病害较多,应对软土中路基与桥梁结合地带进行合理的设计,填土施工进行规范,降低软土区太厚填土对桥台及墩柱的不利影响。
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  桥梁工程

  沿海开阔地区桥址风速空间分布规律研究

  孟园英, 王俊, 李加武

  2022, 39(10): 99-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.013

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  确定沿海开阔地区桥址处的合理设计风速,对大跨径桥梁抗风性能的研究至关重要。以广东省佛山市境内的洪奇门特大桥为工程背景,首先,以桥梁主跨中心位置为圆心,设计了几何缩尺比为1∶500的桥址处地形模型,模拟了方圆1 km范围内的地形、植被和建筑。接着,通过地形模型风洞试验研究了沿海开阔地区桥址处的风速分布规律。然后,偏保守地选取跨中测点为研究对象,以不同来流方向的地表粗糙度系数的平均值为修正参数,对规范法和加权平均法的设计风速值进行了修正。最后,首次提出了地貌分块的概念并给出实际分析步骤。根据地貌面积权重和测点相对位置权重,定量研究了非均匀局部地貌和相对位置对地表粗糙度系数的影响。结果表明:在沿海开阔地区,不同风向的风速剖面与规范推荐的幂指数规律吻合较好,拟合试验数据得到的地表粗糙度系数分布较为集中,相关性较强,且大部分工况的地表粗糙度系数不超过《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01—2018)中B类地表粗糙度系数,说明来流风向和测点位置对风速剖面发展的影响较小;修正后的风速结果相较于常规方法获取的风速值提高了1.7%,并给出桥址处设计风速建议值;地貌权重比位置权重高16%。研究结果有利于细化沿海开阔地区地表粗糙度的合理取值。
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  流动海水环境下沉管隧道钢壳外壁冲刷腐蚀规律研究

  曹健, 黄慧媛, 毛燕, 宋神友, 韩子阳

  2022, 39(10): 107-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.014

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  沉管隧道钢壳外壁处于复杂腐蚀环境中,形成了复杂体系的电化学腐蚀发生发展规律,其中流动海水冲刷引起的加速腐蚀效应十分明显。首先以深中通道沉管隧道外壳Q390C钢板为对象,分别考虑静止和流动海水2类腐蚀环境的影响,开展了无涂层无阴极保护、有涂层无阴极保护及有涂层有阴极保护下钢板腐蚀性能试验研究,对试验值进行了分析。其次,基于钢板腐蚀速率计算公式,结合试验数据,将静止海水环境下钢板腐蚀试验值作为基本因子,对涂层防护、阴极保护及流动海水效应等因素进行了理论计算,给出了相应钢板腐蚀率计算公式,并对其腐蚀机理进行了讨论。最后,将文献试验数据及ASTM规范公式结果进行了对比。结果表明: 对于不同防护条件,当腐蚀发生5个月时,在静止海水和流动海水环境下,无涂层无阴极保护工况下钢板腐蚀速度均为最快;有涂层无阴极保护工况对钢板的防腐效果均优于无涂层无阴极保护工况;对于有涂层有阴极保护工况,静止海水环境中钢板的防腐效果要优于无涂层无阴极保护,但稍差于有涂层无阴极保护,而流动海水环境中钢板的防腐效果均优于无涂层无阴极保护和有涂层无阴极保护工况; 对于3种防腐工况,流动海水环境中钢板腐蚀程度均高于静止海水环境,且前者为后者的2倍左右; 所建公式能较好地反映不同因素组合下钢板腐蚀规律,可为准确评估实际环境影响因素下沉管隧道钢壳外壁腐蚀行为及防护效果提供依据。
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  奥陶系碳酸岩地层隧道水文地质特征及其影响分析

  邹福林, 许崇帮, 杨香英, 周幸宇

  2022, 39(10): 116-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.015

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  奥陶系地层沉积成岩时间短,地层易受地质活动影响。为了探析该地层常呈现出较为复杂的地质环境对隧道工程的影响以及奥陶系碳酸岩地层隧道水文地质特征及该地层对隧道结构长期耐久性的影响,对依托工程进行了文献调查, 对工程踏勘、隧道渗漏水情况进行了详细探查,对宏观的地下水补给路径进行了探查,释放荧光示踪剂对地表水和地下水的补给关系进行了测试,以此展开对隧道地下水流通补给、隧道结构设施长期安全性的研究与讨论。结果表明: 奥陶系地层隧道地下水以地表降水补给、沿地质构造流通汇集为主,其发育状况受区域水文地质主导和局部地质构造控制;富地下水地段受隧道围岩性质控制,在软岩地质条件下地下水的存在易导致隧道围岩软化、隧道衬砌荷载增加等不良情况的发育,这些不良地质的发育为隧道衬砌发生开裂、隧道底部隆起等病害的发生提供了先决条件; 该底层地下水的存在极易诱发石膏质岩段隧道的衬砌结构混凝土腐蚀,容易产生碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀,造成混凝土泥化丧失承载能力现象的发生,衬砌混凝土出现开裂、剥落等病害, 而该类病害具有隐蔽性强、危害性大的特点。
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  隧道塌方“三段四步法”安全处治技术应用研究

  吴学智, 代成良, 刘庆舒, 张丹, 黄鹏

  2022, 39(10): 123-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.016

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  以安全风险极高的 "关门式"隧道大塌方为研究对象,以创新的"三段四步法"为技术路线,经工程实例验证,并进行了总结研究。在成功处治多起此类隧道大塌方的基础上,创新了较为通用的隧道塌方"三段四步法"安全处治技术("三段"是指塌方段及其两端塌方影响段;"四步"是指依次施工的步骤)。本技术方法以隧道塌方段、紧临隧道塌方段的可见塌方影响段和不可见塌方影响段为处治对象。"三段四步法"的主要技术方法为:隧道塌方后,首先根据塌方段及塌方影响段的实际工程地质情况、塌方情况、塌腔稳定情况、塌方影响段的变形情况、设计及施工等情况,综合分析判断各段的安全风险情况,分段评价安全风险大小;其次根据安全风险评价结果,按照从安全风险低的位置向安全风险高的位置逐步推进的方式确定合理的施工顺序及施工步骤。按照此技术方法和对应的技术方案完成"关门式"隧道大塌方处治。以王麻子隧道1^#紧急停车带"关门式"隧道大塌方为例,通过方案比选,以"三段四步法"为处治技术方法,并按对应的技术方案安全有效地处治了隧道大塌方。实践证明"三段四步法"是一种安全有效处治"关门式"隧道大塌方的技术方法,此法具有通用性、可操作性和安全性。
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  交通安全

  高速公路合流区冲突极值建模与交通事故预测

  郑来, 侯芹忠, 郭延永, 杨晓冬

  2022, 39(10): 132-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.017

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  为了更好地利用交通冲突技术开展高速公路合流区交通安全研究,提出了一种基于贝叶斯层级超阈值理论的冲突极值建模与交通事故预测方法。以辽宁省7个高速公路合流区的交通运行视频和交通事故数据为基础,利用后侵入时间(PET)识别了潜在合流冲突,进而构建了融合超阈值极值理论和贝叶斯层级结构(含数据层、过程层和先验层)的贝叶斯层级超阈值极值模型,提出了基于分位数回归的阈值选取方法,最后利用标定的最优模型对合流区交通事故进行了预测并对事故影响因素进行了分析。结果表明:调查时段内合流区共发生898次合流冲突;在构建的稳态模型、非稳态显著模型和非稳态全模型中,考虑冲突极值非稳态性和异质性的非稳态显著模型最优;最优模型的事故预测精度较高,其预测事故数与观测事故数的平均误差和平均绝对误差分别为1.0次/a和2.1次/a;通过建模发现加速车道长度、合流车辆类型、主线车辆类型、加速车道小时平均交通量对交通事故有显著影响,其中加速车道越长、主线车辆车型越大,交通事故发生的概率越小;合流车辆类型越小、加速车道小时平均交通量越大,交通事故发生的概率越大。所提出的贝叶斯层级超阈值方法解决了冲突极值的稀少性、非稳态性和异质性问题,实现了基于短期观测冲突数据的交通事故可靠预测。
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  交通安全

  山区高速公路多桥隧段路侧事故预测研究

  尚婷, 唐杰, 黄政东, 周亮宇, 吴鹏

  2022, 39(10): 141-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.018

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  为保障山区高速公路多桥隧段路侧交通安全,优化路侧交通设施,减少桥梁群、隧道群及桥隧群间因行驶环境变化过频造成的路侧交通事故,结合驾驶员行车规律,借助统计学、机器学习等相关理论,建立了山区高速公路多桥隧环境下路侧事故起数、客货车事故数量的预测模型。为分析高速公路行车环境对驾驶员视觉、心理和操作特性的影响,从道路线形、交通构造物、交通环境及天气条件4个方面选取了10个预测指标;通过Spearman相关性分析,解释了路侧事故与10个预测指标间的作用机理;建立了基于BPNN(BP神经网络)、GA-BPNN(GA-BP神经网络)、PSO-BPNN(PSO-BP神经网络)的路侧事故预测模型,以MAE(平均绝对误差)、RMSE(均方根误差)、MAPE(平均绝对百分比误差)为模型评价指标,择优选取预测模型。利用渝湘高速公路近5 a事故形态, 对侧翻、侧面相撞及碰撞固定物的路侧事故数据进行了实例验证。结果表明:山区高速公路多桥隧段路侧事故受到10个预测指标的综合影响,与路段长度、弯道比例、桥梁比例等因素呈正相关,且路段长度的影响程度最大;相较于BPNN和GA-BPNN预测模型,PSO-BPNN的MAE,RMSE,MAPE误差指标平均降低18.5%,17.65%,24.16%,模型预测误差更小、精度更高;路侧事故起数、客货车事故数量的精确预测,可为路侧设施优化设计提供有效的决策支撑。
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  交通安全

  基于目标检测的驾驶人分神驾驶行为检测方法研究

  何廷全, 俞山川, 张生鹏, 兰栋超, 李刚

  2022, 39(10): 153-161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.019

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  驾驶人的分神驾驶行为具有频发性和短暂性,极易引发道路交通安全事故,实时监测驾驶行为并对驾驶员的分神驾驶行为及时预警可有效降低车辆碰撞风险。针对该问题提出了一种基于深度学习和图像处理算法的驾驶人分神驾驶行为实时检测方法,对几种常见分神驾驶行为进行分类和检测。利用图像处理手段,分析分神驾驶行为检测的特点,在YOLOv5模型框架上进行了针对性的改进。首先,在网络中输入模块,采用动态优化方法设定了锚框信息,并在检测器头部之前添加特征选择操作,动态调整了特征点。针对主干网络,将BottlenckCSP网络的输入特征映射与输出特征直接连接,删除了模块的分支卷积,保留了更丰富的浅层特征信息。另一方面,在主干网络增加了注意力机制,提高网络模型提取关键特征的能力,从而提升模型的分类精度及鲁棒性。从总体上解决了特征信息丢失的问题,使模型易于完整的获取驾驶人的所有分神驾驶动作信息,从而减少深度学习网络参数,有效降低模型计算量。对Kaggle危险驾驶行为数据进行再标注,作为训练数据集,对模型进行了优化训练。结果表明:模型在测试集的平均检测精度为95.30%,平均召回率为95.13%,在试验环境下的检测速度达到48.3 FPS,满足分神驾驶实时监测的需求。
城市交通
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  城市交通

  考虑拥堵指数的城市群复杂交通网络级联失效模型

  霍非舟, 梅依云, 吕伟, 董格力

  2022, 39(10): 162-170,190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.020

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  为减少城市群复杂交通网络发生级联失效现象,增强城市群复杂交通网络抗毁性,基于复杂交通网络模型,定义了节点和连边的初始负载和容量。结合剩余容量和拥堵指数提出了城市群复杂交通网络级联失效模型,根据级联失效规模探究了不同攻击策略对城市群复杂交通网络抗毁性影响,对长江中游城市群进行了实例分析。结果表明:在不发生拥塞时,网络级联失效规模最小;随机节点攻击和蓄意节点攻击时,拥堵指数权重均存在阈值,随机节点攻击下,拥堵指数权重到一定阈值时,交通拥堵对网络级联失效规模影响较小;蓄意节点攻击下,拥堵指数权重存在2个阈值δ_m和δ_n,表明拥堵指数权重到一定程度会使级联失效规模下降;随机连边攻击和蓄意连边攻击下,拥堵指数权重小于阈值时复杂网络不发生级联失效,大于阈值时拥堵指数权重越大复杂网络级联失效规模越大,但当蓄意攻击数量足够多时,拥堵指数权重不存在阈值;节点攻击相比于连边攻击对于复杂交通网络影响更大;根据提出的模型,确定了长江中游城市群复杂网络武昌站、武汉汽车站等9个重要站点, 天门南站-仙桃西站、孝感北-孝感汽车站等50个路段网络重要路段的状态,为城市群复杂交通网络布局和管理提供参考。
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  城市交通

  移动互联下的城市出租汽车市场结构演化趋势分析

  伊旭, 程建南, 杨忠振

  2022, 39(10): 171-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.021

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  为明确移动互联下网约车对出租车的影响及未来城市出租汽车服务市场的结构变化,分析了网约车与出租车的市场准入与商业模式特征,针对网约车构建了车辆数量-乘客等待时间-服务水平-司机车收入-车辆数量互动关系分析模型。在出租车数量受审批约束难以增加的情况下,采用Nested-Logit模型预测了4种交通方式(网约车、出租车、地铁和公交)的分担率与市场规模。基于网约车司机收入与市场份额的正向反馈关系模拟分析了在出租车汽车市场均衡状态形成过程中,网约车与出租车数量的增减状况及4种交通方式分担率的变化趋势。结果表明:随着出租汽车市场走向均衡状态,网约车数量与道路上网约车的密度将会继续增加,使得网约车乘客下单后的等车时间缩短,网约车服务水平得到提升, 但网约车的增加不会无限地降低乘客的等车时间,在宁波市当网约车的数量达到15 000 veh 后,其服务水平趋于稳定, 说明此时网约车发展到了均衡状态,同时出租车市场规模逐渐萎缩,行业收入将由日均346万元降至280万元。网约车将取代传统的出租车成为新的城市出租汽车模式,行业管理部门需谨慎权衡经济问题与社会问题,把网约车对出租车的市场侵蚀控制在合理范围内,同时对出租车公司进行改革,理顺公司与司机的利益关系。
运输经济
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  运输经济

  基于三方演化博弈的网络货运动态发展机制及仿真研究

  杨扬, 李成杰

  2022, 39(10): 180-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.10.022

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  网络货运平台的应用普及是推动我国物流效率提升的重要举措,为进一步提高网络货运平台服务的针对性和有效性,需对网络货运机制构建过程中相关主体的决策行为进行深入研究。运用演化博弈理论中的复制动态分析方法建立了网络货运平台、第三方物流企业和政府间的演化博弈模型,虽然政府位于机制构建的核心地位,但是最终的网络货运体系形成均受3方博弈行为的影响。基于政府监管的复杂性,根据李普亚诺夫定理分析了3方参与主体的演化稳定策略,并通过建模仿真方法探究了影响演化的主要因素。研究表明:在3方演化博弈过程中,网络货运平台的策略选择主要受政府相关政策的影响,当政府平台的罚款力度较大时,趋向合作策略;政府对平台的奖赏并非越大越好,过大会对系统演化造成负向作用, 第三方物流企业加入网络货运平台的策略主要受政府补贴影响,当政府增大对企业的补贴时,有利于构建良好的网络货运动态机制,但结果并不理想,且网络货运平台的敏感程度要大于第三方物流企业; 当三方初始参与积极性较高时,政府越倾向于采取严格监管政策,越能推动网络货运平台的发展;当政府采取联合监管策略,且三方主体的初始参与积极性较高时,会出现(严格监管,提供高质量服务,加入平台)的良好局面,但并不稳定,需要政府坚持长期严格监管。