【目标】作为人类生存、生产、生活与发展所必需的关键基础, 城市道路交通系统中普遍存在着供给与需求在时间和空间上高度不匹配的现象, 引发较为严峻的拥堵、事故、排放以及低效等问题。城市道路交通拥堵溯源研究对于实现路网的交通供需动态平衡具有关键性理论意义和实用价值。本研究旨在系统梳理其在智能交通领域的研究现状与发展趋势。【方法】首先, 基于城市道路交通出行需求的分布特征、瓶颈状态的演化规律及拥堵问题的深层致因, 构建了城市道路交通拥堵溯源分析的三层次方法论体系: 第一层次为起讫点溯源分析, 追溯导致城市道路拥堵的交通流的起讫点等信息; 第二层次为交通瓶颈溯源分析, 对城市道路瓶颈交通状态的时空演变规律进行刻画; 第三层次为致因溯源分析, 探究造成城市道路供需不匹配问题的本质原因。在此基础上, 以CNKI核心数据库和Web of Science核心合集为数据源, (时间跨度分别为2003—2025年、1994—2026年), 采用"拥堵溯源""OD估计""瓶颈识别""致因分析"等组合关键词进行文献检索, 最终纳入183篇核心文献, 结合VOSviewer文献计量方法, 对现有研究成果进行系统归纳与评述。【结果】研究表明, 现有的溯源分析已初步实现了从单一断面的流量统计向路网级时空轨迹重构的跨越: 起讫点溯源能够有效掌握导致拥堵的交通需求在路网上的分布情况, 实现道路的车源定位; 交通瓶颈溯源实现了对拥堵瓶颈产生的时空信息分析确定, 追溯交通状态的演化规律; 致因溯源则尝试从规划、设计与管理层面探寻拥堵生成的深层根源。而随着交通大数据技术的不断进步, 精准可靠的多源异构数据持续积累, 正推动着城市道路交通拥堵溯源分析方法体系及其实践的创新发展, 有效地提高了拥堵溯源分析结果的精准性和实时性。【结论】本文所构建的三层次方法论体系, 对于推动城市道路交通拥堵溯源分析研究及未来城市交通系统的可持续创新具有重要指导意义。【展望】在未来的研究趋势上, 城市道路交通拥堵溯源分析方法应结合多源数据与模型方法, 形成多层次溯源体系, 重点应用分析城市路网中的关键路段。未来研究发展方向归纳为以下3个方面: 数据驱动与机理模型相结合的溯源分析方法、交通拥堵溯源与城市交通系统重构、从溯源诊断到靶向治理的转化应用。
【目标】为有效缓解事故场景下的拥堵蔓延, 研究拥堵区域关键路径的识别方法以进行协调管控。【方法】本研究通过修正现有关联度模型中的参数缺陷, 更新最大流量定义, 构建城市路网事故状态下的关联度模型, 考虑右转车流和掉头车辆的影响, 提出状态扰动关联度, 将其与改进后的交通需求关联度进行加权融合, 得到综合关联度。基于改进广度识别算法确定关键路径, 通过VISSIM进行模拟试验, 考察改进后的模型在实际应用中的效果。【结果】针对关键路径进行干涉后, 路段平均速度完全恢复的时间为447 s, 相比于交通流自组织状态减少108 s, 相比于区域全路径干涉状态仅增加25 s; 除此以外, 事故路段拥堵消散时间相比于交通流自组织状态减少164.9 s, 相比于区域全路径干涉状态也仅增加2.3 s。【结论】改进的综合关联度模型在单位时间内能够更准确地识别关键路径, 实现精准干涉, 提升路网控制效率, 为突发交通事故下的社会车辆交通组织研究及拥堵的管制与诱导提供理论支撑和案例参考。
【目标】针对城市道路交通拥堵的实时治理需求, 聚焦局部路网中影响交通运行效率和拥堵传播范围的关键路段, 研究交通拥堵的时空传播特征, 旨在建立高效的拥堵关键路段识别方法, 为动态交通管控提供决策依据。【方法】提出动态时空图注意力网络模型, 创新性地构建了融合路网拓扑结构与交通流时空演化特征的动态图表征学习框架, 从而量化路网节点间的时变交通相关性。在此基础上, 结合图论定义局部拥堵集群的数学表征, 并设计拥堵传播影响力指数量化路段在局部路网中的关键程度, 进而精准识别拥堵关键路段。基于成都市真实出租车GPS轨迹数据进行实证分析, 并结合SUMO交通仿真软件开展案例验证。【结果】提出的动态时空图注意力网络模型能够有效提取路网节点的空间邻近性与交通流传播的复杂时空动态性。关键路段识别算法在10万级轨迹点规模下仍能保持亚秒级的实时处理性能。案例分析中实施的交通管控措施使拥堵状态持续时间降低了50%以上, 显著提升了路网的交通运行效率。【结论】局部拥堵集群的形成通常由少数核心路段主导, 针对此类关键节点实施干预, 能够有效抑制交通拥堵的进一步扩散。提出的拥堵关键路段识别算法兼具实时性和有效性, 可为城市交通管控提供可靠的决策支持。
【目标】针对现有换道数据提取方法难以适应多样化换道轨迹且提取精度较低的问题, 提出一种基于轨迹模式分类的自适应换道数据提取方法。【方法】首先, 采用双重动态时间规整方法(DDTW), 融合轨迹形态与运动状态相似性, 增强轨迹形态相似的可量化表征。其次, 提出DDTW-NN分类算法, 将DDTW融入最近邻分类, 对起始车道和目标车道上的换道轨迹分别进行精细化识别分类。此外, 针对不同类别的轨迹数据, 提出模式自适应的特征选择机制和换道起终点识别条件策略。该方法能够根据当前判定的轨迹数据类别, 动态选取最具判别力的特征组合并设定相应的换道起终点判定阈值, 提高起始车道和目标车道换道数据提取的准确性, 避免单一固定阈值无法适应不同换道场景的情况。【结果】在NGSIM数据集上进行试验和测试, DDTW-NN对换道轨迹的分类准确率达到了85.45%, 较DTW-NN方法提高了8.52%。自适应换道数据提取方法将判定起终点偏离车道中心线的发生概率从现有方法的28%~44%降低至12%, 同时将起点前、终点后车辆仍处于不稳定行驶状态的发生概率从18%~26%降低至2%。【结论】自适应换道数据提取方法能够较为准确地识别换道起终点, 提升换道数据提取精度, 为不同场景下的换道行为理解与高精度建模提供了可靠的数据基础。
【目标】为深入探讨未来高速公路大容量通行问题, 特别是在超高速行车环境下公路通行能力的准确评估和计算, 着重研究不同跟驰行为下的驾驶员反应时间变化, 以及网联车渗透率对公路通行能力的影响。【方法】通过采集120 km/h以下车速区间的驾驶员反应时间数据, 构建反应时间-速度梯度预测模型, 外推获得150 km/h和180 km/h超高速行车条件下的反应时间参数; 采用核密度估计方法建立前车速度动态分布模型, 解析不同跟驰场景下的速度关联机制, 创新性地建立人工车辆与网联车辆混行交通流的3类跟驰模型(人工驾驶车辆跟驰前车、网联车辆跟驰人工车辆、网联车辆跟驰网联车辆); 通过SUMO仿真平台构建超高速公路场景, 对比分析理论计算与仿真模拟的通行能力数值, 二者偏差率控制在5%以内, 通过2种方法的结果一致性验证了理论模型的准确性, 研究进一步量化网联车辆渗透率对通行能力的提升效应。【结果】当渗透率达到80%时道路通行能力修正系数可达2.08, 渗透率增加对通行能力明显。【结论】反应时间预测模型的拟合优度R2分别达0.99和0.97, 理论模型与仿真结果的MSE, RMSE, MAE等指标误差均在合理范围内, 验证了超高速环境下通行能力计算方法的科学性与适用性。
【目标】传统高速公路枢纽标志因信息固定、容量有限, 在多路径交织的复杂场景下, 普遍存在信息过载、指引精度不足、驾驶员视认与决策难等问题, 为突破传统枢纽标志信息显示瓶颈, 提出了一种基于深度强化学习的高速公路枢纽标志信息动态选择方法, 旨在实现枢纽标志信息与实时交通状况、驾驶员需求的精准匹配。【方法】首先, 使用层次分析法建立了枢纽标志信息评价体系, 结合标准差法确定了影响标志信息选择结果的综合权重, 有效避免单一主观赋权的偏差。其次, 对标志信息的各项指标归一化建立决策矩阵, 将标志信息选择问题描述为马尔科夫决策过程, 建立了深度强化学习模型, 定义了标志选择的状态空间、动作空间以及奖励函数。最后, 提出了一种双深度Q网络算法对该模型进行求解, 在离线训练后得到最佳标志信息选择策略。【结果】仿真试验结果表明, 在相同的指标数据下, 对比同类型算法, 所提算法的得分偏差率提升了34.6%, 单次决策计算时间降低了45%。【结论】所提方法能够根据高速公路枢纽实时交通状况动态调整标志显示内容, 为高速公路枢纽标志的智能网联化升级提供了技术支撑, 实现了高速公路枢纽标志信息多路径、高效率的指引, 有效提升了高速公路路网的服务效率与水平。
【目标】本研究旨在建立基于智能颗粒传感技术的沥青路面车辙变形连续实时监测技术。【方法】首先, 结合智能颗粒传感器和离散元法, 开展沥青混合料骨架演变特征感知监测研究; 其次, 通过分析车辙变形演化过程中智能颗粒的实时监测数据, 揭示了车辙变形下智能颗粒的力学和运动响应规律; 然后, 基于平均融合的特征重要性分析方法提取车辙监测指标的特征, 将智能颗粒绕三轴的累积相对旋转角度作为监测车辙变形发展的特征指标; 最后, 建立距轮迹带不同距离下的车辙深度回归模型, 提出了一种基于智能颗粒转角监测指标的车辙变形监测方法, 可用于对车辙发展阶段特性进行识别和判断。【结果】基于级配骨架理论设计的AC-13沥青混合料的粗型骨架、中型骨架、细型骨架中, 嵌入中型骨架的智能颗粒传感器受力与运动最明显, 中型骨架的竖向接触力峰值达到4.2 kN, 智能颗粒传感器主要与2.36 mm粒径的骨料接触, 埋入骨架中的智能颗粒以绕竖轴旋转和竖向平动为主要运动模式; 车辙变形过程中, 智能颗粒以竖向受力为主, 智能颗粒的运动以竖向方向平动和绕竖轴的旋转为主, 竖向位移峰值为0.85 mm, 绕竖轴的累积相对旋转角度峰值为1.3°。【结论】智能颗粒的旋转响应的重要性权重是其他指标权重的近10倍, 基于智能颗粒转角监测指标建立的车辙深度回归模型平均拟合优度为0.965, 能较好地预测车辙变形深度。
【目标】植物纤维界面改性可以提高植物纤维增强沥青混合料的高低温性能。本研究旨在明确改性方法对材料微观界面和宏观性能的影响机制。【方法】研究应用车辙试验和低温弯曲试验测试三聚氰胺-甲醛改性竹纤维增强沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性; 应用分子动力学模拟, 分析改性前后竹纤维在与沥青界面的分子结构与动态行为, 通过结合能、扩散系数和相对浓度量化不同温度下沥青分子在竹纤维表面的黏附情况与分布规律。【结果】改性竹纤维增强沥青混合料的高温动稳定度提升10.4%, 低温弯曲强度提升16.6%。模拟结果显示, 随着接枝密度从0增加到1.11×10-7 mol/m2, 竹纤维与沥青界面黏附性能显著提高。在338 K时, 改性后的界面结合能提高266.2%, 扩散系数降低49.3%;在258 K时, 改性后的界面结合能提高145.8%, 扩散系数降低38.3%。静电力在界面结合能中起主导作用。界面处的分子相对浓度分布显示, 随着接枝密度从1.11×10-7 mol/m2进一步增加到4.43×10-7 mol/m2, 接枝分子链中的羟基抑制了沥青与竹纤维间的接触, 导致界面性能下降。沥青在竹纤维界面的相对浓度在258 K时降低25.0%, 在338 K时降低34.4%。【结论】本研究对指导改性植物纤维增强沥青混合料的高低温性能的优化提供更多思路。
【目标】为探究冻融循环与间歇性动荷载综合作用下纤维固化轻质土的变形响应机制, 开展动荷载下的力学研究。【方法】首先, 通过动三轴试验, 采用控制变量法结合正交试验对冬、夏季温差改变较大地区的道路工况进行模拟; 其次, 对温度、冻融循环次数和动应力幅值等主要因素作用下的土体累积应变进行研究, 对单个因素及双因素综合下的土体变形分别进行分析; 最后建立了考虑纤维加筋系数、冻融循环作用对纤维固化轻质土影响的累积变形预测模型, 并对模型的有效性进行验证。【结果】纤维加筋效应可有效抑制土体变形, 不同冻融条件下, 纤维固化轻质土的累积应变曲线呈现稳定型、临界型、破坏型。冻融循环次数增加、冻结温度降低及动应力幅值增大均会加剧土体变形程度, 其中冻融循环次数与动应力幅值综合作用对土体动力特性有显著影响。在动应力幅值小于150 kPa时, 温度升高对土体轴向应变影响有限; 动应力幅值大于250 kPa且冻融循环大于3次时, 温度上升导致轴向应变显著增加, 土体破坏速率加快; 冻融循环大于9次时纤维固化轻质土的动变形基本达到稳定状态。冻融循环9次、动应力幅值400 kPa条件下的土体累积轴向应变比冻融循环1次、动应力幅值200 kPa时增加2~3倍, 且温度在-15 ℃时增幅最明显。【结论】研究结果可为纤维固化轻质土在寒冷地区路基填料工程的设计和施工提供科学依据。
【目标】为解决膨胀土用作路基填料时易导致路基膨胀变形和沉陷等工程问题, 以枣潜高速公路某施工路段的膨胀土为研究对象, 选取草木灰和粉煤灰为膨胀土的改性材料。【方法】通过自由膨胀率试验、无荷载膨胀率试验及直接剪切试验, 研究不同改性配比条件下的改性膨胀土膨胀率和抗剪强度的变化规律, 并通过XRD测试和扫描电镜观测, 从细观角度探索改性膨胀土的微观改性机理。【结果】掺入草木灰和粉煤灰将改变膨胀土内部的颗粒成分和结构, 有效降低其膨胀性, 并显著提高其抗剪强度。当采用草木灰和粉煤灰联合改性时, 10%草木灰和14%粉煤灰的改性土的自由膨胀率从48%降低至34%;在100 kPa和300 kPa的竖向压力下的抗剪强度分别提升了46.70%和42.71%;改性土的黏聚力和内摩擦角分别从14.20 kPa和22.57°提升至23.61 kPa和30.20°。经改性后的膨胀土试样出现了C—S—H、C—A—H等新的水化物。改性土的内部由于改良材料和水化物的填入致使孔隙率明显减少, 大孔径几乎消失, 土颗粒之间接触更紧密, 从而提升了膨胀土的强度, 降低了膨胀率。【结论】研究结果将为解决膨胀土路基变形问题提供科学依据, 为实现固废资源在路基改性中的应用提供新的思路, 具有良好的工程应用前景。
【目标】为解决软土路基在高速公路拓宽工程中易产生不均匀沉降的问题, 提出了一种采用悬浮水泥搅拌桩施工对路基沉降控制的方法。【方法】首先, 开展了悬浮水泥搅拌桩的现场试验, 布设表面位移与深层水平位移监测网络, 获取施工期及运营期的路基沉降与侧向位移数据。其次, 基于现场监测数据和软土蠕变模型, 对拓宽路基的沉降变形进行精细化数值模拟, 并通过反演分析验证模型参数。最后, 结合沉降观测资料, 利用三点修正双曲线法预测了路基的长期沉降发展趋势。【结果】水泥搅拌桩桩身强度普遍处于0.1~0.6 MPa, 成桩效果良好, 能够有效增强复合地基的承载能力。悬浮水泥搅拌桩施工对邻近桥头旧路基的沉降影响显著, 施工初期(0~3 d), 邻近桥头旧路基的沉降量呈现近乎线性增长趋势; 施工中期(3~7 d), 沉降增速逐渐放缓; 施工7 d后, 沉降过程趋于稳定。在左侧道路拓宽施工期间, 一般填料段左幅路肩沉降为50.83~56.61 mm(月沉降速率3.99~6.78 mm), 右幅沉降为6.43~9.50 mm, 差异沉降达44.40~47.11 mm; 轻质土段左幅沉降为18.48~24.05 mm(月沉降速率1.44~3.06 mm), 差异沉降为12.95~16.69 mm, 沉降量约为一般填料段的1/3。在不考虑加宽荷载影响的条件下, 旧路基路肩位置在未来20 a内预计仍将产生4.5 cm沉降。考虑加宽荷载后, 未来20 a预计累计沉降为11.4~19.9 cm, 其中轻质土段沉降量较一般填料段减少约1/3。【结论】本研究系统揭示了悬浮水泥搅拌桩复合地基在软土路基拓宽中的变形规律, 提出了轻质土在控制软土路基沉降和横坡变化方面的优越性, 研究结果为深厚软土区高速公路拓宽工程的沉降控制与材料优选提供了定量依据, 后续研究可探索悬浮水泥搅拌桩相关长期性能演化规律。
【目标】道路病害检测是公路智能养护的关键环节, 其性能直接决定公路养护的质量与效率。针对现有方法在动态感受野适应性、特征解耦效能以及层间特征一致性3个维度的协同优化难题, 设计一种基于动态卷积和交叉注意力的道路病害检测算法。【方法】首先, 通过可变形卷积的空间自适应偏移与动态感受野的尺度自适应调整协同机制增强多尺度特征提取能力; 其次, 采用空间-通道交叉注意力降低计算复杂度并增强复杂背景下的目标特征提取能力; 同时, 通过动态跨层特征融合增强通道间语义特征相关性; 最后, 设计下采样ADown模块优化网络拓扑, 进一步降低模型计算复杂度。【结果】模型平均精度均值达到90.7%, 较基线模型提升2.6%, 参数量压缩9.5%, 同时消融试验表明各模块达到最优协同优化效果。【结论】本文算法在提升检测精度的同时有效降低模型复杂度, 为公路智能养护提供高效、轻量化的技术方案。
【目标】为了提升物流园区道路病害的检测能力, 通过在Mamba模型中引入LFGFBlock模块, 将改进后的Mamba模型与YOLOv8检测头相结合, 构建了一种面向物流园区的新型道路病害智能检测模型(RDD-MY)。【方法】采用LFGFBlock模块能够较好地捕捉物流园区道路病害图像跨尺度、长距离依赖的特征, 增强局部与全局信息的交互, 提高模型检测精度, 两模型协同作用兼顾CNN局部特征提取效率和Transformer全局建模能力; 采集并筛选了6 500张有效图像构建了物流园区典型道路病害数据集为模型训练提供数据支持; 通过消融和对比试验, 验证了在Mamba模型中引入LFGFBlock模块的有效性以及RDD-MY模型的综合性能优势。【结果】提出的RDD-MY模型相较于Mamba模型在精确率、召回率、PmA, 50和PmA, 95指标上分别提升了16.9%, 13.3%, 16.8%和17.2%, 与YOLOv5n、YOLOv6n、YOLOv7-tiny、YOLOv8n模型结果数据相比较, 各项指标均具有显著优势。【结论】相较于上述模型, RDD-MY模型表现出更强的检测鲁棒性与泛化能力。研究成果可为物流园区道路病害的智能化巡检与日常养护提供有效的技术支撑, 具备良好的工程应用前景与推广价值。
【目标】为了提高混凝土收缩徐变预测模型的准确性和泛化性, 提出了一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化随机森林(RF)参数的混凝土收缩徐变预测模型SSA-RF。【方法】首先, 对美国西北大学收缩徐变数据库进行筛选、补齐和清洗, 并将选取后的收缩徐变数据拆分为训练集与测试集, 按照9∶1的比例随机划分。然后, 分别利用SSA-RF, RF, LSTM, BP模型进行收缩徐变预测, 并以决定系数、平均绝对误差、均方根误差作为评价指标进行评估, 以此来判断4种模型预测结果的可靠性和准确性。【结果】SSA-RF模型对混凝土收缩徐变预测效果最好, 具有很好的准确性和适用性, 其次是RF模型, 再次是BP模型, LSTM模型的预测效果最差。相比传统的RF模型, 经过麻雀搜索算法寻优后的随机森林算法SSA-RF, 其徐变预测模型的决定系数提高了4.8%, 收缩预测模型决定系数提高了2.6%;徐变预测模型平均绝对误差减少了25.5%, 收缩预测模型平均绝对误差减少了40.8%;徐变预测模型均方根误差减少了23.2%, 收缩预测模型均方根误差减少了40.8%。混凝土徐变试验结果表明, SSA-RF模型预测值与实际值更为接近, 预测结果平均相对误差为6.7%, 取得最优的预测效果。【结论】本研究提出的SSA-RF混凝土收缩徐变预测模型大幅提高了预测精度, 可为实际工程应用提供参考和借鉴。
【目标】针对现有的基于倾角测量的桥梁挠曲变形算法没有充分利用中支点边界条件的问题, 提出了融合倾角和边界位移的四次Hermite插值桥梁挠曲变形算法。【方法】该算法以中支点挠度为零为目标, 确定四次Hermite插值中最优的形状调控参数, 进而提高计算精度。首先, 采用数值分析获取倾角的方法, 对比了该算法与分跨最小二乘法、分段三次样条插值法在集中荷载、温度梯度荷载及自重荷载下挠曲变形的整体和局部精度指标。然后, 通过形状调控参数的区间迭代, 让挠曲变形逼近已知中支点挠度, 使得该算法在3种荷载类型下计算挠曲变形的精度均较高。最后, 采用现场实测倾角的方法, 对比了本研究算法在各跨跨中的计算挠度时程与线性可变差动变压器实测挠度时程。【结果】采用本研究算法计算的挠度和实测挠度有很强的一致性。【结论】该算法在多种类型荷载作用下均有较高的计算精度, 且在实测倾角下具有较高的算法稳定性, 可用于桥梁挠曲变形监测。
【目标】模态参数的自动识别是实现无人为干预的桥梁健康监测系统实时在线监测的必要手段。为了自动分析稳定图并识别模态参数, 提出了一种基于变分贝叶斯的高斯混合模型聚类的模态参数自动识别方法。【方法】首先, 通过基于自适应变分模态分解的桥梁振动信号降噪方法, 对实测信号进行降噪; 再通过基于协方差的随机子空间方法形成稳定图, 使用2个经广泛验证和使用过的模态验证准则来消除其中的伪模态。然后, 提出改进的DBSCAN算法来自动确定最优集群数, 使用基于变分贝叶斯的高斯混合模型进行聚类以实现稳定图的自动识别。最后, 将提出的方法运用在一座大型悬索桥, 验证所提方法的有效性。【结果】通过对某大型悬索桥的实测数据进行分析, 成功识别出了该桥前1 Hz范围内的7阶模态频率, 识别结果与文献值的相对误差均小于3%, 其中最小误差仅为0.01%。【结论】采用所提出的桥梁模态参数自动识别方法不需要任何人为调优的参数或阈值就能自动识别模态参数, 且能很好地识别出密集模态, 可以将其运用于桥梁健康监测实时监测系统。
【目标】为了研究支盘承载对桩身侧阻特性的影响, 本文结合桩周土力学参数, 提出支盘桩竖向承载力的计算方法。【方法】首先, 由于受荷支盘沉降可分别导致盘上桩侧土卸载、盘下桩周土挤压, 以及可导致其相邻各段桩身与桩侧土相对沉降产生变化, 将支盘上下桩身划分为侧摩阻力正常段、减小段、不发挥段和增大段, 分析支盘单元各段桩身侧摩阻力的特性差异。其次, 结合间距较小的支盘间土体会产生共同剪切破坏的特征, 构造多支盘支盘桩承载破坏模式。然后, 根据支盘单元桩身各段受力与变形特点, 分别引入土拱与球孔扩张理论, 建立支盘、桩端的端承力、各分段侧摩阻力的计算方法。将各支盘单元的各项侧阻和端阻叠加, 得到支盘桩极限承载力计算公式。最后, 引入表征土体非线性力学关系的Kondner双曲线模型, 进一步构建按桩身沉降确定支盘桩承载力的计算公式, 并由既有研究的试验数据验证本文计算方法的合理性。【结果】通过分析支盘沉降引发的桩侧土受力变形效应, 确定了桩身分段受力特点, 对支盘桩承载机理的揭示更全面; 对不同分段分别引入适用的理论进行桩-土相互作用定量计算, 可建立基于桩周土力学参数来计算支盘桩承载力的方法。【结论】相比现有研究还需依靠试验和经验来确定支盘桩端阻力和侧阻力的方式, 本文方法理论依据更强。研究结果可为支盘桩承载力计算、支盘桩试桩试验数据整理提供理论指导。
【目标】针对强震作用下RC高墩易发生破坏的问题, 旨在建立一种快速准确的抗震极限状态预测模型, 并深入揭示结构设计参数对极限状态的影响规律。【方法】采用决策树、人工神经网络、随机森林和支持向量机等多种机器学习方法, 构建了以墩高、横截面积、混凝土材料参数及钢筋材料参数为输入指标的RC高墩抗震极限状态非线性预测模型。在此基础上, 引入SHAP分析与部分依赖分析对最优模型进行特征重要性评估, 探究各设计参数对预测结果的贡献度及影响趋势。【结果】在多种机器学习预测模型中, 人工神经网络模型对钢筋混凝土高墩极限偏移率的预测最为准确, 其决定系数为1.0, 均方根误差仅为0.012, 能够较准确地捕捉并反映桥墩在地震作用下的抗震能力和行为。桥墩高度和横截面积对高墩极限偏移率的预测结果具有较大影响, 且设计参数的重要性程度与其对极限偏移率预测结果值域范围的影响程度呈正比, 墩高与桥墩极限偏移率之间存在显著正相关性。【结论】研究结果可为钢筋混凝土高墩桥梁快速抗震设计和安全评估提供参考, 也为桥梁结构极限状态预测提供依据。
【目标】为提升装配式肋梁桥湿接缝抗冲切性能, 围绕榫卯型接缝构造形式开展研究。【方法】首先, 基于榫卯型接缝试件、倾斜接缝试件、V形接缝试件和传统直接缝试件, 进行静力加载试验, 探究不同接缝形式对装配式肋梁桥的抗冲切性能的影响。然后, 设计了试件的钢筋布置方式及4种不同接缝的构造尺寸, 为贴合实际工程, 试件分2次浇注成型, 接缝处进行凿毛处理。最后, 推导了偏安全的抗冲切承载力计算公式。【结果】所有接缝试件均呈现出接缝混凝土整体呈锥台状块体沿竖向脱落的趋势, 最终破坏模式呈现出以接缝为主的椎体整体失效的冲切破坏模式; 钢筋屈服之后, 由于倾斜接缝、V形接缝、直接缝试件拱桁架模型受力不合理, 榫卯型接缝形式的抗冲切性能明显优于其他接缝形式; 在所有试件的开裂荷载和屈服荷载一致的情况下, 榫卯型接缝试件极限抗冲切承载力相比传统直接缝提高了10.5%。【结论】榫卯型湿接缝构造形式可以有效地提高装配式肋梁桥湿接缝的抗冲切性能。研究结果可对装配式肋梁桥湿接缝受力性能的提升提供有益的参考。
【目标】为揭示寒区隧道及内嵌管沟在运营期内温度场的演化规律, 研究通风条件对温度分布的影响机制。【方法】以本集高速公路的大路二号隧道为工程依托, 通过对现场隧道围岩内温度场进行监测, 运用数值计算方法构建了寒区隧道温度场计算模型, 研究了不同隧道入口风速及风温联合作用下内嵌管沟纵向和径向温度场的分布特征。【结果】隧道边墙及仰拱处围岩内温度场大致呈正弦函数的变化特征。随着进洞深度的增加, 围岩内的年温度振幅越低, 年平均温度则越高; 在春冬季节, 围岩内各测点温度均呈先减小后增加的"V"形变化趋势, 且随着径向距离的增加, 各测点的温度值均呈增长趋势; 在夏秋季节, 围岩内各测点温度呈先增加后减小的变化趋势, 随着径向距离的增加, 测点温度值呈下降趋势, 且径向距离越大, 温度下降幅度越平缓。随着入口风速的提高, 管沟内温度呈逐渐下降的演化趋势, 且越靠近管沟中部, 温度变化速率越快, 越靠近底端, 温度变化速率越慢。入口风速和风温越大, 则管沟与隧道内空气的对流换热效果越显著, 使得管沟顶部温度场的变化受风速和风温的影响较大。【结论】研究结果可为寒区隧道及其内嵌管沟结构的防寒保温设计与运行安全评估提供理论依据, 同时, 所建立的温度场计算模型及分析方法可为类似寒区隧道及内嵌管沟温度调控与通风优化提供参考依据。
【目标】为解决隧道工程中喷射混凝土回弹率过大的问题, 研究纳米CSH凝胶对喷射混凝土性能的影响。【方法】以同庆2号隧道工程为依托, 通过室内试验探索不同掺量(0%~4%)的纳米CSH凝胶对水泥净浆凝结时间、抗压强度和回弹率的影响规律, 并利用扫描电镜分析纳米CSH凝胶材料对喷射混凝土性能提升的机理, 进行工程现场试验验证。【结果】纳米CSH凝胶能够显著改善喷射混凝土促凝效果、力学性能和回弹率, 且随着纳米CSH凝胶的增加, 水泥净浆初凝时间和终凝时间均呈现不断降低的趋势, 混凝土1 d和28 d抗压强度均呈现不断增大的趋势, 而回弹率呈现先降低后增大的趋势。与基准组相比, 当纳米CSH凝胶掺量为2%时, 其初凝和终凝时间分别缩短了31.8%和39.4%;1 d和28 d抗压强度分别提高了19.7%和4.4%。回弹率降低了35.6%。工程现场试验结果表明: 与基准组相比, 当纳米CSH凝胶掺量为2%时, 其1 d和28 d抗压强度分别提高了16.4%和5.6%, 拱顶和拱腰回弹率分别降低了37.0%和29.6%。【结论】由于纳米CSH凝胶具有的晶核效应和填充效应, 能够加快喷射混凝土水化速度以及增加水化产物数量, 且可以密实混凝土内部结构等, 从而提升喷射混凝土的力学性能和降低喷射混凝土回弹率。
【目标】黄土高原油田区普遍应用注水采油技术, 一旦注水井渗漏将影响区域内隧道工程的安全, 为此, 本文探究了注水井渗漏后对黄土地层中的水分运移规律及对隧道的影响。【方法】依托实际工程案例, 采用实地调研与COMSOL数值模拟软件相结合, 对注水井渗漏进行分析模拟。【结果】隧道远井侧拱肩处围岩饱和范围是原始地层的0.43倍, 近井侧拱肩处围岩饱和范围是远井侧的12.5倍; 随着注水渗漏时间的增加, 隧道围岩会以拱脚、拱底、拱腰、近井侧拱肩、远井侧拱肩及拱顶的顺序达到饱和, 隧道近井侧围岩含水量增长更快, 且围岩水分向上部土体运移的趋势较水平方向更显著; 相比于原始地层, 隧道近井侧围岩孔隙水压增长1.26~1.31倍, 远井侧围岩孔隙水压减小0.58~0.91倍, 渗水过程中拱部围岩孔隙水压存在快速增长期。随着渗水时间的增加, 衬砌支护应力出现近"三角"形应力弱化区, 近井侧拱肩、拱顶及拱底处支护应力增长200.63~294.31 kPa。【结论】注水渗漏造成隧道近井侧围岩劣化速度更快, 水分向上运移趋势更突出。随着渗水时长增加, 隧道周边地层应力重分布, 衬砌出现应力弱化区且近井侧支护应力大幅升高。研究结果可为黄土油田区隧道施工与运营提供参考。
