2022年, 第39卷, 第7期　刊出日期：2022-07-05

  

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  沥青混合料用融冰雪盐化物材料评价指标研究

  徐剑, 龚演, 薛成, 刘凯

  2022, 39(7): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.001

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  为了优化沥青混合料用融冰雪盐化物材料评价指标，完善其评价体系, 选择5种不同的盐化物材料，对比盐化物的材料性能、融冰雪性能评价指标对沥青混合料性能的影响。提出了沥青混合料用融冰雪盐化物材料性能指标优化建议：(1)采用权衡因子Q来修正非氯离子类盐化物的有效成份性能评价指标，提出有效阴离子含量替代氯离子含量作为融冰雪材料性能评价指标，可以评价氯离子类和非氯离子醋酸类融冰雪材料，适用范围更广，更具普适性。对于非氯离子醋酸类材料，Q=0.72。(2)考虑到溶液酸碱性对碳钢类材料的腐蚀速度影响，当溶液的pH值太大或者太小时，碳钢腐蚀缓慢，另外，根据实际施工中碳钢腐蚀率指标对环境的微弱影响，建议取消碳钢腐蚀率指标。(3)冰的初始质量对融冰率有重要影响，为了更好地适应目前材料开发现状和工程应用实际，建议采用20 g冰块作为研究对象计算冰块的融冰率，融冰率范围不小于20%。(4)将冰点指标进行分级可以更好地适用于我国南方和北方不同的气候条件。考虑到我国南北方冬天气候的巨大差异性，建议将冰点指标分成两个等级：南方为-5 ℃~-15 ℃，北方为≤-15 ℃。
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  大掺量胶粉改性沥青胶结料流变性能对比研究

  王国清, 曹东伟, 王志斌, 邱文利, 张少波

  2022, 39(7): 7-14,22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.002

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  废旧橡胶粉用于沥青改性技术可显著改善沥青的各项路用性能，同时提高废旧轮胎的循环利用率，近年来带来了显著的经济效益和社会效益。针对目前传统橡胶沥青技术的胶粉掺量普遍较低(通常不高于20%)的现状，从流变测量学的角度出发，对大掺量胶粉改性沥青(最高至50%)的路用技术性能开展了室内试验对比研究。通过动态剪切流变仪对基质沥青和不同掺量的胶粉改性沥青进行了频率扫描和多应力蠕变恢复试验，基于不同加载条件和工况下的动态力学响应分析，系统表征了胶粉改性沥青的黏弹特性和高温蠕变力学行为。结果表明：大掺量胶粉的加入进一步显著提高了沥青的弹性成分，沥青的储能模量与损耗模量随着胶粉掺量的增加而提高。基于时-温等效原理构建了沥青动态剪切模量和相位角主曲线，在低频区(高温区)内，大掺量胶粉改性沥青的动态剪切模量显著高于普通橡胶沥青(20%掺量)，其相位角则小于普通橡胶沥青；而在高频区(低温区)内，大掺量胶粉改性沥青的线黏弹性指标与普通橡胶沥青的差异明显减小。在0.1 kPa和3.2 kPa蠕变应力条件下，随着胶粉掺量的增加，40%胶粉掺量的改性沥青体现出更好的抗车辙性能，50%胶粉掺量与30%胶粉掺量条件下改性沥青的黏弹特性和高温蠕变力学指标则较为接近。
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  水泥稳定类结构层横向施工缝支模施工技术研究

  马选业, 王积达, 陈全兴, 蔡乾东

  2022, 39(7): 15-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.003

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  为提升水泥稳定类结构层横向施工缝工程质量与结构完整性，针对传统立木裁切工艺、延长铺筑长度与铲除法存在效率低、材料浪费大、费时费力及接缝处平整度差、结构不密实等问题，在现有纵向立模施工工艺的基础上，通过在铺筑作业段两端安装横向支撑侧模与压路机爬坡装置，利用纵横向支撑侧模的固定及支撑作用，使横向接缝部位的混合料摊铺到位、填充密实。利用纵横向两侧设置的压路机爬坡装置，扩大接缝边部碾压作业范围，使接缝部位实现纵、横向全域碾压。进一步提出了横向施工缝设置、施工装置制作、工艺流程、操作要点及施工质量控制方法。研究表明：在纵横向支撑侧模的固定、有侧限约束力及纵横向全域碾压作用下，横向接缝部位形成了密实的垂直断面，各作业段之间形成了垂直的平接缝，平接缝处均匀洒布了水泥浆, 增强了接缝黏结强度与结构层的完整性，避免了接缝处混合料出现推移、塌边、脱空及错台现象；与传统立木裁切工艺相比，横向接缝处的压实度得到了改善，芯样无侧限抗压强度提高20%，平整度提高58.8%；可直接节约废弃材料、材料运输等综合施工成本达93.6%，提高了施工效率，达到了提质增效的目的，为无机结合料稳定类结构层横向施工接缝的精细化处理提供了一条可行的技术解决途径。
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  基于改进t分布混合模型的路面裂缝图像分割方法研究

  段明义, 李祖照, 崔奥杰

  2022, 39(7): 23-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.004

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  公路投入运行后，根据车流量以及车型的不同，随时间的发展会产生各种损害，为及时了解掌握公路健康状态，需对其进行监测。路面裂缝是一个重要的监测指标，根据裂缝的类型，可以判断成因并采取相应的补救措施。使用计算机技术进行裂缝检测具有高效、非接触、精度高等优点，常用的是图像分割技术。为增加图像分割的准确性同时提高其抗噪性，首先，利用学生t分布本身固有的特性以及与柯西分布、高斯分布的关系来改进群智能花粉算法。其次，利用该改进后的花粉算法来优化K-means聚类。最后，根据裂缝图像的特点，在模型采用方面，通过对常用概率模型特征的分析，选用t分布而不是高斯模型来构建有限混合模型，以此为基础，提出更适应于公路裂缝图像的分割方法。该方法在局部寻优以及全局寻优方面都有较好的表现，用来快速求解模型参数初始状态值。参数求解采用常用的EM算法，最终实现图像分割。试验部分构造了软硬件环境以验证本研究所提方法的性能，试验数据图像主要来自于人工仿真合成图像以及道路养护人员拍摄到的实际路面裂缝图像。算法运行结果也表明了本改进方法的正确性，本算法分割结果图像具有更高的精度，同时抗噪性更强，具有一定的应用价值。
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  长寿命路面结构层间处治方案及黏结性能

  石长洪, 郑俞, 严二虎, 杨毅, 刘军海

  2022, 39(7): 30-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.005

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  沥青路面层间结合失效的位置易发生剪切滑移和水损害，层间处治技术的研究有利于保障路面结构具有良好的耐久性。为了研究合理的长寿命路面层间结合处治措施，结合实际工程中长寿命路面结构和材料设计，采用了橡胶沥青、碎石、玻璃纤维、不黏轮乳化沥青等材料。由于层间受力和材料特性的不同，针对不同的路面层间分别设计了30种层间处治方案，进而铺筑试验路，通过钻芯取样获得层间试件。设计了适用于路面芯样测试的直剪试验和应力消散试验，分别选取了黏结强度和应力消散能作为层间黏结性能的评价指标。结果表明：分别针对上-中面层层间橡胶沥青掺加碎石和玻璃纤维的层间处治方案和中-下面层层间所选的不黏轮乳化沥青层间处治方案均可获得较优的层间黏结性能, 其中碎石的粒径和用量对层间黏结性能产生影响，且存在最优的范围, 温度的升高会显著降低层间黏结性能，说明夏季路面层间易发生破坏。通过加入泥、砂、水等杂质研究了恶劣施工条件的影响，发现水对层间黏结性能的影响最大，因此需要尽量避免在雨天施工或采取一定的防治措施。通过应力消散试验得到的应力消散能指标与直剪试验的黏结强度指标的相关性较高，说明了应力消散试验可以作为层间黏结性能测试的一种试验方法。
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  土工格室加固风积沙地基模型试验研究

  王艳坤, 刘杰, 宋玲, 张兴疆, 高斌

  2022, 39(7): 40-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.006

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  为了研究土工格室不同埋深、不同土工格室加固层数、不同加载板形状及当量换填厚度砾类土对加固风积沙地基的影响，利用室内模型试验，分析不同加固条件下地基沉降量、应力分布、位移大小及格室应变规律，并对加固效果进行对比分析；探究土工格室加固风积沙地基的合理结构形式。结果表明：正方形加载板施压的承载力高于同面积的圆形和长方形；单层加固格室埋深为0.3倍基础宽度时加固效果最好，且增加土工格室层数可有效提高地基承载力2~4倍; 土工格室加固风积沙地基离基底越远，应力扩散效果越明显，单层加固中间格室土压力约降低1.5~1.8倍，多层加固降低约4.5~7.8倍; 在一定情况下，单层格室加固时，格室埋深越浅受力越不均匀，越容易发生破坏, 多层格室加固时，下层土工格室受力更小; 采用太沙基公式对土工格室加固风积沙地基进行承载力计算，计算值相较于试验实测值误差较小，能较准确表示风积沙地基承载力值，在试验基础上对换填土公式进行修正，得出了土工格室加固风积沙的砾类土当量换填厚度。
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  改性磷石膏免烧透水砖的制备与性能

  李征

  2022, 39(7): 49-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.007

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  为了拓展磷石膏的资源化利用，进一步实现我国绿色可持续发展的目标，利用磷石膏作为原材料制备免烧透水砖。试验分析了改性磷石膏对免烧透水砖关键指标的影响规律及作用机制。首先对改性磷石膏免烧透水砖原材料的试验方案进行设计，通过体积法进行配合比设计优化，计算得到透水砖初步配合比，并以磷石膏pH值、磷石膏球磨时间及聚合物乳液掺量为改性磷石膏的影响因素，通过正交试验设计，以占胶凝材料总质量30%的改性磷石膏为主要原料，采用静压成型工艺制备透水砖，进行了力学性能和透水性能试验，并对试验结果进行了极差分析及因素水平分析。结果表明：磷石膏pH值是改性磷石膏免烧透水砖劈裂抗拉强度的主要影响因素，其次分别是磷石膏球磨时间和聚合物乳液掺量; 磷石膏球磨时间是改性磷石膏免烧透水砖透水系数的主要影响因素，其次分别是磷石膏pH值和聚合物乳液掺量；改性磷石膏免烧透水砖原材料最佳配合比为：磷石膏的pH值为10，磷石膏球磨时间3 min左右及聚合物乳液掺量2%。经生产验证，批量生产抽样实测改性磷石膏免烧透水砖的28 d劈裂抗拉强度为3.57 MPa，透水系数为2.1×10^-2 cm/s，满足标准要求。
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  加筋红土三轴试验与数值模拟研究

  朱俊涛, 刘杰, 罗凯, 罗梦媛, 邓世富

  2022, 39(7): 55-65,83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.008

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  为了研究土工织物加筋细粒红土的力学特性，制备了非饱和状态的红土试样。使用大型三轴仪, 对不同加筋层数的红土在不同围压(30, 50, 100 kPa和150 kPa)及不同含水率(26.4%和34.4%)下进行三轴固结排水排气试验, 并进行了数值模拟。通过有限元软件建立了二维模型模拟红土加筋前后三轴试验时土体的破坏状态，分析了其加筋机理及加筋后强度变化的内在原因。最后结合实际工程对加筋土挡墙进行了数值模拟，通过建立施工和运行时不同加载过程研究其工程特性。结果表明：加筋对红土的影响主要体现在抑制低围压下试样应变软化、增加试样延性和提升峰值强度3个方面，在试验的含水率范围内，加筋效果随土体含水率的增加而增加，随围压的增加而降低；界面的摩阻力使筋材附近一定范围内土体的应力场发生改变，增大了土体的小主应力，改变了土体的破坏模式，一定程度上提高了加筋土的整体强度，且加筋效果与红土的表观摩擦角有关，表观摩擦角越大，加筋红土的三轴压缩强度增大越明显；在保证一定的筋土界面强度的前提下，加筋可大大地提升高含水率加筋土挡墙的稳定性。
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  基于数字图像技术的碎石撒布情况检测方法研究

  荣鑫, 刘洪海, 高新民, 边庆华

  2022, 39(7): 66-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.009

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  近年来, 随着数字图像处理技术的兴起，越来越多的路段在道路建设过程中使用数字图像处理技术对道路建设情况进行检测。为了在同步碎石封层施工阶段对碎石撒布率和撒布均匀性进行实时评价，实时反馈碎石撒布情况并指导下一步的施工作业，减少不满足规范要求的撒布路段，在对撒布路面碎石图像经过图像灰度化、小波高频系数改进阈值处理、低频系数改进Retinex法处理、小波重构及二值化处理等数字图像处理后，得到图像碎石撒布率, 并统计了图像中横向、纵向及四分域各部分碎石撒布面积的分布得到均匀性系数。通过对施工现场采集图像的撒布率与传统试验方法得到的结果进行比较，验证了所提算法的准确性并提出了数字图像碎石撒布均匀性评价指标。试验结果表明：通过数字图像处理技术得到的碎石撒布率与实际撒布率检测差值在±1%内，能够满足规范检测精度要求; 通过采用四分、横向及纵向分析方法，得到的各项均匀性系数可用于评价路面撒布均匀性并确定撒布情况较差的具体位置，能够对下一步的碎石撒布施工作业进行指导，为同步碎石封层施工提供了一种快速、无损、有效和准确的数字图像检测方法。
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  高速公路纵坡坡长可靠性设计研究

  张航, 田晟, 李明

  2022, 39(7): 75-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.010

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  针对我国现行规范《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)在高速公路纵坡设计中仅对最大纵坡及最大坡长做出限制要求，通过分析道路纵坡设计的影响因素并考虑汽车实际在上坡过程中的运动状态，建立了坡长的功能函数；引入可靠度理论，将可靠概率与失效概率作为表征可靠度的指标，采用蒙特卡洛法计算了在120，100，80 km/h共3种设计速度对应的最大纵坡坡度条件下, 不同坡长供给值的失效概率，并指出存在隐患的设计指标。然后根据《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG 2120—2020)，为满足高速公路对应安全等级的可靠度要求，对不同坡长供给值下的可靠度进行独立计算，将可靠度概率大于95%的坡长供给值作为安全坡长建议值，从而提供了阶梯坡度范围内坡长的限制要求。结果表明：在相同坡长供给值条件下，纵坡可靠度概率值随着坡度的增大而减小；当设计速度为120 km/h时，对应最大纵坡坡度为3%的最大坡长可靠度概率为95.581%，安全建议坡长计算值为900 m，与规范一致。当设计速度分别为100 km/h和80 km/h时，对应最大纵坡坡度为4%，5%的最大坡长可靠度概率为86.555%，74.874%；对应最大纵坡坡度为4%，5%的安全建议坡长计算值分别为700 m和500 m，均小于规范值。最后运用工程实例研究了事故率与设计值失效概率的关系，设计值失效概率越大，越容易引发交通事故，推行基于可靠度理论计算得到的纵坡坡长值进行高速公路设计，可提高道路安全性。
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  根键桩承载机理和沉降特性数值分析

  刘刚, 夏理巧, 余竹, 祝凤金, 刘红岩

  2022, 39(7): 84-88,105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.011

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  根键作为根式基础的重要组成部分，在提高根式基础竖向承载力和沉降控制能力中发挥着重要作用。在根式基础中将根键的作用单独考虑，针对根键的破坏形式和根键对桩周土体的作用进行了深入研究。结合试桩的现场试验验证了数值模拟的结果与现场试验的结果规律一致，可采用数值模拟手段研究根键桩和根键的作用机理。利用数值模拟手段分析了根键在不同长度、中心层间距和不同布置位置时的受力和变形特性，以此来反映根键与土体的作用效果和根键的破坏模式，揭示根键对桩周土体的作用。将根键视作受弯弹性地基梁，给出了Winkler模型下根键受力理论解。结果表明：根键桩的承载性能和沉降控制性能远优于普通桩，更适用于滨海深厚软土地区的工程实践；根键在桩顶竖向荷载作用下，其变形和受力分布形式类似于受弯Winkler弹性地基梁模型；当桩顶承受较大荷载时，根键与桩身连接处易发生剪切破坏，故根键桩施工过程中，要保证根键的强度，避免根键失效；根键层间距越小，根键与根键层间土体的耦合作用越强，同时根键层间土体向下位移量也越大；根键影响范围内的土体主要发生剪切破坏，根键能充分调动桩周土体共同发挥承载作用。
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  基于粒子群算法的单壁钢围堰加固施工优化

  钟正强, 刘卓泽, 彭建新, 陈敬智

  2022, 39(7): 89-97. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.012

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  为了提高对单壁钢套箱围堰的经济和安全管控，结合某库区桥墩加固工程现有基础条件，对围堰结构设计中的主要参数变量进行优化，以改进深水区单壁钢套箱围堰加固施工工艺。根据深水区桥墩基础加固施工的主要特点，分析了钢套箱围堰的施工工艺流程，从钢套箱围堰的结构受力分析出发，建立了两种典型工况下的力学模型和优化数学模型，进而推导出最小抗浮稳定系数计算公式。在此基础上，通过ANSYS建立钢套箱围堰参数优化模型。将不同的内支撑间距和填充混凝土厚度设置成混合型变量，以材料费用、重量以及抗浮稳定系数为优化目标，选用粒子群算法对围堰进行了多目标优化，从而得出一组最优解。结果表明：对于支撑间距相等的围堰，在抽水工况下，当抽水至水位线以下空腔段1/3~2/5处时，围堰最不利受力变形位置出现，位于水位线以下空腔段3/5处; 优化后的围堰在各工况下位移峰值为10.274 mm，整体最大位移下降了7.39%，峰值位置沿水深方向下移。优化后应力峰值为209.488 MPa，低于设计强度值。该结果验证了钢套箱围堰最不利受力变形位置出现的规律，避免了只考虑单一因素引起的局部优化，证实了粒子群算法应用于单壁钢围堰优化的实用性和有效性。
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  中小跨径钢混组合梁桥经济技术性分析及设计优化比选

  彭森, 傅晨曦

  2022, 39(7): 98-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.013

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  为了合理评价钢混组合梁桥在中小跨径公路桥梁中的适应性，基于江苏省公路中小跨径桥梁的特点，对钢混组合梁桥的经济性、技术性进行研究，比较分析了钢混组合结构在中小跨径桥梁中大规模应用所具备的经济、技术优势。定义了新的设计优选指标，可综合考虑各种构件的造价及各自的活载储备系数的影响，量化参数变化对经济性和技术性的影响。对16 m跨径钢混组合板梁桥的设计参数进行了优化比选。结果表明：钢混组合结构自重轻，拼装方便，适合工厂化生产、装配化施工，是一种适用于中小跨径桥梁的桥型；钢混组合结构在材料用量及成本造价层面相较于传统混凝土结构桥型具有一定竞争力，钢混组合板梁初期建设成本比预制混凝土小箱梁贵10%~15%，比现浇预应力混凝土箱梁便宜；若考虑整个服役周期，同等跨径的钢混组合板梁与相应的混凝土桥梁(装配式预应力混凝土小箱梁、T梁)相比，全寿命周期建设成本接近, 同等跨径的钢混组合箱梁的全寿命周期建设成本与现浇预应力混凝土箱梁基本持平；由于自重轻，在地质条件较差的情况，采用钢混组合梁桥会更具优势；引入活载储备系数和综合优选指标来进行桥梁结构设计优化，有利于结构设计参数的量化比选，通过16 m跨径钢混组合板梁桥的优化设计实例得到桥面板厚度最优的设计参数为0.25 m。
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  锚碇沉井排水下沉期应力特性研究

  李维生, 杨彤薇

  2022, 39(7): 106-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.014

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  大型陆地沉井在首次接高和降排水下沉过程中经常遇到下沉偏斜、结构开裂等现象，需要对首次接高和下沉过程中沉井根部应力进行分析。以南京仙新路过江通道北锚碇沉井基础为例，对第1次4节接高和下沉分为接高过程4个工况和下沉2个工况，采用ABAQUS有限元数值分析方法和结合现场实测数据，对大型沉井首次接高下沉期隔墙钢壳和混凝土的协同工作性能开展了研究。结果表明：在沉井接高4个工况中，沉井底部中心的混凝土应力随着接高增加逐渐减小；在下沉初期，刃脚周围的土体未形成对沉井的有效约束时，随着下沉开挖施工进行，混凝土底部应力逐渐增大；沉井钢壳和沉井混凝土本体发生的变形不一致，有相互脱离的趋势, 沉井首次下沉过程中，沉井隔墙底部应力随下沉深度的不断增加而缓慢增大，当沉井下沉到一定深度时，沉井外侧土体对刃脚形成一定的约束作用，钢壳应力总体稳定且呈下降的趋势；隔墙及刃脚底部钢壳应力呈现出中部大、端部小的规律；隔墙及刃脚底部钢壳应力在最中心处略有下降，原因为沉井下沉过程中的纠偏对其应力分布产生的影响; 沉井侧壁土压力值随沉井下沉深度的增加不断增大, 沉井宽度方向上的土压力随深度升高值大于其长度方向上的土压力随深度升高值。
隧道工程
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  平面交叉隧道围岩及初期支护结构稳定性研究

  林波, 谢文博, 刘磊, 许修亮

  2022, 39(7): 115-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.015

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  随着国民经济的不断增长和交通基础设施的不断完善，相邻隧道在修建时间和空间上不可避免地形成了一定的穿越关系，从而产生了平面交叉和立体交叉，其中平面交叉是交叉隧道的常见结构形式。平面交叉隧道的开挖和支护流程更加复杂，交叉区域围岩和初期支护结构的稳定性值得引起重视。基于Midas GTS NX有限元软件及现场实测数据，首先利用反演分析法完成了隧道三维模型参数的标定，获取了1组可真实表征围岩应力应变特性的模型参数，建立了可模拟施工工序的交叉隧道三维有限元模型，计算获取了开挖和支护过程中交叉区域围岩和初期支护结构的变形及应力演化规律。进一步地，将变形和应力作为考察指标，对交叉区域围岩的拱顶、仰拱、边墙、初期支护结构、系统锚杆等关键施工部分的稳定性进行了评估。结果表明：主洞和支洞相交处的4个拐角及主洞边墙是交叉区域变形和应力的集中区，施工过程中应针对这些区域采取相应的补强措施以确保结构的稳定性；设计文件中给出的系统锚杆的布局不够合理，使得整个系统锚杆的受力不够均匀，局部发生了应力集中现象，可能导致个别锚杆失效, 建议将隧道拱部的锚杆数量减少，将主洞边墙处的锚杆数量增加，以规避施工风险。
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  高速公路隧道入口护栏侧倾控制研究

  张新瑞, 贺志昂, 狄海波, 马燕翔, 杨飞雄

  2022, 39(7): 123-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.016

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  为了保证车辆在隧道入口处的行车安全, 针对隧道入口处车辆碰撞护栏产生侧倾而撞击隧道壁的问题, 通过现有有限元仿真结果与实车足尺碰撞试验结果在驶出角度、车辆变形以及行驶轨迹等方面进行对比, 校核了不同车型的有限元仿真的计算参数。采用理论分析、有限元仿真技术等方法, 分析了护栏坡面、护栏高度、护栏刚度及强度指标对车辆侧倾的影响关系。结果表明: 直壁式坡面的防侧倾能力优于F型坡面和单坡面; 护栏高度越高, 防侧倾的效果越好, 随着护栏高度的增加, 侧倾角度减小的幅度逐渐降低, 即1.5 m的护栏可兼顾经济性和功能性, 为护栏结构最优的高度值; 护栏的刚度与其防侧倾功能之间并不存在线性关系, 即并非护栏刚度越大越好, 但较小的护栏刚度会影响整体结构的强度, 造成零件的破坏; 通过仿真分析, 大刚度立柱和高吸能横梁结构对于控制侧倾效果尤为显著。结合隧道入口实际条件, 确定了满足隧道入口车辆侧倾指标阈值为45 cm, 并得到一种SB级防侧倾型隧道入口护栏结构。通过有限元仿真分析验证, 满足隧道入口护栏侧倾控制小于45 cm的要求, 提高了隧道入口护栏的侧倾防护能力, 可有效提升高速公路隧道入口处的交通安全运营水平。
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  浅埋小净距隧道含软弱夹层段开挖变形与围岩应力分析

  万桂军, 刘春舵, 关瑞士, 黄均华, 张奇

  2022, 39(7): 131-138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.017

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  随着我国铁路、公路建设的不断发展, 隧道工程建设不仅规模大、形式多样化, 所处的隧道围岩环境越来越复杂。受地形与特殊地质条件限制, 软岩小净距隧道这种特殊结构形式也必将会经常出现。在大多数研究成果中, 所建立的数值计算模型其地表面采用水平面, 其与实际起伏不平的地面有较大差距。为揭示含软弱夹层浅埋小净距隧道开挖过程中围岩的变形规律及力学效应, 以贵州省正安—习水高速公路项目沙田隧道为工程背景, 采用FLAC3D依据实际地形、地质条件建立了三维数值计算模型, 分析了隧道含软弱夹层段在开挖过程中的变形、应力变化规律。结果表明: 隧道开挖过程中, 围岩的变形表现出显著的时空效应, 在开挖进尺(3 m)范围内沉降量增幅为27%~52%, 夹层部分达到46%~52%;软弱夹层对围岩竖向变形的影响范围为夹层厚度的3.5~4.8倍, 对水平变形的影响为2.9~3.4倍, 围岩水平方向变形稳定早于竖直方向; 当监测点距掌子面超过1.5倍洞宽后, 随掌子面的半圆穹约束作用的消失, 围岩的沉降趋于稳定; 开挖后拱脚、拱腰、中夹岩墙产生应力集中, 隧道右侧应力集中现象较左侧明显。
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  隧道工程

  基于SLIC超像素分割与合并的隧道围岩节理裂隙识别

  陈宝林, 王宇, 王浩宇, 朱长根, 傅金阳

  2022, 39(7): 139-146,156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.018

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  在隧道施工中, 围岩节理裂隙统计是隧道地质信息编录调查和量化分析的重要前提条件。传统的数字图像处理算法均以直接标记节理裂隙的分布位置为目的, 因此难以识别没有宽度的节理裂隙。另一方面, 阈值分割法、边缘检测法等传统检测方法由于未考虑对象的几何信息, 因此对不均匀光照、阴影、地下水等隧道围岩表面常见干扰因素非常敏感, 影响识别精度。针对传统识别算法的局限性, 提出了一种基于SLIC超像素分割与合并的节理裂隙识别算法。首先, 基于非局部均值滤波对围岩RGB图像进行了降噪处理, 初步改善图像的识别条件。随后, 基于SLIC超像素分割获得了图像的超像素区块。最后, 计算了相邻超像素区块之间的合并权重, 构建了区域邻接图(RAG), 并执行了层次区域合并算法, 将该合并结果的轮廓经过坐标转化获得最终的节理裂隙分布图。对比试验表明: 该算法的识别精度可达85.44%, 显著高于Canny边缘检测算法的68.59%和自适应高斯阈值法的54.05%, 且高于同类型的Quickshift超像素分割算法, 并在鲁棒性上具有明显优势; 该算法在节理裂隙识别效果上较传统节理裂隙检测算法具有明显的优势, 能够适应隧道围岩节理裂隙的形态特征, 克服拍摄环境中的各类干扰因素, 实现节理裂隙精准定位与识别。
智能交通
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  智能交通

  交通控制论初步: 交通系统控制的共同规律与方法

  李斌, 王笑京, 李宏海, 汪林, 郭宇奇

  2022, 39(7): 147-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.019

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  交通系统是一个边界开放、多主体参与的复杂系统, 既有工程技术问题, 又涉及人、社会组织和政策问题。传统的交通控制方法主要用于交通信号控制、区域网络调节等微观和中观层面, 而在交通供给调节、需求管理以及运输结构等宏观层面上, 则很少提及控制论的应用。从控制论的思想出发, 探讨了交通系统各种控制行为的共性规律和相对稳定的方法。首先简要回顾了道路交通控制技术的发展历程, 从交通系统兼有工程物理属性和社会属性的角度探讨了传统交通控制技术的局限性, 并提出了将交通控制研究范畴拓展到基础设施供给调节、运输需求管理等层面的广义控制理念。在此基础上, 融合工程控制论和社会控制论的思想, 初步论述了交通基础设施供给调节、出行与运输需求管理、交通流控制、车路协同等各种控制过程的共同规律和方法, 阐明了信息即控制的观点, 提出了以提升系统组织化程度为根本目标、以交通熵为基本判据、以信息为控制手段、依托通信网对运输网(含能源供给网)行为进行指引和调节的交通控制论思想, 对于各种交通控制系统的构建具有普适的指导意义。
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  智能交通

  基于Cardinal样条的车道偏离预警测评关键参数估计

  李宏海, 陆红伟, 卢立阳, 徐启敏

  2022, 39(7): 157-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.020

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  为了对车道偏离预警系统开展客观定量的测试评价, 进行了相应的研究。目前国内外车道偏离预警系统发展迅速, 但针对车道偏离预警系统的测试和评价依然十分缺乏, 虽然我国已有标准《智能运输系统车道偏离报警系统性能要求与检测方法》(GB/T 26773—2011), 但该标准仅给出了测评场景及流程, 未给出相关测评指标的具体计算方法。针对上述问题, 提出了一种基于Cardinal样条的车道偏离预警系统测评关键参数估计方法, 该方法首先分析了不同的GNSS/INS组合算法的优劣, 选择深组合算法作为高精度差分组合导航系统的融合算法; 其次利用上述组合导航系统分别获取了车道线以及测试车辆的基础参数数据, 包括车道线位置、车辆位置、速度、加速度等; 然后对采集到的离散车道线坐标进行Cardinal样条拟合, 从而获取连续且平滑的车道线曲线, 同时与Hermite样条拟合算法进行对比试验, 验证了Cardinal样条拟合可以得到更高的测量精度和更好的拟合效果; 在得到高精度车道线的基础上, 结合牛顿迭代算法, 进行了车辆与车道线距离、偏离速度等车道偏离预警测评关键参数的解算, 最后经过了试验验证。结果表明: 所提出的方法能够对车道偏离预警系统中的关键参数进行准确的估计和测试, 为车道偏离预警系统的定量化评价提供了详细的指标及计算方法。
运输经济
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  运输经济

  新能源电动汽车充电桩的优化选址

  易校石, 祁宝川, 易正俊

  2022, 39(7): 166-171,180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.021

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  新能源电动汽车的快速发展对于减少温室气体排放和降低化石燃料消耗具有重大意义。然而, 电动汽车快速增长带来的充电站数量不足、分布不均、成本高昂等一系列问题日趋严重。因此, 合理规划充电站的位置和数量对用户、电网和投资者具有重要价值。针对充电桩面临的运营效率不高、前期投资规模大、回报周期长的难题, 综合考虑充电桩建设成本、预计线路改造投资成本、预计公变改造成本、车位租赁成本和运营成本等影响充电桩经济效益的因素, 并按照统计学原理对这些因素进行度量, 构建了一个以统计数据为基础的利润函数。然后将投资回报年限作为充电桩选址的目标函数, 得到充电桩选址优化模型。将模型的求解问题转化为利润函数零点的搜寻问题, 把二分法搜索的零点对应到每个充电桩最短的投资回收年限, 并将其排序为充电桩的投资决策提供依据。结果表明: 模拟仿真结果与实际情况具有较高的一致性, 证明该研究内容和方法能够帮助投资方对电动汽车充电桩进行优化选址, 根据自身的资金情况合理投资备选充电桩, 进而缩短充电桩投资回报周期; 同时也为新能源电动汽车用户提供了一个便捷的服务环境, 提升了新能源电动汽车的市场竞争力, 减少燃油汽车的使用, 降低汽车尾气排放量, 加快实现碳的零排放, 净化人类生存环境。
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  运输经济

  中小城市公交优先发展策略研究

  彭道月

  2022, 39(7): 172-180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.022

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  为了探究中小城市公交优先发展策略, 首先, 对中小城市公共交通发展现状进行了调研分析, 从公交分担率、乘客满意度、公交补贴政策、公交运营效益等方面分析了中小城市公交发展存在的问题和难点。其次, 以中小城市公交可持续发展为目标, 综合考虑中小城市公共交通"开得通"和"留得住", 从规划、运营、体制机制等方面多角度研究了中小城市公交优先发展策略, 探寻了一条适合中小城市特点的公共交通优先发展之路, 并运用聚类分析和统计学方法对数据进行了分析。最后, 结合各地在运营过程中探索的有益经验, 提出了城乡空间协调互动、积极响应定制出行需求、建立精细灵活补贴政策, 探索"客货并举"、"运游一体"等中小城市城乡一体化公交优先发展策略。结果表明: 在网络布局方面, 应打破城乡二元结构, 实现与城乡空间协调互动, 构建城乡一体化公共交通网络; 在公交服务方面, 应借助信息化技术提供公交定制化服务, 提高公交在时间和空间上的覆盖率以提升公交服务品质; 在公交运营效益方面, 应采用定额与单项组合补贴方式, 兼顾补贴政策的精细化与灵活性, 探索"客货并举"、"运游一体"的跨业融合发展模式, 提升公交资产利用率, 提高公交企业造血功能, 破解中小城市公交发展面临的资金困局。
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  运输经济

  "互联网+"背景下的甩挂运输企业联盟的伙伴选择研究

  冯建丽, 高超

  2022, 39(7): 181-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.07.023

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  "互联网+"背景下的甩挂运输企业联盟具有一定的复杂性和不稳定性, 联盟构建的成功与否在于联盟企业能否从众多企业中选择适宜的合作伙伴。首先, 在充分考虑系统性、经济性、服务质量导向、优势互补等原则的基础上, 结合甩挂运输企业的特性, 构建了包含19个指标在内的甩挂运输企业联盟伙伴选择评价指标体系, 其中准则层为财务状况、企业合作能力、甩挂能力, 因素层为甩挂设施情况、甩挂车辆效率、运输服务质量、企业发展潜力、合作兼容性、营运能力、盈利能力, 指标层为站场仓储面积率、总资产周转率、业务增长率、成本费用利润率等指标。其次, 基于突变级数评价无需计算指标权重而只需考虑各评价指标相对重要性的特点, 建立了甩挂运输企业联盟伙伴选择的突变级数评价模型。然后, 对山东省某甩挂运输联盟其中6个候选企业相关数据进行了分析, 进行了极差标准化处理, 用熵权法判断了各层次的主次控制变量, 再用突变级数法计算出各企业评价终值, 确定出6个运输企业选择顺序为A, B, C, F, D, E。最后, 对模型进行了交叉验证。结果表明: 突变级数评价模型具有科学性、可操作性、实用性的特点, 能够较好地处理指标赋权问题, 为甩挂运输企业联盟选择适宜的合作伙伴提供了可选的方法。