2024年, 第41卷, 第7期　刊出日期：2024-07-05

  

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  沥青结合料耦合老化研究综述

  张园, 张相泉, 许勐, 邹桂莲, 虞将苗

  2024, 41(7): 1-13,74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.001

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  为了进一步推动沥青结合料耦合老化的研究和发展,综述了国内外沥青结合料多因素耦合老化的研究现状。首先,全面分析了沥青结合料的老化影响因素和单因素老化机理;其次,介绍了已有研究中提出的不同因素耦合作用下的典型老化方法与试验条件;然后,归纳了不同因素耦合老化作用下沥青结合料宏观性能、微观结构和化学组成的多尺度变化规律;最后,综述了沥青结合料的多因素耦合老化机理。综合分析表明:现有研究中涉及的老化影响因素并不全面,已提出的沥青结合料耦合老化方法没有统一标准且试验周期过长,老化试验条件的选取存在较大差异,耦合老化作用下沥青结合料宏观性能、微观结构和化学组成等指标间未建立有效的跨尺度关联分析,沥青结合料耦合老化机理的研究并不深入,限制了耦合老化方法的发展与应用。因此,未来沥青结合料耦合老化研究中可考虑引入更全面的环境老化影响因素,提出快速高效的标准耦合老化试验方法和老化参数的选取依据,进一步探索耦合老化过程中沥青结合料化学组成、微观结构与宏观性能之间的相互作用关系,同时在耦合老化机理和老化性能验证分析等方面进一步探讨。
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  粉煤灰复合SBS改性沥青流变性能试验研究

  胡翌刚, 袁臻, 杨毅

  2024, 41(7): 14-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.002

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  为了研究温度和老化作用对粉煤灰/SBS复合改性沥青流变性能的影响,制备了3种类型的改性沥青样品:粉煤灰改性沥青,SBS改性沥青和粉煤灰/SBS复合改性沥青。通过系统的室内试验,详细评估了不同温度条件和老化程度对不同改性沥青的流变性能和疲劳性能的影响。试验结果表明,沥青的复数模量随着加载频率的增加而显著增加。此外,未老化沥青和短期老化沥青在储能模量和损耗模量方面对温度的敏感性最低。然而,当沥青经过长期老化之后,10%粉煤灰改性沥青的性能更易受温度变化的影响。进一步分析显示,与基质沥青相比,10%粉煤灰/2%SBS复合改性沥青在不同温度条件下的疲劳寿命显著提高。在10,20,30 ℃条件下,疲劳寿命分别提高了60.14%,43.39%,48.93%。这些结果表明,粉煤灰/SBS复合改性沥青在低温条件下表现出优良的抗变形能力和抗疲劳性能。综合考虑,粉煤灰/SBS复合改性沥青不仅在提高沥青性能方面显示出显著优势,还在延长道路使用寿命和提高道路安全性方面具有重要潜力。其具有良好的低温抗变形能力、抗疲劳性能,在中国公路的建设与养护中有广泛的应用前景。
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  基于PCA-PSO-ELM的道路结冰预测模型

  王立爽, 张提勇, 娄胜利, 刘文江, 董艳涛

  2024, 41(7): 23-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.003

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  路面结冰对道路交通安全产生严重影响,有效预测结冰并采取主动的防冰措施成为解决这一问题的最有效且经济的手段。为提高道路行车安全,实现对路面结冰的精准预测,提出了一种融合主成分分析法(PCA)、粒子群优化算法(PSO)和极限学习机(ELM)的道路结冰预测模型。首先,针对相对湿度、大气压强、空气温度、风速、风向、路面温度、水膜厚度、融雪剂浓度8个影响因素进行主成分分析;然后,提取影响因子的主成分,并设定PSO算法参数、种群规模和迭代次数;通过粒子群优化算法搜索极限学习机模型的最优输入权值和隐含层神经元阈值,从而构建了PCA-PSO-ELM道路结冰预测模型;最后,利用3个路段的路面气象数据对模型进行验证。结果表明:PCA-PSO-ELM结冰预测模型的平均预测准确率达到95.85%,显著优于传统ELM、BP神经网络及SVM;此外,该模型在相同时间的不同路段和不同时间的相同路段上均表现出较高的预测准确率、精确率、召回率及F1分数,表明其具备优秀的泛化能力。PCA-PSO-ELM模型在保证准确率的同时,提高了路面结冰预测结果的稳定性,为有效应对路面结冰问题提供了坚实的理论支持。
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  模块式加筋挡土墙的筋板连接试验研究与强度分析

  刘泽, 黄振华, 刘欢, 楼华锋, 陈建荣

  2024, 41(7): 32-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.004

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  筋材与面板的连接强度是影响模块式加筋挡土墙稳定性的重要因素之一。为了探究模块式加筋挡土墙的合理连接方式,设计并制作了平面式、锯齿式和自嵌式3种筋板连接方式。通过拉拔试验测试了3种连接方式的连接强度发展规律和失效模式,再以此基础建立了摩擦型筋板连接的强度计算方法并进行实例分析。结果表明:3种筋板连接方式的连接强度具有基本相同的发展规律,都属摩擦型连接;相同法向应力和表观接触长度下,平面式筋板连接的强度最低;自嵌式连接在线性段的强度高于锯齿式连接,而后者的强度极限高于前者;界面法向应力和筋材锚固长度对连接强度具有重要影响,并存在临界效应:当法向应力小于法向应力临界值且锚固长度小于临界长度时,界面强度与法向应力呈线性关系,筋板连接以筋材拔出而失效;当法向应力大于临界值或锚固长度大于临界长度时,强度包络线为一条水平线,筋板连接以筋材机械损伤后断裂而失效;平面式筋板连接的强度包络线线性段过坐标原点,而锯齿式和自嵌式筋板连接存在一种界面黏聚力;基于试验结果建立了摩擦型筋板连接的强度表达式和模块式加筋挡土墙筋板连接的稳定性分析方法,并进行了实例分析。
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  共玉高速公路路基下伏多年冻土时空演变特征及影响因素

  周康, 田波, 权磊, 陈红伟, 朱旭伟

  2024, 41(7): 40-48,55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.005

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  为分析青藏高原高速公路路基下伏多年冻土的时空演变特征,并探讨新建路基路面结构和自然环境因素对路基下伏多年冻土退化的影响程度,以共玉高速公路穿越多年冻土区南界段为例,利用ArcGIS栅格单元属性分析方法对研究区内公开的气候、地形及钻芯数据进行深入挖掘;分析了不同高程、坡度、坡向、归一化植被指数(NDVI)、年平均气温(MAT)、年平均地温(MAGT)、平均年降雨量(MAP)、年平均湿度(MAH)和新建路基路面结构对高速公路路基下伏多年冻土时空演变特征的影响。结果表明:新建路基路面结构对路基下伏多年冻土退化的影响程度为自然环境因素的1.23倍;2011—2019年沿线多年冻土退化呈现出一定的空间异质性,在多年冻土快速和低速退化区内,影响多年冻土退化速度的主要因素分别为MAGT和MAH;影响整个研究区多年冻土退化速度的主要因素为MAGT;2011—2019年高速公路路基下伏多年冻土退化速度为36 cm/a,分别为同期青藏铁路和青藏公路的8倍和2.32倍,为同期同区位G214共玉高速公路的1.83倍。建议青藏高原多年冻土区高速公路选线按无多年冻土分布、有多年冻土赋存的高海拔阴坡、低海拔阴坡、高海拔阳坡和低海拔阳坡的位置分布依次选择,且当路线走向定于后3种情形时,需对路基采取相应的保护冻土措施。
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  基于核磁共振的土体孔隙水形态与渗透性研究

  钟悦鹏, 冯楚桥

  2024, 41(7): 49-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.006

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  为探究水力梯度及孔隙水形态对土体渗透性的影响,测定重塑土样在0~500 kPa等8级吸力作用下的核磁共振T₂曲线;将孔隙水划分为可动水和不动水,定量分析可动水与吸力/水力梯度关系,并将水力梯度、可动水引入Coates渗透模型进行修正。结果表明:随着吸力从0 kPa增加至500 kPa (水力梯度从0增加到50),土体T2曲线面积和T₂最大值逐渐减小,T₂最小值几乎不变;可动水含量随吸力/水力梯度的增加先迅速增大,随后增速减小,最后趋于稳定,二者之间可用指数函数很好地拟合;不动水含量随吸力/水力梯度增加呈指数减小;可动水与不动水比值(FFI/BVI)和水力梯度呈良好的线性关系;简化Coates模型显示土体渗透率与水力梯度的二次方成正比;孔径是影响孔隙水渗流的关键因素,吸力/水力梯度作用下,土体孔隙水排出过程可用Young-Laplace方程描述,土体孔隙水由大孔隙开始排水,并逐渐向小孔隙发展,大孔隙先完成排水过程;水力梯度的增大会提高可动水占比,导致更多可动水参与渗流作用,导致土体渗透率显著增大;简化Coates模型直观展示了水力梯度-孔隙水形态-渗透率关系,该模型仅含有水力梯度一个未知数,可为路基稳定性分析与防护设计提供理论参考。
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  不同区域粉土累积塑性应变预测模型

  余虔, 曹正龙, 寇璟媛, 高妍婕, 马新岩

  2024, 41(7): 56-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.007

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  机场道基在长期服役过程中,不同区域粉土的累积塑性应变发展有显著差异。目前研究中鲜有考虑粉土区域性差异影响,尚未有预测模型能够对不同区域机场的道基粉土进行统一量化和预测。为确定影响粉土累积塑性应变的关键指标,有针对性地预测各区域粉土塑性应变,保证道基的长期服役性能,从华北地区3个不同机场取现场道基粉土,开展了不同区域和不同黏粒含量下粉土的动三轴试验,以揭示了不同条件下粉土累积塑性应变发展规律;通过SPSS灰色关联分析探究了不同区域粉土的矿物成分、颗粒级配、液塑限、最优含水率和最大干密度等指标与其循环荷载下最终累积应变的相关性,确定了黏粒含量为关键评价指标;基于试验结果建立了最终累积塑性应变预测模型。结果表明:不同区域粉土的颗粒级配、液塑限和最大干密度均有显著差异;循环荷载下累积塑性应变也差异显著,且受动应力影响;通过灰色关联分析,确定了以黏粒含量作为评价各地粉土最终累积塑性应变的量化指标;基于不同黏粒含量的动三轴试验结果,建立了考虑区域差异和动应力幅值的最终累积塑性应变预测模型。该预测模型能较好适用于不同区域机场道基粉土,基于当地粉土黏粒含量情况,较为准确地预测其长期服役过程中的累积塑限应变。
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  钢横梁SMA蜂窝结构加劲肋面外疲劳性能研究

  张利峰, 李永斌, 姜友维, 谭金华

  2024, 41(7): 65-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.008

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  针对某公路钢桁架桥工字型横梁腹板加劲肋下方出现纵向开裂问题,基于形状记忆合金(SMA)、蜂窝结构和波折腹板特性给出6种加劲肋方案:(1)横梁为原桥直腹板工字钢形状,有腹板间隙;(2)栓接钢板加固;(3)加劲肋为蜂窝结构,横梁为工字钢直板形状;(4)加劲肋为蜂窝结构,腹板为正弦波纹形状;(5)加劲肋为蜂窝结构,腹板为折线形状;(6)加劲肋下部抵住下翼缘板,不焊接。通过三维有限元数值模拟对不同加劲肋结构形式、有无SMA的蜂窝结构加劲肋腹板面外变形、疲劳应力幅和扭转角进行了比较研究。结果表明:腹板间隙处出现较大应力集中与变形扭转;栓接钢板加固、蜂窝结构加劲肋直腹板的抗面外变形疲劳效应效果显著,应力幅与位移都减少80%以上,蜂窝结构加劲肋直腹板相比于栓接钢板加固在提升抗扭转效应基础上钢材用量节约74.07%;蜂窝结构加劲肋折线腹板形式和加劲肋抵住下翼缘板方案不能有效加强抗扭刚度;使用SMA材料更有利于减少面外变形疲劳效应,最大应力幅减少可达77.86%,最大横向位移减少达到33.33%。综上所述,蜂窝结构加劲肋以更少的成本来增强横梁腹板抗面外变形与抗扭刚度。
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  循环荷载作用下斜坡段桥梁群桩受力与变形特性试验研究

  邓泽城, 刘宝龙, 尹平保, 王达, 王翱

  2024, 41(7): 75-83,92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.009

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  斜坡段桥梁群桩基与普通的平地桩基相比,受力环境更加复杂,动荷载对其造成的动力响应更加显著。为研究循环荷载和斜坡坡度对桥梁群桩受力与变形的影响,完成了一系列斜坡群桩水平循环加载室内模型试验,根据试验现象及监测数据对桩基变形、弯矩分布进行分析,并通过数值模拟和试验对比验证,探讨了动荷载作用下斜坡桩基的受力与变形特性。试验发现:当斜坡坡度为0°时,基桩前后土体所受扰动的范围基本相同,桩周土体出现圆形塌陷;当斜坡坡度≥20°时,桩前土体的破坏表现为明显隆起,桩后土体表现为滑坡开裂,桩周土体所受扰动的范围随坡度的增加而增大。斜坡段桥梁桩基的水平承载力会随循环加载次数和加载等级的增大而减小;坡度越大,群桩的正向水平承载能力减弱,负向水平承载能力增强。对于平地或斜坡群桩进行正向加载时,前排桩弯矩最大值均大于后排桩;随着循环加载次数增加,前排桩弯矩值随之增大,后排桩弯矩值随之减小。由于群桩效应对前后排桩受力分配的影响,前排桩最大土抗力值显著大于后排桩,且随着坡度增加桩侧土抗力显著降低,斜坡效应对桩基p-y曲线的影响较大。随着坡度由0°增大到30°,荷载-位移滞回曲线圈斜率降低,水平割线刚度减小。
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  形状记忆合金自复位耗能装置滞回性能及简化分析模型

  和海芳, 周雨龙, 程寿山, 周海, 费执轩

  2024, 41(7): 84-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.010

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  将形状记忆合金(SMA)应用于耗能装置,可限制耗能装置在强震作用下的残余变形,提升装置自复位能力和结构抗震韧性。采用软钢和SMA材料,设计研发一种由内环和外环核心元件组装而成的新型自复位耗能装置。通过建立自复位耗能装置的精细化有限元分析模型和简化分析模型,分析该新型装置在不同内环和外环核心元件参数下的承载能力、耗能能力、自复位能力等滞回性能变化规律,并通过已有试验结果验证精细化有限元分析模型的有效性,进而通过该模型验证简化分析模型的准确性。设计研发的新型装置内环和外环元件可近似为独立工作,自复位耗能机制明确。当内环和外环元件均采用软钢材料时,装置的耗能能力较强,但残余位移极大;当内环元件采用SMA材料、外环元件采用软钢材料时,装置的耗能能力下降较为明显,但残余位移变化不大;当内环元件采用软钢材料、外环元件采用SMA材料时,装置耗能能力下降明显,但残余位移极小。对于内环元件采用软钢材料、外环元件采用SMA材料的装置,内环和外环元件的厚度增大均可显著提升装置的抗侧刚度、承载能力和耗能能力,残余位移会随着内环元件厚度减小或外环厚度增大而减小。在抗震设计时,可根据结构抗震需求,选取元件设计厚度。
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  支盘桩外轮廓跨孔超声波检测现场试验研究

  张黎明, 贵宁, 李国维, 周洋, 杨永清

  2024, 41(7): 93-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.011

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  目前有关定量评价支盘桩支盘/星支外轮廓检测方法局限于可行性研究,未有系统的、考虑实际工况的现场试验研究,无法为建立标准的支盘桩外轮廓检测提供有力支持。本研究开展支盘桩现场检测试验和理论研究,建立超声波透射法检测的技术工艺。首先,二次利用桩芯钻孔和打设桩周测斜管建立检测通道,通过地表管口建立直角坐标系并利用测斜数据进行测管定位以消除测管误差。其次,在混凝土内及桩周土内分别进行透射试验,测得超声波在混凝土和桩周土中的传递速度;利用跨孔超声波获得桩体超声波首波图,建立首波到达时间与桩身轮廓尺寸关系式,假设声波直线传播路径推导支盘轮廓尺寸。最后,考虑超声波在不同介质中的折射现象,依据Snell定律建立超声波透射法检测数据修正方法,并利用支盘桩几何关系计算出实际轮廓尺寸,形成支盘桩外轮廓跨孔超声波检测技术。研究表明超声波在桩身内传递的平均速度为4.24~4.36 km/s,与现场桩芯的平均速度4.27 km/s吻合;超声波在桩周土中传递速度随土层在1.65~1.8 km/s之间,与实际吻合。依据波列图计算的支盘位置和大体轮廓与设计相符,轮廓图显示桩身存在变形,基于Snell定律的修正算法可以更合理地计算支盘的实际轮廓尺寸。
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  摩擦型高强螺栓连接抗剪滑移行为研究

  马志贵, 冀伟, 武维宏

  2024, 41(7): 101-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.012

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  为研究摩擦型高强螺栓抗剪连接的滑移行为,分析了钢结构全过程的受力和变形性能。采用简化的螺栓滑移数值计算方法,使用COMBIN39弹簧单元模拟了螺栓与盖板、芯板之间的摩擦行为以及螺杆与螺栓孔壁之间的接触挤压行为。通过ANSYS有限元软件模拟了单行四列螺栓连接抗剪滑移过程并采用试验加以验证。建模分析了三行六列螺栓群在摩擦阶段、滑移阶段和弹塑性变形阶段的连接抗剪滑移过程,总结出各行螺栓在各个阶段的传力比和芯板、盖板的应力分布规律。根据三阶段滑移过程,提出了螺栓群总滑移量的计算公式。以孔壁变形特点为依据,采用分段函数拟合出孔壁的变形-荷载曲线,并将拟合的曲线与芯板和盖板各螺栓孔壁变形平均值有限元结果进行了比对。结果表明:有限元计算的荷载-位移曲线与实测的荷载-位移曲线吻合良好,验证了有限元模型的正确性;拟合的变形-荷载曲线与有限元模拟值吻合良好;当外荷载为375 kN时,传力比最大的第1列螺栓首先开始松动,之后便出现微小滑移;当外荷载增加至905 kN时,第1列螺栓芯板位置处出现大面积塑性变形区并发生孔壁挤压破坏,可以认为芯板已经达到极限承载能力状态,但此时盖板的Von Mises应力仅为231.1 MPa,说明盖板没有进入屈服状态。研究结果可为摩擦型高强螺栓群的研究和设计提供参考。
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  缆上柔性轨道负载走行架梁设备横向抗倾覆稳定性研究

  胡伟, 宋向荣, 李冕, 彭成明, 彭鹏

  2024, 41(7): 110-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.013

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  针对设备在负载行走过程中存在的倾覆风险,建立了缆上柔性轨道负载走行架梁设备的基本力学模型,从设备一般受力状态、横向抗倾覆稳定性分析方法、稳定性影响因素、结构优化、姿态调控措施等方面开展了深入研究。首先,将容许最大不平衡吊点力作为设备横向稳定性的评估指标,分析了7种稳定性影响因素与2种失稳方式,推导出了简化的稳定性计算公式,并给出了数值计算方法,计算误差在2%左右;然后,通过参数敏感性分析提取出设备稳定性的关键影响因素,9个敏感参数中,行走小车结构尺寸对设备横向稳定性的影响最大,风荷载、吊点荷载及行走承重索张拉力次之,行走小车自重、行走承重索张拉力不均匀系数的影响最小,并以此为基础对设备结构形态与质量进行了优化设计,将设备的横向抗倾覆稳定性提高了9.4%;最后,制订了4种典型工况下的设备姿态控制标准,为保证设备运行安全,负载时应控制设备与猫道不发生碰撞,空载时控制横向偏转角度不超过5.39°,并结合参数敏感性分析结果,提出了2条设备横向姿态控制措施,可及时有效地修正设备姿态,使其始终保持在最佳的行走姿态。
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  基于无应力状态法的异形钢箱拱塔施工过程线形控制

  杨小波, 韩旭

  2024, 41(7): 118-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.014

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  为进一步优化异形钢箱拱塔施工及安装方法,以某异形斜拉桥中采用的双肢非一致倾斜拱形桥塔为工程案例,考虑支架对结构线形的影响,分析了桥塔施工过程线形变化。针对钢箱桥塔内部板件变化复杂且规律性低、传统建模方法效率低下的问题,使用插值原理生成坐标并对号入座到节点逻辑编号,节点逻辑编号中自带单元信息,单元可以通过循环快速生成,形成了复杂钢箱结构快速建模方法;针对传统正装法在计算闭环结构时常发生的单元畸变导致算法不收敛现象,将无应力状态法与正装法相结合,解释了传统正装方法失效的原理,提出一种改进的闭环结构施工过程模拟的分析方法——无应力正装法,运用该方法分析了支架上的闭环结构施工过程中的3种线形方案,以合龙为目标精确计算了主塔结构在施工过程中的三向控制线形,顺桥向、横桥向和竖向最大变形分别为16,2 cm和9 cm,两肢间三向线形偏差分别为5,3.5,5 cm,同时计算了桥塔节段的安装线形,作为实际桥塔施工安装的重要定位依据,安装线形最大矢量位移值为2.8 cm,最终节段安装线形恰好落在零位置处,实现了合龙段的零偏差安装。无应力状态法在异形钢箱拱塔施工过程线形控制中的应用展示了其在保证施工精度和效率方面的优势,给桥塔安装提供了重要的定位基准。
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  浅埋偏压黄土隧道地表旋喷桩加固工艺参数研究

  王志超, 李伟, 黎盼, 赵博涛, 王毅斌

  2024, 41(7): 126-133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.015

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  在黄土隧道修建过程中,其洞口段因浅埋偏压、围岩软弱破碎等通常需要进行加固处理。地表旋喷桩法具有适用范围广、加固效果好等优点,被广泛应用于隧道浅埋偏压段软弱围岩地表加固工程。以浅埋偏压黄土隧道进口段初期支护侵限为研究背景,介绍了现场地表旋喷桩加固的施工过程;建立了侵限段三维加固模型并分析了地表旋喷桩加固前后的变形控制效果,说明了处治措施的合理性;对比分析了现场监控量测结果,验证了数值模拟的准确性;开展了地表旋喷桩的工艺设计参数优化分析。结果表明:由于偏压作用,地表最大沉降值偏离隧道中心线,且拱顶中心线处沉降>右拱肩处沉降>左拱肩处沉降;施加地表旋喷桩对于减小地表沉降十分有效,地表最大沉降值减小了45.5%;采用地表旋喷桩加固处理后,拱顶处加固效果最为显著,较加固前沉降减小了57.9%,同时加固后左、右拱肩沉降差值减小了17.4%;建议隧道浅埋偏压段地表旋喷桩加固工艺设计参数:桩直径为0.4~0.6 m、桩间距为1.2 m、横向加固范围为1.5~2倍洞径、竖向加固范围为洞身两侧旋喷桩与隧道拱底平齐。
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  大直径盾构隧道施工期渗漏分析及控制研究

  李金, 贺创波, 许超, 崔庆龙, 刘朋飞

  2024, 41(7): 134-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.016

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  盾构隧道防水设计指标余量较大但隧道施工期渗漏频发,为了提升隧道防水质量,依托某大直径盾构隧道工程,通过数值计算及室内试验开展管片接头防水能力研究,分析影响密封垫防水的主要因素,梳理施工期隧道渗漏规律及渗漏原因,提出施工期隧道渗漏控制措施及建议,结果表明:张开量对密封垫防水能力影响较大,随着张开量增加密封垫防水能力急剧降低,错位量对密封垫防水能力影响相对较小,错位量增加时密封垫有效防水路径减小,但未错位部分密封垫仍能维持一定的应力水平,保持一定的防水能力;角部渗漏是管片接头渗漏的主要方式,由于拼装间隙,密封垫粘贴等因素影响,拼装过程中密封垫易出现堆积,造成角部密封垫难以压缩到位,压缩量不足防水能力降低出现渗漏;现场测量管片拼缝张开错位量满足设计要求,但接头仍可能出现渗漏,主要原因是管片拼装过程密封垫受力复杂多变,无法像实验室设计工况一样理想压缩,加上接缝测量位置难以反应密封垫实际压缩状态,导致管片拼装时密封垫拼装质量控制难度大,而拼装后密封垫的压缩状态决定了隧道接头的防水能力,因而盾构施工过程中,应从防水设计优化、防水材料施工,管片拼装、壁后注浆等全过程控制,提升隧道防水能力。
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  隧道工程

  加固用喷射型工程水泥基复合材料循环冲击动力学特性

  韩辰悦, 胡时, 庞建勇

  2024, 41(7): 142-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.017

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  传统工程水泥基复合材料(ECC)存在成本高、收缩大等问题,且缺乏关于加固用喷射型水泥基复合材料(SECC)循环冲击动力学特性的研究。基于此,采用霍普金森压杆对加固用SECC进行了压缩和劈裂两种方式下的循环冲击试验,系统分析了应力-应变曲线、变形和能量演化特征、疲劳损伤破坏特征,详细探究了各物理量的变化规律,并建立了力学特性预测模型。结果表明:循环压缩下,反射能转化率持续上升,而吸收能、透射能转化率持续下降;相比第1次冲击,最终破坏时吸收能转化率降低了63.94%。循环劈裂下,反射能转化率维持上升趋势,而透射能、吸收能转化率保持下降趋势;3次循环劈裂后,相比第1次冲击,最终破坏时吸收能转化率降低了0.72%;试件的变形损伤和能量损伤均随循环冲击次数的增加而增加,基于能量特征的损伤变量普遍高于变形特征下的损伤变量。两种循环冲击试验破坏时,能量损伤变量分别提高了913.19%和222.89%;SECC有助于为待加固层在冲击应力下提供所需要的柔性变形空间,也为动力能量释放提供了柔性缓冲空间。
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  隧道工程

  强风化花岗混合岩上硬下软地层公路隧道施工优化

  袁刚, 徐金峰, 李守仁, 石州, 严绍明

  2024, 41(7): 153-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.018

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  针对临云高速公路特长隧道全、强风化花岗混合岩上硬下软地层的特殊地质情况,采用原开挖支护方案施工过程中围岩变形收敛较大并可能发生局部坍塌、冒顶等问题,结合隧道变形监测结果,针对性提出缩短隧道台阶长度+锚杆长度及布置的优化方案,并通过有限差分数值模拟软件对不同开挖支护工况的围岩压力、隧道变形、锚杆轴力和塑性区深度等进行对比分析。结果表明:隧道采用台阶法施工时,开挖至硬、软岩层交界处附近,由于拱脚下围岩性质软弱,无法形成可靠的支撑,上覆岩土体会挤压衬砌使其产生较大的沉降和收敛变形,且该交界位置的围岩压力最小;上硬下软地层隧道开挖过程中,中台阶开挖支护对隧道变形收敛影响最大,随着中台阶长度的缩短,隧道变形收敛逐渐减小,围岩压力逐渐增大;短锚杆对围岩的变形控制作用较弱,增长锚杆长度可以更好发挥锚杆的悬吊增强作用,充分利用了围岩的承载能力,减小了开挖支护后隧道的变形;采用上台阶、中台阶、下台阶、仰拱长度分别为4,6,2,2 m,锚杆长度分别为4.5,6.0,6.0,4.5 m的开挖支护方案既可以满足隧道变形收敛要求,也可以方便实际施工,保证了隧道的安全、快速掘进。
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  隧道工程

  新建公路隧道上跨既有铁路隧道稳定性影响研究

  王朝红, 袁金秀, 运凯, 安辰亮, 武薇

  2024, 41(7): 163-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.019

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  为明确新建隧道施工及夹层岩土体厚度、围岩级别等不同因素对既有隧道结构稳定性的影响作用,以新建公路隧道上跨既有铁路隧道工程为依托,采用数值计算的研究方法,探讨了不同夹层岩土体厚度及围岩等级下近接隧道施工对既有隧道结构受力和变形的影响规律,并利用现场试验验证了计算模型的准确性,同时通过检算隧道结构各部位的安全系数,对近接隧道施工安全性进行了评价。结果表明:(1)新建公路隧道与既有铁路隧道夹层厚度对既有铁路隧道拱顶和轨道面的受力和变形影响显著。当夹层土厚度在0~16 m时,既有结构的受力和变形受新建隧道施工影响较大,当厚度大于31 m时,基本不受影响。既有结构变形随夹土层厚度增加逐渐减小;(2)既有铁路隧道结构应力随着围岩级别的降低而增大,但非线性关系,Ⅵ级和Ⅴ级围岩条件下较Ⅳ级围岩应力分别增长了12.3%和36.8%;(3)现场监测数据表明既有隧道拱顶和轨面处的竖向位移曲线均呈倒"W"形,变形量实测值与数值计算值偏差在20%以内,验证了计算模型的可靠性;(4)既有隧道结构承载力受新建隧道的影响较小,未出现衬砌结构的拉压破坏,满足相关规范的安全评估要求。
交通工程
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  交通工程

  超高速公路设计标准研究综述与展望

  周建, 李雨璇, 李欣, 周荣贵, 王光东

  2024, 41(7): 172-184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.020

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  从超高速公路概念与分级、驾驶适应性与人因、几何线形设计标准、沿线设施设计标准、交通组织与管理等方面的研究现状进行归纳和综述。结果表明:超高速公路最高设计速度取140~160 km/h时,通过提速改造或新建的方式满足当前普通小客车的思路,更适合当前的交通发展现状;超高速驾驶适应性、人因与驾驶行为方面的研究还未系统开展;几何线形设计标准方面相关研究普遍基于车辆动力学理论推荐,但结果存在一定的差异;缺少基于驾驶人和车辆超高速行驶适应性和稳定性的验证研究,缺少交通流基础规律和适应交通量标准研究;缺少互通式立交、隧道、服务设施、安全设施、路面条件等设施方面的研究,应进一步结合人因与驾驶行为、车辆动力学特性系统开展相关研究;缺少交通流组织与管理方式方面的研究,当前条件下,如何从空间上分离不同特性的车辆、降低干扰、保证超高速功能的发挥,需要从驾驶行为规则、限速管理、车道管理、车型管理等方面开展研究;应加强不良天气管理、应急救援管理、日常养护管理等方面的研究,确保超高速公路功能正常发挥;研究手段方面,考虑到驾驶人和车辆超高速行驶适应性、规律性和稳定性方面的问题,应该大量补充基于实车试验、驾驶模拟试验等手段的研究。
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  交通工程

  考虑交通信号和交通密度的城市路段个体行程时间建模

  黄敏, 薛田莉, 周锦荣, 李烨焘, 张小兰

  2024, 41(7): 185-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.021

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  为探究城市路段中交通密度与交通信号对个体车辆行程时间的影响规律,提高城市道路行程时间的预测精度,基于车牌识别数据与信号机配时数据等多种融合数据,提出了由自由流行程时间、密度延误与随机误差项组成的行程时间关系函数,并在该函数基础上构建了考虑个体驾驶习惯的行程时间预测模型。首先,基于道路限速条件、车辆进入路段时的下游交叉口信号状态构建自由流行程时间函数;其次,提出了一种通过密度阈值判断车辆能否在当前信号周期通过下游交叉口的方法,并基于个体车辆进入路段时的路段密度计算出车辆所需等待信号周期个数及等待前方排队疏散所需时间,从而构建密度延误函数;然后,将个体实际行程时间与自由流行程时间、密度延误的差值作为随机误差项,通过高斯混合模型拟合随机误差项的概率分布;最后,选用安徽省宣城市多个路段作为案例,分析各路段行程时间函数各部分的具体表现,对该行程时间预测模型进行验证。结果表明:行程时间预测模型的MAPE,MAE,RMSE分别为6%~12%,5~15,13~35,在准确率方面优于其他算法,是一种有效的城市路段个体行程时间预测方法。
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  交通工程

  基于视觉指标的雾天高速公路限速值

  何富勇, 杨雅钧, 张驰, 王世法, 肖锋

  2024, 41(7): 194-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.07.022

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  为解决雾天高速公路能见度降低和驾驶人视距受限的交通安全问题,提出了一种基于驾驶人视觉指标的限速控制方法。首先,对雾天高速公路行驶速度与驾驶人视觉的变化进行了分析,并确定了能综合表征路况信息和能见度水平的视觉指标;其次,通过UC-win/Road模拟了不同能见度下的驾驶环境,并收集了视觉指标和运行速度数据,进一步分析了雾天视觉指标的影响因素;然后,使用SPSS构建了运行速度和视觉指标间的数学模型,根据能见度与视觉指标间的线性关系提出了不同能见度下的视觉指标参考值;最后,基于能见度、交通流量、视觉指标3个因素,提出了一种考虑视觉指标的多条件限速控制标准。结果表明:在能见度低于200 m的环境下,视觉指标明显低于无雾环境下的视觉指标,降低范围在0.578%~1.407%之间;视觉指标与运行速度两变量间的相关系数达到0.863,这说明雾天能见度降低和视觉指标下降对行驶速度有显著影响;预测运行速度与实测速度的相对误差平均值为2.43%,满足预测精度要求。综上所述,本研究提出的限速控制方法同时考虑了能见度、交通流量和驾驶人视觉,对于保障雾天高速公路的安全行驶具有重要的实用价值。