2025年, 第42卷, 第5期　刊出日期：2025-05-05

  

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前沿
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  前沿

  青藏高原多年冻土区公路地基处治技术现状与展望

  田波

  2025, 42(5): 1-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.001

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  【目标】 在全球升温的背景下,青藏高原多年冻土区在役公路面临路表沉陷、路侧积水、地基富水、融化夹层增厚以及多年冻土持续退化等一系列问题,为了有效应对这些问题给在役路基病害治理改造带来的严峻挑战,亟需在现行设计原则基础上提出更加精细化、适应性更强的设计与处治理念。【方法】 对国外多年冻土区地基设计方法的发展脉络和中国多年冻土区公路路基设计方法的发展演进过程进行了梳理,并根据最新的现场调查数据分析了青藏高原多年冻土区在役公路路基沉陷病害的成因和现行设计体系需要完善的内容。【结果】 建议在现有“保护冻土”、“允许融化”两大设计原则的基础上发展和完善“预先改善地基条件”的第3类设计原则,针对性提出了“处治冻土地基”的理念,并给出了与之匹配的多年冻土区公路路面-路基-地基协同设计方法,以更精细地考察气候变化诱发地基性状改变对路基变形和稳定性的影响。【结论】 根据现有路堤处治技术、浅层地基(0~3 m)处治技术、深层地基(>3 m)处治技术的类型、特点、工程应用情况及效果,指出当前亟需攻克的技术包括水文地质的精细化勘察、工程地质评价指标体系的完善、多年冻土地基处治措施长期效能表征体系的构建、新型冻土地基处治材料与装备的研发等内容。
智能交通
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  基于BERT改进模型的交通运行态势预测方法

  胡立伟, 余先林, 赵雪亭, 杨志莹, 王兴中, 胡飞宇, 武加宝

  2025, 42(5): 18-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.002

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  【目标】 为应对交通网络复杂的动态时空特性和提升路网的承载能力,改变路网不确定性导致的交通拥堵问题,提升特征提取过程中的精度及速度,基于BERT模型提出用于交通态势预测的TCPBERT模型。【方法】 首先将基于Transformer编码器框架的标准BERT模型引入交通预测中,以利用其强大的上下文信息学习能力和时间序列建模能力;随后在标准BERT模型基础上对模型参数及其嵌入方式进行改进,提出用于交通运行态势预测的TCPBERT模型,模型在堆叠的Transformer编码器中使用纯注意力机制对时间序列相关性进行捕获,通过将归一化处理后的时间序列数据集对模型进行训练和性能检验,与基线模型进行误差对比后验证TCPBERT模型在交通运行态势预测任务上可行性和有效性,最后为进一步评估模型的稳定性和鲁棒性,对TCPBERT模型进行敏感性分析,验证模型参数设置的最优性。【结果】 TCPBERT模型在多个评价指标上均优于基线模型,相较于LSTM,STGCN,ST-ANet模型,TCPBERT模型的平均绝对百分比误差分别降低了8.08%,6.59%,4.4%。在6 h的长时预测中,TCPBERT模型的预测结果与原始交通数据的趋势最为接近,显示出较强的时序建模能力和预测稳定性。【结论】 通过引入BERT模型、Transformer双向编码器架构和多头自注意力机制,采用TCPBERT模型加强了对时间序列信息的捕获能力,有效提升了交通运行态势预测的精度和效率。
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  考虑停车时长的区域停车泊位分配模型

  韩钰波, 徐菱, 杨国勇, 邱杨

  2025, 42(5): 26-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.003

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  【目标】 为实现区域停车资源平衡利用,同时减少驾驶员停车耗费总时间及资源消耗,以驾驶员的选择倾向和停车场的泊位停放特性为基础,研究在停车需求已知条件下的预约式泊位分配问题。【方法】 从泊位分配的关键影响因素入手,构建了考虑驾驶员预计停车时长的区域停车泊位分配双层规划模型,模型上层规划以停放时间与停放属性值(即泊位停放便利程度量化值)的比值波动最小为目标,并通过设置诱导区域半径以限制平台分配方案的备选泊位范围;下层规划以驾驶员停车耗费总时间最短为目标,综合考虑场外步行时间与场内停车入位时间。采用包含Sigmoid函数的粒子群优化算法对模型进行求解,并设计算例对建立的模型进行检验。【结果】 考虑车辆的预计停放时长,影响了分配平台对停车请求的调控和泊位诱导结果;双层规划模型可以在兼顾驾驶员时间效率的同时,有效均衡区域内停车场占用泊位的分布情况;相比于实际场景下驾驶员倾向的就近停车方案,设置诱导区域范围能达到区域内空闲泊位统筹管理的目的。【结论】 所建的分配模型能有效刻画停车泊位诱导方案的最优约束条件;依据所建模型改进的粒子群优化算法可求解算例分配问题,所需迭代次数在30次左右,计算效率较高。
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  智能交通

  智能车辆连续换道模糊宽度学习决策模型

  邓超, 刘港

  2025, 42(5): 36-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.004

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  【目标】 连续换道是一种危险的驾驶行为,相较于单次换道更加复杂,对道路安全有重要影响,因此有必要对连续换道行为的预测方法进行研究。【方法】 首先,采用小波去噪法对高速公路数据集NGSIM进行降噪处理,提取出连续换道事件,把事件分为有等待时间的连续换道和无等待时间的连续换道行为;然后,以车辆首次接触分道线前0.1 s作为换道预测时刻,提取车辆在当前车道和目标车道的11个行驶状态特征变量,对变量进行归一化处理;最后,基于模型宽度学习方法建立连续换道决策系统,并对系统有效性进行验证。【结果】 模型宽度学习决策模型以82.35%的精度超越了支持向量机、BP神经网络、朴素贝叶斯等模型,模型的训练时间仅为0.03 s,在保证精度的同时,快速地做出了预测,取得了突出的效果;同时,剔除本车与目标车道车辆速度差等2个特征变量,保留本车速度、加速度等9个特征变量时,模型宽度学习模型精度仍超越其余模型,保持在较高的水平。【结论】 所提出的换道模型研究深入到连续换道的层面,通过等待时间将换道的连续性进行了划分,模型较好地刻画了连续换道轨迹特点,解释了连续换道行为机理,提出的换道决策模型表现出色,为复杂动态环境下的智能车自主决策方法提供了参考。
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  智能交通

  考虑纵横向异质性的车辆轨迹数据多步重构方法

  罗强, 刘绍鎏, 臧晓冬, 陈舒逸, 陈信强

  2025, 42(5): 43-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.005

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  【目标】 针对现有车辆轨迹数据处理方法缺乏对轨迹数据纵横向异质性的考虑,直接采用相同的滤波方法对轨迹数据的纵横向数据进行重构可能会导致数据过拟合的问题,提出了一种考虑轨迹数据纵横向异质性的多步轨迹重构方法。【方法】 从公开数据集CitySim中提取研究所需的车辆轨迹数据并进行简单的预处理,利用小波分析和三次样条插值法对纵横向轨迹数据进行异常值的识别与修正,进而基于轨迹数据重新计算车辆的速度和加速度,再利用Savitsky-Golay滤波和对称指数移动平均法对纵向和横向各交通参数进行降噪处理;利用K-近邻算法检测目标车辆与周围车辆之间的间距是否符合实际环境中的物理约束条件,再采用五次样条插值法对不符合物理约束条件下的车辆车距进行坐标局部重建。【结果】 重构后的车辆轨迹数据的相对均方根误差和相对绝对误差显著降低,轨迹数据中剧烈抖动明显降低,数据平滑度与物理合理性同步提升。【结论】 差异化处理纵横向异质性噪声并结合交通参数重计算,可精准捕捉噪声分布特征,其数据降噪效果较传统单一滤波方法得到显著提升,为交通仿真、驾驶行为分析等应用场景提供更高质量的轨迹数据基础。
交通计量
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  交通计量

  基于高速成像检测与BiLSTM-KF算法的UWB定位校准模型

  王相勋, 韩晓坤, 李杰, 荆根强, 高耀

  2025, 42(5): 52-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.006

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  【目标】 为提高超宽带(UWB)定位技术在运动车辆定位及轨迹检测中的可靠性,解决UWB定位技术在复杂、高速运动场景下精度不足的问题,提出了一种融合高速成像检测与改进卡尔曼滤波算法的UWB车辆运动轨迹校准模型。【方法】 该模型以高速相机视频分析为基础,通过AprilTag目标检测算法提取车辆图像坐标,经单消失点VWL标定方法转换至世界坐标系,形成可用于车辆动态位置校准的参考值序列。同时,结合双向长短时记忆网络(BiLSTM)自主学习运动目标的状态转移函数,利用从车辆轨迹数据中提取的动态特征构建可学习网络,实现对车辆运动状态的动态学习,最终通过改进的KF算法对UWB定位的车辆运动轨迹进行校准和预测。为验证所提出的校准模型在优化UWB车辆运动轨迹定位精度方面的有效性,利用高速相机和UWB定位系统同时采集了不同速度下的车辆运动数据。【结果】 试验结果表明,通过模型校准后的UWB定位数据与标准值的平均绝对误差缩小为0.019 2 m,有效提高了UWB的动态定位精度。【结论】 所提出的BiLSTM-KF算法和UWB定位校准模型,实现了UWB动态定位误差的自适应补偿,可有效提高UWB定位系统的准确性和可靠性。
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  交通计量

  基于虚拟测试路的连续高速路面弯沉仪计量性能测评方法

  罗营超, 安华贞, 李孝兵, 郭鸿博, 王相勋

  2025, 42(5): 62-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.007

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  【目标】 本研究旨在克服连续高速路面弯沉仪(CHPD)性能测评中标准化测试路缺失的难题,提升其性能评估方法的准确性与实用性。【方法】 通过分析在役道路弯沉分布特征及规律,创新性地提出路段重组与拼接策略,构建了多条弯沉数值稳定且范围各异的虚拟测试路。提出了一种数据自适应分层方法并引入了虚拟测量的理念,基于工程经验设定了每条虚拟测试路弯沉值变异系数的上限阈值,以有效控制弯沉值波动,满足重复性测量要求。同时,为充分利用落锤式弯沉仪与CHPD测量值的同步性,引入了测量系数作为新的性能评价指标。该系数基于每条虚拟测试路的标准值与测量值的变异系数计算得出,综合考虑了2种仪器的测量原理差异。【结果】 由多条弯沉随机的在役道路构建的每条虚拟测试路均具有稳定的弯沉值,可替代真实的标准化测试路,降低了对实际标准道路的依赖。新指标相较于早期的评价指标,在揭示CHPD性能方面更为精确,尤其在评估不同弯沉范围和波动条件下的CHPD性能时表现出明显优势,且能提供更具针对性的优化建议。【结论】 新提出的测评方法为CHPD性能评估提供了新视角,也为道路维护与管理提供了改进思路。
道路工程
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  道路工程

  废机油残留物改性沥青的性能与改性机理

  宋亮, 范鹏, 涂鹏程, 范晶晶, 赵玉顺, 高杰

  2025, 42(5): 72-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.008

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  【目标】 研究废机油残留物(WEOB)对70^#基质沥青及SBS改性沥青性能的影响规律,探明其改性机理。【方法】 采用棒状薄层色谱-氢火焰离子探测试验分析WEOB的化学组分与含量,对比其与沥青之间的差异。采用软化点、旋转黏度和温度扫描试验,分析了WEOB改性沥青的流变特性。通过傅里叶变换红外光谱和荧光显微镜试验分析了WEOB改性沥青的组成以及微观形貌,探究其改性机理。【结果】 WEOB含有与沥青一致的四组分,但WEOB中富含的饱和分与芳香分对沥青具有再生作用。其次,随着WEOB掺量增加,70^#基质沥青软化点、黏度及相位角逐渐减小,而SBS改性沥青则反之;WEOB的轻质组分改变了基质沥青各组分的含量,造成其高温与弹性性能下降,而WEOB为SBS改性剂继续发生溶胀、吸附提供了充分的轻质组分,提高了其高温与弹性性能;WEOB对基质沥青属于物理改性,而WEOB掺入SBS改性沥青则生成了SBS接枝马来酸酐的三元体枝接产物,属于化学改性。最后,WEOB掺入基质沥青仅形成了物理黏聚的凝胶体分散相结构,而WEOB提高了沥青与SBS改性剂之间的相容性,形成了均匀、稳定的网状结构。
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  道路工程

  基于线性幅值扫描的聚合物改性沥青砂浆疲劳耐久性能

  张勐, 杨玉婷, 李冰, 王亚婕

  2025, 42(5): 80-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.009

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  【目标】 探究老化衰退程度对聚合物改性沥青砂浆疲劳性能演变规律的影响机制,明确不同应力水平下聚合物改性沥青砂浆失效模式与老化时间的定量关系。【方法】 以黏弹性连续介质损害力学理论为基础,通过线性振幅扫描法,对聚合物改性沥青砂浆在不同老化衰退度下的疲劳演化过程进行研究,分析了不同老化程度聚合物改性沥青砂浆相对于未老化状态的交叉疲劳应变、优势疲劳应变域、劣势疲劳应变域。【结果】 随着老化时间的延长,聚合物改性沥青砂浆因达到材料极限剪切强度而产生直接开裂的倾向降低,而因达到材料最大剪应变导致的脆性开裂风险增强,在同等的小应变加载条件下,聚合物改性沥青砂浆的抗剥落性能和疲劳寿命与老化程度呈正相关;而随着应力载荷等级的增加,老化程度高的聚合物改性沥青砂浆的疲劳寿命及抗剥落能力会迅速下降。伴随着老化时间的增加,相对比于未老化衰败状态,聚合物改性沥青砂浆疲劳曲线的交叉疲劳应变(γ_c)逐步降低。【结论】 老化将推动聚合物改性沥青砂浆属性的衰减速度增高,老化程度越高的聚合物改性沥青砂浆,其相对于未老化状态的优势疲劳应变域越小。短期PAV(PAV老化时间≤10 h)老化后,其抗疲劳能力有所提升;而经过长期的 PAV老化(PAV衰退期>10 h)后,其优势的疲劳应变域为｛γ|0＜γ＜γ_c},而其劣势的疲劳应变域为｛γ|γ_c＜γ＜γ_s}。
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  道路工程

  机制砂混凝土抗冻性能试验研究

  靳连杰, 邵永红, 陈明涛, 陈杰, 刘加奇, 王伟

  2025, 42(5): 88-97. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.010

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  【目标】 深入探讨机制砂混凝土在道路工程中的抗冻性能,并分析不同影响因素对其性能的作用机制。【方法】 首先,运用四因素五水平正交试验设计;然后,引入钢渣和硅灰作为复合矿物掺合料,并考虑机制砂替代天然砂含量及石粉含量这2个因素;最后,系统评估这些因素的合理掺合量对冻融循环作用机制砂混凝土的质量损失率和相对动弹性模量的影响,并通过表观分析法、极差分析和方差分析量化各因素的显著性及其交互作用。【结果】 石粉含量是影响机制砂混凝土抗冻性能的最显著因素,可以适当增加石粉含量至9%~15%,使机制砂混凝土的抗冻性能最优。机制砂混凝土抗冻性能影响因素由强到弱依次排序为石粉含量、硅灰掺量、机制砂取代率及钢渣掺量。在复合掺合料的应用中,合理控制各掺合料的用量是提升混凝土抗冻性能的关键,将复合掺合料总量控制在40%以内,其中钢渣掺量不超过35%,硅灰掺量约为5%,机制砂混凝土的抗冻性能达到最优状态。【结论】 硅灰的高活性效应显著提高了混凝土的界面过渡区性能,而钢渣则通过其填充作用和潜在的水化能力增强了基体的抗冻性。此外,机制砂取代率的适当调整可进一步改善混凝土的体积稳定性,从而提高抗冻性能。
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  道路工程

  透水混凝土空隙结构三维重构及渗流仿真

  单景松, 徐林功, 代光伟, 郭世腾, 彭伟

  2025, 42(5): 98-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.011

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  【目标】 探究水灰比、空隙率及骨料级配对透水混凝土空隙结构特征及其渗流性能的影响规律。【方法】 首先,以水灰比、空隙率和骨料级配为变化因素,室内成型透水混凝土试块。然后,借助CT图像处理方法和三维重构技术,提取透水混凝土硬化试块内部空隙,构建等效空隙网络模型,进而分析空隙结构特性并进行了渗流仿真,研究了水灰比、空隙率和级配对空隙结构和渗流特性的影响。【结果】 仿真模型的有效空隙率与试验得到的有效空隙率比较接近,模拟渗透率与试验渗透系数相关性良好。水灰比对空隙结构的影响规律不明显,但对实际渗水性能影响较大;当水灰比在0.25~0.35范围内增大时,透水混凝土的渗透性能显著降低,尤其是在空隙率较低的情况下更为明显,如设计空隙率为15%时,透水能力降低了48%。空隙率与空隙分形维数和迂曲度分别呈较强的正相关性和负相关性,空隙率由15%增至27%时,空隙分形维数由2.371线性增至2.541,迂曲度由1.701线性降低至1.345,均使透水混凝土渗透能力增强。较粗级配的分形维数大于较细级配,较粗级配迂曲度小于较细级配,这表明较粗级配具有更好的透水能力,与实际渗水试验规律吻合。【结论】 空隙率与级配通过改变分形维数及流道迂曲度主导渗透性能,建议高渗透场景采用较粗级配且空隙率大于20%,水灰比宜控制在0.30以下。
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  道路工程

  沥青路面航拍图像的车道区域提取方法

  夏晓华, 苏建功, 刘洋, 李明臻, 陈仕旗

  2025, 42(5): 108-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.012

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  【目标】 为避免沥青路面航拍图像中非路面背景及车道线对车道区域病害检测的干扰,提出了综合颜色及边缘信息的车道区域提取方法。【方法】 首先,在沥青路面航拍图像中,结合车道区域颜色对应的先验信息,在HSV颜色空间内利用颜色分割法进行图像分割,并根据车道区域与图像边界相交的特征去除了颜色过分割区域;然后,利用Canny算子得到车道区域边缘信息,使用双边滤波改善高斯滤波在去噪过程中导致的边缘信息丢失问题,并引入两遍扫描法以检测与标记边缘检测图像中的连通域;最后,通过运算将颜色分割二值图像和连通域标记图像融合,在融合图像中依据面积阈值确定车道区域的标记值后,结合标记图像与航拍原图像完成车道区域的提取。利用376张多种场景下的航拍沥青路面图像对所提方法进行试验验证。【结果】 本研究方法提取车道区域的平均分割精度、过分割率、欠分割率和病害丢失率分别为98.38%,1.96%,1.56%,1.60%,优于颜色分割方法、区域生长法和基于DeepLab v3+的语义分割方法。【结论】 本研究方法可有效改善过分割和欠分割问题,具有较好的准确性与稳定性,为后续路面病害的准确检测奠定了良好的基础。
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  道路工程

  电加热融雪防冰路面隔热层厚度设置策略

  韩端君, 李灿, 熊佳园, 魏小清, 郑辉

  2025, 42(5): 118-127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.013

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  【目标】 研究隔热层厚度和碳纤维发热线温度在路面日周期热边界条件下对路面融雪化冰的影响。【方法】 建立水平敷设发热线时沥青路面结构的导热方程,利用MATLAB软件求解得到温度场数值解。选取湖南省某地冬季冰冻环境的气象数据作为计算条件,设路面温度为4.8 ℃以上,发热线温度为30~50 ℃,计算隔热层厚度范围在5~40 mm时的路面温升速率。【结果】 在相同发热线温度条件下,隔热层5 mm时的路表面平均温升速率比无隔热层时提高3.5~9倍,隔热层10 mm时提高3.55~9.50倍,隔热层厚度超过10 mm后,路表面平均温升速率的增长趋势不明显;路表面温升速率不仅与隔热层厚度呈非线性关系,也与发热线温度呈非线性关系,因此并非选用的隔热层厚度越厚,路表升温融雪除冰效果越好;增设的隔热层可以阻止发热线产生的大部分热量流向地下,使路表温度分布更加均匀,有隔热层的路表温度也比无隔热层的更高。寒冷和严寒地区气象条件下的模拟计算结果表明,路面温度同样为4.8 ℃以上时需要将发热线温度提高至50~70 ℃范围。【结论】 综合考虑路面升温性能和工程成本,发热线温度取30~70 ℃,敷设5~10 mm的隔热层较为适宜。
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  道路工程

  泥炭质土非线性力学特性的三轴试验研究

  阮永芬, 马举俊, 潘继强, 杨启宽, 槐以高

  2025, 42(5): 128-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.014

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  【目标】 特定环境和气候条件导致了泥炭质土独特的结构,其结构差异会使土的强度特性呈现出显著的差异。本研究探究了泥炭质土特有结构对泥炭质土工程性质的影响。【方法】 为了诠释泥炭土强度的演变过程,对同一场地埋深分别位于10,19,25,39,50 m的5层原状土和重塑泥炭质土,进行不同围压条件下的三轴固结不排水剪切试验及电镜扫描试验。从应力-应变曲线、微观结构、峰值强度、残余强度、割线模量、有效应力路径、黏聚力和内摩擦角等方面的变化规律进行研究,分析不同围压及埋深对原状土和重塑泥炭质土力学特性的影响。【结果】 原状土随围压和埋深增加的曲线形态逐渐由弱硬化转为弱软化,而重塑泥炭土曲线形态基本保持不变,呈弱硬化;从整体上看,重塑泥炭质土抗剪强度均高于原状土;泥炭土割线模量不仅随应变变化,还受围压、埋深和扰动情况的影响,在最大割线模量与围压的关系方面,重塑土表现出更好的线性关系且随着围压增加增幅较快。【结论】 本研究进一步加深了对泥炭土力学特性的认识,对其工程设计及施工一定的指导意义。
桥梁工程
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  桥梁工程

  基于线形差值迭代的CFST拱桥施工索力计算方法

  吴月星, 张劲泉, 周建庭, 谭献良, 王新忠

  2025, 42(5): 137-147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.015

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  【目标】 提出基于线形差值迭代的施工索力计算方法,以提高钢管混凝土拱桥斜拉扣挂施工中拱肋线形控制精度,优化索力计算,增强施工可控性。【方法】 首先,基于无应力状态法,并融合正装迭代思想,构建适用于拱桥施工的索力计算方法。然后,利用Midas/Civil软件对净跨径140 m的钢管混凝土拱桥进行分阶段施工建模,分别开展不考虑背索及浪风索、考虑背索但不考虑浪风索及同时考虑背索与浪风索3种模拟正装分析。最后,比较不同施工方案优缺点,并分析2种迭代方式下拱桥施工全过程的力学行为变化。【结果】 最多6次迭代即可求解施工索力,松索成拱线形与目标线形误差控制在1 cm以内,符合施工要求。在拱肋合龙前拆除部分临时索体,虽可减少背索锚固费用,但导致拱肋线形变化大,索力均匀性较差,不利于施工控制。采用迭代方式2(即迭代全过程均更新拱肋2^#~4^#节段控制目标值)时,拱肋松索成拱阶段线形迅速接近目标线形,施工全过程主拱肋线形波动较小,控制效果更优。【结论】 所提方法可优化施工索力张拉控制,提高拱桥线形控制精度,并兼顾索力均匀性与稳定性。工程应用中应灵活选取模拟方法、迭代方式及次数,以确保施工全过程的过程控制与目标达成,提升施工质量与安全性。
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  桥梁工程

  劣化混凝土小箱梁混合加固抗弯承载力计算方法

  缑永涛, 尼颖升, 张永昌, 杨东辉, 张学锋, 宋春霞

  2025, 42(5): 148-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.016

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  【目标】 提出一种考虑原梁劣化的抗弯承载力计算方法,旨在提高混合加固法下混凝土小箱梁桥抗弯承载力计算的合理性与准确性,避免忽略原梁损伤情况所带来的安全隐患。【方法】 首先分析了小箱梁桥混合加固的力学原理及承载力提升的关键影响因素,明确原梁劣化对加固后承载力的影响;其次引入混凝土和钢筋截面折减系数,结合混凝土抗压强度设计值,研究抗弯承载力的劣化机理;然后基于现有规范的承载力计算理论,考虑材料性能退化、截面刚度变化以及加固材料对承载力的贡献,推导出混合加固后抗弯承载力计算表达式;最后选取混凝土小箱梁进行加固后破坏试验,将规范计算结果与试验结果进行对比。【结果】 规范方法计算下承载力数值明显偏高,考虑原梁损伤后的计算方法使得混合加固承载力计算具有更高的安全储备,原梁劣化造成的承载力折减约占总承载力的6%,所提方法的承载力提升率与加固规范相差约1%。【结论】 改进后的方法在保证承载力提升效果的同时,充分考虑了原梁劣化对抗弯承载力的影响,使混合加固法下混凝土小箱梁桥抗弯承载力数值更准确。
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  桥梁工程

  基于非线性能量阱的桥梁风振位移预警模型

  王大千

  2025, 42(5): 156-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.017

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  【目标】 为解决大跨度桥梁风振位移阈值预警问题,研究基于压电非线性能量阱系统的靶向能量传递特性的振动位移预警机制。【方法】 以某三塔四跨悬索桥为例,建立悬索桥的有限元模型,分析并获得了风荷载下的桥梁风振动力响应特性,得到了悬索桥结构跨中的振动位移。建立压电非线性能量阱能量采集系统模型,将该系统安装于悬索桥的跨中,并以悬索桥跨中位移作为输入响应,分析该压电非线性能量阱系统的动力响应和电压输出特性。【结果】 安装于桥梁结构上的压电非线性能量阱能量采集装置具有弱线性刚度和强非线性刚度特性,对系统的初始激励大小较为敏感,只有当初始位移达到特定阈值时,压电非线性能量阱能量采集系统中的靶向能量传递特性才会被激发,从而使得系统的振动位移显著增大,同时伴随着压电悬臂梁的输出电压显著增大。而当系统的初始激励低于特定阈值时,系统内的靶向能量传递则无法被激发,系统的振动位移从始至终都维持在一个较小的范围内,系统的输出电压也同步维持在相对较小的范围内。【结论】 根据压电非线性能量阱能量采集系统的这一特性,可以将系统的输出电压作为判断依据,确定相对应的位移作为阈值,设计一种桥梁风致振动的位移预警模型。
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  桥梁工程

  非对称断面柔性桥梁涡激振动的导流板控制

  迟潇玲, 陈昌萍, 钱长照, 胡海涛, 张祥敏

  2025, 42(5): 163-172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.018

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  【目标】 为研究非对称桥梁断面的涡振性能及气动措施对主梁断面的涡振响应的影响,分析导流板的物理尺寸变化(宽度、镂空率)时的抑振效果,为大跨柔性非对称桥梁断面的抗风设计提供参考借鉴。【方法】 开展了1∶10节段模型风洞试验,试验在阻尼比为0.29% 的条件下进行。研究中改变的气动措施主要有:在风嘴处增设不同尺寸的导流板和不同镂空率的导流板。【结果】 非对称断面易产生涡激共振现象,竖向位移和扭转位移的极值分别为规范允许值的1.56倍、1.33倍,这表明此断面在现有状态下并不满足相关要求。在采取气动措施后发现,增设不同宽度的导流板,可以有效地改善桥梁断面的气动形态,进而优化涡振性能,随着导流板宽度的增大,抑振效果越发显著,其中700 mm导流板的抑振效果最佳。然而,将700 mm导流板镂空后,会加强气流的流动分离,竖向位移最大幅值达87.76 mm,为规范允许幅值的1.09倍,扭转位移的最大幅值为0.247 8°,接近允许幅值,故将导流板镂空后抑振效果降低。【结论】 通过对非对称桥梁断面涡振性能的研究,为桥梁的抗涡设计提供了重要的参考依据,有助于工程实践中更合理地选择和设计气动措施,以提升桥梁的抗风稳定性。
隧道工程
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  隧道工程

  高地应力水平层状硬岩隧道岩爆孕育机理

  王钧荣, 蒲松, 姚志刚, 曹林卫, 刘保林, 旷文涛, 余涛, 向龙

  2025, 42(5): 173-183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.019

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  【目标】 研究非均质水平层状硬岩隧道岩体的破裂演化特性和岩爆机理。【方法】 依托某高地应力隧道工程,结合室内试验和数值计算,分析了不同层理组数及层理倾角下白云岩的变形破坏历程,并探究了层状白云岩的开挖扰动特性及能量分布规律。【结果】 层理岩样会经历裂隙萌生—发育—扩张—最终破坏的演化历程,0°层理白云岩和90°层理白云岩主要发生张拉剪切脆性破坏;当仅存在1组层理结构面时,30°层理白云岩的试件主要发生剪切滑移的脆性破坏,当存在3组层理结构面时,30°层理白云岩试件主要发生沿层理结构面的剪切滑移和张拉劈裂共存的复合脆性破坏;60°层理白云岩的破坏模式为沿层理结构面的滑移脆性破坏。【结论】 层理组数的增加使得试件延性得到增强,试件由裂隙萌生、发展、扩张到最终破坏时间更长,破坏特征更复杂,强度更低;隧道开挖卸荷后,拱顶浅层岩体层间薄弱结构面在水平挤压作用下发生开裂破坏,岩体被分割成独立的岩板;随着挤压应力的不断增加,岩板层间裂隙萌芽扩张,直至径向贯穿岩板;伴随能量的急剧释放,拱顶浅层岩体发生强烈的弯折破坏,由此产生岩爆;层间距越小、应力环境越大,越易发生岩爆。
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  隧道工程

  装配式隧道UHPC连接节点钢筋锚固性能试验研究

  郭太军, 刘凯华, 姜海波, 刘国强, 田月强, 詹素虹

  2025, 42(5): 184-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.020

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  【目标】 为掌握装配式隧道UHPC连接节点中钢筋锚固性能的特点,探究UHPC厚度、纵筋搭接长度对连接节点中钢筋锚固性能的影响,从而验证UHPC在装配式隧道连接节点中应用的可行性。【方法】 通过12个带锚固板钢筋的拉拔试件和6个梁板受弯试件的试验,研究了UHPC连接节点带锚固板的钢筋锚固性能。【结果】 拉拔试验结果表明,除个别试件因夹具滑移失效外,其余大部分试件破坏形态均为钢筋拉断破坏,这说明UHPC厚度为10 cm、横向钢筋间距为5 cm且纵筋搭接长度为15 cm时,可以实现UHPC与带锚固板钢筋的可靠锚固,并且增加UHPC厚度或延长纵筋搭接长度可进一步提高锚固性能。梁板受弯试验结果表明,采用UHPC连接的预制梁板试件与整浇梁板试件,均呈现受拉区纵向钢筋先屈服而后受压区普通混凝土被压碎的破坏形态,未发生锚固破坏;与整浇试件相比,UHPC连接试件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均略有提高,满足了“抗弯性能等同现浇”的设计要求。【结论】 采用合适的UHPC连接节点设计,可以保证连接节点中的钢筋具有可靠的锚固性能。
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  隧道工程

  20千米级高速公路山岭隧道线形控制方法

  刘继国, 彭恩鹏, 王琛, 奚圣宇, 焦昱棋, 张驰

  2025, 42(5): 195-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.021

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  【目标】 为了提高20千米级高速公路山岭隧道的交通安全,并填补中国超特长隧道建设中线形指标规范的空白,针对国内现有特长隧道线形指标进行统计与分析。【方法】 通过驾驶模拟试验采集驾驶人平均心率增长率、平均眨眼持续时间和平均瞳孔直径变化等心生理数据,结合卡罗林斯卡嗜睡量表判断其疲劳状态,利用模糊综合评价法和多因素非线性回归方程建立了驾驶人疲劳度模型,量化了道路线形对驾驶疲劳的影响。【结果】 隧道内驾驶人疲劳主要受到长直线和大半径圆曲线的影响,这是导致行车风险增加的关键因素。调整隧道内直线长度和曲线半径对缓解驾驶疲劳具有明显效果,而隧道内曲线长度的调整对行车安全的作用较小。基于驾驶人疲劳度变化特征,提出了特长隧道直线与曲线路段的行车风险等级,依据线形特征将路段划分为低、较低、中、较高、高5个风险等级,在规范值的基础上增加4个直线长度阈值分别为4.3,6.4,12.0,16.1 km,增加4个曲线半径阈值分别为5.6,6.0,6.4,7.5 km。【结论】 建议在实际建设中,特长隧道内路段最大直线长度不宜超过6.4 km,最大曲线半径不宜超过6.0 km。
环境工程
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  环境工程

  电气化情景下高速公路建设期碳排放核算及减排潜力量化研究

  唐文斌, 王惟政, 穆孟, 秦晓春, 姚胜彪, 廖真

  2025, 42(5): 206-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.05.022

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  【目标】 揭示施工机械电气化对高速公路建设期碳排放的影响规律,构建电气化情景下碳排放模拟模型,实现对施工阶段能源结构转型的电气化减排潜力的准确量化。【方法】 采用碳排因子法与长期能源替代规划模型(LEAP),系统量化材料生产、运输及施工阶段的碳排放特征。基于工地级能源台账与机械运行日志构建动态核算模型,通过LEAP模型模拟施工年限内施工机械电动化改造进程,解析设备能效提升与电网清洁化的协同减排效应。【结果】 以桂贺高速碳排放核算数据为依托,核算结果表明:材料生产阶段碳排放量占比达98.1%,其中钢材与水泥生产分别贡献60.58%和37.52%;运输阶段起重机械与小型运输设备碳排放占比分别为47.7%和52.3%;施工阶段挖掘机与推土机排放量最高,占总量的82.46%。LEAP模型预测显示,在电网清洁化率年均提升2.8%的条件下,电动机械全生命周期排放因子较柴油机组降低42.6%±3.2%,当电动化率突破78%时,运输环节碳减排弹性系数达1.32。【结论】 研究提出运输系统能效提升、机械电气化改造及区域电网清洁化等减排策略,为高速公路低碳建设提供理论支撑。