2024年, 第41卷, 第12期　刊出日期：2024-12-05

  

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  基于复杂网络的高速公路重要路段识别模型

  温志勇, 翁小雄, 张鹏飞

  2024, 41(12): 1-8,76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.001

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  随着高速公路道路结构的日益复杂,识别高速公路重要路段对于交通特性研究及运营管理至关重要。基于多层复杂网络原理从交通系统的供给和需求两个方面出发,构建高速公路重要路段识别模型。模型由多层复杂网络、路段重要度评估指标以及基于熵权法的K-means聚类等3个模块组成。首先,针对高速公路交通系统的复杂特性,建立由结构网、权重网和出行网组成的多层复杂网络,以准确反映路段的道路结构、通行成本和交通出行等多种属性,实现交通系统精细化建模;其次,在多层复杂网络基础上构建表征路段交通供需特征的路段重要度指标,具体地,在权重网上采用K条最短路径形成有效路径集合结合多项Logit算法进行路径选择,从而构建路段概率介数,以准确反映存在多义路径情况下的路段在交通供给侧的重要性;在出行网上构建路段流量介数,以反映路段在交通需求侧的重要性,进一步结合路段权重的自身特性构建加权概率介数与加权流量介数,形成路段重要度的多属性指标;然后,针对路段的多属性指标研究熵权法权重聚类算法,以聚类方式实现高速公路重要路段分类,避免等量划分的主观性。最后,以粤港澳大湾区高速公路为研究对象进行案例分析,模型结果经过SIR网络传播模型和对比分析验证了模型的有效性和可靠性。
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  智能网联汽车的车队跟驰模型及仿真研究

  柳祖鹏, 谢晓峰, 陈玲娟

  2024, 41(12): 9-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.002

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  随着智能网联汽车的发展,车辆的智能化和网联化已经成为明确的发展趋势,新业态下如何实现安全与高效的交通管理与控制是亟需解决的问题。为了研究智能网联环境下的车队跟驰,探索基于规则的车辆队列形成机制,以"尽量靠近"、"速度一致"和"避免碰撞"3条智能网联环境下车辆的交互规则为基础,基于最小安全距离模型构建出一种面向智能网联汽车的车队跟驰模型。以乘坐舒适性和行程时间作为模型的综合评价指标,建立数学模型并进行多目标优化求解;在SUMO仿真软件中编程实现车队跟驰模型和优化求解算法,对两辆车和五辆车的交通场景进行仿真研究。仿真试验的结果表明:后跟随车辆在跟随其相邻前导车做跟驰运动的过程中,车辆能够以较短时间、以相同速度并保持最小安全距离跟随前导车行驶,同时能够满足乘坐舒适性和行程时间最优。仿真试验不仅验证了所提车队跟驰模型的可行性,而且也验证了该模型具备成为智能网联环境下跟驰车队形成机制的科学性。为进一步说明所提模型的优势特性,在保证同等仿真条件的情况下,进行了CACC形成车队的仿真试验,对仿真结果进行对比分析可知,依据所提车队跟驰模型行驶的车辆,在形成车队的跟驰运动中行驶更加稳定,从而保证了整个车队的行驶稳定性。
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  动态子网级高速公路预防养护序列编制模型

  李海莲, 张茗, 刘亚雄, 司金忠, 杨斯媛

  2024, 41(12): 21-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.003

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  随着中国高速公路网规划建设的不断完善,如何在多种因素约束下编制科学合理的网级养护序列模型,是中国高速公路管养部门面临的主要问题之一。目前养护序列相关研究多以养护时机为契点单独展开,忽略了路况水平、养护成本等因素随着时间维度产生的动态变化,与养护过程中受多维度约束的现实情况严重不符。针对此状况,以考虑时间维度为基础,建立了动态子网级高速公路预防养护序列编制模型。首先,在最佳预防养护时间段理论的基础上对管养流程进行优化,提出了更切合实际的网级沥青路面预防养护决策流程。其次,将最佳预防养护时间段分割为N个阶段,分别引入时间权重,将动态因素值随时间维度变化的问题转化为多阶段决策型问题。最后,再基于模糊型权重未知的灰色关联分析法,搭建一套考虑时间维度的动态子网级养护序列编制模型,并以甘肃省某子网级高速公路沥青路面作为案例,在确定其最佳预防养护方案、时间段,且忽略子网级之间资金分配约束的基础上进行分析。结果表明:在考虑时间维度的前提下,本研究模型可高效地对甘肃省某子网级高速公路沥青路面的养护序列进行编制。
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  面向行驶周期测算的细分速度区间的车辆行驶里程和时间算法

  臧金蕊, 焦朋朋, 宋国华

  2024, 41(12): 29-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.004

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  行驶周期是车辆尾气排放测算的核心参数之一,但传统建立行驶周期所采用的数据收集方法成本高,耗时长,样本代表性不足。为克服传统数据采集方法的缺陷,获取构建准确行驶周期所需的覆盖全路网的交通流参数,构建了面向行驶周期测算的细分速度区间的路网动态车辆行驶里程(V_KT)和车辆行驶时间(V_HT)算法。首先,基于多城市不同等级道路的多源交通流数据,构建宏观交通流基本图模型,利用路段速度数据推算全路网流量数据;其次,基于C++算法开发细分速度区间的路网动态V_KT和V_HT算法,研究道路等级和城市规模对V_KT和V_HT分布特征的影响;最后,构建动态V_KT和V_HT数据分析系统,对计算结果进行直观展示。结果表明,不同等级道路宏观交通流基本图模型能较好地模拟城市道路交通流,流量测算误差低于10%;细分速度区间V_KT,V_HT分布会受道路等级和城市规模影响,其中道路等级影响更大;有必要针对不同城市规模和道路等级分别建立相应行驶周期;面向行驶周期开发的V_KT,V_HT算法及数据分析系统,可对细分速度区间的动态V_KT,V_HT进行快速计算,并对不同城市计算结果进行直观对比。研究成果提高了细分速度区间的动态车辆行驶里程测算精度,为构建准确刻画车辆行驶状况的行驶周期提供数据支撑。
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  基于生成式对抗网络与ResNeXt的车道线检测算法

  潘玉恒, 刘泽帅, 鲁维佳, 汪佳, 李慧洁

  2024, 41(12): 39-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.005

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  现实场景中汽车行驶环境具有复杂多变性,光照变化、道路阴影、车辆及建筑物遮挡会对车道线的识别造成干扰。针对该问题提出一种生成式对抗网络与深度神经网络架构(ResNeXt) 相结合的语义分割车道线检测算法。首先采用高斯滤波器和线性点运算结合的方法对输入图像进行预处理,增强图像的纹理特征,降低光照及噪声对图像的影响。其次采用生成对抗网络SAGAN,生成图像来扩充数据集,并结合ResNeXt网络构成SGRNeXt检测模型,该模型采用VGG堆叠的思想和Inception的Split-Transform-Eerge思想,在不增加参数复杂度的前提下提高准确率,减少超参数数量,同时采用基于行方向上的位置选择、分类的算法,在全连接层上进行分类,并使用全局特征作为提取特征来解决感受野的问题。而后进行语义分割的车道线检测,最后在图森数据集上进行测试和验证。试验结果表明,本研究所提出的SGRNeXt检测算法的准确率可达95.7%,基于行方向上的位置选取与分类算法使该模型在识别速度上具有明显的提升,FPS可达53.74,满足实时性要求。生成式对抗网络的引入,可以使模型更加稳定地训练,防止过拟合化,增强了模型分类能力。本方法在具有视觉遮挡和多变照明条件下对车道线的识别具有很好的检测效果,提升了车道线识别在多样环境下的鲁棒性和准确性。
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  基于改进樽海鞘算法的高速公路应急资源调度

  于涵诚, 王长华, 倪双静, 朱熙豪, 刘海萍

  2024, 41(12): 48-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.006

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  为解决当前高速公路救援不及时、救援效果差及容易引发二次事故等问题,结合高速公路环境下应急资源调度的实际需求,充分考虑突发事件及其对潜在二次事故的影响,研究了一种基于改进樽海鞘算法的高速公路应急救援资源调度方法,以高效应对高速公路的紧急情况。首先,从技术角度深入研究分析最优路径选择方法和救援物资调度分配方法,将时间和成本作为高速公路应急救援调度的目标,并建立调度目标函数。然后,针对高速公路应急救援的最佳路径选择方法,研究蚁群最短路径算法,并结合高速公路自身的路网特征对蚁群算法中的全局更新规则进行改进,提高算法的路径搜索效率。随后,为求解潜在事故下的应急资源调度问题,研究樽海鞘算法,利用该算法计算量小、具有全局探索等优势对资源调度目标函数进行求解。同时,结合烟花算法中的爆炸、变异等操作对樽海鞘算法进行改进,进一步避免算法陷入局部最优的情况。最后,通过试验结果表明,所提出的调度方法能提供更快的路径规划,改进的樽海鞘算法能有效提高收敛速度和计算精度,而且相比不考虑潜在事故的调度,一旦发生二次事故,该方法能有效降低应急救援的资源调度总成本。
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  城市危险废物运输网络多目标优化建模与求解

  邬标华, 赵佳虹

  2024, 41(12): 58-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.007

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  为降低危险废物的运输风险,提高网络运转效率,基于公众感知差异,提出了一种城市危险废物运输网络的多目标优化建模与求解方法,旨在解决多品类危险废物的运输设施选址、异构型运输车辆配置及运输网络设计的组合优化问题。考虑应急响应时间对公众感知的影响,设计了感知风险度量模型。采用双商品流方法,构建了成本和感知风险最小的多目标优化模型。针对模型复杂度,设计了一种基于MOEA/D-分支切割三阶段混合多目标求解算法。最后,结合昆明市实例和多个测试验证了运输网络优化模型和三阶段求解算法的有效性。结果表明:新模型和新算法能在1 177.8 s内为决策者提供多个有效的新方案;相较于原始方案,新方案可以分别减少53.58%的运输成本和30.56%的运输风险;新模型和算法对车辆额定载重量、设施最大能力和应急响应时间阈值参数,具有一定的敏感性;相较于传统模型,新风险模型能降低10.20%的运输成本,新网络优化模型能有效降低计算量并提升最优解的优化率,可将结果与最优解的差距值缩短5.22%;相较于常规多目标优化方法,新算法能缩短67.28%的求解时间,并在求解不同规模的优化问题时保有较高的计算稳定性。
道路工程
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  基于模糊意见集中决策法的再生沥青混合料生产工艺

  郭思怡, 冯振刚, 曲建涛, 刘淼, 李英勇

  2024, 41(12): 67-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.008

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  拌和温度、拌和时间、掺料拌和次序和储存时间在生产过程中的波动会显著影响再生沥青混合料的路用性能。为了探究这些因素对再生沥青混合料路用性能的影响,采用马歇尔试验设计了再生沥青路面材料(RAP)掺量为20%的再生沥青混合料AC-16C,并在不同生产工艺参数下成型试件。通过车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验分别测定了再生沥青混合料的动稳定度、最大弯拉应变、冻融劈裂强度比和残留稳定度等主要性能指标。基于再生沥青混合料的体积参数与路用性能指标,采用模糊意见集中决策法对各项试验指标进行综合评价。通过计算不同生产工艺方案下的Borda值,确定了再生沥青混合料的最佳生产工艺参数。结果表明:对于RAP总掺量为20%的AC-16C再生沥青混合料,最佳拌和温度为165 ℃,此时混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性;最佳拌和时间为180 s,能够确保新旧材料充分融合并防止过度老化;最佳拌和次序为先将RAP干拌45 s,再加入新沥青搅拌45 s,最后加入矿粉拌和90 s,这种拌和顺序可使混合料更加均匀密实;在150 ℃下储存0.5 h可以进一步促进新旧沥青的融合,提高混合料的综合路用性能。
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  道路工程

  基于改进物元可拓模型的多年冻土路基稳定性评估

  朱旭伟, 田波, 权磊, 李思李, 李立辉

  2024, 41(12): 77-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.009

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  为准确客观地评估多年冻土公路路基稳定性,构建了以冻土特性、地质环境、气候条件和工程状况为准则层,包含12个指标的评价体系。选取7个区间的多年冻土公路路基作为样本,通过G1法和熵权法分别计算各指标的主、客观权重,并采用博弈论方法确定各评价指标的综合权重。通过物元变换构建了冻土公路路基稳定性等级的物元体系,计算各指标的关联度。将博弈论组合赋权和物元可拓模型相结合,构建了一种新型的多年冻土公路路基稳定性评估模型,对7个区间多年冻土公路路基的稳定性进行评估。结果表明:年平均地温、工程措施、路基高度、年平均气温和含冰量是影响冻土稳定性最主要的因素;基于博弈论组合赋权和物元可拓模型的多年冻土公路路基稳定性评价方法,克服了G1法赋权中主观随意性带来的偏差,同时也避免了熵权法过于依赖指标数据而忽略指标重要性的问题,这使得多年冻土路基稳定性评估中的指标权重更加科学合理;评价结果与实际路基的变形监测数据吻合度较高,验证了该模型的科学性和有效性。
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  道路工程

  大温差区高速公路半刚性基层冻融致裂损伤模型及验证

  任恩泽, 杨更社, 申艳军, 刘志云, 隆星

  2024, 41(12): 86-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.010

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  中国内陆区高速公路普遍面临着大温差冻融作用的影响,造成半刚性基层开裂而严重影响使用寿命及工作性能。厘清半刚性基层温变致裂演化过程及构建冻融致裂损伤模型是解决半刚性基层长期稳定的关键科学问题。首先,以中国"一带一路"标志性工程——京新高速公路梧木段半刚性基层为对象,开展了不同冻融次数下的冻融循环试验,并采用超声波无损检测、核磁共振及电镜扫描等多元测试手段精细再现半刚性基层内部冻融损伤演化过程。然后,因传统半刚性基层温变开裂模型未考虑冻融作用影响及损伤后微元体承担残余温变应力的能力,故通过引入冻融渐进损伤系数,在对传统半刚性基层温变开裂模型研究优化的基础上,建立了适用于大温差区高速公路半刚性基层的冻融致裂损伤模型,并结合京新高速公路梧木段半刚性基层现场监测结果予以验证。结果表明:前6次冻融循环半刚性基层动态模量显著降低,降幅达到47.93%,然后趋于平缓;经历6次冻融后,基层内部孔隙整体上表现为孔隙增多、孔径尺寸增大,其中大孔数量占比由0增至29.8%;通过现场半刚性基层应变和温度监测数据对模型予以验证,对比误差范围为0.4%~6.0%,验证了模型的可靠性与准确性。研究结果可为大温差区高速公路半刚性基层开裂过程认知及评估提供基础理论参考。
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  道路工程

  边坡格构内新型植被水泥土抗侵蚀模型试验研究

  付涛, 何廷全, 周成, 曾红艳, 陈群

  2024, 41(12): 97-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.011

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  为探究边坡格构内的填土类型和植被覆盖对水土保持效果的影响,并促进工程弃土的集约化利用,开展了在不同降雨强度、不同边坡坡度和不同填土层类型(纯弃土层、弃土层+植株孔植被覆盖、水泥土层、水泥土层+植株孔植被覆盖)条件下的降雨模型试验。分析了各类填土层的径流、侵蚀和降雨入渗规律,探究了植被的降雨截留和填土表层水泥固化作用对控制土壤侵蚀、增强土体抗冲性的贡献。结果表明:降雨强度对纯弃土层的径流率和侵蚀模数的影响比坡度大;随着降雨强度和边坡坡度的增加,纯弃土层的降雨入渗速率都呈先增加后减小的趋势;对比纯弃土层,固化土层的径流和侵蚀过程更加稳定,表层固化减缓雨水入渗的作用比植被覆盖更为显著;纯弃土层中的植被密集时,植被茎叶的降雨截流作用相对占优;固化土层中的植被密集时,植株孔促进消纳坡面径流的作用相对占优;对比纯弃土层,采用表层固化联合植被覆盖的新型植被水泥土技术进行植被恢复时,土层侵蚀量的减少幅度可达98%以上。边坡格构内新型植被水泥土有良好的水土保持效果,可用于岩质边坡和石漠化边坡的水土流失治理。
桥梁工程
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  桥梁工程

  波纹钢箱涵回填过程受力特性试验研究

  刘保东, 武飞, 韦佳明, 孙海波, 张顺

  2024, 41(12): 108-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.012

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  波纹钢箱涵相较于圆形、拱形和管拱形波纹钢涵洞截面利用率更高,要求的最小覆土厚度较小,因此更适用于路基高度受限的城市地下通道、平原区以及跨线的桥涵工程。然而目前缺少针对中国净空要求的波纹钢箱涵试验研究,国外规范内力计算公式的适用性丞待研究。为此对一座跨径6.6 m,矢高3.7 m的波纹钢箱涵开展全尺寸模型试验,对回填过程中的位移、内力和土压力进行测试和分析,并将恒载作用下结构的弯矩与Duncan的计算公式进行对比。结果表明:回填至拱肩之前结构侧面持续向内变形,顶面持续向上变形;回填至拱肩以后变形开始反向变化,最终拱顶位置的下挠为矢高的0.84%。回填至拱肩和回填结束是关键施工阶段,两阶段均是拱顶外侧的应力最大,分别为36 MPa(受拉)和―100 MPa(受压);回填完成后拱顶和拱肩测点的弯矩产生的应力在总应力中的比例位于76%和100%之间;回填完成后结构顶面的土压力大于土柱法计算出的土压力,侧面的土压力小于静止土压力;Duncan提出的公式可有效预测本研究全尺寸模型在恒载作用下的弯矩,误差在11%以内。本研究成果可为后续的波纹钢箱涵规范制订和结构设计提供参考。
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  桥梁工程

  平行钢绞线拉索剩余承载力计算和疲劳寿命评估

  张洪, 李明阳, 王良辉, 余建, 李厚萱

  2024, 41(12): 116-127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.013

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  为研究斜拉索在腐蚀环境和疲劳荷载长期作用下的拉索使用状态,以某西南地区服役了20多年的斜拉索为试验对象,通过拉索力学性能试验和有限元模拟,建立了腐蚀-疲劳耦合作用下的拉索剩余承载力和疲劳寿命评估方法。首先,通过高倍率显微镜获取全方位的钢绞线腐蚀图像,依据规范要求将拉索内钢绞线划分了腐蚀等级,进行了钢绞线拉伸破断和拉伸疲劳试验,统计了钢绞线的极限抗拉强度和疲劳寿命数据,拟合了该拉索钢绞线材料的<S-N曲线。然后,针对车型、车重和车间距3个车流参数的随机特征,建立了随机车流模型模拟索力时程变化,并基于实际监测的索力数据对模拟数据进行了多参数对比分析。最后,引入减少引子K,评估了拉索的整体承载力,采用雨流计数法对模拟的索力数据进行处理,结合损伤累计理论计算出了拉索的剩余疲劳寿命。结果表明:拉索中的钢绞线极限抗拉强度均未满足规范要求,最大极限抗拉强度仅为1 852.186 MPa,计算得出拉索整体极限抗拉强度降低了4%。模拟索力与实际索力的极值、均值、95%分位值误差不到5%,平均绝对百分比误差为5.387 5%,小于10%,证明随机车流模型具有较好的可靠性。拉索钢绞线材料的S-N曲线的拟合优度为0.994,对预测该拉索疲劳寿命具有较强的准确性,最后计算得出拉索的疲劳寿命约为4.6 a。
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  多塔斜拉桥设置非对称交叉索时塔、梁力学机理

  柴生波, 黄凯杰, 王秀兰

  2024, 41(12): 128-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.014

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  为了提高多塔斜拉桥的结构刚度,提出了交叉索的最优布置策略,以增强其对结构刚度的贡献。基于交叉索对中塔约束刚度的解析表达式,推导出了交叉索的纵向约束刚度与其在主梁上锚固位置之间的关系。通过分析发现,当多塔斜拉桥的高跨比介于0.2~0.3时,交叉索锚固在距离中塔约0.7倍跨长的位置处,其对中塔的约束刚度最大。基于此,提出了一种交叉索非对称布置方式。为了验证这一理论,构建了设置交叉索的三塔斜拉桥的有限元模型,对比分析了交叉索非对称布置与对称布置时,在桥塔、主梁变形以及结构受力状态方面的差异。在活荷载作用下,中塔塔顶偏位分别减少19.92%和33.99%,主梁下挠分别减少10.02%和12.60%,主梁最大正弯矩分别减少17.38%和25.39%。此外,交叉索对称布置时中塔塔底弯矩略有增大,而非对称布置时塔底弯矩减少了18.23%。结果表明,在主跨增设交叉索可以有效提升三塔斜拉桥的刚度,改善活载作用下主梁和桥塔的受力及变形。在保持索系用钢量不变的前提下,交叉索非对称布置在改善结构刚度方面优于对称布置,为多塔斜拉桥采用交叉索的设计方案提供了新的优化方向。
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  桥梁工程

  基于套筒阻尼器的悬索桥吊索振动控制方法

  赵洪伟, 陈一飞, 孙宗光

  2024, 41(12): 137-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.015

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  针对悬索桥吊索的振动问题,提出了一种套筒阻尼器振动控制方法,旨在降低吊索振幅、加快振动衰减,延长吊索寿命,提高桥梁安全耐久性能。首先,推导了安装套筒阻尼器的索结构运动特性方程,确定影响振动的主要参数,并以参数作为控制变量进行后续的分析、比较、筛选;其次,建立有限元模型,以阻尼比作为减振性能评价指标,通过数值模拟的方法分析各主要参数对吊索-套筒阻尼器阻尼比的影响;随后,采用响应曲面法实现多参数耦合的减振优化设计,分别对套筒刚度、质量比、橡胶阻尼材料、吊索-套筒间隙,进行交互试验分析,获取最优参数组合;最后,假定两端固定约束条件下分别对单吊索和带有套筒阻尼器的吊索施加相同激励进行定量分析,研究在不同激励荷载条件下套筒阻尼器减振性能的变化情况,对比安装阻尼器后吊索动力学响应,验证设计的合理性。研究结果表明,套筒阻尼器能够有效降低索的振动位移幅值,当吊索受到特定频率外界激励荷载作用下产生共振,套筒阻尼器将有效避免共振现象导致的大幅度位移变形现象发生,降低结构疲劳损伤的风险。
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  双层桥面钢桁梁吊装阶段的涡振性能研究

  王盛铭, 莫威, 杨博开, 唐浩俊, 李永乐

  2024, 41(12): 147-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.016

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  为了确定具有双层桥面钢桁梁的双主跨悬索桥在加劲梁吊装阶段的涡振性能,通过有限元软件ANSYS对不同吊装阶段的结构进行了模态分析,讨论了竖弯和扭转模态特性随吊装率的变化,分析了吊装梁段间约束、边跨端部约束对桥梁动力特性的影响。在此基础上,制作了几何缩尺比为1/48.1的刚性节段模型,通过风洞试验测试了不同风攻角下双层桥面钢桁梁的涡振性能,换算了桥梁不同吊装阶段的涡振锁定风速和最大振幅,并由加速度允许值1 m/s²进一步换算得到涡振振幅参考限值。研究结果表明:桥梁各跨之间的振动关联性较强,梁段间临时连接的刚度对单主跨反对称模态有明显影响。在单主跨正对称模态中,边跨振动的参与度较高,故可以采取对边跨端部进行约束的方式限制其线位移,从而有效地抑制边跨的振动,提高其竖弯和扭转模态的频率,但会加剧另一侧主跨的振动。在吊装阶段,该加劲梁存在发生扭转涡振的可能性,但在竖直方向的涡振响应不明显。来流风攻角对桥梁的扭转涡振振幅有显著影响,但涡振锁定风速受风攻角的影响较小。吊装中、后期桥梁的涡振锁定风速及其振幅增大,而扭转频率的增大使得振幅参考限值减小。对于有利于桥梁颤振稳定性的吊装方案而言,扭转频率的提升增加了涡振响应的不利影响。
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  桥梁工程

  基于机器学习的梁片预制质量评价模型——以梁片混凝土强度为例

  李潘炡

  2024, 41(12): 157-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.017

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  针对现行公路桥梁梁片预制质量评价存在的评价指标不够全面、质量差异无法有效体现及过程控制指标精度缺乏等问题,提出了一种基于机器学习的梁片预制过程质量评价方法。通过对梁片预制的混凝土试块、混凝土拌和、浇注振捣、钢筋试验、梁片蒸养、智能张拉压浆等关键工序控制的物联网数据采集,并对所采集的数据进行归一化处理、过滤异常值及离群数据,实现数据降噪处理,采用皮尔逊相关性分析算法,建立相关性分析矩阵图,找出关键工序控制偏差对梁片质量影响的强相关因子,实现数据降维处理,为机器学习提供优质降噪数据。通过对处理后的梁片样本数据采用线性回归、决策树回归和XGBoost等多种机器学习算法建立梁片质量评价模型,并采用均方根误差、平均绝对百分比误差率对所建立的梁片质量模型进行定量评价,找出最优的梁片质量评价模型,以此进行梁片质量评价。以梁片混凝土强度为例,测试验证结果显示,XGBoost模型在预测梁片混凝土强度方面的平均绝对百分比误差率为1.87%,低于目前行业内采用的回弹法无损检测的3.59%误差值。该方法不仅能精准评估成品梁片的混凝土强度质量,还能识别影响梁片预制质量的关键工序和指标,实现对这些关键环节的精准控制,并能有效精准识别梁片质量检测的人为造假情况,促进梁片预制质量的均质化提升。
隧道工程
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  隧道工程

  基于含水率变化的粉质黏土隧道变形特征

  敬雅文, 张俊儒, 徐剑, 陈雪锋, 卢锋

  2024, 41(12): 167-176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.018

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  为了研究含水率变化对粉质黏土隧道变形特征的影响,以杨宣高速公路大营坡隧道为研究对象,首先在调查现场灾害的基础上对施工现场取土样,按不同含水率配置重塑土样进行不固结不排水三轴压缩试验,得出土样的物理力学参数;其次采用数值模拟的方法对不同含水率和隧道埋深的粉质黏土地层公路隧道的围岩变形特征进行分析;最后根据现场监测数据揭示其变形特征并与数值模拟计算结果相互验证。结果表明:(1)含水率对土体破坏形式及最终破损形态有显著影响,当含水率不超过30%时,该地区粉质黏土破坏形式为剪切破坏,表现出应变软化特性;当含水率达到35%后,粉质黏土未产生剪切破坏,土样呈"腰鼓状"变形,表现出流变特性。(2)围岩变形随埋深增加而增大,含水率小于25%时为线性增加,达到30%后呈非线性指数式增加;在同样的埋深条件下,围岩变形随含水率增加而增大,且在含水率大于25%后急剧增加。(3)围岩变形具有变形量大、变形速度快、以竖向变形为主及受施工扰动影响大的特点,变形主要发生在上台阶开挖支护后,此时围岩变形速度最快,当初期支护封闭成环后围岩变形基本收敛。
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  隧道工程

  白垩系弱胶结砂岩TBM掘进刃宽参数研究

  杨青, 荣传新, 黎明镜, 王晓健

  2024, 41(12): 177-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.019

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  TBM刀盘滚刀的机械参数是影响扰动围岩裂纹扩展的主要因素之一。为了揭露白垩系砂岩的内部结构,探明破岩机理,针对中国西部某隧道工程,开展白垩系砂岩微观结构XRD试验、SEM试验、偏光显微镜试验。选择不同刃宽滚刀,采用PFC2D数值模拟贯入试验,用Fish语言提取裂纹特征、贯入力幅值变化、裂纹数量及胶结破坏比能耗进行比较分析,探究裂纹形成机理与破岩效率。结果表明:弱胶结砂岩石英和长石矿物磨圆度低,分选性差,胶结物少,胶结物松散,微孔隙多,而这些特征所形成的岩石微结构恰好构成了裂纹扩展的通道;同等贯入度工况下,刃宽12 mm呈现出诸多优势,此时水平裂纹最接近自由面,使得破岩过程更加高效;大岩块最为突出,表明破岩效果显著,中间裂纹最少,减少了能量的不必要损耗,破岩能量利用最为有效;白垩系弱胶结砂岩掘进选择刃宽12 mm较为合理,这是由于刃宽超过12 mm后破岩机理发生改变,由拉剪破坏转向压剪破坏,破岩力大幅增加,比能耗上升,破岩效率下降。本研究结果符合相关理论模型,并在中国西部某隧道工程得以成功验证。
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  隧道工程

  大跨度黄土隧道围岩变形的时空效应

  沈亚斌, 杨超, 王倩, 赵亚伟

  2024, 41(12): 190-197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.020

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  隧道围岩变形主要受施工、时间及空间等因素影响。把握围岩随时间及空间变形特点,对于总结围岩变形规律,确定合理的支护时机至关重要。依托神府高速公路工程项目,结合正常开挖和停工2种工况,对现场监测数据统计分析。围岩变形规律为:隧道拱顶下沉量与时间密切相关,随时间增加缓慢发展并最终趋于稳定,而净空收敛变形主要受施工工序影响,在中台阶和下台阶施工期间净空收敛值约占总变形的95.2%,仰拱开挖回填后收敛变形迅速趋于稳定。通过对现场停工断面拱顶下沉数据分析发现,掌子面对围岩变形有一定的空间约束作用,随着至掌子面距离不断增加,约束效应逐渐降低,当至掌子面距离大于3倍隧道开挖跨度时,约束效应基本消失。在考虑黄土蠕变特性下对隧道开挖支护过程进行三维数值模拟分析,发现采用三台阶起步开挖法时,掌子面开挖对前方土体的扰动半径约为1.5倍隧道开挖跨度,受开挖影响隧道拱顶处产生的先期位移约占总变形量的5%。为合理利用掌子面的空间约束效应,减少围岩变形,对于大跨度黄土隧道Ⅴ级围岩深埋段,仰拱开挖回填宜在距离掌子面3倍隧道开挖跨度范围内完成。
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  隧道工程

  考虑注浆圈作用下断层区隧道涌水量计算

  田志莹, 纪禄凌, 李晓逸, 刘毓氚, 张旭光

  2024, 41(12): 198-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.021

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  经断层区的富水山岭隧道,施工过程中常遇突水和涌水,造成施工停滞和地下水流失。为探究断层区注浆对涌水量的影响,基于复合衬砌式的山岭隧道,建立断层区隧道涌水量简化模型,在空间上采用等效断层方法,利用镜像法将断层作为补给边界,推导考虑注浆圈作用下深度埋设隧道涌水量公式,得到了隧道涌水量与注浆圈厚度、注浆圈相对渗透系等参数之间的关系。通过退化解、数值模型共同验证了该方法的及半解析解的适用性和正确性,误差在可接受范围内。对隧道涌水量进行地下水位高度、衬砌厚度和注浆圈等进行参数分析工作。研究结果表明:断层区的富水山岭隧道涌水量主要控制因素为:注浆圈厚度、注浆圈相对渗透系数及衬砌厚度。地下水位不变的条件下,涌水量受断层与隧道的距离影响较大;衬砌厚度越大堵水的作用越强,断层区内隧道的涌水量越小。注浆圈相对渗透系数对涌水量影响为敏感;围岩渗透系数与注浆圈渗透系数的比值小于50时涌水量与注浆圈厚度之间呈现线性关系,而注浆圈渗透系数较低时,注浆圈的厚度对涌水量的影响比较显著。对于山岭隧道的防排水设计而言,在保证注浆圈厚度的情况下,应优先考虑优化注浆材料的渗透性能,以实现更为高效的地下水控制。该研究成果旨在为设计和施工实践提供参考,以便于隧道穿越断层堵水注浆的研究。
环境工程
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  环境工程

  模拟草皮堆放中遮光与浇水对高山嵩草生理及成活的影响

  陈学平, 季双旋, 马勇, 韩烈保, 陈济丁

  2024, 41(12): 206-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.12.022

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  为研究公路工程建设中剥离的草皮块堆放期遮光与浇水对高山嵩草的影响,采集藏北地区典型草甸草皮块,在室内设置全遮光、全遮光+浇水、全光照、全光照+浇水4种处理方式, 测试了不同处理方式对高山嵩草叶片生理、生长指标及处理后草皮块铺植成活覆盖度的影响。结果表明:高山嵩草叶片生理、植株生长指标发生显著变化,草皮活力迅速降低,全遮光+浇水、全光照+浇水处理的叶片叶绿素含量分别显著低于全遮光、全光照处理方式;全光照、全遮光处理的叶片脯氨酸含量显著高于其他2种处理方式;全遮光处理的植物超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性显著高于全遮光+浇水处理方式;植物成活覆盖度的影响程度由大到小依次为全遮光+浇水、全遮光、全光照、全光照+浇水处理方式;全遮光+浇水处理方式易引发植物徒长与养分消耗,活力降低快,对胁迫适应性差。工程实践中常规堆叠方式与浇水养护会引发植物徒长,不利于草皮保存活力,应控制水分供给,缩短堆存时间,或采用立体堆放,增加通风、透光等措施,延缓草皮活力。