2022年, 第39卷, 第11期　刊出日期：2022-11-05

  

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  矿粉-乳化沥青胶浆对沥青路面裂缝修复愈合的影响

  郭留红, 刘廷国, 刘玉恒, 张芳超

  2022, 39(11): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.001

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  针对乳化沥青用作沥青路面裂缝修复愈合存在着粘结强度差、高温下易流淌、封缝防水效果差、自愈合速度慢等问题,将不同类型和掺量的矿粉与乳化沥青混合形成矿粉-乳化沥青胶浆,通过其黏度随时间的变化规律和蒸发残留物DSR试验揭示了矿粉添加后对乳化沥青黏度和高温性能的影响,并建立了基于时间的黏度变化模型,以此评价用于灌缝时乳化沥青的破乳时间。进行了裂缝浸水量试验、劈裂强度试验,从宏观上验证了矿粉-乳化沥青胶浆的防水封缝效果、自愈合速度等性能,以此确定矿粉最佳掺量。试验结果表明:矿粉-乳化沥青胶浆的初始黏度相对较低,随着时间推移,黏度增长速度变快,最后逐步稳定,黏度提高近23Pa·s,建立的龚帕斯模型可准确预测完全破乳时间,为准确确定通车时间建立基础;高温下(60℃)抗车辙因子达到837.8Pa,裂缝间浸水量几乎为零,高温稳定且受水损坏侵蚀影响小,在对裂缝粘结的同时可有效填充裂缝,阻止水的进一步下渗,大大减缓路面的水损坏进程;沥青混合料的愈合速度成倍提高,石灰岩和玄武岩的矿粉-乳化沥青胶浆的愈合指数A可分别达到62.9%和76.1%,有利于早期强度的形成,综合确定0.9为最佳粉胶比;中性性质的玄武岩矿粉相对于石灰岩矿粉比表面积大、电位低,因此各项性能相对较优。
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  粗集料三维棱角对沥青混合料体积指标及性能的影响

  蒋进, 寇博, 杨刚, 邓超, 张东

  2022, 39(11): 8-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.002

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  为了研究粗集料三维棱角对沥青混合料体积指标和力学性能的影响,采用高精度蓝光扫描仪获取了粗集料的三维点云图像,通过Khachiyan算法和拟合函数得到了粗集料三维点云图像的最小体积包围椭球和最佳拟合椭球。基于粗集料表面三维点云数据和最佳拟合椭球,构建了粗集料三维棱角指标。通过洛杉矶磨耗仪分别磨耗0次、300次、600次和900次的方法,制备了具有不同棱角性的粗集料,并使用此粗集料制备了沥青混合料AC-13。通过马歇尔试验、车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对比研究了粗集料三维棱角对AC-13体积指标和力学性能的影响。结果表明:(1)随着粗集料复合棱角指标的增大,沥青混合料AC-13的最佳油石比逐渐增加,二者呈现显著的线性正相关性;(2)随着粗集料复合棱角指标的增大,沥青混合料AC-13的毛体积密度和沥青饱和度都逐渐减小,空隙率和矿料间隙率都逐渐增大;(3)随着粗集料复合棱角指标的增大,沥青混合料AC-13的动稳定度逐渐增加,二者呈现显著的线性正相关性;(4)随着粗集料复合棱角指标的增大,沥青混合料AC-13的破坏应变先减小后增大,二者呈较强的二次相关性;(5)随着粗集料复合棱角的增加,沥青混合料AC-13的浸水稳定性呈下降趋势,冻融稳定性先减小后增大。
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  煤直接液化残渣和废食用油复合改性沥青及混合料性能研究

  陈建友

  2022, 39(11): 16-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.003

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  为了探讨煤直接液化残渣(DCLR)和废食用油(WCO)复合改性沥青及沥青混合料路用性能,首先采用针入度试验、动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验分别对基质沥青、5%WCO掺量改性沥青、5%DCLR掺量改性沥青及5%DCLR+5%WCO复合改性沥青的温度敏感性、高温性能等级、低温性能等级和流变性能进行了测试,从沥青层面研究DCLR/WCO复合改性沥青的可能性。然后采用车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验分别对4种沥青混合料高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳定性能进行了测试,从沥青混合料层面研究了DCLR/WCO复合改性沥青的可能性。测试了5%DCLR+7%WCO和5%DCLR+9%WCO两种不同DCLR和WCO比例复合改性沥青混合料的路用性能,验证了DCLR和WCO掺配比例的合理性。结果表明:5%DCLR+5%WCO复合改性沥青的针入度指数介于-2~2之间,属于溶凝胶型沥青,其当量软化点满足夏炎热地区高温要求,其当量脆点满足冬寒区低温要求,其高温性能等级、低温性能等级及疲劳性能与基质沥青相当;5%DCLR+5%WCO复合改性沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和水稳定性能均满足规范要求;DCLR和WCO复合改性沥青混合料的水稳定性能随着WCO掺量的提高有下降的趋势,因此,采用5%DCLR+5%WCO复合改性沥青掺量相对合理且具有可行性,选用其他高DCLR或WCO掺量复合改性沥青的性能还需进一步研究。
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  厂拌热再生混合料平衡设计法与马歇尔设计法的对比研究

  肖庆一, 宇锦涛, 龚芳媛, 张恒, 苏刚

  2022, 39(11): 26-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.004

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  平衡设计法是近年来提出的一种新颖的沥青混合料设计理念,其为突破大掺量厂拌热再生混合料的性能瓶颈提供了重要的技术途径。为了探究平衡设计法在厂拌热再生沥青混合料配合比设计中所发挥的效能,采用第3类平衡设计法对不同RAP掺量的厂拌热再生沥青混合料进行了配合比设计,完成了路用性能分析。以3大指标和135℃布氏黏度为指标,对再生沥青结合料性能进行分析,确定了再生剂最佳掺量。以湿热耦合下沥青抗变形性能为设计沥青含量上限,以半圆弯拉抗裂性能为设计沥青含量下限,对5种不同沥青含量的再生混合料开展了性能研究,综合确定了最佳沥青含量。对平衡设计法下各RAP掺量的混合料进行性能测试,验证了平衡设计法对混合料配合比设计的影响以及RAP掺量对再生材料性能的影响。结果表明:相比于马歇尔设计法,平衡设计法在低RAP掺量下可主动降低配合比沥青含量,使材料具备更好的高温稳定性,而低温性能略逊于马歇尔设计法,空隙率稍大;在高RAP掺量下,基于抗裂性能需求,主动增加沥青用量能更好地保证再生沥青混合料的抗裂性,适当降低高温性能指标。平衡设计法能够有效降低RAP掺量增加带给再生材料性能的负面影响,比马歇尔设计法更注重抗裂性能以及水稳定性能指标波动范围的均衡,使材料具备更好的低温性能、更稳定的水稳定性能以及耐久性,有力地推动了厂拌热再生混合料配合比设计方法的技术进步。
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  基于单桩承载力现场试验的负摩阻力数值研究

  潘正中, 周洋, 李国维, 李博炀, 熊力

  2022, 39(11): 36-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.005

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  针对单桩静载试验中软土层实际提供正摩阻力造成安全系数小于设计值的问题,依据桩基静载试验资料联合三维数值模拟,对软土地基中桩基静载试验承载力现有取值方法的不足进行了系统分析。首先在典型粤东软土地区利用3根混凝土灌注桩进行静载试验并监测桩体内力。接着采用理论分析和数值模拟得出的结果与单桩承载力的实测值进行了对比。最后利用经验证的数值模型研究了大面积堆载工况下上覆堆载高度和软土层厚度对桩侧负摩阻的影响。结果表明:深厚软土层分布区的桩基静载试验软土层可以提供较为可观的正向摩阻力,案例中软土层承担的正摩阻为1500kN,若不考虑负摩阻可能导致所确定的极限承载力偏于危险,直接将静载试验承载力用于桩基承载力设计导致工程的安全标准降低;考虑负摩阻时基桩承载力设计安全系数下降明显,其中2^#试桩的安全系数仅为1.5;利用数值计算而得的极限承载力较试验确定的极限承载力下降了约11%;软土层厚度对桩侧负摩阻力与中性点影响相较于堆载厚度更为显著,软土层厚度即回填土厚度越大,桩侧负摩阻力与下拉荷载越大,中性点深度也越大。研究结果对摩擦型桩的静载试验承载力值在软土地基中的合理应用具有重要参考价值。
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  道路工程大直径超深水泥搅拌桩施工技术研究

  包珍

  2022, 39(11): 43-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.006

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  珠江三角洲地区软土深厚,道路工程经常采用50cm直径的水泥搅拌桩复合地基处理方式。珠海某项目市政道路采用桩径80cm、桩长约27m搅拌桩,为工程施工带来了较大难度。为保证工程质量,增加工程经济效益,采取钻头优化方案改进了叶片,由常规的2层4组叶片改进为3层6组叶片,每层叶片投影方向垂直,能增加搅拌次数,提高搅拌均匀度。同时增加双道叶牙,有效增加浆液的流动顺畅程度。优化了喷浆口,由一个喷浆口位于钻头底部喷浆改进为钻杆底端左右两侧喷浆,有效缓解了喷浆口堵塞和淤泥回流。优化了喷浆压力,喷浆压力一般为0.4~0.6MPa,在第1次搅喷过程中采用上限0.6MPa,第2次搅喷采用0.4MPa。优点在于第1次搅拌时先喷出超额水泥浆液进行搅拌,第2次减少喷浆压力可控制总浆液用量,有效提高了桩身质量,并控制了成本。改进了钻杆钻进速度,水泥搅拌桩桩机功率为45~55kW,施工时钻杆下沉及提升速度控制在0.5~0.8m/min,下沉时采用上限值,提升时采用下限值,确保加固深度范围内土体搅拌均匀。通过以上措施提高了搅拌桩桩身强度并保证桩体完整。经检测,桩身完整、有效桩径、桩长、桩体强度均符合设计。
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  基于熵权物元可拓模型的路堑边坡安全性评价

  刘秀, 李文洋

  2022, 39(11): 49-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.007

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  为了对现有的高速公路路堑高边坡施工安全风险进行评估,将熵权法与物元可拓模型相结合构建一种新型的路堑边坡安全评价方法。对《高速公路路堑高边坡工程施工安全风险评估指南(试行)》中的3个工程实例进行分析,由于《指南》所采用的“专家组重要度排序确定权重取值”的方法存在主观性较强的问题,因此根据其中给出的边坡安全风险评估指标体系,建立了熵权物元可拓模型,以各评价指标与风险等级之间的关联度结合熵权法进行评价,提高评价结果的客观性。该模型将待评价的案例、评价指标及其量值结合确定为物元,根据评价指标在各个等级上的取值范围确定经典域,根据指标全等级量值范围确定节域,从而建立物元模型。通过计算得出评价指标与各等级的单指标关联度,之后利用熵权法进行指标权重的计算,最终计算得到综合关联度,从而对工程施工安全做出评价。将评价结果与《指南》中评价结果相对照发现基本一致,印证了该方法在边坡安全评价中的可行性。但是《指南》所用指标体系法采用的权重判断方式受专家组主观影响较大,评价结果存在一定误差,而熵权物元可拓模型则更加依赖指标实际数据,可以反映指标与各风险等级的联系程度以及项目总体的综合关联度,得到更为客观有效的结果。
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  道路工程

  道砟颗粒二维廓形对破碎的影响研究

  周陶勇, 夏建军, 许平

  2022, 39(11): 56-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.008

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  为了降低道床维护成本并且延长道床使用周期,准确探究道砟形态特征对破碎的影响具有重要意义。尺寸、棱角、纹理都是道砟重要的形态特征,对道床的力学性能具有显著影响,利用摄影测量技术采集了道砟的二维图像,并结合数字图像处理技术得到道砟图像的二值图像。采用扁平长细比、棱角参数等二维指标量化了道砟尺寸和棱角,设计并开展了单个道砟受压破碎的试验。基于分形理论将道砟形态特征与自身破碎两者联系在一起进行了研究,基于Griffith强度理论解释了道砟破碎压力呈现离散性的原因。结果表明:摄影测量技术能够简单快捷、高效可行地获取到道砟颗粒的二维图像,数字图像处理技术是研究道砟尺寸、棱角和纹理的有效手段之一;根据道砟破碎压力结果的拟合曲线可以看出,道砟破碎压力随着道砟扁平长细比增大而减小,道砟破碎压力随着道砟棱角参数增大而增大;在道砟颗粒扁平长细比和棱角参数分别相同的情况下,道砟破碎压力并不一定相同,说明道砟破碎还受到自身粒径的影响。
桥梁工程
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  底部粘贴钢板加固RC梁的最大粘钢量计算方法研究

  毛德均, 陈旭, 许强, 吴克川, 肖军

  2022, 39(11): 62-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.009

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  钢筋混凝土梁采用底部粘贴钢板加固时,存在加固所能使用的最大粘钢量。为了研究最大粘钢量的计算方法,首先对《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367—2013)、《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22—2008)和另外2种公开文献报道中的计算方法进行了对比分析,发现《混凝土结构加固设计规范》和《公路桥梁加固设计规范》中规定的粘钢量是满足构件加固后承载能力期望值要求的粘钢量,而不是加固所能使用的最大粘钢量;另外2种方法在设定加固构件的界限破坏状态时,没有综合考虑到受拉钢筋和钢板的作用,而受拉钢筋和钢板在界限破坏状态中的角色定位对最大粘钢量的计算结果有影响。然后经过理论分析,提出了一种最大粘钢量计算方法,在建立加固构件的界限破坏状态时,综合考虑了受拉钢筋和钢板的作用,将加固前的荷载效应作为加固所能使用最大粘钢量的负贡献,通过受拉钢筋和钢板的等效抗拉强度、等效弹性模量和等效屈服应变的定义,得出了加固构件相对界限受压区高度的确定方法。根据加固构件的最大(配筋+配板)率与加固构件相对界限受压区高度和受拉钢筋和钢板的等效抗拉强度的关系,推导得出了最大粘钢量的计算方法。结果表明:所提出的最大粘钢量计算方法可对底部粘贴钢板加固钢筋混凝土梁的加固设计中控制钢板用量发挥作用。
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  桥梁工程

  刚构桥梁墩梁结合部的拓扑优化及拉压杆模型

  余茂峰, 杨屾, 李闯, 戴少东, 贺志启

  2022, 39(11): 70-75,83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.010

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  整体长联刚构体系桥梁具有整体刚度好、行车舒适、后期维护少等诸多优点。作为结构的关键连接构造,墩梁结合部承受弯矩、剪力等效应的耦合作用,是应力分布复杂的典型应力扰动区。为了揭示墩梁结合部的传力机理,以浙江杭绍甬高速公路上虞1号高架桥为工程背景,开展了墩梁结合部的拓扑优化及拉压杆模型研究。首先,分析了刚构体系在水平力和竖向力作用下的内力分布规律。接着,开发了结构渐进拓扑优化算法,在通用有限元软件中实现了拓扑优化分析功能。利用拓扑优化分析,得到了墩梁结合部在4种典型受力工况下的传力路径。结果表明:在水平力工况下,墩梁结合部通过X形交叉的拉杆和压杆传递梁部两侧的同向弯矩,通过交叉桁架传递水平剪力;在竖向力工况下,墩梁结合部通过三角形交叉的拉杆和压杆传递梁部两侧的反向弯矩,通过斜压杆传递竖向剪力;在最优拓扑构形分析基础上构建的4种典型受力工况下墩梁结合部的拉压杆模型,可清晰显示墩梁结合部的传力路径及关键受力效应;结合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)中相关规定,所推导出的拉压杆模型中的拉杆内力计算公式可直接用于刚构桥梁墩梁结合部的配筋设计。
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  桥梁工程

  基于证据理论的混凝土桥梁耐久性状况评定方法

  杨飞, 白冰, 郭磊, 董水英, 李悦玲

  2022, 39(11): 76-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.011

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  耐久性病害是混凝土桥梁最常见的一类病害,发展到一定程度将威胁结构安全,准确评定桥梁结构耐久性状况关系到桥梁养护的科学决策。针对目前耐久性状况评定方法多从环境角度区分,缺少从结构技术状况角度综合评定,提出了基于证据理论的耐久性状况综合评定方法。研究了混凝土桥梁耐久性病害劣化的5个阶段,并与桥梁技术状况的5类划分相对应,细化了每类状况的养护对策,使综合评定结果与现有桥梁养护管理体系相协调。针对综合评定时影响因素多、不确定信息多、层次划分多的问题,引入基于证据理论的合成算法和推理算法,通过逐层合成,降低了评定误差,科学地处理了不确定信息。评定方法以检测评定结果的5类等级划分为导向,将检测参数的评定标度结果作为底层函数,考虑各参数的相应权重,运用证据推理算法进行合成,即可得到某一构件的耐久性评定等级。根据构件、部件的权重依次合成,可得到其上一层级的评定结果。每一层评定结果均能给出隶属于相应等级的概率,对于未检测的参数或构件作为不确定信息处理,可以给出不隶属于任何一个等级的概率,如此可更好地得到宏观评定结果。基于证据理论的耐久性状况评定方法可以将更多检测参数引入到评定过程中,使得评定结果更全面、更精细,更科学。
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  局部冰塞体尺寸对桥墩绕流和冲刷的影响

  刘昂, 田璐, 陈启刚, 王忠祥, 徐杰梁

  2022, 39(11): 84-94,150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.012

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  高纬度地区河流结冰是加剧桥墩局部冲刷的潜在不利因素,为了探究墩前局部冰塞体尺寸改变对墩周水流结构及床面切应力的影响,以平床条件下圆柱墩前的局部冰塞体为研究对象,建立了三维水动力学数学模型并开展了明渠水槽物理模型试验,将试验结果与数值模拟结果进行对比,验证了数学模型的可靠性。采用数值模拟的方法分析了流凌期桥墩上游形成不同尺寸的局部冰塞体后墩周流场及床面切应力的变化规律。结果表明:冰塞体厚度是影响墩周水流结构和局部冲刷的主要变量,随着冰塞体厚度变化,墩周先后出现墩前马蹄涡、冰下回流涡和冰前马蹄涡3种显著增强床面切应力的水流结构,且墩前和墩侧仍然是床面剪切力最大的区域;定义压缩度为冰塞体厚度与水深的比值,当压缩度小于50%时,随着冰塞体厚度的增加,墩前马蹄涡位置基本不变,尺寸逐步减小,强度逐步增大,对床面起主要动力作用;当压缩度超过50%后,墩前马蹄涡迅速衰减并消失,冰下回流涡的垂向高度减小,强度迅速增大,并在压缩度超过67%后代替墩前马蹄涡对床面起主要动力作用;当压缩度大于90%后,冰下回流涡的强度迅速减弱,冰前马蹄涡垂向位置降低,强度增大,并在压缩度超过96%时对床面起主要动力作用;与不结冰河流相比,当压缩度超过67%时引起墩周床面切应力增大,对局部冲刷产生不利影响,使局部冲刷坑扩大、加深。
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  基于IGOA-ELM的拱桥多节段吊装扣挂施工线形预测方法

  廖宇芳, 刘斌, 于孟生, 王希瑞, 彭曦

  2022, 39(11): 95-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.013

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  为了实现对大跨度钢管混凝土拱桥扣索索力的高效率优化,提出了一种基于改进的蝗虫优化算法(IGOA)和极限学习机(ELM)的线形预测方法和索力优化模型。采用非线性递减函数和精英保留策略改进蝗虫优化算法,使其适应高维优化问题。建立了基于改进蝗虫算法优化极限学习机的拱桥线形预测模型,将有限元模型的计算结果作为极限学习机的训练样本并记忆最佳训练参数,建立了基于IGOA-ELM算法的索力优化模型。以某大跨度钢管混凝土拱桥为工程背景进行了应用研究,根据实测线形结果对优化模型结果进行了验证。结果表明:IGOA优化后的极限学习机相较标准ELM、BP神经网络和SVM模型预测精度更高;优化输入权值矩阵和隐含层偏差后的ELM模型可以精确预测不同索力组合下的成拱线形,对数据样本的泛化能力较强,对于样本索力组合的预测结果十分接近有限元模型的实际计算结果;IGOA算法对高维优化问题具有较好的收敛性,与标准PSO、标准GOA算法相比,IGOA算法均能收敛至不同测试函数的理论最优值附近,算法性能得到大幅提升;基于IGOA-ELM算法优化得到的扣索张拉力相较设计张拉力有效改善了成拱线形,达到了一次斜拉扣挂下的线形优化目标;与基于传统有限元法进行优化的方式相比,IGOA-ELM优化耗时最短,有效提高了结构优化效率。
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  桥梁工程

  组合梁斜拉桥施工阶段桥面板防开裂技术研究

  阮映辉, 孙立鹏, 杨岳华, 马印平

  2022, 39(11): 106-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.014

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  为了改善组合梁斜拉桥在施工过程中混凝土桥面板的受力状态,解决拉索锚固区桥面板开裂问题,以某双塔钢箱组合梁斜拉桥为工程背景,采用ABAQUS有限元软件建立了部分悬拼梁段的精细化混合单元有限元模型,对组合梁悬臂拼装的全过程进行了数值模拟。分析了混凝土桥面板在施工阶段的受力特点、开裂风险高的位置及开裂原因,提出了“滞后浇注锚固区局部湿接缝”的技术措施,并研究了该措施对拉索锚固区混凝土桥面板及钢梁受力的影响。结果表明:采用节段整体吊装法施工的组合梁斜拉桥,当每2个节段浇注一次桥面板湿接缝时,在新梁段起吊之前,先将待浇湿接缝处的纵向受力钢筋进行可靠连接,使其与钢梁共同承受荷载,可避免湿接缝附近混凝土桥面板的开裂;导致拉索锚固区桥面板斜向开裂的原因有两点:一是悬臂施工在拉索锚固区产生了较大的负弯矩;二是斜拉索的水平力传递给主梁时,以一定的角度从拉索锚固区向桥面板中部扩散,轴力扩散最快的区域面内剪应力最大,该剪应力导致拉索锚固区附近的桥面板出现较大的主拉应力;“滞后浇注锚固区局部湿接缝”的技术措施可有效减小施工阶段拉索锚固区桥面板主拉应力峰值,避免桥面板开裂,并且对钢梁的受力影响较小,可以保证施工安全。
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  桥梁工程

  基于SVM和改进区域生长法的桥梁裂缝分割算法

  何昊, 贺福强, 谢丹, 纪家平

  2022, 39(11): 115-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.015

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  为了解决复杂背景下裂缝分割算法泛化能力差,图像分割精度不够高,裂缝边缘分割不够精确,裂纹分割结果连续性较差的问题,提出了一种基于改进区域生长法桥梁裂缝分割算法。首先对裂纹图像全局灰度化处理,对灰度化后裂纹图像进行双重滤波,利用最大类间方差法(Otsu)对经滤波优化的裂缝图像进行粗分割。接着,通过分割得到了裂缝连通域,对其采用最小外接矩形长宽比、面积、圆形度、标准差特征进行了支持向量机训练,利用训练结果对连通域进行分类,此步骤可以较好地减少误判。然后,提出了一种自动选择高质量起始种子点集的方法,并对种子点集中的点进行验证,以种子点集中的点作为起始点开始区域生长,很好地避免了人工选择种子点效率低下、种子点质量不稳定的问题。最后,将经过区域生长后的裂缝图像进行形态学开运算处理去除毛刺,再进行形态学闭运算去除空洞、过滤掉孤立区域,根据裂缝连通域间方向一致性和相对位置信息对裂缝进行连接。以背景包括渗水、混凝土砂浆黏结等干扰的裂缝图像作为试验图像进行试验。结果表明:本研究算法分割表现良好,算法波动较小,泛化好,准确率均值达到98.798%,精确值均值达到85.686%,召回值均值达到88.579%,F1值均值达到86.572%。
隧道工程
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  隧道工程

  考虑黄土结构性的浅埋隧道松动压力极限分析

  靳正付, 付大喜, 杨明辉, 胡珍宝

  2022, 39(11): 124-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.016

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  隧道围岩松动压力值是隧道设计计算的重要参数之一,而黄土区浅埋隧道的围岩松动压力计算必须考虑黄土强度的结构性特点。首先针对现有描述强度参数和结构性参数的方法存在的问题,引入结构性发挥度的概念,对黄土强度描述方法进行了改进。根据黄土区浅埋隧道的工程特点,构建出浅埋黄土隧道的破坏模式。在此基础上,引入考虑黄土结构性发挥度的强度,基于改进的摩尔-库伦准则和极限分析上限法,导出了浅埋黄土隧道上覆松动围岩压力计算公式,并通过Matlab算法求得了最优上限解。将计算值与现场试验值进行了对比。分析了相关参数对隧道松动支护压力和破坏模式的影响规律。黄土在不同含水量和围压下的应力应变关系表明:黄土的抗剪强度指标黏聚力和结构性发挥度之间近似呈线性关系,而内摩擦角基本不随结构性发挥度的变化而变化。对比分析结果表明:浅埋隧道围岩松动压力受黄土的结构性发挥度影响明显,其随结构性发挥度的增大而减小;该值随着隧道埋深和围岩重度的增加而线性增长,但随着侧压力系数的增加,松动围岩压力呈非线性减小的趋势,且减小趋势先快后慢,这说明前期侧压力系数的变化对支护压力影响更大;计算值与实测值吻合良好,验证了该方法的可行性。
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  隧道工程

  浅埋冻土隧道“抗滑桩+冠梁”塌方处治技术研究

  黄班玛, 祁昌林, 段成龙

  2022, 39(11): 132-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.017

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  处于高寒高海拔地区的浅埋隧道,由于冻土退化形成水(泥)囊,使得砂砾层被地下水不断侵入,导致隧道塌方,而采用普通的维护方案难以有效地进行风险控制。为解决这个问题,以景阳岭隧道出口浅埋段塌方事故为例,提出了“抗滑桩+冠梁”围护结构的处治方案,采用现场监测、有限元模拟等方法对该方案进行了验证与效果评价。还原围护结构施工的部分工序时,把模拟值与对应的现场实测值进行了对比。结果表明:结合地勘资料、超前地质探测报告及现场实际工况,认为围岩条件差、施工干扰是导致景阳岭隧道发生塌方的主要原因;模拟结果与实测结果吻合,表明数值模拟合理,具有对实际工程的可参考性;在增设抗滑桩+冠梁的施工方案后,初支结构的拱顶下沉、拱腰和拱脚的收敛分别为8.9,3,3.1mm,原塌方轮廓线内的围岩变形最大值也不超过0.18m,变形均符合设计规范的要求;初支结构受到的最大拉应力位于拱顶,为1.61MPa,最大压应力位于拱腰,为2.75MPa,受力均满足设计规范要求;初支结构的拱顶下沉、拱腰和拱脚的收敛分别为5.9,4.3,4.3mm,最大变化速率0.1mm/d,均满足原设计要求,表明该方案在实际工程中的治理效果良好;在现设计的基础上,将抗滑桩桩长再减少1.88m可获得更优性价比。
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  隧道工程

  基于K-means算法的隧道机电分项工程设备设施评定标度的研究

  陈建

  2022, 39(11): 143-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.018

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  在依据《公路隧道养护技术规范》(JTG H12—2015)标准,对分项工程设备设施的设备完好率和技术状况评分的基础上,为了满足各省运营公司分类养护,提出了基于K-means算法聚类的基于标度定义的设备设施的养护措施。首先,依据标准H12的内容,在某省75座隧道机电设施定检数据的基础上,得到分项工程的设备完好率和技术状况评分2个参数,共计4770个数据,将每座隧道分项工程设备设施的设备完好率和技术状况评分组合形成2种结构的2个数组数据集合。然后,进行了K-means算法分类,从分第k类(k为自然数)开始,选取设备完好率和技术状况评分距离最远的2个参数(通过数值均一化处理)进行迭代,直至选取第k类结果结束。采用迭代的方法把数据集合划分为k类(采用基于距离的聚类算法),使相同类的内部数据之间的具有极大的相同性,而类之间的内部数据相同性尽量小,达到最优的分组聚类的效果。结果表明:分项工程设备设施的技术状况标度分为4类是合理的,并且提出了标度为0,1,2,3的分类并分为不同的养护措施。该研究成果在全国部分省份的隧道机电设施养护中得到了积极推广应用,在资金使用、养护队伍人员建设、日常养护、养护科学决策和预防性养护方面获得了良好的效果。
交通工程
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  交通工程

  双前导车影响下高速公路施工路段混行交通流仿真

  罗京, 连萌, 李伟, 王宝杰

  2022, 39(11): 151-157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.019

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  为了研究高速公路不中断交通条件下施工围挡对交通流运行的影响,建立了高速公路施工路段交通流仿真模型场景。考虑到因驾驶员视线高度差异(相比小汽车受单前导车的影响,货车的跟驰行为受到双前导车的影响),确定了小汽车和货车混行条件下的跟驰模型和换道模型。应用Matlab进行了数值仿真,研究了货车混入率对交通流拥堵状况、车辆行驶速度和路段通行能力的影响。结果表明:随着货车混入率的增加,货车在施工路段行驶会使车辆不能从临近施工区的外侧车道及时汇入中间车道,施工路段拥堵状况恶化,车辆行驶速度受限,路段通行能力下降;相较于中小型货车,大型货车混入率的增加对车流运行稳定性影响更大。随着货车混入率的增加,路段通行能力下降,当货车混入率增加到30%之后,路段通行能力从1750veh/h降低到1500veh/h,随后通行能力的变化趋于稳定;通过Vissim建立同一交通场景仿真得到的通行能力变化与Matlab仿真得到的结果一致,证实了货车混入率对施工路段通行能力的不利影响。货车通行对高速公路施工路段的通行效率和行车安全产生不利影响,应在施工路段上游提前引导大型货车绕行分流,限制大型货车的驶入,从源头避免货车对施工路段交通的不利影响。
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  交通工程

  考虑故障因素的高速公路交通检测器布设

  王仲, 钟树伟, 徐洪峰

  2022, 39(11): 158-164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.020

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  利用交通检测器获取车辆通行信息,是促进路网的智能化建设和提高道路运营管理效率的基础,但过去的检测器布设研究大多数都是对于城市路网进行研究,较少考虑到检测器故障因素对整体路网检测效果的影响。提出了一种两阶段法,探究在高速公路网中最少检测器的布设方案,以及通过布设冗余检测器的方式提高检测体系在故障时的检测可靠性:第1阶段结合以往高速路网检测器最少布设数量研究的基础,利用MATLAB设计和实现算法,得出在不发生故障的理想条件下最少检测器的布设方案;第2阶段考虑路段重要度指标,设计算法探求了在故障情形下冗余检测器的安装数量与能够测得数据的路段数量的关系,在考虑成本因素的情况下,得出最佳的冗余检测器布设数量与位置。最后,将两阶段得到的布设位置相结合,在保障路段检测覆盖率的前提下,得到合理的高速公路最少检测器的布设方案,并通过实际高速路网进行了方法验证。试验结果表明:所提出的检测器布设方法有效,且能够保证当故障发生时整体的检测器布设方案仍有较高的检测能力。本研究对于提升高速公路车流检测器布设的经济性和科学性以及促进高速公路信息化建设有较高应用价值。
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  交通工程

  基于非自由换道行为的高速公路互通立交最小净距模型

  李琪霖, 王红, 吴月磊, 王洪涛, 朱顺应

  2022, 39(11): 165-173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.021

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  针对我国高速公路小间距互通立交群日益增多的实际情况,为确保转换车辆驶出主线的安全性,在国内外“车、路”因素研究的基础上,增加"驾驶人"换道行为因素,对高速公路互通立交最小净距进行了研究。提出了驾驶人非自由换道行为分为强行换道、协作换道和竞争换道3种,其中,协作换道行为是车辆驶出互通主线过程中除自由换道行为以外最为理想的换道行为,有助于提高车辆的通行效率及安全。采用概率论、微分法、可接受间隙理论及运动学方法,分别建立了与换道行为相应的互通极限、理想及保守最小净距计算模型。然后采用交通冲突仿真手段,运用聚类分析及模糊评价方法,对3种净距模型的安全级别进行了分析。结果表明:当互通立交净距小于极限值、接近极限、理想及保守值时,安全级别分别处于危险、临界安全、较安全及安全,基本符合模型预期。对比《公路立体交叉设计细则》中最小净距值,结果显示单向2车道最小净距值偏安全、单向3车道最小净距值接近临界安全而单向4车道最小净距值偏危险。针对《细则》中单向4车道相邻互通立交最小净距值偏危险的情况,根据最小净距计算值,推荐设计速度为120,100,80km/h的单向4车道高速公路互通立交最小净距分别不宜小于1600,1300,1000m;当实际空间、经济等条件允许时,推荐相邻互通立交净距采用不小于理想最小净距的净距值。
物流工程
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  物流工程

  区域物流与新型城镇化时空耦合演变特性

  吴彪, 汪凯, 邱绍浪, 李丹, 戴彤焱

  2022, 39(11): 174-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.022

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  为分析区域物流与新型城镇化的时空耦合演变特性,基于时空视角开展了区域物流与新型城镇化耦合协调发展的动态演化与实证分析。从物流需求、物流成效、物流能力3个层面选取7个衡量区域物流发展水平指标,从城镇化发展的经济、人口、社会、生态4个维度选取10个表征新型城镇化发展水平指标,构建了区域物流与新型城镇化耦合协调发展评价指标体系。基于2011—2017年黑龙江省物流与新型城镇化发展数据,利用熵值-加权综合评价模型对黑龙江省市域尺度物流与新型城镇化发展水平进行了动态评价,利用耦合协调度模型对黑龙江省市域尺度物流与新型城镇化的耦合协调发展水平进行了定量测度,利用同步发展模型对黑龙江省市域尺度物流与新型城镇化的耦合协调发展水平进行了排序,利用Arc GIS空间分析方法对黑龙江省市域尺度物流与新型城镇化的时空耦合演变特征进行了分析。结果表明:黑龙江省市域物流和新型城镇化发展水平总体呈上升态势,但发展水平和发展速率地区差异显著;2011—2017年黑龙江省市域物流与新型城镇化之间的耦合度一直处于拮抗阶段;2011—2017年黑龙江省市域物流与新型城镇化的耦合协调水平虽小幅提升,但仍处于较低水平,空间分异特征突出。
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  物流工程

  我国物流业全要素碳排放效率测度及动态变化研究

  林秀群, 李阳, 唐向阳

  2022, 39(11): 182-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.11.023

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  为了探究我国物流业的碳排放效率,以2008—2017年我国30个省市的物流业面板数据为样本,将物流业的从业人数、固定资产投入量和碳排放量作为投入变量,将物流业增加值作为产出变量,分别采用BCC-DEA模型、Malmquist指数模型,从静态、动态角度对全国、区域和省际物流业的碳排放效率进行了测度。结果表明:全国物流业碳排放效率的水平偏低,且呈现波动变化;东部碳排放效率明显高于西部、中部,全国碳排放效率的水平与中部地区基本接近;河北省物流业的碳排放效率一直位于前沿面,苏、鲁、沪、辽、陕、宁在个别年份位于前沿面,其余省份均未达到前沿面;辽、沪、闽、京、津、晋、湘、黔、桂、宁、川11个省市碳排放效率有所上升,其余省份均略有下降,省际碳排放效率动态变化的原因存在较大差异,多数为2个效应,少数为单一效应或3个效应,其中技术进步对我国物流业碳排放效率提升的促进大于纯技术效率和规模效率。通过聚类分析,将30个省市分为4个类型,包括“高效率-增长”型、“高效率-降低”型、“低效率-增长”型和“低效率-降低”型。为提升物流业碳排放效率,各地区应当鼓励建立静态与动态相结合的目标管理制度及考核制度,重点关注“低效率-降低”型省份低碳物流的发展,加强物流业低碳技术的创新,完善管理技术并对物流园区进行合理的布局设计。