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基于宏-微观测试方法的铁尾矿-沥青界面黏附研究

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金属矿山 2024年第6期 261-266页

作者：崔亚宁司春棣李松郭彬崔巧萱石家庄铁道大学交通运输学院河北石家庄050043 河北省交通安全与控制重点实验室河北石家庄050043 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043

铁尾矿作为一种新材料加入沥青会产生新的界面,其与沥青的界面黏附性直接影响沥青混合料的路用性能。为揭示铁尾矿-沥青界面黏附的作用机理,通过X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对铁尾矿砂的化学组成和微观形貌进行分析... 详细信息

铁尾矿作为一种新材料加入沥青会产生新的界面,其与沥青的界面黏附性直接影响沥青混合料的路用性能。为揭示铁尾矿-沥青界面黏附的作用机理,通过X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对铁尾矿砂的化学组成和微观形貌进行分析,运用改进的煮沸试验对沥青在铁尾矿表面的黏附率进行定量分析,并利用分子动力学模拟计算铁尾矿-沥青界面的黏附能,最后基于灰色关联法分析微观测试结果与宏观黏附率的关联度。结果表明:铁尾矿砂、石灰岩和玄武岩的主要化学成分、矿物组成差异较大,铁尾矿砂金属氧化物含量较高,表面存在金属光泽,棱角丰富,铁尾矿与沥青的界面黏附能及沥青在铁尾矿表面的黏附率介于石灰岩和玄武岩之间,微观测试结果与宏观黏附率的关联度排序(从大到小)为表观形貌、CaO+MgO含量、钠长石含量、界面黏附能,可见此铁尾矿与沥青黏附性较好,满足工程要求。研究结果可为铁尾矿在沥青面层的应用奠定基础。

关键词：铁尾矿砂沥青黏附性微观实验煮沸实验灰色关联分析

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紫外老化对硫酸钙晶须改性沥青疲劳性能影响

材料导报 2024年

作者：凡涛涛韩松凯司春棣石家庄铁道大学交通运输学院河北省交通安全与控制重点实验室石家庄铁道大学土木工程学院

沥青受到紫外环境影响容易发生老化，导致沥青路面抗疲劳性能下降，影响其服役寿命。为探究硫酸钙晶须(CSW)改性沥青在紫外老化条件下的抗疲劳性能及改性机理，对基质沥青和三种不同CSW掺量(5%、10%、15%)的改性沥青进行紫外老化模拟试... 详细信息

沥青受到紫外环境影响容易发生老化，导致沥青路面抗疲劳性能下降，影响其服役寿命。为探究硫酸钙晶须(CSW)改性沥青在紫外老化条件下的抗疲劳性能及改性机理，对基质沥青和三种不同CSW掺量(5%、10%、15%)的改性沥青进行紫外老化模拟试验。采用线性振幅扫描试验测试各沥青试样的剪切应力、剪切应变等疲劳参数，基于黏弹连续介质损伤模型(VECD)计算紫外老化沥青的疲劳寿命。通过FTIR和SEM测定紫外老化后沥青的化学成分和相态结构变化。结果表明：紫外老化导致沥青黏弹性组分比例下降，掺入5%CSW能提高沥青紫外条件下抗疲劳性能，增加其疲劳寿命；相同紫外老化条件，CSW掺量越多，沥青疲劳寿命越低，最佳CSW掺量范围在5%～10%之间；CSW和沥青通过物理吸附作用，形成网络骨架结构，改善沥青抗紫外老化性能。

关键词： CSW改性沥青紫外老化疲劳性能损伤模型微观机理

工程项目牵引的土木学科卓越人才实践能力培养模式

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科教导刊（电子版） 2024年第19期 32-34页

作者：王天亮王扬司春棣宋宏芳石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄 050043 石家庄铁道大学交通运输学院河北石家庄 050043

土木卓越人才实习实践过程中,通过校企合作"双导师"制度、柔性实践教学团队、学生分组团队合作的方式,将铁路工程项目建设的各个阶段与实习实践教学的各个环节有机结合,实现以企业导师为总工、专业带头人为副总工、校内教师为专项负责... 详细信息

土木卓越人才实习实践过程中,通过校企合作"双导师"制度、柔性实践教学团队、学生分组团队合作的方式,将铁路工程项目建设的各个阶段与实习实践教学的各个环节有机结合,实现以企业导师为总工、专业带头人为副总工、校内教师为专项负责人的实践教学团队,与学生分组中的专业负责人或项目负责人合作,形成虚拟的铁路工程项目建设机构,最终将铁路工程项目全过程融入土木卓越人才实践能力培养的全过程.该模式不仅能够培养学生的团队合作能力和动手能力,还能充分发挥学生的主观能动性,增强理论联系实际的能力.

关键词：土木工程卓越工程师实践能力铁路工程培养模式

来源：博看期刊评论

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地震作用下半填路堤的伤损评价研究

石家庄铁道大学学报（自然科学版） 2024年第2期37卷 99-105页

作者：尹腾谦司春棣凡涛涛张勇李奇轩石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学交通运输学院河北石家庄050043 河北省交通安全与控制重点实验室河北石家庄050043 河北省高速公路京雄筹建处河北保定071799

针对当前半填路堤动力响应问题研究成本高、参数调整不灵活、影响因素单一等问题,基于数值模拟,以四川某路段发生震害的半填路堤为例,分析不同等级地震荷载(6级、7级、8级、9级)作用下半填路堤的设施损伤。采用人工拟合地震波,引入黏弹... 详细信息

针对当前半填路堤动力响应问题研究成本高、参数调整不灵活、影响因素单一等问题,基于数值模拟,以四川某路段发生震害的半填路堤为例,分析不同等级地震荷载(6级、7级、8级、9级)作用下半填路堤的设施损伤。采用人工拟合地震波,引入黏弹性边界,分析半填路堤在不同条件下的位移变形、边坡稳定性和路堤承载力。通过强度折减法与极限平衡法评估边坡稳定性,运用Terzaghi公式计算路堤承载力。结果表明,不同工况下,强度折减法对比极限平衡法得到的安全系数误差均在4%以内,说明强度折减法可以较好地评估边坡稳定性;随着地震等级的提高,半填路堤的位移增量逐渐增大,边坡稳定性逐渐降低,路堤承载力逐渐降低;半填路堤在8级、9级地震荷载作用下处于失稳状态;在8级地震荷载作用下,半填路堤位移增量增长约20倍,安全系数下降52.8%,路堤承载力下降57.0%,同比变化幅度均最明显,表明8级地震荷载对半填路堤的破坏性更显著。

关键词：半填路堤地震位移变形边坡稳定性路堤承载力

高速公路胶粉沥青混合料疲劳损伤细观力学分析及试验研究

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中外公路 2024年第3期44卷 53-62页

作者：李南鹏王国清王志斌张霞司春棣石家庄铁道大学交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 河北雄安京德高速公路有限公司河北雄安071000 石家庄铁路职业技术学院轨道交通系河北石家庄050062

为探究重载车辆作用下高速公路胶粉沥青混合料(ARHM-20)面层的疲劳损伤机理及细观力学行为,该文基于离散元方法,构建混合料的三维细观结构模型,研究从集料运动到形成宏观永久变形的损伤机理。采用Burger’s本构模型表征沥青砂浆的黏弹属... 详细信息

为探究重载车辆作用下高速公路胶粉沥青混合料(ARHM-20)面层的疲劳损伤机理及细观力学行为,该文基于离散元方法,构建混合料的三维细观结构模型,研究从集料运动到形成宏观永久变形的损伤机理。采用Burger’s本构模型表征沥青砂浆的黏弹属性,通过沥青蠕变试验获取不同温度下Burger’s模型的宏观力学参数,基于宏观与细观的转换公式得到细观建模参数;利用Solidworks软件制作不规则粗集料,使得模型更接近实际工况。该文采用分布加载方式,先让轮胎在地面滚动并提取与地面的接触力,随后将接触力施加在模型上。依据实际公路工程级配,制备车辙试验试件并进行室内车辙试验,验证三维细观结构模型的有效性和正确性。研究结果表明:离散元方法可用于研究沥青混合料的细观运动力学行为,车辙演化宏观行为主要是由沥青混合料内部粗集料的细观受力分布及运动演化产生,与未添加胶粉的沥青混合料相比,ARHM-20沥青混合料具有更好的高温抗疲劳能力。

关键词：胶粉沥青混合料离散元方法细观力学行为损伤演化机理

基于不同行驶状态下桥面沥青铺装层间力学行为研究

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公路工程 2024年第4期49卷 42-50页

作者：司春棣曹航凡涛涛许忠印谷建玲郜鑫振石家庄铁道大学交通运输学院河北石家庄050043 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 河北省交通安全与控制省级重点实验室河北石家庄050043 河北雄安京德高速公路有限公司河北保定071799 河北高速公路集团有限公司河北石家庄050081 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

为探究车辆行驶状态(匀速、制动和加速)和层间接触差异对连续箱梁桥沥青铺装结构力学行为的影响规律,分别以接触模型和连续模型表征层间联结特性建立桥面沥青铺装结构仿真模型,以车辆行驶状态下桥面沥青铺装结构力学响应差异进行层间联... 详细信息

为探究车辆行驶状态(匀速、制动和加速)和层间接触差异对连续箱梁桥沥青铺装结构力学行为的影响规律,分别以接触模型和连续模型表征层间联结特性建立桥面沥青铺装结构仿真模型,以车辆行驶状态下桥面沥青铺装结构力学响应差异进行层间联结模型比选;对比分析车辆行驶状态和层间摩擦系数μ(0.0、0.2、0.4、0.6、0.8)对桥面沥青铺装结构的力学响应影响规律。结果表明,层间联结采用接触模型时所得结构层各响应指标值均大于连续模型,接触模型能更好地反映桥面沥青铺装结构层间真实联结状态。相同层间摩擦系数下,车辆制动和加速行驶状态下的结构层各动态响应指标均大于匀速状态,其中纵向剪应力增涨幅度最明显,为匀速行驶状态下的2倍左右;随着层间摩擦系数的增加,铺装结构黏结层的S 11、S 22、S 33、S 12减小,纵向剪应力S 23增加。车辆在加速或制动过程中会对桥面沥青铺装结构层间黏结产生较大的损伤,因此在桥梁限速区间采取措施适当地提高层间黏结力,有利于减缓沥青铺装层层间滑移破坏。

关键词：道路工程桥面铺装层车辆行驶状态层间摩擦系数力学响应

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中国路面工程学术研究综述·2024

中国公路学报 2024年第3期37卷 1-81页

作者：《中国公路学报》编辑部董侨杜豫川郭猛黄优贾彦顺蒋玮金娇李峰刘成龙刘鹏飞刘状壮罗雪吕松涛马涛沙爱民单丽岩司春棣王朝辉王大为肖月徐慧宁杨旭张久鹏张园朱兴一不详东南大学同济大学北京航空航天大学北京工业大学长沙理工大学石家庄铁道大学长安大学亚琛工业大学浙江大学哈尔滨工业大学华南理工大学

近年来,中国公路建设成果斐然,路网规模快速增长、关键技术不断突破。为进一步提升中国路面工程学科水平及国际影响力,推动路面工程可持续、高质量发展,从公路韧性评估与恢复、长寿命路面结构与材料、公路交通能源自洽、低环境影响公路... 详细信息

近年来,中国公路建设成果斐然,路网规模快速增长、关键技术不断突破。为进一步提升中国路面工程学科水平及国际影响力,推动路面工程可持续、高质量发展,从公路韧性评估与恢复、长寿命路面结构与材料、公路交通能源自洽、低环境影响公路技术、路面材料基因与高通量、公路数字化及智能化、公路智能检测与高性能养护等七大研究方向,系统梳理了近年来国内外路面工程的发展现状、前沿热点问题与未来发展趋势。具体围绕公路绿色化、韧性化、智能化、长寿命与交能结合等领域,遴选了20个热点研究方向,涵盖公路致灾因素及失效机理、公路韧性评估与恢复、公路韧性提升关键技术、公路长寿命路面结构足尺试验、公路结构与功能寿命增强技术、公路清洁能源采集技术、公路能源自洽设计、公路路域环境影响测试与评估方法、低环境影响路面新材料、沥青路面温拌再生技术、路面材料基因研究、路面材料跨尺度计算、路面材料基因与高通量研究、公路数字化建模技术、公路数字孪生仿真技术、公路运维数据驱动技术、公路探地雷达检测技术、路面性能轻量化检测、公路沥青路面抗滑性能检测及恢复技术、公路高性能预防养护技术等主要内容。该综述可为中国路面工程学科发展提供指引和参考,为路面工程领域研究人员与技术人员提供参考和借鉴。

关键词：综述公路韧性评估与恢复长寿命路面结构与材料公路交通能源自洽低环境影响公路技术路面材料基因与高通量公路数字化及智能化公路智能检测与高性能养护

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土石坝渗流安全监测的遗传支持向量机方法

水利学报 2007年第11期38卷 1341-1346页

作者：司春棣练继建郑杨天津大学建筑工程学院天津300072

为了有效地根据土石坝地原型观测资料来分析坝体和坝基中存在的渗流问题,本文在对建模因子进行分析的基础上,充分利用支持向量机的结构风险最小化原则和遗传算法快速全局优化的特点,通过支持向量机模型对非线性监测数据进行拟合,并利用... 详细信息

为了有效地根据土石坝地原型观测资料来分析坝体和坝基中存在的渗流问题,本文在对建模因子进行分析的基础上,充分利用支持向量机的结构风险最小化原则和遗传算法快速全局优化的特点,通过支持向量机模型对非线性监测数据进行拟合,并利用遗传算法优化支持向量机的模型参数,建立了基于GA-SVM的土石坝渗流监测模型。实例分析表明,该模型与传统的多元线性回归模型和神经网络模型相比,具有预测精度高、泛化能力强等优点,对土石坝安全监控具有实用价值。

关键词：土石坝渗流安全监测支持向量机遗传算法

复杂移动轮胎力作用下沥青路面黏弹性力学行为模拟研究

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振动与冲击 2017年第15期36卷 181-186页

作者：王扬王丽娟路永婕司春棣石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 河北省交通安全与控制重点实验室石家庄050043

对复杂移动轮胎力作用下的沥青路面黏弹性有限元建模进行了分析与探讨,在此基础上对路面的黏弹性力学行为进行了仿真,并分析了轮组形式和轴组形式对路面响应的影响。研究表明,在移动轮胎力作用下的路面有限元模型中,沥青混合料的蠕变法... 详细信息

对复杂移动轮胎力作用下的沥青路面黏弹性有限元建模进行了分析与探讨,在此基础上对路面的黏弹性力学行为进行了仿真,并分析了轮组形式和轴组形式对路面响应的影响。研究表明,在移动轮胎力作用下的路面有限元模型中,沥青混合料的蠕变法则宜采用应变硬化率关系式;在轮胎力反复作用下,路面内部的应力分布趋于均匀,中面层承受较大的Tresca应力;在轮胎工作状态相同的条件下,单轮组对路面永久变形的贡献与双轮组同等重要,双轴组对路面的破坏效应比单轴组更加显著。

关键词：沥青路面黏弹性力学行为复杂移动轮胎力有限元分析