公路交通科技

2023年, 第40卷, 第1期　刊出日期：2023-01-05
  

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    综述
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    公路桥梁智能检测技术与装备研究进展
    张劲泉, 晋杰, 汪云峰, 周炜, 刘智超
    2023, 40(1): 1-27,58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.001
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    我国公路桥梁总量近百万座、超7 000万延米,在役桥梁检测养护需求巨大。桥面、桥底、缆索、墩塔、梁内和水下基础等各类桥梁检测环境复杂,以人工目视检测为主的传统桥梁检测方式难以实现特殊区域精细检测。为研究领域动态和行业发展趋势,梳理总结了近年来公路桥梁智能检测技术与智能检测装备发展现状,并对发展方向及研究重点进行了展望。结果表明:桥梁检测的及时性和准确性对桥梁健康诊断、评估及养护极为重要,可有效防止桥梁因自然灾害、超载重载、服役年限等性能下降导致的直接和间接损失;随着智能检测技术与装备的迅猛发展,基于机器视觉的检测技术逐渐成为桥梁智能检测的主要手段,各项无损检测技术也可为公路桥梁技术状况评定提供多元数据支持;搭载各类先进传感器的高性能智能检测装备正逐步覆盖各类桥梁检测需求,并不断提升桥梁检测效率与精度;按照《交通强国建设纲要》中进一步提升交通基础设施检测养护水平专业化、信息化发展要求,未来应围绕"一体式模块化智能检测作业平台"开展研究,从自动化驱动装备、高效化过程检测、多元化数据分析3个方面提升公路桥梁检测技术与检测装备深度融合与优化,为桥梁检测领域研究人员和技术人员提供参考和借鉴。
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    隧道水泥混凝土路面加铺沥青层数值模拟及试验分析
    万正华, 黄超, 郭洪军, 张长弓, 杨永利
    2023, 40(1): 28-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.002
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    以水泥混凝土路面加铺沥青层的刚柔复合路面结构为研究对象,基于动力学理论,采用有限元数值模拟方法,研究了该路面结构在静载和移动荷作用下的力学响应,分析了沥青混凝土加铺层与水泥混凝土面层的层间最大剪应力分布状况。对室内成型混凝土试块刷涂改性乳化沥青、反应型防水黏结剂、环氧沥青3种层间黏结油进行室内斜剪和拉拔试验。结果表明:(1)静载作用下沥青层底不同位置处受力状态不同,横向弯拉应变幅值大于纵向弯拉应变幅值,纵横向弯拉应变分布呈现"M"形状,基层层底弯拉应变呈现双峰值,沿着行车方向,基层层底一直处于受压状态,垂直于行车方向则存在较小的拉应变,基层层底整体弯拉应变值较小,沥青层底横向、纵向剪应变以轮隙为中心呈反对称分布,纵向剪切应变对称点较横向剪切应变对称点发生前移;(2)综合3种黏层油层间剪切强度以及经济性,反应型防水黏结剂更加合理;(3)匀速移动荷载作用下,沥青面层层底纵向应变处于拉压交替状态,且纵向压应变左右峰值并不相等,右侧压应变值峰值小于左侧压应变峰值;(4)不同车速、胎压下作用下,随着车速的增加层底弯拉应变峰值明显降低,随着胎压的增大层底弯拉应变峰值均增大,其中超压对横向弯拉应变的影响明显小于纵向弯拉应变,加速了路面的疲劳破坏。
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    机械发泡温拌技术在高速公路沥青路面的应用
    付良举
    2023, 40(1): 36-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.003
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    热拌沥青的拌和及摊铺过程需要较高的温度,不仅会造成沥青的老化,而且产生的烟雾会危害施工人员的身心健康。为了降低沥青混合料施工过程中的老化现象和产生的烟雾,将沥青和微量水通过机械发泡装备制备了泡沫沥青。依托甘肃甜永高速公路对温拌沥青混合料进行了下面层的配合比设计,分析了机械发泡温拌沥青混合料应用在下面层的路用性能。重点研究了机械发泡温拌沥青技术的施工工艺,分析了机械发泡温拌沥青技术的经济效益和环境影响。结果表明:机械发泡温拌技术生产的沥青混合料强度、水稳定性和高温车辙性能均满足规范要求,试验路的空隙率、饱和度及矿料间隙率也均达到技术指标要求,表明了机械发泡温拌沥青技术在高速公路中的应用具有可行性;机械发泡温拌沥青混合料的出料温度、运输到现场温度范围分别为120~135 ℃,130~145 ℃,出料温度比普通热拌沥青混合料降低了约28 ℃,混合料的摊铺温度、初压温度以及终压温度分别不低于120 ℃,110 ℃和70 ℃;与传统热拌沥青混合料相比,采用机械发泡温拌工艺生产普通沥青混合料可节约燃气费用约6.8元/t,节能率达到26%;对机械发泡温拌沥青混合料施工现场实测发现二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫以及烟尘排放量分别降低了44%,12%,48%和34%,表明机械发泡温拌沥青技术具有很大的经济和社会效益,极具推广价值。
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    高连通空隙特征的排水沥青混合料技术研究
    黄丰, 刘沛荣, 王灿升, 邹杰, 农智雄
    2023, 40(1): 41-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.004
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    排水沥青混合料主要依靠内部连通空隙排出路表积水,但目前设计排水沥青路面时更多的是参照空隙率指标,而不是连通空隙率指标。为更准确地认识连通空隙率的影响因素,以及其与排水、抗滑、降噪之间的关系,通过室内试验成型不同筛孔通过率的排水沥青混合料PAC-10试件,测得每个试件的渗水系数,并分别使用体积法以及真空塑封法测得其空隙率与连通空隙率。优选5个连通空隙率从小到大差值为2%左右的级配成型试件测得其摆值及吸声系数。结果表明:两种方法得到的连通空隙率都比空隙率与渗水系数线性回归相关系数高,其中体积法测得的连通空隙率与渗水系数相关系数最大R2=0.991,说明它能解释渗水系数99.1%的变异量,更能准确地反映排水沥青混合料的排水能力;使用体积法测得的空隙率与连通空隙率之间在空隙率大于20%时呈线型关系,且线性关系良好,但当空隙率小于20%时,数据开始偏离拟合直线,相关性变差;连通空隙率与2.36 mm筛孔的通过率及4.75 mm通过率之间呈线性关系,2.36 mm及4.75 mm筛孔通过率越小,连通空隙率越大;同时降低4.75 mm与2.36 mm通过率可有效提高连通空隙率;抗滑及降噪效果随着连通空隙的增大而增大,当连通空隙率超过18%之后抗滑降噪增长速度下降明显。
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    氯盐侵蚀钢渣水泥固化淤泥土力学特性及氯离子运移规律研究
    陈刚, 马艳慧, 郭肖阳, 吴燕开
    2023, 40(1): 48-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.005
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    为研究氯盐侵蚀对钢渣水泥固化淤泥土力学特性的影响及氯离子运移规律,对氯盐侵蚀下钢渣水泥固化淤泥土的物理力学性质和微观结构展开室内试验。通过无侧限抗压强度试验、氯离子浓度测定试验、扫描电镜SEM试验深入研究了氯盐侵蚀钢渣水泥固化淤泥土在不同条件下的宏观物理力学特性、微观结构的变化及内部氯离子的迁移规律。结果表明: 随着侵蚀时间的增加, 钢渣水泥土试样的质量变化率明显高于水泥土,其最大质量变化率是水泥土最大质量变化率的1.78倍,含水量数值相差最大的可达9.17%和8.54%;随着侵蚀时间的增加,养护7 d试样的无侧限抗压强度整体呈增长趋势,养护28 d试样的无侧限抗压强度折线呈现出先增加后降低的形态, 水泥土试样的无侧限抗压强度明显高于钢渣水泥土,其最大强度是钢渣水泥土最大强度的2.34倍;随着侵蚀时间的增加,内部氯离子浓度先增加后趋于稳定,水泥土试样较钢渣水泥土试样抗氯离子侵蚀能力较好,钢渣水泥土试样的最大氯离子浓度高于水泥土1.52倍。微观上,随着氯盐侵蚀时增加,水泥土试样内部结构排列变得相对疏松,严重破坏试样内部结构,降低其承载能力。
  • 道路工程
    装配式可绿化挡墙设计及应用研究
    宁英杰, 王新泉, 王正军, 朱聪, 涂杰文
    2023, 40(1): 59-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.006
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    挡土墙是常见的边坡支挡结构,目前同时具备高预制化程度和可绿化功能的挡土墙较少。基于柱板式挡墙,得到一种用于路堤、路肩的装配式可绿化挡墙,其由在工厂预制的上下空心立柱、预制的倾斜搁板(格栅)以及现浇底板组成,各部分由锚钉连接。施工时将各部件运输至现场进行拼装,其上部倾斜搁板填土以植绿达到可绿化目的。为探究其具体设计参数以及受力特点,基于ABAQUS有限元分析软件,以相关规范为指导,将静载条件下立柱关键节点处应力作为评价指标,以正交试验法确定了该类挡墙最优设计参数,并根据最优参数设计的挡墙,得到了此类挡墙主体结构的受力特点。根据受力特点总结了其位移模式,并根据结构特点,总结了此类挡墙的应用关键技术。结果表明: 上部柱高的大小对挡墙受力影响最大, 下柱倒角大小对其影响最小,并确定了最佳组合的具体尺寸;上部柱体随高度增加,位移呈线性增长, 应力呈抛物线形减小,下部柱体应力受倒角尺寸影响较大,在进入倒角处应力达到最大值,立柱侧移受倒角影响较大,在倒角范围应力变化最小;由于挡墙由上下部分组成,故其位移模式为组合形式。
  • 道路工程
    基于响应曲面法的封层材料组成优化
    王瑞
    2023, 40(1): 67-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.007
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    为了提高面层层间的黏结性能,采用纤维封层替代黏层行使功能,而封层的不同材料组成使得其黏结性能发生变化。为得到层间黏结强度最佳情况下的封层材料组成,进行了路面封层材料组成的优化试验。首先针对影响纤维封层黏结性能的3个主要影响因素:沥青用量、纤维用量和纤维长度,采用单因素试验研究了3个因素对封层剪切强度的影响规律。然后基于单因素试验得到的3因素变化规律,利用正交试验法与响应曲面法开展了优化封层材料组成的试验研究。结果表明:在单因素试验条件下,层间的剪切强度随着沥青用量、纤维用量和纤维长度的增大,呈先增后减的趋势,采用正交试验法和响应曲面法得到的最优封层材料组成的剪切强度分别为1.33 MPa和1.53 MPa; 通过响应曲面法改良后得到的最佳纤维封层材料组成中,沥青用量、纤维用量、纤维长度分别为1.845 kg/m2,97 g/m2和5.7 cm; 为了对响应曲面法得到结果进行对比验证,经剪切强度预测值与优化方案的剪切强度实测值比较, 两者误差不超过5%。以剪切强度为响应值对比分析了3种试验方法的优化效果,分别为:响应曲面法＞单因素试验法＞正交试验法。响应曲面法得出的最优解优于正交试验和单因素试验的最优解,明确了响应曲面法可以实现封层材料的组成优化,提高封层剪切强度。
    • 桥梁工程
  • 桥梁工程
    基于数字图像技术的UHPC表面特性与黏结性能识别
    李嘉, 邹衡, 张恒龙, 陈思远
    2023, 40(1): 76-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.008
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    UHPC层与铺装层的层间黏结性能是"钢-超薄UHPC-沥青磨耗层"轻型组合桥面结构体系的技术难点,为更加方便准确地分析UHPC表面特性,同时针对传统测试方法无法有效检测UHPC表面纹理构造的情况,提出了一种基于数字图像技术的UHPC表面纹理构造分析方法。以单幅图像恢复物体形状原理,利用编程对图像信息提取了特征参数,定量描述了UHPC表面三维信息和纹理构造,建立了特征参数与表面构造深度之间的关系,并分析了UHPC表面纹理对黏层材料性能的影响。结果表明:UHPC表面构造深度TD与轮廓算术平均偏差Ra之间存在较强的关联性,TD-Ra关系模型拟合效果良好,相关系数为0.921,轮廓算术平均偏差随构造深度的增长而增长;常温和高温时,热熔型改性环氧树脂202、二阶环氧树脂黏结剂NDA100这两种树脂黏层的附着力拉拔强度与UHPC表面轮廓算术平均偏差相关性较强,其次为SBS改性沥青(I-D),而热固型环氧沥青与Ra相关性较弱;拉拔强度受UHPC表面粗糙度影响程度排序为:树脂202＞树脂NDA100＞SBS改性沥青＞环氧沥青;为保证界面剂在常温和高温环境下均具备较高的黏结性能,建议采用树脂202作为界面剂时UHPC表面Ra范围应在51~53之间,采用树脂NDA100时Ra≤83;基于数字图像技术的UHPC表面构造深度计算方法,易于实行程序化运算,具有操作便捷、检测效率高等特点。
  • 桥梁工程
    寒区海洋环境下高性能混凝土桥梁配合比研究
    冯博, 李松涛, 钱永久
    2023, 40(1): 85-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.009
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    随着区域经济社会的持续发展,沿海地区长大跨度桥梁建设日益增多。为了解决目前海洋寒冷环境下高性能混凝土配合比设计存在的不足,基于全计算法对高性能混凝土配合比设计方法进行了优化。首先理论分析了全计算法在计算高性能混凝土配合比时存在的问题,并针对全计算法中水胶比公式提出了修正。然后通过设计多组对照试验,指出了寒冷地区海洋环境下采用标准全计算法配制的高性能混凝土存在的缺点,并通过配合比试验对改进全计算法的有效性进行了验证。结果表明:(1)在对照试验下,运用标准全计算法得出的高性能混凝土配合比能够满足抗冻、抗渗和碳化要求,但存在砂率和水胶比偏大的问题,因此针对水胶比公式提出了修正系数γ;(2)在综合考虑混凝土抗压强度、胶凝材料总量和混凝土耐久性试验后,验证了修正后的全计算法的有效性,并指出修正系数的建议取值范围为0.85~0.925,其中修正系数越小,水胶比越小,抗碳化能力和抗氯离子侵蚀能力越高;(3)结合工程实例,进一步验证了改进的全计算法得到的高性能混凝土配合比满足设计要求,其强度值、抗渗等级、抗冻性能等参数均满足指标要求。研究成果拓展了全计算法理论在寒区海洋复杂环境中的应用,为实现我国桥梁建设向迈入深海提供一定的技术支撑。
  • 桥梁工程
    新型组合波形钢腹板的弹性剪切屈曲强度
    郑尚敏, 沈强, 程海根, 唐维胜, 管冲
    2023, 40(1): 92-97,151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.010
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    为提高波形钢腹板的剪切屈曲强度,提出将2种型号的波形钢腹板相互组合形成一种组合波形钢腹板。以1612型组合波形钢腹板作为主要研究对象,将其与1600型和1200型非组合波形钢腹板进行对比,采用ANSYS参数建模方法建立了四边简支的波形钢腹板模型,计算分析了高厚比和长厚比对3种波形钢腹板弹性剪切屈曲性能的影响规律,并对不同组合类型波形钢腹板的剪切屈曲强度变化规律进行了研究。结合1座实际桥梁,分析了组合波形钢腹板的适用性。结果表明:波形钢腹板的剪切屈曲强度均随腹板高厚比和长厚比的增大而减小;当波形钢腹板高度和长度一定,1200型和1600型波形钢腹板的剪切屈曲强度相差较小时,1612型组合波形钢腹板的剪切屈曲强度较大;随着腹板高度增大,1612型组合波形钢腹板的较大剪切屈曲强度厚度区间减小;1612型组合波形钢腹板的较大剪切屈曲强度厚度区间受腹板长度的影响较小;不同型号的组合波形钢腹板均存在较大剪切屈曲强度厚度区间,随着组合波形钢腹板由大型号转变为小型号,组合波形钢腹板的较大剪切屈曲强度厚度减小;与波形钢腹板组合梁桥一节段波形钢腹板实际对比发现,1612型变截面与等截面组合波形钢腹板的剪切屈曲强度均大于1200型和1600型波形钢腹板。所得结论可为组合波形钢腹板的抗剪设计提供参考。
  • 桥梁工程
    大跨变截面混凝土箱梁施工期温度效应研究
    惠迎新, 孙晓荣, 王红雨, 张亚军
    2023, 40(1): 98-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.011
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为研究大跨径变截面混凝土箱梁施工期的水化热温度效应,找出合理的温控措施,降低混凝土早期的开裂风险,以1座混凝土变截面连续箱梁桥墩顶现浇梁段为例,应用有限元数值模拟计算方法,建立了现浇梁段精细化有限元模型,对墩顶浇注梁段的施工水化热过程开展了研究。通过开展混凝土水化热发展及早龄期力学性能现场实测试验,验证了精细化有限元模型的准确性。基于验证后的数值分析模型分析了大跨箱梁1#块腹板现场浇注后的水化热温度、应力场变化规律,揭示了外界环境温度和混凝土入模温度参数对箱梁腹板应力状况的影响机制。结果表明:现浇梁段混凝土水化热温度效应受外部环境温度和入模温度影响明显,外部环境平均温度的降低和混凝土浇注入模温度的升高会显著增大腹板靠近表面处的混凝土主拉应力极值,温度引起的应力增加速率快于混凝土强度形成速率,从而加剧了混凝土腹板早期开裂风险。为有效控制和预防大跨变截面混凝土箱梁腹板早期开裂,混凝土浇注宜选择在日平均气温较高时进行,同时采取人为干预措施控制混凝土入模温度在20 ℃以内,以降低混凝土箱梁早期水化热温度应力。该结论可为同类工程的施工和温控措施提供参考和借鉴。
  • 桥梁工程
    公路常规桥梁BIM模型结构化组织方法研究
    肖春红, 朱明, 袁松
    2023, 40(1): 106-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.012
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    随着BIM技术在公路行业的发展,其在公路设计、施工及运营养护阶段等各阶段的应用价值都得到了充分的肯定,在应用领域及深度不断增加的同时,对BIM模型的精度和信息的丰富度也提出了更高的要求。对于公路桥梁各阶段的业务应用需求进行了系统性的研究,并根据各阶段业务应用需求制定了BIM模型包含的分类编码、设计信息及工程数量等信息标准,研究了公路常规桥梁BIM模型分解及构件层级划分规则,结合业务应用需求、信息标准、模型分解及构件层级划分规则提出了BIM模型结构化组织方法。该方法将BIM几何模型与模型属性分离开来,通过ID建立了几何模型与模型属性的对应关系,基于工程建设应用需求,创建了BIM模型实体结构分解方案及层级关系配置表,并基于此配置表创建了与其分解方案及节点层级关系相匹配的BIM模型,最终形成的BIM模型具有几何信息、属性信息及层级关系三大特性。结果表明:基于所述公路桥梁BIM模型结构化组织方法得到的BIM模型能够适应不同的BIM标准及不同业务需求,该方法的应用有利于构件层级关系的调整及BIM信息的扩展,能够为后续建立工作结构分解与BIM构件的对应关系,可为搭建公路桥梁管理系统数据库奠定良好的基础,较好地提高了BIM应用深度,可满足公路桥梁建设各阶段对BIM的应用需求。
  • 桥梁工程
    公路桥上跨地铁微变形控制技术数值模拟分析
    陈震
    2023, 40(1): 113-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.013
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    针对公路桥上跨地铁施工工程中的微变形控制专项技术,研究了高架桥桩基础施工全过程对邻近已有地铁隧道变形的影响,进而为工程施工提供了可靠的参考依据,保证已运营地铁隧道的正常运行。首先选用Winkler地基模型与周围土体耦合求解了已有地铁隧道的隆起变形,然后采用有限元方法计算了高架桥桩基础施工过程中不同阶段邻近地铁隧道的变形,并针对有无搅拌桩施工工况进行了对比分析。最后根据专项施工方案中搅拌桩弹性模量、钢护筒厚度以及桩基础周边土体性质进行了广泛的参数分析。结果表明:对于无搅拌桩工况,通过理论计算模型和有限元数值模拟结果的对比验证了数值模型的准确性,搅拌桩的施工可以有效地降低邻近地铁隧道水平向和竖直向的位移变形,尤其是竖直向的微变形控制效果更佳; 搅拌桩弹性模量的大小直接关系到桩基础的施工对周围土体的变形影响,桩周土体弹性模量较小时需增大搅拌桩弹性模量,从而减小桩基础开挖对邻近地铁隧道的变形影响;钢护筒的厚度对邻近地铁隧道的影响主要体现在水平位移上,对竖直向变形影响较小;桩周土体越软弱,专项施工方案的作用越显著,反之,桩基础施工对邻近地铁隧道的变形控制要求可适当降低。
  • 桥梁工程
    一种新型预制桥墩连接构造的抗剪试验研究
    胡志坚, 鲍安
    2023, 40(1): 125-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.014
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    为提高预制桥墩节段连接构造的力学性能和施工效率,提出了应用于预制桥墩节段间的灌浆波纹管与榫卯结构相结合的新型连接形式。为验证新型连接结构的可靠性,探究其剪切破坏机理,探明影响其抗剪强度的因素,提出了优化设计及施工建议,并设计了5组新型接头试件进行剪切试验。试验参数包括截面形状, 采用波纹管或半灌浆套筒连接钢筋。研究了施工累积误差对波纹管灌浆连接构造抗剪性能的影响,得到了各组试件的变形、抗剪承载力以及破坏模式,并将各组试验数据及现象进行了对比分析。结果表明:新型连接构造在受剪作用下,发生整体斜剪破坏,各控制界面均表现出足够的连接强度,具有良好的抗剪承载力以及较好的整体性;方榫与圆榫相比,装配定位更加精确,拼装效率更高;半灌浆套筒能够提高接头的整体刚度,但破坏较为突然,且在受剪条件下的连接性能不佳;因施工累积误差造成的波纹管底部无钢筋区段会形成薄弱段,从而改变接头受剪破坏模式,显著降低其抗剪强度,为提高波纹管连接安装精度,建议在没有相关工程经验的条件下,构件预留钢筋的长度制作时应比连接所需长度长0~5 mm,预拼装时可再通过调平层实现误差容错;凹槽壁厚和纵向连接钢筋强度是影响新型连接抗剪强度的主要因素。
    • 隧道工程
  • 隧道工程
    浅埋卵石土层隧道超前支护措施研究
    邓祥辉, 刘锦涛, 王睿
    2023, 40(1): 136-143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.015
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    卵石土层是隧道开挖过程中常遇的特殊围岩之一,该围岩强度低、自稳定性差,在隧道开挖中若采取的超前支护措施不当,容易出现掌子面失稳、拱部掉块,甚至局部坍塌等工程事故。因此,研究浅埋卵石土层隧道超前支护措施是非常必要的。以青海省石羊岭隧道工程为依托,采用数值模拟的方法对无支护措施、超前小导管、地表注浆以及超前小导管+地表注浆联合支护分别建立了模型,并对模型模拟的结果进行了对比分析。在此基础上,通过对比数值模拟和实测的位移值,确定了浅埋卵石土层隧道的超前支护方式。结果表明:对比无支护措施、超前小导管、地表注浆以及联合支护4种超前支护形式在竖向位移与水平位移可知,联合支护在控制隧道变形方面优于其他3种支护措施。从4个典型断面的变形监测结果来看,采用联合支护时数值模拟与现场实测的隧道变形趋势基本吻合, 同时,变形值的平均误差较小,仅为13%,说明建立的数值模型是可靠的; 从模拟结果来看,在相同条件下采用地表注浆的隧道围岩变形比采用超前小导管的变形量小23%,这说明在浅埋卵石土层隧道开挖中采用地表注浆控制隧道围岩变形的作用要大于超前小导管。可见,采用超前小导管+地表注浆联合支护可有效控制浅埋卵石土层隧道变形量。
  • 隧道工程
    利用随钻测量技术评估岩体结构形态
    姬付全, 梁晓腾, 邱敏, 杨钊, 詹才钊
    2023, 40(1): 144-151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.016
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    利用随钻测量(MWD)可以准确、快速地从钻孔中获取高分辨率的信息,以表征地下工程开挖过程中遇到的高度可变的岩体。目前利用随钻测量参数表征岩体强度的研究较多,但评估岩体结构形态的研究较少,且多停留在定性评估层次。本文依托玉磨铁路西双版纳隧道项目,采集了大量隧道内随钻测量及孔内摄像数据。利用主成分分析方法,将随钻测量参数集成到第1主成分中;利用孔内摄像数据,将孔内岩体结构形态划分为3类。建立了第1主成分与岩体结构形态之间的关系,提出了利用第1主成分划分结构形态的方法。 结果表明:对于同一台钻机,监测到的钻进参数不是独立的,而是高度相关的。提出的第1主成分分析方法可以正确解释各钻进参数对岩石的响应;花岗岩地层中,当钻遇破碎岩体时,钻进速率均有不同程度的提高或剧增,钻进压力、旋转压力则会出现短暂的降低;利用第一主成分对岩体结构状态进行了定量划分,得到其分布范围及占比, 其中完整岩体占比84.6%,破碎岩体占比8.2%,极破碎岩体占比7.2%。提出的基于随钻测量参数的主成分分析方法可以实现岩体结构形态的快速、准确划分,为隧道开挖和支护提供设计依据。
  • 隧道工程
    隧道浅埋段地表高压旋喷加固分析及现场监测
    蔡敏, 徐华, 韩富庆, 娄健, 杨明兴
    2023, 40(1): 152-159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.017
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    隧道浅埋段软弱围岩在开挖过程中易发生坍塌和涌水突泥等灾害。为明确隧道浅埋段软弱围岩地表高压旋喷加固机理及效果,以广东省云茂高速公路新屋隧道浅埋段软弱围岩地表高压旋喷加固为例,详细分析了地表高压旋喷对软弱围岩的整体加固作用及形成的"土拱效应"。通过对加固后的地表沉降、孔隙水压力、拱顶下沉、边墙收敛和围岩接触压力等现场监测数据进行分析,论证了地表高压旋喷对隧道浅埋段软弱围岩加固的可行性和效果。结果表明:经高压旋喷加固后,桩土之间通过摩阻力的作用将上覆土体自重逐步传递至边桩处,并最终传递至基岩层,桩土相互作用使得隧道开挖后的桩土复合体形成"土拱效应",加固后围岩具有较好的自稳能力, 掌子面塑性挤出模拟值仅为2.5 mm,掌子面前方桩体起到了很好的支挡作用;加固后地表沉降和围岩孔隙水压力较小,最大值仅为5.6 cm和15.5 kPa,隧道拱顶下沉和围岩接触压力最大值仅为4.6 cm和40 kPa,边墙收敛位移仅为2.8 cm;地表高压旋喷预加固能够有效改善围岩整体性,提高岩土体强度,降低围岩渗透性,有效保障了隧道浅埋软弱围岩段的施工安全;掌子面前方桩体的支挡作用,有效防止了隧道上台阶开挖时的塑性挤出和溜坍,且掌子面无明显塑性挤出。
  • 隧道工程
    临海大断面超浅埋公路隧道侧穿敏感建筑物控爆技术
    李刚
    2023, 40(1): 160-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.018
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    为解决城市海底隧道陆域段钻爆法施工产生的爆破振动对周边建(构)筑物结构安全及居民生活影响大的问题,依托厦门第二西通道(海沧海底)隧道工程,通过现场试验、理论计算的方法对复杂地质条件下城市浅埋暗挖隧道侧穿敏感建(构)筑物段控制爆破技术进行了优化研究,提出了建(构)筑物保护及加固方案、控制爆破辅助措施和控制爆破参数优化方案,验证了中导洞掏槽设计、炮眼及空孔布设、进尺设计等控制爆破措施的合理性,对现场试验爆破振速监控量测的数据进行了分析。结果表明:采用数码电子雷管、控制单段最大装药量、减小开挖断面尺寸、缩短进尺等控制爆破辅助措施,结合"空孔+掏心+楔形掏槽"控爆开挖方案及参数优化方案,可显著控制周边建筑物的爆破振速; 当隧道近距离穿越地表建筑物时,在爆破影响区与建筑物基础间增设灌注桩、隔振桩及注浆的方式,能够起到明显的隔振和控制沉降作用; 采取的控制爆破方案可有效地将隧道爆破振速控制在0.5 cm/s 以内,可基本实现掌子面前方10 m地表处无感爆破,掌子面前方20 m以外地表爆破振速监测仪无触发,显著降低隧道爆破施工对周边环境的影响,保证隧道周边建(构)筑物的结构安全,为城市地下空间爆破开挖提供借鉴。
    • 交通工程
  • 交通工程
    基于随机参数Ordered Probit模型的山区公路摩托车事故严重程度研究
    李小刚, 田毕江, 杨文臣, 李薇, 岳松
    2023, 40(1): 169-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.019
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    为准确识别山区双车道公路摩托车事故严重程度影响因素及其异质性效应,降低摩托车事故发生率及其严重度,综合考虑事故严重度有序性和影响因素异质性,以2012—2017年云南省楚雄州Y公路摩托车交通事故为研究对象,从驾驶员、车辆、道路、环境和事故特性五要素中选取16个潜在影响因素作为自变量,以摩托车事故严重程度作为因变量,分别构建了山区双车道公路摩托车事故严重程度固定参数有序probit模型(OP模型)和随机参数有序probit模型(RP-OP模型),并结合边际效应分析了各影响因素对摩托车事故严重程度的作用强度。结果表明:考虑个体异质性的RP-OP模型拟合优度高于OP模型,能准确刻画数据中未观测到的异质性和事故严重程度影响因素之间的交互作用,更适用于事故严重度影响机理的精细化研究; OP和RP-OP模型均识别出摩托车驾驶员性别、操作行为、是否有责、事故发生时间、光线条件、事故发生地点、路表情况、涉事车型显著影响摩托车事故严重程度的8个变量,其中女性摩托车驾驶员、驾驶员超车不当、涉及货车3个变量是分别服从(0.721,0.9872), (0.432,0.3442), (0.723,0.5622)正态分布的随机参数,对摩托车事故严重度具有显著的异质性影响效应。研究成果可为山区双车道公路摩托车事故预防提供决策参考,并针对性制定安全改善措施。
  • 交通工程
    基于停车人视角的道路停车难易程度评价方法
    胡海鹤, 仝进, 邵娟
    2023, 40(1): 178-184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.020
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    立足停车人视角,结合道路停车运营数据,提出了一种道路停车难易程度评价方法,为驾驶员提供停车寻位直接指导。首先,基于停放车辆数、周转率、停车设施容量等停车特性指标, 计算了实际停车占用率和理论停车占用率以反映停车资源使用的客观状态。接着,依托Logit模型参数分布特征提出了温和型、直接型及激进型3种停车耐受模式,并给出了停车指数计算方法以反映停车人感知的停车难易程度。然后,依据停车指数分布范围将停车难易程度划分为L1~L5 这5个等级。最后,以北京市城六区道路停车为例,在道路和行政区划2个空间尺度下进行了停车难易程度分析。结果表明:道路尺度上的停车难易程度时变模式存在互补现象,驾驶员可依据实际情况选择即可停车或近目的地停车;在行政区划尺度上, 停车指数在一定程度上反映了区域功能结构和出行需求的时空分布特性,为"削峰填谷"停车管理方案的制订提供了依据。基于停车人视角的道路停车难易程度评价指标从使用者的角度反映了停车难易程度,弥补了传统研究面向运营管理的停车评价方法在驾驶员停车寻位上的应用缺陷,为驾驶员提供直接、动态的停车建议,减少停车寻位时间,也为停车管理部门及行业规划师引导停车需求提供了缓解停车困难的新分析视角。
    • 智能交通
  • 智能交通
    基于RAdam优化的DLSTM-AE交通流预测模型
    黄艳国, 周陈聪, 左可飞
    2023, 40(1): 185-191,199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.021
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    交通流预测在智能交通系统中起着关键的作用。然而,由于交通数据有着复杂的时间依赖性和本身的不确定性,导致预测交通流变得具有挑战性。为了进一步充分提取交通流时空性、周期性等特征,采用了一种自编码器(AE)与深度长短时记忆网络(DLSTM)相结合的组合模型(DLSTM-AE),并引入改进的适应矩估计算法(RAdam)进行模型训练。首先利用深度长短时记忆网络模型对交通流序列信息特征进行采集,并借助自动编码器结构将采集的信息压缩为一个固定维度的表示向量。然后通过解码器对该向量进行重构,实现信息的进一步挖掘。最后在模型的训练过程中,利用RAdam算法进行优化,分批次更新动量参数,缩短寻找最优解的时间,提高模型预测的时效性和精度。在高速公路交通流真实数据集上进行了仿真并与其他模型方法进行了对比。结果表明:DLSTM-AE组合模型不仅在预测结果上具有明显的优势,而且在交通流周期性方面拥有较好的曲线拟合能力, 其中测试集的均方根误差值下降了约0.445~1.826,平均绝对误差值下降了约0.282~0.984,相关系数值R2提高了约0.005~0.023;在周期性上,相邻周对应工作日的预测精度远高于对照组。该模型可以捕捉交通流序列中更潜在的时空性和周期性信息,可以更好地满足高速公路交通流预测的需要。
    • 城市交通
  • 城市交通
    超网络视角下的城市交通枢纽重要度判别方法研究
    袁广, 孔德文, 孙立山, 许琰, 张鑫
    2023, 40(1): 192-199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.022
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    为克服复杂网络理论难以满足一体化、综合化、成网化城市交通枢纽网络系统建模需求,导致城市枢纽网络元素异质性特征刻画不全和枢纽内部结构特征丢失,进而带来重要度判别偏差大的问题,首先,基于超网络理论,定义并构建了城市交通枢纽超网络模型。其次,结合枢纽实际结构特征和枢纽超网络模型特征,提出了超边横向选择度和纵向选择度指标,并基于此构造了超边选择度指标。接着,介绍了超网络视角下以超边选择度作为城市交通枢纽重要度的判别方法。最后,以北京城市交通枢纽为研究对象,选取涉及航空、铁路、长途客运、城市公交和城市轨道交通5种交通方式的16个交通枢纽进行了建模和重要度分析。结果表明:与复杂网络建模的节点度重要度判别方法相比,超网络视角下以超边选择度为测度的城市交通枢纽重要度识别方法判别结果与实际吻合度高,能够深入挖掘因复杂网络建模被同质化的拓扑结构特征,揭示单个枢纽具有多种交通方式和枢纽间存在多种交通方式连接的功能特征; 在表现规律上,超网络视角下重要度和选择度拟合结果表现了显著重尾分布和幂律分布特征,符合网络演化发展规律,验证了超网络视角下选择度为测度的重要度判别方法具有较高理论和实际价值。
  • 城市交通
    城市道路占道施工条件下基于速度-流量的交通疏解预测模型
    裴玉龙, 何庆龄, 徐慧智, 侯琳, 杨钰泉
    2023, 40(1): 200-207,270. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为制订供热主管线施工期道路周边比邻主次干路交通组织疏解方案,提供周边道路交通疏解流量数据,采用阈值法和时间序列方法对人工调查得到的交通流量及车速原始调查数据进行预处理,对比分析了区域内道路现状和施工期交通流量和车速频率分布,并计算得到了区域内道路饱和度和车速服务水平。以预处理后的调查数据为依据,以区域道路交通服务水平均衡为目标,通过二次曲线拟合方法,构建了占道施工期间道路交通疏解预测模型,预测计算了占道施工期间施工道路疏解交通流量及车速和疏解道路分担交通流量及车速。运用信息熵法计算得到了饱和度和车速服务水平权重为0.4和0.6,以饱和度和车速为衡量指标,以服务水平等级占比为参数,构建了道路交通综合服务水平评价模型。运用数理统计T检验,分析了道路交通实际和疏解预测综合服务水平占比结果的相关性。结果表明:占道施工期间道路交通实际综合服务水平A级、B级、C级、D级、E级、F级占比分别为12.5%,16.3%,10.2%,8.9%,16.0%,35.9%;道路疏解预测综合服务水平A级、B级、C级、D级、E级、F级占比分别为7.2%,17.8%,17.0%,13.6%,14.4%,30.0%; 道路交通实际和疏解预测综合服务水平占比结果相关性为0.844,显著性为0.035。基于速度-流量的交通疏解预测模型适用于供热主管线施工期道路周边比邻主次干路交通疏解预测。
  • 城市交通
    基于智能手机的城市道路车辆即时识别
    胡剑琇, 朱前坤, 张琼, 杜永峰
    2023, 40(1): 208-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为及时了解路段交通状况,使用计算机视觉方法对城市道路上行驶中的车辆进行即时检测并分类计数,以便更便捷地对某路段交通状况进行定性定量的评估。使用普通的智能手机对城市道路拍摄视频,采用一种以YOLOv3为基础的目标检测和跟踪方法,实现了对车辆的分类识别、跟踪与计数。在配置好的Python环境下,YOLOv3算法可以快速准确地进行车辆分类检测,随后利用Deep Sort跟踪算法对各类车辆进行分类计数,得到了每帧画面中的各类车辆的数量。统计通过该路段的1 000多辆车的型号,结合已有的汽车质量数据,对不同种类汽车重量的统计结果分别进行分布拟合,得到了每种车辆的车身质量的代表值。将质量代表值代入到识别出的计数结果中,对这一交通要道任一时段的汽车荷载进行了分析。结果表明:得出的汽车质量代表值和汽车数量分布,可以估算出每帧路面的车辆均布荷载,得到各个高峰期车辆均布荷载的分布区间;将其与规范规定的均布荷载标准值进行对比, 发现至少在95%的情况下车辆均布荷载不会超过规定的均布荷载标准值,大部分时间符合规范要求;但在交通拥堵的情况下,车辆均布荷载也会超过规定的均布荷载标准值。因此,使用智能手机随时随地采集视频可快速准确地对车辆进行分类识别,并统计该路段的负载情况,对交通流量限制措施具有指导作用。
    • 汽车工程
  • 汽车工程
    某PHEV动力电池的行车加热特性研究
    姚宏义, 陈娅琪, 李杨, 王新凯, 陈晓强
    2023, 40(1): 218-226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为了提升某插电式混合动力车(PHEV)动力电池在低温环境下的充放电功率限值以改善能量回收利用率和行车换挡平顺性,提出了将发动机冷却液作为热源对低温电池进行加热和利用正温度系数(PTC)加热片生热提供热源加热电池的两种加热方案。基于流动和传热学理论借助数值计算方法,建立了两种加热方案在高荷电状态(SOC)的电量消耗(CD)工况和低荷电状态的电量维持(CS)工况下的数值计算模型。结合整车冬季测试的数据对计算模型的准确性进行了验证,并借助验证后的计算模型对两种低温加热方式带来的充放电功率限值的提升进行了分析计算。结果表明:电量消耗(CD)工况下,发动机冷却液和正温度系数(PTC)加热片加热30 min对于电芯最低温度升至5 ℃缩短时长分别为9 min和10 min,对于充电功率的提升分别为23 kW和17.5 kW,对于放电功率的提升分别为24 kW和20.7 kW;电量维持(CS)工况下,两种加热方式加热30 min对于电芯最低温度升至-10 ℃缩短时长为45 min和36 min,充电功率的提升分别为31 kW和6.91 kW,对于放电功率的提升分别为13 kW和13.8 kW。因此,采取加热能使电池较快升温,能使充放电功率限制迅速增加。采用发动机冷却液加热比使用正温度系数(PTC)加热片加热更快达到目标温度,同时对于充放电功率限值的提升量也更加明显,能带来更加平顺的换挡性能和较高的能量回收利用率。
  • 汽车工程
    基于停车视距的强降雨环境下公路车辆制动安全可靠性研究
    盛旭高, 于梦阁, 霍炜
    2023, 40(1): 227-235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    基于停车视距及可靠性理论,研究强降雨环境下公路车辆制动安全可靠性。从运动学原理出发,对AASHTO停车视距模型进行改进,并建立了强降雨环境下公路车辆制动安全可靠性模型。将车速、降雨强度和思索时间作为随机变量,利用蒙特卡罗模拟方法研究不同降雨强度、不同车速下公路车辆的制动安全可靠性及可靠性灵敏度。结果表明:改进AASHTO模型与原始AASHTO模型相比,停车视距计算值偏大,且差值随着车速的增大而增大;车速的变化对停车视距的波动程度影响较大,降雨强度的变化对停车视距的波动程度影响较小;利用确定性方法计算的雨天行车安全限速值偏于危险,基于可靠性方法可得到更为合理的雨天行车安全限速值;失效概率对随机变量均值的灵敏度存在一个极大值,失效概率对车速均值灵敏度和对思索时间均值灵敏度的极大值均随着降雨强度的增大而增大,对降雨强度均值灵敏度的极大值随着降雨强度的增大而减小;失效概率对随机变量标准差的灵敏度存在一个极大值和一个极小值,失效概率对车速标准差灵敏度和对思索时间标准差灵敏度的极大值及极小值的绝对值均随着降雨强度的增大而增大,对降雨强度标准差灵敏度的极大值及极小值的绝对值均随着降雨强度的增大而减小。
  • 汽车工程
    基于组合赋权的车辆智能换道避障功能模糊综合评价
    战琦, 周炜, 李文亮, 张学文, 刘智超
    2023, 40(1): 236-244. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为了对车辆的智能换道避障功能进行综合评价,促进智能避障技术应用,开展智能换道避障功能综合评价方法研究。首先,设置车辆智能换道避障功能的测试工况,包括直道工况和弯道工况。接着,基于换道避障过程的准备、执行、完成3个阶段提取各测试工况下的评价指标,构建车辆智能换道避障功能评价指标体系,该体系包括目标层、要素层、指标层3个层次。其次,基于改进的序关系分析(G1)法计算各指标主观权重,基于CRITIC法计算各指标客观权重,利用乘法合成归一结合主客观权重计算各指标的组合权重,并通过模糊综合评价法建立了综合评价模型,形成了车辆智能换道避障功能综合评价方法。最后,将综合评价方法应用于两台试验样车的智能换道避障功能综合评价,两台样车按照测试要求在不同测试工况下进行了试验,将专家意见与试验数据按照综合评价方法计算各指标的组合权重,并代入综合评价模型求得评价结果,实现对两台样车智能避障功能的综合评价。结果表明:两台试验样车的评价总分分别是88.1,93.8,评价等级分别为良好、优秀,该方法得到的评价结果与车辆在测试中的表现相对应;该指标体系及综合评价方法具有可行性,评价结果科学合理,可以为车辆智能换道避障功能的改进和应用提供依据。
    • 运输经济
  • 运输经济
    基于变异系数法的社会物流成本聚合指标构建
    樊东方, 罗凯, 靳志宏
    2023, 40(1): 245-251. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.028
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    为了探索社会物流成本评价更为科学的方法,有效避免因外部因素差异造成的评价不准确问题,从宏观角度综合考虑我国GDP、社会物流费用、社会物流总额和物流绩效指数4个指标分别对社会物流成本所产生的影响及层面,构建了聚合性评价指标模型。利用变异系数法进行赋权以消除量纲不同的问题,克服产业结构、经济发展水平、物流基础设施等因素的影响,创新性的提出了更能客观反映我国社会物流成本发展实际的评价指标。建立指标模型后,通过设置影响评价指标的变量,运用灰色关联系统理论分析了各关联指标与社会物流成本水平变动的关联度,并将社会物流成本聚合型评价指标与"社会物流总费用占GDP的比率"进行了对比,比较这两个评价指标与变量之间的关联度大小。通过分析、比较和检验,论证了该聚合型评价指标对评价社会物流成本、反映物流业发展水平的效果。结果表明:与社会物流费用占GDP的比率这一评价指标相比,所提出的社会物流成本聚合型评价指标与经济发展水平的关联度较强,与产业结构等因素关联度较低,说明该指标在评价社会物流成本时受经济发展水平影响较大,而受产业结构等因素的影响较小,更能客观反映和评价我国社会物流成本的实际水平。
  • 运输经济
    基于多源数据的区域综合运输通道旅客出行特征研究
    崔愿, 陈璟, 李可, 曾学福, 徐美霞
    2023, 40(1): 252-260. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.029
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    为了准确计算区域综合运输通道中旅客出行总规模和方式构成, 分析通道中过境旅客出行量占比,从而为优化通道内线路资源配置和研判区域综合运输通道交通功能和经济功能提供支撑,统筹利用交通行业传统统计数据、营运收费数据和手机信令数据,发挥不同数据源的比较优势,强化相互补充和校核,在对旅客出行进行了分类界定的基础上,构建了包含各种运输方式、相同运输方式不同类型交通线路的区域综合运输通道旅客出行总量、出行结构及过境量占比的分析模型。以湖北省京广综合运输通道为例进行了案例分析,验证模型的有效性和实用性。结果表明:2018年湖北省京广综合运输通道旅客出行人数超过2.3亿人次,高铁和高速公路是通道旅客出行的主力军,在通道旅客出行总量中占比33.8%和36.2%,远高于占比14.2%和15.8%的普铁和普通干线公路;通道非过境旅客出行量占比74.5%,说明通道在服务通道沿线与湖北省经济社会相关的旅客出行需求发挥了巨大作用;通道过境旅客出行量在旅客出行总量中占比25.5%,充分体现了该通道在国家层面的重要性;铁路在服务过境出行旅客和非过境出行旅客的功能相对均衡,高速公路和普通干线公路以服务非过境旅客出行功能为主,过境旅客出行量占比仅为10.6%和0.7%。
  • 运输经济
    交通基础设施、互联网与城市经济发展潜力
    昝欣, 欧国立
    2023, 40(1): 261-270. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.01.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    在"增长速度换挡期、结构调整阵痛期、前期刺激政策消化期"的"三期叠加"背景下,运用随机森林回归模型,作为评价指标重要度排序的测度方法,剖析了影响城市经济发展潜力的主要因素及其影响。为解答城市如何加强交通基础设施建设,在互联网发展水平的协助下如何提升中国经济发展潜力,提供了实证依据。结果表明:中国城市经济发展潜力在空间分布格局上存在明显的差异性,2018年集中于北京、上海等城市。我国城市经济发展潜力在观测时间范围内,经过了低状态(Ⅰ)、中低状态(Ⅱ)、中高状态(Ⅲ)和高状态(Ⅳ)4个阶段,对经济发展潜力处于中低状态和中高状态的城市,交通基础设施对城市经济发展潜力的正向促进作用明显,互联网发展水平在交通基础设施对城市经济发展潜力影响中的正向调节效应明显;对经济发展潜力处于高状态的城市,互联网发展水平和交通基础设施主要起到了维稳作用。交通基础设施与互联网形成的智能交通运输网络,是城市经济增长高质量发展的动脉。中国要实现经济高质量发展,须在改善城市交通基础设施发展水平,提升区域经济运行效率,增强交通运输通行效率等方面下功夫,而互联网在其中扮演着重要的助推作用,为城市经济协调、高速、可持续化发展提供了重要的技术支持和根本保障。