公路交通科技

2024年, 第41卷, 第10期　刊出日期：2024-10-05
  

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    智能交通
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    异常驾驶行为数据驱动的高速公路实时事故风险预测
    夏萧菡, 陆建, 马潇驰, 瞿伟斌
    2024, 41(10): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.001
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    为研究事故风险的关键致因,建立高速公路实时事故风险预测模型,探究异常驾驶行为对事故风险的影响,采集了G25高速公路长兴段7日的交通事故及4种异常驾驶行为,即急左变道、急右变道、急加速与急制动行为的数据。基于随机森林模型,对事故前一段时间内上游及下游各250 m内4种驾驶行为的频数与该路段事故风险的关系进行拟合,建立了高速公路实时事故风险预测模型,并使用特征重要度图和部分依赖图(PDP)对模型进行了解释。采用受试者工作特征曲线下面积(AUC)与精度对模型预测效果进行了评价,通过特征重要度评价各变量对事故风险的影响。研究发现,该模型具有良好的泛化性能与准确率,在验证集上的AUC和精度分别可达到0.809和0.821。其PDP表明事故前15 min及30 min内上下游急加速和急制动行为的频数对事故风险的影响较大,且两者之间存在非线性关系,其中,急制动行为的数量与事故风险的部分依赖图均具有S形曲线特征。综上,使用异常驾驶行为数据作为变量建立的事故预测模型具有良好的预测性能与可解释性,可用于事故风险预测与预防,助力事故致因研究。该方法具有辅助管理部门进行风险预警的实用价值,为高速公路实时事故防控提供参考。
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    基于YOLOv5s优化模型的道路交通标志异常状态检测
    陈子昂, 郭唐仪, 隋立岩, 周洋, 陈新
    2024, 41(10): 8-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.002
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    道路交通标志的遮挡、磨损等异常,对交通安全和通行效率造成很大的影响。针对目前道路交通标志异常状态检测实践中存在的检测误差高、模型大而难嵌入设备终端等问题,提出了一种基于YOLOv5s优化的目标检测轻量化模型。提出的YOLOv5s优化模型内容包括:以MobileNetv3网络来替换模型主干网络,减小模型的大小;以BiFPN网络替换原生的PANet网络,减少冗余计算,提高模型特征融合的能力;以CBAM轻量级注意力机制代替MobileNetv3的SENet注意力机制模块,提升模型准确性;引入焦点损失函数,改善正负样本数量失衡影响。以南京、淮安获取的交通标志异常状态图片为基础数据,运用图像处理方法将原始的数据集进行扩充,共获取到了2 511张标志遮挡异常状态的图片和2 615张标志磨损异常状态的图片。运用该模型检测道路交通标志遮挡和磨损等异常,采用Adam优化器训练至模型收敛。结果表明,模型的mAP达到90.5%,精确度为91.28%,召回率为90.32%,F1分数为0.9,检测速度达到52帧/s。与原YOLOv5s模型相比,模型大小仅为其1/2,且精确度、F1分数、检测速度分别提高了3.84%,0.03,3.84帧/s。结果表明,提出的基于YOLOv5s优化的目标检测模型,在提高检测准确率的同时还能够满足轻量化的需求,能较好嵌入智能养护移动端,实现对于道路交通标志异常状态的智能化检测。
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    考虑加速度衰减效应的网联车跟驰建模与仿真
    幸迺淳, 王江锋, 罗冬宇, 李嘉晨
    2024, 41(10): 17-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.003
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    为研究未来道路上存在的由网联车(CVs)和普通人工驾驶车辆组成的混合交通流跟驰特性,在智能驾驶员模型(IDM)的基础上,考虑接收到的前车加速度信号衰减效应,类比信号塔信号强度与距离的反比关系,构建基于V2V的网联跟驰车辆间的信号传输模型。基于IDM模型对网联车构建加速度信号衰减的跟驰(AACF)模型,利用V2V环境下的城市道路跟驰数据对模型中参数进行标定以及修正。此研究选取优化速度模型(OVM)作为人工车跟驰模型,AACF作为网联车车跟驰模型,设计数值仿真试验。为了能够测试网联人工混合车流的队列稳定性,在数值仿真试验中人工加入了头车的速度扰动。此研究在头车速度随机扰动的情况下,对于不同网联车渗透率随机分布的混合交通流队列跟驰稳定性进行了测试。利用了MATLAB进行数值仿真试验,并通过X-T与V-T图像进行不同网联车渗透率情况下的队列跟驰行为分析。结果表明:在头车进行相同扰动的前提下,不论头车在加速还是减速过程中,AACF跟驰队列的速度最大极差均比IDM的小,这表明AACF模型更能体现网联车的驾驶特性。对于混合交通流,随着网联车渗透率的增加,交通流的速度扰动减小,安全系数提高;且当网联车渗透率达到0.6时,混合交通流可以处于稳定的驾驶状态;且在网联车渗透率超过0.6后,混合交通流的稳定性趋于稳定。
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    共性显著特征引导的SAR图像交通感兴趣区域检测
    张文彬, 刘芳, 孟春雷, 闫栋, 魏智健
    2024, 41(10): 27-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.004
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    由于独特的成像机制,SAR图像目标检测存在缺乏光谱信息、斑点噪声干扰和方位角敏感等问题。在光学图像中使用的显著性目标检测方法,大多数不适合直接应用在SAR图像的目标检测中。针对上述问题,从视觉显著性角度入手,提出一种针对SAR图像的联合多图共性显著性分析和单图显著性分析的交通感兴趣区域检测算法。首先提出一种增强的方向平滑滤波器,有效降低SAR图像的斑点噪声。然后,针对多幅图像,提出一个共性显著分析模型,通过提取曲线、纹理和亮度特征等共性特征再聚类,得到共性显著图;针对单幅图像,通过共生直方图生成单图显著图。最后通过一种新颖的融合方法实现最终的多幅图像显著性检测。试验在一个数据集上与4种显著性分析模型进行了比较,模型的ROC曲线位于最上方,曲线下面积为0.909 5,综合评价指标F-Measure值为0.674 45,能准确识别显著区域,抑制背景信息,不会产生误判;与3种经典有效的SAR图像目标检测方法进行了比较,此算法在获得完整和准确的感兴趣区域描述方面表现出色,在比较方法中表现出最高的定位精度。显著性目标检测模型有效利用SAR图像的特征信息并抑制干扰信息,使SAR图像交通感兴趣区域检测和车辆检测结果更准确。
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    考虑货主满意度的“一对多”车货匹配模型
    杨京帅, 李永康, 杨伟波
    2024, 41(10): 37-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.005
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    随着网络货运平台市场的发展,车货信息不对称的问题得到有效缓解,车主与货主满意度、车辆满载率、货主担负的成本还有改善空间。在运力供应大于货运需求的背景下,货主的满意度成为影响车货匹配效率与平台竞争力的关键。为使平台车货匹配的结果能更好地贴合匹配方需求,吸引更多客户,针对货主方构建了一种新型的匹配满意度模型。首先引入物流流线网络定义,将车货匹配的双方视为参与物流服务的客户方和提供服务方,综合考虑货主在货物完好性、运输时间和运输费用的需求与车主提供实际运输服务的情况之间的贴近程度,定义匹配满意度的含义;随后构建匹配满意度模型,以最大化匹配满意度为目标,设计改进的遗传算法并利用Python进行求解;最后针对网络货运平台的车源货源数据,在不同车货匹配模式的模型下进行求解并比较优劣。结果表明:考虑货主匹配满意度的“一对多”车货匹配模型比“一对一”模型平均车辆满载率提高了31.2%,货主担负成本降低了4.3%;考虑货主匹配满意度的“一对多”车货匹配模型比以运输成本为目标的“一对多”模型货主平均满意度提高了16.2%,货主担负成本降低了2.9%。考虑货主满意度的“一对多”车货匹配模型更符合现实需求情景,降低了货主担负的总成本,保持了较高的货主满意度和车辆满载率。
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    冷链物流配送网络选址-路径-库存的优化
    陈红丽, 潘奕搏, 丁丽娟
    2024, 41(10): 47-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.006
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    为了控制冷链配送成本,优化3级冷链物流网络节点空间布局,提出了一种基于需求存在模糊随机性的选址-路径-库存多目标优化模型。以京津冀城市群为例,提供了优化方案。针对由物流基地、配送中心、末端网点构成的冷链物流3级配送网络,考虑到冷链产品存在订货提前期及需求具有模糊随机性,引入模糊随机变量,建立了CLRIP集成优化模型。首先,通过穷举法计算出各备选配送中心点的最佳订货周期和最优库存管理方式,将客户需求点与备选配送中心点进行随机组合,确定需要开放的备选配送中心点的位置与数量。然后,基于客户模糊随机需求,综合考虑土地、库存和配送等成本,进行选址-路径动态规划;利用改进禁忌搜索算法修正模型,直至达到最终要求,从而确定需要开放的备选配送中心点及其最优巡回路线。最后,对京津冀城市群多组实例进行分析。结果表明:使用模糊随机变量的试验数据中,最优解目标函数值和偏差稳定度均优于使用固定需求量的对照组数据,验证了CLRIP模型和改进算法的有效性。研究结果可为京津冀城市群冷链物流配送网络构建提供最优选址位置、配送路径和库存管理,为相关冷链物流配送网络优化提供实用可靠的参考方案。
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    紫外老化对温拌沥青纳观黏附力及分子量的影响
    朱玉玺, 郭福成, 李英杰, 郑康瑜, 邱轲
    2024, 41(10): 56-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.007
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    为探究隔氧/有氧紫外老化对温拌沥青纳观黏附力和分子量的影响,选择3种基质沥青和不同掺量的两种温拌剂制备了不同类型的温拌沥青,进行200 h隔氧紫外老化试验;同时,进行RTFOT、长期压力老化(PAV)试验和不同老化时间的光氧老化试验。在此基础上,对不同老化状态的温拌沥青进行原子力显微镜(AFM)试验和渗透凝胶色谱(GPC)试验。结果表明:隔氧紫外老化下,温拌SK沥青制备的纳观黏附力最大;Evotherm增强了温拌沥青纳观黏附力,而Sasobit中的蜡降低了温拌沥青的纳观黏附力。隔氧紫外老化200 h对温拌沥青的黏附力和分子量影响程度显著大于PAV老化方式的影响程度,紫外老化200 h温拌沥青的纳观黏附力小于PAV老化温拌沥青,而大粒径分子的含量显著大于PAV老化温拌沥青。隔氧与不隔氧紫外老化方式下,温拌沥青纳观黏附力和分子量变化规律相差较大,老化初期,光氧老化对温拌沥青纳观黏附力和分子量影响更为显著;光氧老化后温拌沥青的纳观黏附力和大粒径分子的决定系数为0.896,两者的相关性较好。
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    再生剂对乳化沥青冷再生混合料性能影响的试验研究
    胡贵华, 欧阳剑, 周基, 陈小薇, 孟岩
    2024, 41(10): 65-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.008
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    乳化沥青冷再生混合料存在水稳定性和抗裂性不足的缺陷,限制了其在工程中的应用范围。为了克服这种缺陷,研究了再生剂对乳化沥青冷再生路用性能的影响。考虑到再生剂对新沥青的不利影响,采用了再生剂与废旧沥青路面材料预再生的处理方式,并研究了预再生时间的影响。结果表明:再生剂较大幅提高了乳化沥青冷再生的水稳定性和抗裂性,添加再生剂的冷再生混合料劈裂强度最大为0.87 MPa,破坏应变值最大为8.26‰,冻融前后的劈裂强度最高分别为0.71 MPa和0.57 MPa,相比于基准的冷再生混合料分别提升了10%,117%,18.46%,27.25%;虽然再生剂软化了老化沥青,但其仍然有足够的抗车辙能力;在合适的预再生时间下,乳化沥青冷再生混合料的劈裂强度、破坏应变、冻融劈裂强度比均大于直接添加再生剂的混合料;再生剂的作用机理主要是恢复了老化沥青性质,且提高了乳化沥青和水对再生沥青路面的润湿性,从而大幅改善了乳化沥青胶浆与再生沥青路面之间的界面黏结状态;再生剂大幅提升了冷再生混合料的水稳定性、抗裂性及劈裂强度,推荐预再生时间为5 d。
  • 道路工程
    不同杜仲胶接枝配方对橡胶沥青储存稳定性的影响
    张亚, 雷青, 李志刚, 陈军, 高伟
    2024, 41(10): 73-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.009
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    利用杜仲胶双键结构特性,通过桥接作用分别将橡胶粉与沥青接枝到杜仲胶上,形成沥青-杜仲胶-橡胶粉的结构形式,提升橡胶沥青储存稳定性。首先采用AIBN和BPO两种引发剂,与不同掺量的马来酸酐和杜仲胶制备多组接枝杜仲胶,通过测定接枝杜仲胶的接枝率标准曲线,分析引发剂、马来酸酐和杜仲胶含量对接枝率的影响;然后用不同接枝杜仲胶制备了橡胶沥青,采用DSR试验的剪切模量和离析试验的软化点差作为橡胶沥青储存稳定性评判指标,评价不同接枝杜仲胶改性橡胶沥青的储存稳定性;最后通过荧光显微镜观察了橡胶沥青的微观表征,从微观层面分析了不同接枝杜仲胶组对橡胶沥青储存稳定性的影响。试验结果表明橡胶沥青储存稳定性的高低与胶粉是否改性、改性效果呈正相关,采用接枝率高的杜仲胶改性胶粉效果更好,制备的橡胶沥青存储稳定性也优于未采用杜仲胶改性橡胶沥青;在引发剂类型选择方面,宏观微观试验都验证了采用AIBN作为引发剂制备的接枝杜仲胶采用BPO为引发剂制备的接枝杜仲胶对橡胶沥青体系稳定性的提升作用更为显著;在接枝物比例方面,当m(EUG)∶m(MAH)∶m(AIBN)=4∶1∶0.15时杜仲胶接枝率最高,接枝杜仲胶与橡胶粉能在沥青中稳定悬浮与有序扩散,不会在沥青中发生沉降,建议可采用该掺配比例生产橡胶沥青。
  • 道路工程
    沥青路面实测面层层底横向水平应变响应分析
    潘勤学, 胡嘉, 张建, 孙杰, 谌旎偲
    2024, 41(10): 82-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.010
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    为了揭示沥青路面应变响应的变化规律,通过现场埋设光纤光栅应变及温度传感器,对半刚性基层沥青路面结构开展了不同温度下承载板竖向变形及沥青面层横向应变的同步测试研究,构建了承载板各级荷载下的路表竖向变形与中面层层底横向应变的量化关系模型;进而建立了横向应变随温度和行车速度变化的量化关系模型。结果表明:动、静载作用下沥青中面层横向水平应变均有明显的黏弹塑特性,横向静应变历时曲线特征与Burgers模型吻合,横向动应变历时曲线呈现压拉波形,横向动、静应变值均随路表温度的增加而非线性增加,且应变增加幅度随温度的升高而逐渐减小,二者与温度均呈良好的单对数相关关系,据此得到了实测应变的温度修正系数计算公式;沥青中面层层底的横向应变随行车速度的增加而减小,且减小幅度在低车速(≤5 km/h)时较大,高车速(＞5 km/h)时较小,二者呈良好的幂函数相关关系;承载板各级荷载下的路表竖向变形及中面层层底横向应变的实测结果与有限元数值计算结果的变化规律一致,这表明沥青路面结构的测试结果能有效表征路面结构的真实应变行为。研究结果为承载板试验预估横向应变提供了依据,可供沥青路面检测与养护决策参考。
  • 道路工程
    盐冻循环作用下水泥稳定碎石混合料的宏细观性能
    王宏, 李刚
    2024, 41(10): 90-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.011
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    为研究盐分和冻融循环耦合侵蚀作用下水泥稳定碎石混合料的力学性能、疲劳特性及微细观空隙结构衰减规律,在冻融条件下对不同初始含盐量的水泥稳定碎石混合料开展无侧限抗压强度试验、弯拉强度试验、动态压缩模量试验和三分点加载疲劳试验。基于工业CT无损检测技术研究了盐冻耦合作用下水泥稳定碎石混合料微细观空隙结构衰减规律;提出了盐冻循环次数与盐溶液浓度对水泥稳定碎石混合料力学性能、疲劳性能和微细观空隙直径期望值的衰减公式;建立了微细观空隙结构与宏观力学性能、疲劳性能之间的拟合关系。结果表明:盐冻耦合侵蚀作用加速了水泥稳定碎石混合料力学性能与疲劳特性衰减,随着盐冻循环次数增加,水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度与动态回弹模量呈指数模型衰减,弯拉强度与疲劳寿命呈三次函数模型衰减;盐冻损伤主要集中在集料边缘的原生空隙部位,微细观等效空隙直径期望值和空隙级配中小于0.1 mm3的空隙数量随着盐冻耦合侵蚀作用次数增加而增大;硫酸钠盐溶液浓度越大,经历相同盐冻循环后水泥稳定碎石混合料力学性能和疲劳性能损伤度越高,微细观等效空隙直径期望值随着硫酸钠盐溶液浓度增大呈线性关系增大;随着等效空隙直径期望值增大,水泥稳定碎石混合料的动态回弹模量、无侧限抗压强度和弯拉强度均呈线性关系减小,同时疲劳寿命呈指数函数关系降低;盐冻耦合侵蚀作用改变了水泥稳定碎石内部微细观空隙结构,是盐冻耦合侵蚀作用导致水泥稳定碎石混合料力学性能和疲劳性能下降的原因之一。
  • 道路工程
    矿渣基地聚合物固化黄土路用性能试验研究
    王浩, 廖霖, 侯泽彪, 孔繁盛, 崔东霞
    2024, 41(10): 103-111,138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.012
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    为解决黄土路基工程建设中大量消耗水泥及砂石骨料的环境资源压力等问题,采用电石渣、脱硫石膏和矿渣多源固废作为主要胶凝成分制备地聚合物加固黄土。系统性开展无侧限抗压强度、劈裂强度、加州承载比、干缩、温缩、冻融循环和扫描电镜等一系列路用性能的室内试验。从固化剂类型、掺量和初始含水率等多个角度探究了固化黄土应用于道路材料的有效性和可行性。结果表明:初始含水率15%、固化剂掺量10%的不同配比固化黄土的7 d无侧限抗压强度均可以满足低等级公路基层和底基层的强度要求;不同配比固化黄土的劈裂强度、加州承载比与抗压强度的变化规律基本一致;掺入适宜配比的地聚合物能减小土体的温缩变形且改善基体自身化学收缩以延缓土体的干缩开裂;经历10次冻融循环后,强度变化指标均在60%以上,抗冻性良好;地质聚合反应生成的大量水化硅酸钙、钙矾石等水化产物具有化学胶结和骨架构建的双重效应,不仅是土体强度形成的主要原因,也阻止了冻融循环对土体微观结构的持续损伤,使孔隙与微裂隙发育受阻,这也是固化土体在复杂气候环境下能长期稳定服役的原因。
    • 桥梁工程
  • 桥梁工程
    干湿交替环境下氯盐侵蚀混凝土徐变试验研究
    陶志仁, 龙煜, 廖鹏飞, 彭建新
    2024, 41(10): 112-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.013
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    为准确预测干湿交替氯盐侵蚀环境作用下混凝土结构的徐变行为,通过开展干湿交替环境下氯盐侵蚀混凝土的徐变试验,研究了在氯盐侵蚀环境和轴压荷载耦合作用下,加载龄期、荷载水平对C50混凝土棱柱体试件徐变的影响。研究结果表明:7 d龄期加载时,氯盐环境下0.2fc,0.3fc荷载水平对应的混凝土徐变系数在持荷120 d前与常规环境接近,持荷120 d后较常规环境大,0.4fc荷载水平对应的徐变系数在持荷20 d后大于常规环境;28 d龄期加载时,两种不同环境下的混凝土徐变十分接近,持荷后期氯盐环境下的徐变系数略大于常规环境,早龄期加载时氯盐侵蚀导致混凝土性能的劣化,较高轴压荷载水平加速劣化;荷载水平在0.2fc~0.4fc范围内时,常规环境下混凝土的徐变为线性徐变,氯盐环境下混凝土徐变系数随荷载水平的增大先略减小后增大,呈现非线性徐变行为,这与轴压荷载影响氯盐侵入混凝土的速率,进而影响氯盐侵蚀混凝土导致其性能劣化的进程有关。基于试验数据,针对氯盐侵蚀环境,对JTG 3362—2018徐变预测模型提出了参数建议值。模型参数修正后的徐变系数计算值与试验数据吻合良好,可为预测C50混凝土在干湿交替氯盐侵蚀环境下的徐变行为提供参考。
  • 桥梁工程
    弹性阻尼支撑装置设计及性能试验
    朱世峰, 桑毅彩, 吴海军, 支墨墨, 邓扬
    2024, 41(10): 120-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.014
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    为克服两端刚接的大跨度钢箱梁桁架式纵隔板斜腹杆疲劳性能不足,提出一种弹性阻尼支撑装置(Elastic-damping Support Device,EDSD)。其主要原理是将已开裂斜腹杆局部切除后安装EDSD,通过端部铰接消除斜腹杆次内力,通过阻尼元件耗散斜腹杆在荷载作用下的伸缩变形能量,通过弹性元件控制桥面板竖向变形量,实现外载输入能量的合理分配。在大跨度斜拉桥正交异性钢箱梁运营期,经合理设计的EDSD可以有效消除其桁架式纵隔板斜腹杆端部疲劳裂损病害的发生。为探明EDSD的静力特征和滞回性能,制作了3个试件进行静动载试验研究。结果表明:(1) EDSD的刚度在静载加载时呈线性,约为206 kN/mm;而卸载时呈非线性,且刚度先大后小。卸载刚度值变化拐点出现在位移量±1.3 mm处,变化前后的刚度值分别约为508 kN/mm和90 kN/mm。(2) EDSD是一种与加载速率无关的非线性位移型阻尼支撑装置。(3)动载试验中随着位移幅值的增加,EDSD单位循环耗能以二次多项式规律不断增大,等效刚度以乘幂规律不断减小,等效阻尼比线形增大。(4)50 000个加载循环后的EDSD单位循环耗能比初始值下降了8%,等效刚度比初始值下降了8%,等效阻尼比基本保持不变。工程实践表明,研制的EDSD装置可有效增加纵隔板疲劳寿命,施工及维护便捷,桥梁全生命周期内的运维综合成本约为现有技术的70%。
  • 桥梁工程
    车辆激励的悬挂式人非系统振动响应及舒适性
    涂昳颖, 陈水生, 涂勇
    2024, 41(10): 130-138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.015
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    为探究公路桥梁悬挂式人非系统的车致振动响应规律及其振动舒适性,首先采用ANSYS软件建立公路桥梁上层车行道和下层人非系统的有限元模型。然后,综合考虑过桥车辆车型、车道、车速、车重、车辆间距和桥面不平顺的随机性特征,采用蒙特卡罗随机抽样法生成随机车流荷载,并对过桥车流荷载进行简化。最后,基于车-桥耦合振动理论,求解随机车流荷载作用的悬挂式人非系统振动响应,分析人非系统的行人过桥舒适性。实际工程的研究结果表明:人非系统的竖向振动响应最大,其次是纵向振动响应,而横向振动响应最小;密集车流荷载作用的人非系统振动响应大于一般车流荷载作用效应,人非系统的竖向加速度响应均方根值在边跨跨中、次边跨跨中、中跨跨中和桥墩位置都出现了峰值,其中中跨跨中位置的峰值最大;上层车行道桥面路况对下层人非系统的振动响应影响较大,桥面路况越差,振动响应就越剧烈,易导致过桥行人的不适;人非系统跨中竖向加速度响应峰值小于EN03中等舒适度限值1 m·s-2,舒适性评价等级为中等;跨中竖向加速度响应峰值达到EN03中等舒适性限值0.5 m/s2的概率大于桥跨结构其他位置的竖向振动响应峰值;行人在中跨跨中位置的振动舒适性差于桥跨其他位置的舒适性,跨中位置最易引起过桥行人的不适。
    • 隧道工程
  • 隧道工程
    嵌入式可冲洗隧道排水管水力计算模型研究
    刘刚, 许崇帮, 肖维民, 郑子腾, 龚建伍
    2024, 41(10): 139-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.016
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    为解决嵌入式可冲洗隧道排水管物理参数的设计问题,提升隧道排水系统的工作效率,在此应用场景上构建了一种水力计算模型。嵌入式可冲洗隧道排水管不同于“先堵塞,再疏通”的治理思路,其工作方式为定期接入高压水泵,泵送高压水进入冲洗管,在结晶物还未沉积牢固时通过冲洗管上的孔洞冲刷外部排水管壁,达到预防排水管堵塞的目的。基于此场景构建的嵌入式可冲洗隧道排水管水力计算模型,满足水头损失一致的假设,由修正后的伯努利方程、杨海涛水头损失公式和达西-维斯巴赫公式构建冲洗管相邻孔之间的冲洗速度迭代公式,由此计算出各冲洗孔冲洗速度的解析解。理论计算结果表明:冲洗孔水流速度随着沿程水头损失服从严格的速度衰减规律,验证了水力计算模型的合理性。并通过数值模拟分析得出:理论推导结果和数值试验计算结果基本符合一致,对比误差平均值为4.3%;理论推导结果和数值模拟计算结果在管道末尾时差距较大,主要原因是实际流体会在末端形成回流,改变管道内部流场变化,而解析解则是严格遵循沿程水头损失规律。最后,归纳不同工况所需水流的进口速度和进口流量规律:冲洗管进口速度随冲洗孔间距增大而减小,随冲洗孔直径增大而增大;冲洗管进口流量随冲洗孔间距增大而减小,随冲洗孔直径增大而增大。
  • 隧道工程
    不同嵌岩深度圆形地连墙的受力及变形特性数值分析
    李宁, 张茂建, 许建聪, 张慧莉, 汪波
    2024, 41(10): 149-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.017
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    对于土岩结合地质基坑圆形围护结构,国内外学者多数是基于嵌岩深度相同情况下对圆形地连墙的变形或力学特性进行研究,而根据基坑地质具体情况采用不同嵌岩深度的地连墙则可缩短施工周期,节约施工成本。清晰认识墙体在基坑开挖过程中的受力及变形特性对于预防潜在的安全风险至关重要。结合某竖井工程基坑土岩结合的地质特点,通过有限元计算软件建立了不同嵌岩深度圆形地连墙三维模型,分析了基坑的最大坑底回弹位移及圆形地连墙的水平、竖直位移与轴向弯矩和剪力变化规律。结果表明:基坑坑底回弹整体呈“N”形变化,且基坑软土部分开挖出现的坑底回弹要远大于岩层部分的开挖;墙体嵌入深度小于1/2基坑开挖深度,墙体水平变形呈“弓”形变化;墙体嵌入深度为50%~100%基坑开挖深度时,其水平变形呈“悬臂”形变化;墙体嵌入深度不小于基坑开挖深度,墙体水平变形呈“W”形变化,并且地连墙的竖向变形会在整个基坑开挖过程中呈现先上升后下降的变化规律;地连墙的轴向弯矩及剪力最大值均出现在土岩交界位置处,并且其最大值会随地连墙嵌岩深度的增加而增大。
  • 隧道工程
    基于壳体模型的隧道旋喷拱棚预支护下掌子面稳定性分析
    胡俊浩, 石钰锋, 曹成威, 陈祥胜, 简庆华
    2024, 41(10): 163-172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.018
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    为探究旋喷拱棚预支护下隧道掌子面稳定情况,将预支护拱棚简化成半无限长柱壳结构,引入Pasternak双参数地基模型,以此建立拱棚挠度方程,结合实际工程,将理论计算得到的拱棚挠度与数值计算结果进行对比,验证了双参数地基壳体模型的适用性。最后将在此理论模型下求解得到的地基反力作用于隧道掌子面上方,推导了掌子面稳定性公式,并探究在不同因素影响下隧道掌子面稳定性规律。结果表明:基于双参数地基下壳体理论的掌子面稳定分析模型由于考虑了预支护拱棚的整体加固效应以及下方岩土体的剪切变形作用,计算结果更加符合实际工程情况;围岩参数、施工因素、地层条件对隧道掌子面稳定有直接影响,不同参数影响程度不同,影响程度从大到小总体表现为:黏聚力、摩擦角、开挖高度、初始挠度、埋深,随着黏聚力增大、摩擦角增大、初始挠度减小、开挖高度减小、开挖进尺减小,掌子面稳定安全系数增大。当围岩较差时,纯粹短进尺不能保证掌子面稳定,需采取围岩加固或辅助措施;随着隧道埋深增大,掌子面稳定安全系数先线性减小后增加最后趋于稳定;减小开挖高度和控制初始挠度,对掌子面稳定性有利,此时再采用合理的开挖进尺对围岩稳定优势更明显。
  • 隧道工程
    双孔洞倾角对红砂岩强度及其破裂分形特征影响
    戎虎仁, 曹海云, 董浩, 王占盛, 张佳瑶
    2024, 41(10): 173-183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.019
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    为研究双孔洞倾角对红砂岩力学特性及裂纹扩展规律的影响,在长方体红砂岩试样的基础上预制2个呈中心对称分布的圆孔双孔洞。孔洞直径为6 mm,孔洞间距为6 mm,两圆心连线与水平线的夹角为双孔洞倾角。利用伺服压力机对双孔洞红砂岩进行单轴压缩试验;基于数字图像相关技术分析了受力状态下应变场变化特征,揭示了双孔洞红砂岩在单轴压缩下的裂纹扩展机理;利用分形维数定量分析不同倾角时裂纹类型与岩石强度的关系。结果表明:随着倾角的增大,红砂岩试样抗压强度和弹性模量先减小后增大,其中抗压强度呈二次函数分布;初始裂纹产生时,不同双孔洞倾角试样的变形主要受轴向应变影响,试样最终破坏时,不同双孔洞倾角试样的变形主要受径向应变影响;初始裂纹产生方位可分为3种,即倾角为0°~30°,45°~60°,90°;受轴向应变影响产生初始裂纹,试样的破坏受径向应变影响;鉴于试样破坏时裂纹类型有明显差异,不同倾角时双孔洞红砂岩表面裂纹类型的分形维数与抗压强度具有良好的线性关系。
  • 隧道工程
    基于能量自我抑制模型理论的岩石损伤模型研究
    吕洪淼
    2024, 41(10): 184-191,214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.020
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    为建立更具普适性、更接近岩石变形破坏本质的应力-应变关系和能量演化规律,基于能量自我抑制模型理论建立了描述岩石应力-应变关系的本构模型,以及建立了岩石破坏的能量非线性演化模型。以辽宁某煤矿砂岩为研究对象,采用MTS815.03试验系统对围岩开展不同围压作用下的力学特性试验,分析围压对能量演化规律的影响。从热力学能量演化角度出发,通过采用能量自我抑制模型的理论建立了岩石应变-弹性能的本构模型,并通过能量微分对能量模型中的应变求导得到可描述岩石应力-应变关系的本构模型。结果表明:围压可以有效地提升岩石的能量储存和耗散。演化模型计算值和应力-应变关系本构计算值都与试验值有着良好的吻合度,且计算值与试验值的相关性系数均在0.95以上,说明建立的模型可以较好地反映岩石破坏过程中的能量演化规律和应力-应变关系。在模型中引入的等效参数具有明显的物理参数意义,能较好地反映岩石能量的演化规律,提供了一个可以通过模型参数值来判断岩石能量变化趋势的方法,这对实际围岩的变形支护具有指导意义,进而更好地分析和预测岩石能量变化规律和应力-应变规律。
    • 汽车工程
  • 汽车工程
    重型载货汽车长下坡制动控制策略
    史培龙, 符凯, 郭旭, 郭东林, 赵轩
    2024, 41(10): 192-202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.021
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    单一制动器温度升高出现制动热衰退现象后,其余制动器热负荷增加会影响整车制动效能,针对此问题提出了基于制动力观测模型的重型载货汽车长大下坡制动控制策略。首先,利用制动鼓温度能够准确表征制动力的特性建立了制动力观测模型;其次,依据整车制动器热衰退演变机理及车辆制动失稳机理,提出了结合散热量、地面附着率、滑移率及轴载的控制策略;然后,为了实现制动力的跟踪控制,建立了基于MPC制动力优化控制模型;为了验证提出的控制策略,建立了基于TruckSim和Matlab联合仿真模型;最后,进行低温制动工况、高温制动工况和基于滑移率的制动控制策略仿真验证。结果表明:低温工况能够抑制制动器温度的快速升高;高温工况能够降低制动器提前出现热衰退的风险,在保证整车制动效能的同时,预留了必要安全措施时间;基于滑移率的控制策略可以保证车辆制动稳定性。结果表明:所提出的控制策略既能相对均衡地控制制动器温度上升速度,又能避免因某一制动器温度快速升高而增加其余制动器热负荷,且保证制动稳定性,从而提高了重型载货汽车长下坡制动安全性。
    • 环境工程
  • 环境工程
    公路基础设施碳排放研究量化分析与评估
    黄山倩, 高硕晗, 王新军, 田苗苗, 卢春颖
    2024, 41(10): 203-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.10.022
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    为厘清公路基础设施碳排放研究的现状特征、主要内容及热点,提升科技创新在公路行业绿色低碳转型中的支撑作用,首先收集了Web of Science核心合集数据库收录的相关文献161篇;然后采用文献计量学方法和内容分析法从年度发文量、国家与机构、期刊与学科、研究前沿和热点等方面进行量化分析与评估。结果表明:从发文量来看,自2009年起公路碳排放研究总体上呈持续上升趋势;中国和美国发表文章最多,占论文总量50%以上,引领着国际前沿发展;长安大学作为7大核心发文机构之一,研究成果在国际上贡献最为突出,相关研究机构合作不够紧密;从学科与期刊分布来看,公路碳排放研究涉及35个学科,其中土木工程、环境科学、绿色与可持续科学技术、环境工程、建筑与施工技术、材料科学等学科的贡献最为突出;相关成果主要发表在72种刊物上,其中Journal of Cleaner Production影响力最大;从研究前沿和热点来看,公路碳排放研究主要包括生命周期碳排放估算、环境影响与评价、生命周期减排技术这3个方面。通过对当前研究内容与进展的分析,发现并指出了在标准、方法、技术与管理方面的不足。最后,从建立公路生命周期碳排放核算与评价标准、综合评价模型研究、系统解决方案等方面进行了未来研究展望。