2023年, 第40卷, 第2期　刊出日期：2023-02-05

  

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  橡胶颗粒改性沥青混合料黏弹性研究

  余苗, 赵晓宁, 陈海峰, 孔令云, 吴传海

  2023, 40(2): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.001

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  为研究橡胶颗粒改性沥青混合料的黏弹性能,明确橡胶颗粒掺量对沥青混合料弹性变形及恢复能力的影响,在无侧限条件下采用沥青混合料性能试验机进行动态模量试验,测定混合料的动态性能在不同加载频率、不同加载温度以及不同橡胶颗粒掺量情况下的变化规律。首先,分析不同加载频率和温度下,混合料动态模量、相位角及车辙因子指标的变化规律。接下来,基于动态模量测试讨论不同橡胶颗粒掺量、不同加载频率以及不同加载温度下的橡胶颗粒改性沥青混合料的动态性能变化规律。结果表明:橡胶颗粒改性沥青混合料的黏弹性能较为明显,在低温高频时,混合料表现出更多的弹性性能,在高温低频时,混合料的黏性性质更为明显;少量橡胶颗粒的掺入,增加橡胶颗粒改性沥青混合料的弹性恢复能力,随着橡胶颗粒掺量增加,混合料弹性增强,可恢复变形增大,弹性恢复时间缩短;沥青混合料试件的动态模量随温度、荷载作用频率和橡胶颗粒掺量出现变动,在试件温度相同条件下,动态模量随着荷载加载频率加快而增大,反之,当荷载加载频率一定时,动态模量随着试件温度增加而减小;当试件温度处于T=10,20,30,40,50℃时,沥青混合料的抗车辙因子随荷载加载频率升高而增大。
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  高黏度改性沥青的温度敏感性分析

  周志刚, 陈功鸿

  2023, 40(2): 8-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.002

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  为了评价高黏度改性沥青的感温性能,并探寻一种较为合理的高黏度改性沥青温度敏感性评价方法,通过采用针入度指数(PI)法、针入度黏度指数(PVN)法、黏温指数(VTS)法、复数模量指数(GTS)法和复数指数(CNI)法来评价自制高黏度改性沥青、某国产高黏度改性沥青和SBS/树脂改性沥青的感温性能,并比较5种评价方法对高黏度改性沥青温度敏感性的适用性。试验结果表明:自制高黏度改性沥青对温度的敏感性最小,感温性能优于其他国产高黏度改性沥青,SBS/树脂改性沥青对温度敏感性最大,稳定剂有助于改善改性沥青的感温性能;在5种温度敏感性评价方法中,PVN法所采集的数据点无法满足高黏度改性沥青较广的温度域,试验精度较低,不适用于评价高黏度改性沥青的温度敏感性。PI法、VTS法、GTS法和CNI法可用于高黏度改性沥青的温度敏感性评价,其中,PI法所采用的温度范围较窄,具有一定的局限性;VTS法、GTS法和CNI法所涉及的温度域符合实际沥青路面中高黏度改性沥青的服务温度,而CNI法更好地考虑了高黏度改性沥青的黏弹性特征,故对高黏度改性沥青感温性能的评价更具准确性和合理性。
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  基于图像数字化处理的泡沫沥青分散均匀性研究

  李秀君, 赵麟昊, 高世柱, 董力铭, 严玉苗

  2023, 40(2): 15-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.003

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  泡沫沥青冷再生混合料材料组成复杂,原材料的选择和沥青发泡性能对冷再生混合料强度有较大影响。为设计出适用于多雨重载公路下面层的泡沫沥青冷再生混合料,依托课题工程项目,对原材料性能进行分析,而传统沥青发泡性能评价指标(膨胀率和半衰期)存在非唯一性、误差大和非直观性等问题。因此,利用泡沫沥青胶浆颜色特征,基于IPP软件对泡沫沥青胶浆分布图数字化处理,在面积指标、数目指标和均匀性指标的基础上,提出了沥青发泡性能综合评价指标FBCE,并对沥青发泡性能和混合料力学性能开展了试验研究。结果表明:综合指标FBCE可对沥青发泡性能进行定量评价,该指标包含泡沫沥青胶浆面积指标FBA、数目指标FBAN和均匀性指标FBAD,提高了确定发泡条件的准确性,具有直观性、唯一性和与力学性能相关性强等优点;沥青发泡性能对泡沫沥青冷再生混合料高温抗剪切和抗水损性能有较大影响,最佳发泡条件(160℃,2.5%)较最差发泡条件(150℃,1.5%)的混合料最大贯入荷载和ITSR分别提高16.7%和9.2%,表明改善沥青发泡性能可有效提高泡沫沥青分散性进而提升冷再生混合料的高温抗剪切和抗水损性能,沥青发泡性能综合指标FBCE与最大贯入荷载和ITSR均有较好的相关性,进一步证明了综合指标FBCE的合理性。
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  直投式聚乙烯改性沥青混合料的路用性能

  刘兴东, 张亮

  2023, 40(2): 22-27,126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.004

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  通过直投式聚乙烯改性沥青混合料配合比设计,研究了其路用性能,主要包括高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性。结果表明:对比直投式聚乙烯改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料,直投式聚乙烯改性沥青混合料油石比相对于SBS改性沥青混合料少,约低0.1%~0.2%;直投式聚乙烯改性沥青混合料的稳定度和动稳定度相对于SBS改性沥青混合料高,动稳定度约为SBS改性沥青混合料的1.3~1.5倍,说明采用直投式改性对于高温稳定改善效果显著;直投式聚乙烯改性沥青混合料低温抗裂性和水稳定性均较好,低温弯曲破坏应变高于规范要求的2500 με,但弯拉强度和弯拉应变均低于SBS改性沥青混合料,对于低温影响性能改善不如SBS改性明显;工程验证的结果与室内试验的结果相当,表明直投式聚乙烯改性沥青混合料具有良好的路用性能;从造价方面来说,采用直投式聚乙烯改性相对于SBS改性造价低,具有良好的经济价值;直投式沥青改性剂可直接混入矿料和基质沥青之中,并通过混合搅拌等方式产出改性沥青混合料,这样可有效减少改性剂加工、储存等诸多繁琐的环节,有效实现资源和能源成本的节约,从而为直投式聚乙烯改性沥青的应用提供技术基础。
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  考虑粗颗粒真实形状的混合土不排水剪切特性离散元研究

  朱艳贵

  2023, 40(2): 28-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.005

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  为了明确含真实形状粗颗粒混合土的宏观不排水剪切特性随细颗粒含量变化的细观机理,基于离散元数值分析方法,探究了细颗粒含量对真实角砾形状粗颗粒和球形细颗粒构成的混合土密实试样的宏细观不排水剪切特性的影响。使用三维扫描仪扫描真实角砾,获得其形状,在数值软件中通过填充大量子球,近似逼近粗颗粒真实形状。制备了细颗粒含量为0,10%,20%,30%,40%,50%,70%,90%和100%的试样,使用等体积方法对试样进行了三轴压缩试验的模拟。结果表明:当细颗粒含量不超过50%时,细颗粒含量对混合土的不排水剪切强度影响较大。基于3种接触对混合土应力比的贡献大小,使用细颗粒含量界限值对混合土进行工程分类。通过分析细颗粒含量界限值,发现加载模式(排水或不排水)影响临界状态混合土的工程分类,但几乎不影响峰值状态混合土的工程分类。通过分析整体接触网络的力和组构的各向异性,揭示了混合土的峰值和临界内摩擦角依赖于细颗粒含量的机理。通过分析3个子接触网络的各向异性,阐明了整体接触网络的各向异性随细颗粒含量变化的原因。
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  考虑主应力轴旋转的交通荷载下黏土变形特性试验研究

  樊金甲

  2023, 40(2): 36-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.006

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  软黏土广泛分布于东南沿海地区,工程性质极差。为探讨考虑主应力轴连续旋转的复杂交通荷载应力路径作用下饱和软黏土的变形特征,对温州地区饱和原状软黏土进行了一系列不同加载条件下的动态空心圆柱扭剪试验。研究了动应力幅值和主应力轴旋转程度对饱和软黏土轴向应变、滞回曲线等力学特性的影响。利用此结果和应力应变滞回曲线,再结合前人给出的动骨干曲线模型,提出了考虑主应力轴连续旋转的交通荷载下的修正Hardin-Drnevich (H-D)动骨干曲线模型。结果表明:在交通荷载作用下,饱和软黏土轴向应变和回弹应变随着竖向循环应力比(CSR)和扭转动应力比的增大而呈现增长趋势,土体存在刚度软化现象;对比考虑主应力轴连续旋转和不考虑主应力轴连续旋转的交通荷载,发现前者会加剧试样变形,甚至导致试样提前破坏;试样在前期阶段轴向应变与回弹应变逐渐增大,在第1 000次循环下轴向应变与回弹应变基本达到稳定值;该模型所得的预测值与试验值较吻合,与传统的H-D骨干曲线模型相比,该模型能很好体现土体在考虑主应力轴旋转的复杂交通荷载应力路径作用下的变形特征,更符合实际,弥补了骨干曲线在交通荷载研究领域的空白。
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  基于全卷积神经网络和朴素贝叶斯数据融合的桥梁裂缝识别算法

  李雯雯, 李喜媛, 周健, 谢耀华, 李刚

  2023, 40(2): 44-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.007

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  混凝土桥梁常年遭受气候、环境等方面的影响而容易产生裂缝,存在安全隐患,因此定期检测与维护桥跨结构对于评估桥梁健康状况非常重要,而且早期的检测和评估是混凝土桥梁修复的最佳机会。为解决传统的基于视觉特征的缺陷检测方法速度较慢且精度较低,很难满足工程施工需要的问题,提出了一种新的基于全卷积神经网络和朴素贝叶斯数据融合模型的混凝土桥梁裂缝自动识别算法,用于裂缝图像分割。首先,采用一种新型的高精度图像采集设备BSD-10从10座待检测桥梁的不同子结构中收集了不同光源和距离下的7 200幅图像,并通过滑动窗口、旋转以及拆分的方法来扩增数据集,以避免发生过拟合等问题。其次,通过图像旋转法和随机高斯变量法等技术扩增数据,搭建了裂缝数据集。接着,对模型进行大量多次迭代训练,得出了最优参数和迭代次数。最后,对裂缝进行骨架化处理,通过电子测距计算了裂缝长度和宽度。结果表明:与最新的算法相比,所提出算法的识别精度与计算时间均体现了较明显的优势,其精确度达到了97.96％,平均检测时间为1.61 s;即使在光照不均匀、各种噪音干扰、背景灰度水平不同的情况下,所提出算法的裂缝提取结果仍然是比较稳定的,裂缝长度和宽度误差小到足以满足工程要求,能够节省工程检测时间。
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  CFRP及EWSS复合加固震损双层高架桥框架式桥墩抗震性能试验研究

  许成祥, 胡序辉, 吴永昂, 杨曌

  2023, 40(2): 53-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.008

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  为研究碳纤维增强复合材料(CFRP)及外包型钢(EWSS)复合加固震损双层高架桥框架式桥墩(DVFP)的抗震性能,按1/5.5缩尺比例设计并制作了4榀DVFP试件,其中1榀为原型对比试件、1榀无预损直接采用CFRP及EWSS复合加固,2榀模拟地震效应形成中度和重度地震损伤后采用CFRP及EWSS复合加固,对4榀试件进行了低周往复加载破坏试验。通过分析试验现象及试件破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、水平承载力、承载力退化及刚度退化、耗能性能和残余位移,研究了CFRP及EWSS复合加固震损DVFP的有效性,探讨了不同震损程度对加固效果的影响。结果表明:与未加固试件相比,中度震损和重度震损试件加固修复后峰值荷载分别提高120.74%,105.36%;极限位移分别提高35%,25.98%;位移延性系数分别提高32.33%,31.41%;复合加固延缓了承载力退化及非线性阶段刚度的衰减,承载力退化系数均在0.9以上;达到峰值荷载后,在相同位移延性比水平下,随预损程度的增加能量耗散系数降低;对不同震损程度的桥墩经复合加固后,破坏形态均表现为节点处缀板焊缝断裂失效、立柱角钢撕裂,立柱损伤较严重,且柱顶比柱脚严重;各试件残余位移系数随位移延性比变化规律基本一致。研究结论可为震损DVFP的复合加固设计提供理论基础。
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  装配式高性能混凝土盖梁受力性能及设计优化研究

  张志明, 朱尧于, 方明

  2023, 40(2): 64-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.009

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  为解决传统大尺寸盖梁在装配化施工时需要拆分为2到3段分别吊装,导致制约施工效率且盖梁顶部易开裂的问题,提出了2种新型的装配式高性能混凝土盖梁结构形式:超高性能混凝土(UHPC)+工程用水泥基复合材料(ECC)盖梁方案和全ECC盖梁方案。首先,结合某实际工程背景,应用UHPC,ECC等新材料,给出了上述2种新型盖梁形式对应的结构设计方案。然后,利用杆系数值分析方法,建立了各盖梁方案的计算模型,以普通预应力混凝土盖梁为对照组,对提出的各盖梁方案的受力性能进行了检验与分析。对上述各盖梁方案及之前研究提出的钢-UHPC组合盖梁方案展开了自重、截面尺寸、预应力钢筋数量、制造材料成本等方面的对比分析,给出了各盖梁方案的适用性。结果表明:用UHPC替代普通混凝土可显著改善盖梁的受力性能,并且减小盖梁的截面,降低盖梁的自重;在盖梁顶部采用ECC可避免验算裂缝宽度,降低对预应力的需求,从而实现简化构造及降低成本的目的;钢-UHPC组合盖梁方案可实现最小的吊装重量。综上所述,引入UHPC,ECC等高性能混凝土材料能够在保证受力性能及抗裂性能的前提下显著降低盖梁自重,提升其装配化施工效率;提出的2种装配式高性能混凝土盖梁方案可行有效,为盖梁设计提供了新的选择。
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  桥梁工程

  基于目标失效概率的桥梁船撞风险及防撞水准论证

  张智超, 张景峰, 杨栋, 冯亮, 韩万水

  2023, 40(2): 72-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.010

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  为合理确定跨航道桥梁的船撞风险与防船撞设计水准,采用基于目标失效概率的分析方法,对某跨航道桥梁进行了船撞安全风险评估。根据美国AASHTO船撞分析规范推荐的船舶速度调整模型,对船舶碰撞速度进行了修正,并采用AASHTO经验数学模型进行了桥梁船撞概率计算。根据中国《公路桥梁抗撞设计规范》(JTG/T 3360-02—2020)中提供的等效静力法,计算了不同载重吨位与不同速度的船舶碰撞力。采用截面抗力法计算了桥梁的船撞抗力。通过对比桥梁船撞抗力与不同吨位级别的船舶碰撞力,分析得到了桥梁实际防撞水准,并根据桥梁目标失效概率(1×10^-4次/a)反推得到了桥梁设计防撞水准。结果表明:桥梁船撞安全风险主要来源于靠近航道下行线且船撞抗力较低的桥墩;桥梁在5 a和10 a后的船撞概率分别增长1.4倍和1.8倍,而桥梁的失效概率分别增长1.8倍和2.4倍,船舶流量增长过程中大吨位船舶比例增加,桥梁船撞失效概率的增长速率要高于船撞概率;采用基于目标失效概率得到的桥梁设计防撞水准可确保全桥各涉水桥墩具有相对一致的船撞安全可靠度,船撞失效风险处于可控水平,采用设计防撞水准后可使桥梁的船撞年失效概率较实际设防水准在目前及远期分别下降17.0倍和14.6倍。
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  大件运输桥梁通行安全快速初筛算法研究

  赵晓晋, 吴佳佳, 汪贤安, 郭学兵

  2023, 40(2): 81-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.011

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  针对传统方法以有限元计算进行大件运输通行安全评估效率较低的问题,通过车型变量整合及计算,提出了以作用长度和荷载集度作为主要变量的大件运输模拟计算方法。分析了牵引车形式和线荷载模拟对计算结果的影响,明确了内力结果修正值。采用统计方法确定了9类控制桥型,设计了试算工况,对大件运输荷载与设计荷载内力最大比值的试算结果进行了数值拟合,提出了最大比值拟合计算公式,形成了大件运输通行安全快速初筛算法。分别针对单车板和双车板大件运输装载方案进行了实例验证,明确了算法的误差以及适应性。使用uni-app框架,开发了"大件运输通行安全快速初筛"微信小程序。结果表明:已选择的控制桥型,不会降低大件运输通行安全评估的控制标准;以作用长度和荷载集度作为主要变量的大件运输模拟计算方法,在结果修正后可以满足计算误差要求;以常用的Poly2D函数进行非线性曲面拟合,形成的最大比值拟合计算公式满足大件运输通行安全初筛的要求,当各控制桥型内力最大比值中的最大值小于控制标准时可认为满足安全通行条件,大于控制标准时需进行有限元计算以进一步确定通行可行性;快速初筛算法针对双车板大件运输装载方案的误差大于单车板,通行安全评估控制更为严格,适应性低。
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  高性能水泥基复合材料梁疲劳性能的研究进展

  于跟社, 邓宗才, 王珏, 王亚楠

  2023, 40(2): 89-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.012

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  具有应变硬化和多裂缝扩展特性的水泥基复合材料,适用于承受疲劳和冲击等动载的工程领域,有利于提高结构的基本力学性能、疲劳寿命和耐久性。高性能混凝土、高性能水泥基复合材料是建设长寿命桥梁结构的理想材料。为了合理使用高性能水泥基复合材料等新型材料,对高性能水泥基复合材料在桥梁工程和吊车梁中的应用状况、基本力学性能、疲劳特性试验研究和疲劳寿命预测模型等进行了梳理,重点关注了高性能混凝土、高性能水泥基复合材料组份及配合比设计、高性能水泥基复合材料在桥梁工程中的应用现状、混杂纤维高性能水泥基复合材料受弯构件的基本力学性能和疲劳破坏特征、高性能水泥基复合材料的疲劳破坏机制、疲劳寿命预测模型和疲劳设计方法等国际前沿问题的最新研究进展,分析了当前研究中存在的问题,展望了今后拟关注的研究重点。结果表明:今后拟开展的研究工作包括,需要在大量试验研究和理论分析的基础上,明确水泥基复合材料的疲劳损伤机理,建立具有物理基础的疲劳损伤演化模型,提出基于疲劳损伤本构模型的寿命预测方法,以丰富和发展仅仅基于试验的统计意义上的疲劳方程式和疲劳设计方法,为工程应用提供理论支持。
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  多跨连续梁拱组合体系桥高墩地震易损性分析

  赵堃, 付旺旺, 史国良, 刘冠华

  2023, 40(2): 101-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.013

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  为了分析梁拱组合体系桥梁高墩在地震作用下的易损性,以某连续梁拱组合体系桥为工程实例,基于SAP2000有限元软件建立了模型,进行了初步受力分析,确定了受力最不利的固定墩研究对象,并采用增量动力分析法(IDA)分析了研究对象在纵向和竖向地震作用下的结构响应,采用线性回归分析方法得到了地震动参数与损伤指标之间的方程关系,以控制截面的特征曲率和位移延性比的临界值作为损伤指标,绘制出了固定墩的易损性曲线。结果表明:位移散点均匀分布在拟合方程的直线两侧,拟合效果良好;当地震动加速度较小时,桥墩发生轻微和中等损伤的概率随着谱加速度的增大而迅速增大,而发生严重损伤和完全破坏的超越概率增长缓慢,当地震动加速度较大时,发生轻微和中等损伤的概率增长缓慢,而严重损伤和完全破坏的概率增长迅速;在同一等级的不同地震波作用下,桥墩发生轻微和中等损伤的概率远大于发生严重破坏和完全破坏的概率,发生完全破坏的概率很小;当谱加速度为该桥所在场地地震动加速度峰值0.104g时,该桥固定墩发生轻微损伤的概率不足25%,发生中等损伤的概率不足13%,发生严重损伤的概率很小,发生完全损伤的概率为0,可见该桥抗震性能良好;采用增量动力分析法分析桥梁地震易损性,可得到结构在不同等级地震波作用下发生不同程度损伤的概率。
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  高填方钢波纹管涵土-管共同作用测试与分析

  成滢, 刘海波

  2023, 40(2): 110-120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.014

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  为了探究高填方大跨钢波纹管涵变形、应力和土压力特征以及土-管共同作用的机理和影响因素,对一座双孔高填方大跨钢波纹管涵进行了试验测试。提出了考虑土体及土-管接触非线性特性的有限元建模方法。综合考虑管涵直径、波形尺寸及多管效应对土-管共同作用及土压力分布的影响,提出了管内对拉钢索控制管涵变形和应力的施工措施,对管顶铺设EPS板的减荷效果进行了数值模拟。结果表明:ANSYS有限元模型充分地考虑了土体与土-管接触的非线性特性,计算结果较为精确,钢波纹管涵变形、应力与径向土压力的计算结果与实测结果相吻合,变化趋势基本一致,径向土压力计算结果与实测值最大误差只有12.48%左右;管涵几何参数(管涵直径、波形尺寸)对钢波纹管涵受力特性影响显著;多管效应对钢波纹管涵土压力分布影响显著;管顶竖向土压力在高填方回填土中受土-管共同作用影响显著,随着填土高度增加,土-管共同作用引起的整体土拱效应经历了先负向增长再正向增长的过程,并在临界高度时达到土拱效应最大负向化;在填土完成后去除管内对拉钢索,变形最大减小46.65%,最大等效应力减小约9%;管顶铺设厚度为0.2 m的EPS板,管涵变形、应力及土压力都显著减小,管顶仅需承担46.85%的上方土体自重。
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  深中通道伶仃洋大桥猫道计算方法研究

  范传斌, 李冕, 田浩

  2023, 40(2): 121-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.015

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  深中通道伶仃洋大桥为主跨1 666 m的三跨全漂浮体系钢箱梁悬索桥,上部结构施工采用三跨连续式猫道作为空中施工平台,采用12根(强度1 960 MPa,直径54 mm)的钢丝绳做猫道承重索,全线共设置17道横向通道及53道猫道门架,猫道索与主缆中心距1.8 m。为保证上部结构施工的安全及便利,需要准确计算承重索无应力索长及各关键工况的索力大小及变形情况。而大跨度柔性索结构存在大变形和几何非线性特点,猫道线形变化复杂,线形分析的精度和效率都不容易保障。针对这一特点,通过解析法、Midas/Civil、Ansys这3种计算方法对比计算,以分段悬链线为基础,以力学平衡条件和变形相容为约束条件,利用最小二分法进行了迭代来确定猫道线形。解析法采用分段悬链线计算模式,迭代后的误差精度可以控制到1.13 mm。有限元模拟时,Midas采用先简化计算,单侧仅建立单根索、面积为猫道索、门架索、扶手索的总面积,再按刚度分配原则求解索力的方法;Ansys则建立了猫道索、门架索、扶手索及大小横梁等的整体有限元模型进行计算,后期不再进行刚度分配。计算结果表明:位移最大差值为5.9 cm,索力最大差值为1.36 t、无应力索长最大偏差8 cm、伸长量最大偏差1.2 cm,这3种方法计算结果接近,均能满足猫道设计及施工的要求。
隧道工程
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  深基坑支护方案选型的区间证据推理方法

  魏道江, 李业学, 张勇

  2023, 40(2): 127-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.016

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  在城市建筑密集区域进行地铁车站深基坑施工会对周边土体产生影响,进而危及临近建(构)筑物的安全,因此,合理选择深基坑支护方案显得尤为重要。以武汉地铁16号线某车站深基坑工程为背景,对深基坑支护方案的选型方法展开了研究。为了克服既有选型方法存在主观性强以及对不确定性因素考虑不足等缺陷,提出了一种深基坑支护方案选型的区间证据推理方法。该方法将混合型指标评价值统一转化为区间数形式,运用熵值法确定指标权重区间,在此基础上构建了指标评价值-重要度-置信结构的信度结构转换途径。将转换后的指标评价值视为方案决策的证据,运用区间证据推理算法融合得到各备选方案的综合等级效用值,通过比较综合等级效用值的大小实现方案排序。实例计算及与其他决策方法对比分析表明:该方法能够处理指标评价值为混合型的多属性决策问题,且决策过程受主观因素影响小;该方法适用于评价信息为非精确数的评价问题,且能将评价信息所具有的不确定性程度在评价结果中予以更直观的体现,即评价信息的不确定性越大,将导致证据合成结果的不确定性亦越大,从而使得评价结果的可信度更高。
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  空隙岩石非线性变形细观唯象分析及本构模型

  张根宝, 张超, 白允, 杨楚卿

  2023, 40(2): 135-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.017

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  三轴压缩条件下空隙岩石非线性变形分析方法及其变形全过程模拟方法是岩石变形力学特性研究的焦点之一。首先,在充分探讨三轴压缩条件下空隙岩石非线性变形机理与特征的基础上,采用细观唯象分析方法,将空隙岩石细观化为由基质材料和裂隙材料2部分串联组成,建立了空隙岩石非线性变形细观唯象分析模型。基于体积柔度与空隙岩石内部张开裂隙数量密切相关的特点,引入了体积柔度与弹性模量之间以及静水压力与裂隙纵横比之间的关系,建立了基质材料的弹性模量与围压之间的关系式。基于连续介质损伤力学理论,建立了三轴压缩条件下基质材料变形破坏过程的统计损伤本构模型。然后,在空隙岩石非线性变形细观唯象分析模型的基础上,建立了空隙岩石变形破坏全过程的统计损伤本构模型,并给出了模型参数的确定方法。最后,根据红砂岩和煤岩2类岩石三轴压缩试验资料对模型和方法的合理性与可行性进行了验证。结果表明:本模型不仅能够较好地反映三轴压缩条件下空隙岩石空隙压密非线性上凹变形特征,也能够反映出岩石弹性模量随围压增大而不断增大的变化特点,还能够较好地模拟出岩石峰值后区变形特征。空隙岩石非线性变形细观唯象分析模型和基质材料弹性模量分析模型的合理性得到了较好的验证,该模型和方法具有一定的可行性。
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  隧道工程

  软弱围岩斜井大断面爆破开挖研究与应用

  官黎明, 危皓, 冯志谦, 陈鹏高, 魏新傲

  2023, 40(2): 145-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.018

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  为了发挥机械设备进步的优势,进一步提高软弱围岩隧道爆破施工速度,解决支护封闭成环慢、工序步距超标等问题,提高软弱围岩隧道施工安全,以东天山特长隧道斜井为工程背景,探讨了软弱围岩隧道大断面爆破开挖的施工方案。首先比较了隧道大断面开挖工法与传统台阶法施工的优缺点。然后基于光面爆破结合预裂爆破的综合爆破技术,分别从起爆顺序、装药结构、爆破规模确定等方面优化了大断面爆破方案,最大限度减少大断面爆破对围岩的扰动。结果表明:优化后的大断面爆破方案取得了良好的轮廓爆破效果,超欠挖值得到有效控制,平均线性超欠挖控制在0.25 m以内;分析方案优化前后的连续3个断面桩号的拱顶沉降及周边收敛累计,拱顶沉降最大值降低了约34%,周边净空收敛最大值降低了约65%,斜井隧道内拱顶沉降值、周边收敛值均有了大幅降低,采用优化的大断面爆破方案,减小了爆破扰动,缩短了封闭成环时间,在连续施工过程中隧道围岩稳定,无异常情况;单位循环时间得到了大幅缩短,平均工效提高了约25%,月进尺91.5 m提升至113.7 m,大断面施工比原有三台阶施工减小了循环进尺,提升了开挖过程的安全性。故所采取爆破参数优化设计是可行的,可为类似工程提供借鉴。
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  隧道工程

  基于台阶法+CRD法的无中导连拱隧道纵向开挖间距研究

  白宏达, 张伟, 王安民, 王少飞, 喻佳

  2023, 40(2): 153-161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.019

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  为了研究无中导连拱隧道先行洞与后行洞之间的最佳纵向间距,以香格里拉至丽江高速公路开达古隧道无中导连拱隧道段为工程背景,运用有限元数值模拟方法对隧道开挖过程进行了模拟,分析纵向间距分别为10,20,30,40 m这4种工况时隧道竖向沉降、水平收敛以及塑性区分布的影响规律,并与现场纵向间距为20 m的监测数据进行对比。结果表明:当纵向间距为10 m时对应的隧道变形最大,纵向间距20,30,40 m对应的隧道变形较小,且这3种纵向间距对应的隧道位移与塑性区分布无太大区别,尤其是纵向间距为30 m和40 m时,其对应的隧道位移与塑性区分布已基本趋于一致,因此从减少施工对土体扰动、围岩稳定及缩短施工工期方面综合性考虑,先行洞超前后行洞的最佳超前距离建议取值20~30 m;不同纵向间距下位于后行洞的测点的拱顶累计沉降曲线变化规律基本一致,均为开始缓慢增加,随后出现拐点,累计沉降快速增加呈减速递增趋势,直至最后趋于稳定,且随着纵向间距的增加,拐点出现的位置不断向后推移;不同纵向间距对应的无中导连拱隧道塑性承载区分布均主要集中在后行洞右侧拱脚位置处,因此在施工过程中应注意对该处进行加固处理;通过对拱顶沉降时程曲线的观察可以看出,初支闭合成环后,拱顶沉降速会明显减小,因此在实际施工过程中应尽早将初支闭合成环。
交通工程
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  交通工程

  多班型公交调度的超级时空网络模型及双层邻域搜索算法

  何胜学

  2023, 40(2): 162-170,245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.020

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  为了在多班型条件下减少公交车空驶时间和在人车固定搭配模式下实现乘务组之间工作时间的平衡,建立了基于超级时空网络的公交调度模型,并设计了具有2层邻域搜索的模型求解算法。通过构建调度的超级时空网络,将不同值班类型利用车场的不同时空起终点对加以区分,并将车辆的出入车场、发车点停留和空驶转化为对应的时空网络节点或弧段。根据不同班型工作时间范围的差异,在单一班型对应的车次链集合上通过车次链的分割与重组设计了贪婪式邻域搜索。通过分割当前的车次间的联接,并搜索所有可行关联车次,得到一个指派问题。通过求解上述指派问题,得到对应当前分割的最佳替代新联接。而在不同班型的车次链之间,设计了重叠时段内的车次链整体交换式随机优化邻域搜索。这里需首先确定不同班型间的重叠时段,并建立重叠时段内部分车次链集合。通过在上述集合内部分车次链的随机交换,搜索了具有较好目标值的新一组的整体车次链。整合2个不同层面的邻域搜索,构建了新的双层邻域搜索算法。实证分析证实了模型与算法的有效性。结果表明:最小化空驶时间和平衡车次链间的工作时间之间存在相互制约的矛盾关系,实际应用时需加以权衡;2类邻域搜索可分别加以应用,也可组合使用,而组合的效果最佳,单独应用同一班型内邻域搜索的效果次之。
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  交通工程

  基于文献计量分析的交通量预测研究综述

  裴玉龙, 何庆龄, 侯琳, 蔡小溪

  2023, 40(2): 171-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.021

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  为了解交通量预测的研究现状和发展趋势,基于VOSviewer文献计量工具,以Web of Science核心合集和CNKI核心数据库近29 a (1993—2021年)有关交通量预测研究的文献为研究数据源,从发文年代、国家及地区、期刊来源和技术主题聚类分析了交通量预测领域研究态势。以"Traffic volume forecast"和"交通量预测"为检索主题,检索了范围内592篇有效文献,共涵盖6438个关键词。基于科学知识图谱对交通量预测领域文献进行了梳理分析。结果表明:交通量预测研究近29 a发文态势呈上升趋势,我国文献发表数量位居首位;Transportation Research Part C:Emerging Technologies不仅是文献发表数量最多的期刊,同时也是被引次数最多的期刊,《公路交通科技》是国内期刊中文献被引次数最多的期刊;交通量预测领域的研究主要是从公路交通需求发展预测、交通量预测方法模型、交通事件与实时监测等角度切入,重点围绕公路交通量预测、项目建设可行性研究、短时交通量预测方法模型构建与精度提升、交通事件监测和交通时空分布特征等主题开展研究;国外近年关于公路交通量与建设投资关系的研究、非典型条件下的交通量预测和有关雨雪等不利天气下的交通量预测研究文献发表数量呈显著上升趋势;国内在对四阶段法的改进、公路交通建设项目可行性研究和公路旅游交通量预测方面的研究相对丰富,但主要是从经济、人口和旅游产业等宏观角度出发,有必要进一步增加季节变化、个人出行特征和出行偏好等对公路旅游交通量预测的影响研究。
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  交通工程

  基于特征加权视觉增强的雷视融合车辆检测方法

  李晓欢, 霍科辛, 颜晓凤, 唐欣, 徐韶华

  2023, 40(2): 182-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.022

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  为了有效提升高速公路低光照、远距离检测需求条件下的车辆检测准确度,提出了一种基于视觉增强和特征加权的雷视融合车辆目标检测方法。首先从雷视数据层融合入手,基于毫米波雷达对潜在目标空间位置进行表征,并将表征结果用于视觉图像中远距离目标区域划分。其次对该划分区域图像进行重构、检测和还原,以提升远距离目标的视觉检测精度。再次对雷视检测特征层融合进行建模。考虑不同层对特征检测贡献度差异,通过模型训练获取不同特征图的权重参数,并按照权重将不同层特征进行融合计算,以增强目标的特征信息。其次,增加分支网络,利用不同尺寸的卷积层提取特征图中不同的感受野信息,分支输出结果融合获得更强的图像表征能力,达到提高低光照下检测精度的目标。最后,结合特征加权雷视框架和基于毫米波雷达空间预处理的视觉增强思路,基于YOLOv4-tiny框架设计了雷视融合检测网络,完成验证系统搭建。结果表明:在低光照环境下提出的算法与YOLOv4相比,平均精度AP提高了20%,与雷视融合典型算法RVNet相比AP值提高了5%;在针对不同距离下的检测性能测试试验中,本研究算法在检测120 m目标时,平均精度值相较YOLOv4算法提高了73%,相较于RVNet提高了63%,提高了智能交通系统车辆检测的覆盖距离和低光照的检测精度。
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  交通工程

  云南省城市营运柴油货车碳排放测度及空间分异特征

  戢晓峰, 王娟, 陈方, 王艺霏, 普永明

  2023, 40(2): 190-197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.023

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  为测算城市营运柴油货车碳排放,获取营运柴油货车碳排放空间分异特征及其影响因素,以云南省各城市营运柴油货车碳排放为研究对象,采用自上而下的交通运输碳排放方法测算出云南省营运柴油货车碳排放总量,利用空间自相关和K均值聚类算法分析了各城市营运柴油货车碳排放的总体变化、区域差异、时空格局和聚类特性。基于LMDI方法对营运柴油货车碳排放影响因素进行分解,最终得出各影响因素对营运柴油货车碳排放影响效应的大小。结果表明:2016─2020年云南省各城市营运柴油货车碳排放总量呈现出先降后升的发展趋势,且形成了东高西低的排放格局;云南省各城市营运柴油货车碳排放在空间上存在明显的聚集特性,存在高值聚集和低值聚集,高值聚集一直分布于滇中城市群;低值聚集主要分布在云南省中西部地区,并逐渐向西部延伸;交通能源强度、单位周转能耗和交通运输强度对营运柴油货车碳排放起抑制作用;人均GDP和人口因素对营运柴油货车碳排放起促进作用。因此,转变经济发展方式,调节当前运输结构,充分挖掘运输资源潜能,根据各城市交通发展制订针对性的减排政策,有利于降低营运柴油货车碳排放总量。
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  交通工程

  高速公路服务区满意度与自驾游群体使用行为研究

  杨春丽, 陈方, 戢晓峰, 覃文文

  2023, 40(2): 198-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.024

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  了解自驾出游者的高速公路服务区使用行为,对配置有吸引力的高速公路服务区有着重要作用。为揭示自驾出游者对高速公路服务区服务质量感知与使用行为之间的相互影响关系,针对自驾游者在出游中对高速公路服务区的服务及内部设施需求,从自驾游者的高速公路服务区体验入手,将硬质量、软质量作为影响高速公路服务区满意度的前因潜变量,建立了结构方程模型,研究了影响自驾出游者高速公路服务区满意度的驱动因素及其与忠诚度、使用行为的关系。基于使用行为与满意度间的循环关系框架,提出了从高速公路服务区使用行为到服务满意度感知的关系路径,建立了反馈模型,并运用1 334份调查问卷验证了模型有效性。结果表明:硬件设施和价值感知是提高自驾游群体满意度的关键因素,直接效应分别为0.481,0.248;青年自驾游群体较中老年自驾游群体对服务区的期望更高,服务区硬质量和软质量均影响青年群体的满意度,而中老年自驾游群体仅关注价值感知因素;满意度和使用行为之间存在反馈关系——感知服务质量因素通过满意度、忠诚度变量的调节影响自驾游群体的服务区使用行为,同时使用行为通过影响感知服务质量因子,干预服务区满意度和忠诚度。
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  交通工程

  基于驾驶模拟试验的立体复合高速公路出口指路标志布设

  冯移冬, 马国翔, 董文慧, 廖军洪, 张旭冉

  2023, 40(2): 206-213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.025

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  为了提高立体复合高速公路互通区域的安全性,以深圳某高速公路为例,结合国内外相关规范及案例,设计了4种标志布设方案,并通过驾驶模拟试验进行了驾驶行为对比分析和方案优选。考虑驾驶人驶出匝道出口时对指路标志的视认、反应及决策等特征,选取了反应时间、反应起始位置、方向盘转角、速度、加速度等在感知判断、操纵行为、车辆运行方面的表征指标对试验数据进行了分析。通过重复方差分析,探究了各项指标的显著性,进而得到了不同指路标志设置方法对驾驶人行为的影响程度,并据此对立体复合高速公路转换匝道处的标志设置综合效用进行了评估。结果表明:不同指路标志设置方法对驾驶人引导效果存在显著差异,增加方向分隔信息和分车道指引信息,能够使驾驶人反应时间缩短、反应起始位置提前,在一定程度上提升车辆操纵水平和速度调控能力,使车辆运行状态更加平稳;通过模糊综合评估可知,在立交匝道出口处增加方向分隔信息和分车道指引信息同时减少指路标志目的地信息量的设计方案,最有利于行车安全,能够以"空间换取时间",使驾驶人提前做出反应,更加安全、平稳的驶出匝道。
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  交通工程

  机器视觉驱动的行人乱穿马路的安全性分析

  牛雨晨, 朱文英, 迟焱恒, 汪勇杰, 高超

  2023, 40(2): 214-220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.026

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  为了研究道路中段人车交互的安全性,比较不同类型车辆与行人交互的安全性,选取了西安市科技路上3处易发生行人乱穿马路的道路中段及两处有人行横道的道路中段,采用无人机拍摄道路中段行人与车辆交互行为,使用YOLOv3和Deep-Sort机器视觉算法处理视频获取轨迹数据,对轨迹数据作对比分析,从车速、让行比例、决策点位置和决策点速度对不同类型车辆与行人交互的安全性进行了比较,并使用D-V模型对不同路段的人车交互安全性进行评价和比较。结果表明:大比例的机动车不愿意给乱穿马路的行人让行,其中私家车选择不让行的比例是最高的,达到了62.85%;不同类型车辆的决策点位置和速度是不同的,公交车在让行时与行人的距离最近,为12.80 m,出租车和私家车的让行距离相对较远,均大于20 m;私家车在让行时的速度最大,达到了40.79 km;在3类机动车中,出租车与乱穿马路的行人交互时安全性最高,而私家车更容易与乱穿马路的行人发生"风险交互",另外与人行横道处的人车交互安全性对比发现,3类车辆的让行情况均好于乱穿马路,即人行横道和车让人标志一定程度上提高了行人交互安全性。
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  交通工程

  考虑动态潜计划的巡游停车行为分析

  董小楠, 赵怀明, 谢佳, 胡骥

  2023, 40(2): 221-229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.027

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  为了定量分析驾驶员在停车巡游过程中的微观动态行为决策的内在机理,从动态潜计划理论角度构建了双层结构(停车场选择(计划的选择)和巡游路线选择(基于计划的行动选择))的停车巡游行为分析框架。依托行为决策框架分析了巡游行为的影响因素,并建立了基于动态潜计划的停车巡游行为模型。通过停车行为问卷调查所获数据进行了模型参数标定与检验,并与一般MNL模型作了比较分析,研究了各影响因素在停车巡游动态决策过程中的作用联系。结果表明:依据动态潜计划考虑的影响因素(过去计划、过去行动和当前计划)对停车巡游行为具有显著性影响,对于不同的停车计划,巡游路线的选择行为存在较大的差异性;直接影响计划选择的显著性因素为性别、职业、车辆属性、停车费用、停车时间、便捷程度、停车后步行距离、过去计划、过去行动,直接影响巡游路线选择的显著性因素为性别、驾龄、职业、当前计划、道路环境、车辆属性和信息获取方式;过去计划、过去行动的负面经历最终会影响下一阶段计划和行动的选择;超出忍受的停车后步行距离和停车排队时间,以及巡游路线道路等级、环境美观程度是使驾驶员由路外停车转变为路内停车的显著性影响因素;该模型具有较好的精度和拟合效果,在揭示停车巡游行为动态变化规律上具有较强的解释能力。
汽车工程
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  汽车工程

  基于最大差异测量法的汽车座椅坐垫舒适性探讨

  张志飞, 路晓辉, 高开展, 罗巧

  2023, 40(2): 230-237. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.028

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  为讨论硬度、厚度等坐垫物理性能参数对汽车座椅静态舒适性的影响,开展了静态舒适性主观评价试验和体压分布客观测试。引入最大差异测量方法进行了坐垫舒适性主观评价,以减小主观随意性带来的偏差,并结合体压分布客观测试结果进行了统计分析来探讨汽车座椅坐垫舒适性。参考汽车座椅参数,制作了4种硬度和4种厚度水平的16块方形聚氨酯泡沫坐垫,搭建了模拟汽车座椅乘坐环境的舒适性评价台。选取16名被试者,按照不完全平衡区组法设计了坐垫舒适性主观评价问卷,基于最大差异测量法得到16名受试者的坐垫B-W得分。最大差异测量法能够有效避免评分量表的使用偏差,同时也保证了效率。利用XSENSOR体压测试系统测量人体座椅界面的压力分布指标,获取了16名受试者的臀部平均压力、峰值压力和接触面积等体压分布指标。主观舒适性B-W得分和体压分布指标均表明:整体上降低坐垫硬度、增加厚度能改善舒适性,但硬度降低到一定范围、厚度增加到一定范围后改善不明显,改善坐垫舒适性需要合理地设计坐垫物理特性。主客观评价数据的相关性分析表明:平均压力与主观感受的相关性最大。差异性分析结果表明:臀部体压分布指标和B-W得分的变化存在一定程度的不一致性,体压分布指标与主观舒适性间的联系规律值得进一步探讨。
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  汽车工程

  碳达峰目标下的汽车电动化碳减排效果研究

  童瑞咏, 毛保华, 魏润斌, 肖中圣, 黄俊生

  2023, 40(2): 238-245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.029

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  围绕2030年碳达峰目标,建立了全生命周期下的汽车电动化碳排放测算模型,测算了2021—2035年我国汽车全生命周期的碳排放总量,研究了发电端能源结构、纯电动汽车的综合性能及其投放策略等因素对汽车电动化背景下的碳排放总量水平的影响。结果表明:随着汽车电动化水平的提升,汽车碳排放总量在2031年达到峰值15.53亿t;此后由于纯电动汽车生产阶段车辆数稳定,行驶阶段车辆规模将不断扩大,发展至2035年时碳排放总量较峰值下降幅度为3.53%;因汽车电动化发展带来的碳减排效果有所体现,发电端能源结构中火电占比下降1%和2%时,汽车碳排放总量峰值较基准情景峰值分别下降0.64%和1.16%,达峰时间提前至2029年;纯电动汽车的百公里电耗水平在2035年降至11.0,9.0 kW·h/(100 km)时,碳排放量峰值均较基准情景有所下降且提前至2029年,2035年的碳排放总量相较于各自的峰值分别下降5.19%和6.47%;如进一步加大电动汽车投放力度,若新增纯电动汽车占比恒为40%,短期内由于生产阶段碳排放量偏高,汽车碳排放总量将高于基准情景0.11~0.31亿t,之后因处于行驶阶段的纯电动汽车数量规模化带来的碳减排效应放大,达峰时间提前至2027年,这意味着降低发电端能源结构中火电占比、提高纯电动汽车综合性能、合理制订纯电动汽车投放策略,将助力汽车的碳减排。
物流工程
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  物流工程

  考虑缺失风险的连续消耗型应急物资调度优化研究

  卢建锋, 韩霜, 赵佳虹

  2023, 40(2): 246-254. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.02.030

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  在灾害事故应急物资调度过程中,连续消耗型应急物资在补给中断时存在缺失风险。为降低事故应急物资缺失风险,提出应考虑应急物资缺失风险来研究连续消耗型应急物资调度优化问题。首先设计了具有两层物资调度结构的应急物流网络,分析了应急物流网络特征,界定了应急物资调度优化内容。其次,考虑应急物资补给的模糊性,采用三角模糊数表示应急物资需求,以调度总成本最小和应急物资缺失风险最小为目标,在考虑应急物资补给、应急物资中心和应急配送站的能力限制等约束条件下,构建了连续消耗型应急物资调度多目标优化模型。然后,根据模型特点设计了求解方法,模型求解时先将非线性模糊目标函数逆模糊化和线性转化,然后用多目标优化方法进行求解。将应急物资调度优化模型分解为调度子问题和配送子问题,并采用分阶段求解模式进行了求解。算法的第1阶段采用遗传算法单独求解应急物资调度子问题的最优方案,算法的第2阶段采用遗传-模拟退火算法单独求解应急物资配送子问题的最优方案。最后,设计了算例对所建立的优化模型进行了验证。结果表明:相较于传统的以损失费用最小为目标的应急物资调度模型,本模型求出的方案能明显降低总成本和总物资缺失风险。