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基于ML-不确定性理论的路基全断面压实度评估方法

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：郝哲睿陈晓斌肖宪普闫宏业李泰灃尧俊凯谢康中南大学土木工程学院石家庄铁道大学土木工程学院中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所

为实现高速铁路路基压实质量快速可靠的评价，基于不确定性理论提出路基全断面压实度的评估方法。首先，建立预测最大干密度ρdmax的PSO-BPNN-AdaBoost（PBA）模型，通过填料的料源参数(dmax、b、m、EI、LAA、Wac和Waf)快速准确地获得ρ... 详细信息

为实现高速铁路路基压实质量快速可靠的评价，基于不确定性理论提出路基全断面压实度的评估方法。首先，建立预测最大干密度ρdmax的PSO-BPNN-AdaBoost（PBA）模型，通过填料的料源参数(dmax、b、m、EI、LAA、Wac和Waf)快速准确地获得ρdmax；其次，引入Bootstrap算法修正PBA模型，通过区间形式量化ρdmax预测过程中误差引起的不确定性；最后，开展现场试坑试验，获取现场填料的实测干密度ρd和料源参数，并基于克里金插值（Kriging）算法获得路基试验段全断面的ρd和料源参数分布，进一步通过计算得到路基全断面压实度区间评估结果。结合现场试验，将全断面压实度区间评估方法应用于西南地区某站场路基施工最优摊铺厚度的确定，克服传统填料填筑碾压质量评价中仅依赖随机点干密度测试结果作为评价标准的局限性。结果表明，ρdmax预测中的不确定性包括认知不确定性和随机不确定性，计算认知误差和随机误差的方差可以获得预测总误差的方差，从而实现ρdmax预测过程中不确定性的量化；选取置信度95%对应的参数构建填料ρdmax预测区间，此时预测区间覆盖率（Prediction Interval Coverage Probability,Pi）、平均预测区间宽度（Mean Prediction Interval Width, Mp）和覆盖宽度综合指标（Coverage Width-based Criterion,Cw）分别为100%、0.4690g·cm-3和0.4690g·cm-3，且预测区间可较好地覆盖填料ρdmax实测曲线；在现场碾压过程中，选取摊铺厚度为40～50cm，可使路基结构压实质量达到较好的状态。研究成果提高了基于机器学习评估路基压实度结果的可靠性，并对高铁路基的压实施工提供理论指导。

关键词：高速铁路路基级配碎石振动压实机器学习不确定性理论质量控制

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基于生态位理论大型建筑企业走出去战略选择

铁道科学与工程学报 2024年第7期21卷 2907-2916页

作者：张文锦张飞涟中南大学土木工程学院湖南长沙410075

随着国家政策推动以及建筑行业积极实践,大型建筑企业走出去战略取得了丰硕成果。但近年来世界经济增速下降,中国对外承包工程主要市场区域经济低迷,中国国际工程企业面临多方竞争,当地政府开始注重区域和系统性的整体开发等,在新国际... 详细信息

随着国家政策推动以及建筑行业积极实践,大型建筑企业走出去战略取得了丰硕成果。但近年来世界经济增速下降,中国对外承包工程主要市场区域经济低迷,中国国际工程企业面临多方竞争,当地政府开始注重区域和系统性的整体开发等,在新国际背景下,研究我国大型建筑企业走出去战略方案选择,对我国大型建筑企业走出去发展以及国际竞争力提升具有重大意义。基于生态位理论构建包含生态位宽度、重叠度、强度3个维度11个指标的企业生态位指标体系,筛选美国《工程新闻纪录(ENR)》发布的“全球最大250家国际承包商”榜单企业作为样本企业计算其企业生态位,并运用K-means方法进行企业生态位聚类,建立企业生态位与走出去战略类型对应关系,研究结果显示在生态位宽度(x):0.3~0.6、生态位重叠度(y):0.6~1.0、生态位强度(z):0.4~0.7范围内的企业应选择横向多元化战略;在生态位宽度(x):0.2~0.6、生态位重叠度(y):0.7~1.0、生态位强度(z):0~0.4范围内的企业应选择纵向一体化战略;在生态位宽度(x):0.6~1.0、生态位重叠度(y):0.6~0.8、生态位强度(z):0~0.5范围内的企业应选择商业生态系统战略。研究成果揭示了企业生态位与走出去战略类型对应关系,为我国建筑企业走出去战略选择提供理论参考,有助于推动我国建筑企业走出去高质量发展。

关键词： K-means 生态位理论国际工程承包商战略选择竞争力

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铁路工程制度、管理与技术协同创新机理研究

铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 791-801页

作者：程保全黄健陵李志伟彭春艳蔡超勋陈辉华中南大学土木工程学院湖南长沙410075 香港城市大学建筑与土木工程系中国香港999077 中国铁道科学研究院集团有限公司北京100081

为探索铁路工程制度、管理与技术协同创新的影响因素,验证关键影响因素对创新绩效的作用机制,通过文献综述和专家访谈法,从制度、管理与技术3个维度识别铁路工程协同创新的影响因素,通过主成分分析法进行探索性因子分析,验证关键影响因... 详细信息

为探索铁路工程制度、管理与技术协同创新的影响因素,验证关键影响因素对创新绩效的作用机制,通过文献综述和专家访谈法,从制度、管理与技术3个维度识别铁路工程协同创新的影响因素,通过主成分分析法进行探索性因子分析,验证关键影响因素的合理性。在此基础上,构建关键影响因素之间及关键影响因素对创新绩效的作用关系模型。采用结构方程模型对关键影响因素之间的相互作用关系及对创新绩效的作用路径进行模拟计算与结果分析。根据影响因素的作用原理与作用过程,提出铁路工程创新绩效提升途径。研究发现影响铁路工程协同创新的关键因素包括:工程法律制度、创新政策、关系型管理、契约型管理、工程技术需求和创新资源投入,这些关键因素相互作用,且每一个关键影响因素都对铁路工程项目的创新绩效有着显著的直接影响关系。为了进一步提升铁路工程项目的创新绩效,有必要发挥铁路工程协同创新制度保障作用,加大铁路工程协同创新管控力度,并构建铁路工程协同创新技术网络。研究成果可为铁路工程创新理论和方法的研究提供参考,并为实践提供借鉴。研究结果有助于制定针对性的创新策略、合理政策,并为铁路工程建设提供有效的创新绩效提升途径。

关键词：铁路工程协同创新影响机理结构方程模型

三线并行小净距隧道施工诱发邻近桩基变形响应研究

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铁道建筑 2024年第5期64卷 129-133页

作者：陈子娟张文旭高天涯尹子熙汪优九江学院建筑工程与规划学院江西九江332005 中南大学土木工程学院长沙410075

依托南通轨道交通1号线孩环区间(孩儿巷站—环城东路站)三线并行小净距盾构隧道工程,采用离散元法(Discrete Element Method,DEM)—有限差分法(Finite Difference Method,FDM)耦合的数值仿真,分析桩基础长度、桩隧距对桩基础变形的影响... 详细信息

依托南通轨道交通1号线孩环区间(孩儿巷站—环城东路站)三线并行小净距盾构隧道工程,采用离散元法(Discrete Element Method,DEM)—有限差分法(Finite Difference Method,FDM)耦合的数值仿真,分析桩基础长度、桩隧距对桩基础变形的影响。结果表明:三线小净距隧道施工会引起邻近桩基沉降;桩底和隧道顶部位于同一深度时,桩基水平位移最大值出现在桩底,桩基变形以倾斜为主;桩底与隧道底部位于同一深度和桩底位于隧道底部以下时桩基水平位移最大值出现在隧道轴线位置,桩基变形以弯曲为主,但桩底位于隧道底部以下时桩基对隧道施工表现出更强的敏感性;三种长度的桩基最大拉应力所在截面靠近隧道一侧和远离隧道一侧拉压应力状态均完全相反;桩长一定时,随桩隧距增大,桩基的沉降、最大水平位移、最大轴向拉应力均减小。

关键词：隧道施工变形响应数值模拟小净距桩长桩隧距

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基于PSO-ML-AdaBoost模型的级配碎石最优压实参数智能预测研究

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：陈晓斌郝哲睿谢康闫宏业李泰灃尧俊凯邓志兴中南大学土木工程学院中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所

为实现高铁路基级配碎石填料最优压实参数快速准确的确定，对填料的最优压实参数及其智能预测展开研究。首先，基于共振作用下振动压实参数确定方法，综合压实物理和力学指标得到级配碎石填料最优压实状态下的最优频率fop和最优含水率wo... 详细信息

为实现高铁路基级配碎石填料最优压实参数快速准确的确定，对填料的最优压实参数及其智能预测展开研究。首先，基于共振作用下振动压实参数确定方法，综合压实物理和力学指标得到级配碎石填料最优压实状态下的最优频率fop和最优含水率wop。其次，通过填料性能试验建立级配碎石填料特征与fop和wop的关系，并采用灰色关联度分析算法明确影响fop和wop的主控特征。最后，将主控特征作为输入特征建立预测fop和wop的3种典型机器学习(Machine Learning,ML)模型，并融合AdaBoost算法解决基础ML算法的不足，建立PSO-ML-AdaBoost模型。结合三层次预测模型评价体系确定最优预测模型，并基于消融分析进一步验证最优预测模型的可靠性。结果表明：取wop为临界含水率，fop为填料的固有频率，可获得级配碎石填料压实状态最优的试样；揭示影响fop和wop的主控特征为最大粒径dmax，级配参数b、m，粗骨料细长比EI，洛杉矶磨耗LAA，吸水率Wac、Waf；综合三层次评价结果，得到PSO-BPNN-AdaBoost模型的综合评价指标Cei(fop/wop)值为12.2645/1.8382，低于其他ML融合算法，为最优预测模型；结合消融分析结果发现，PSO-BPNN-AdaBoost模型的输入参数对于fop和wop预测结果的影响程度与灰色关联度分析算法所得结果一致，进一步说明了最优预测模型预测结果的可靠性。研究成果可为路基填料最优压实参数的确定提供新思路，并对高铁路基的压实质量智能评估提供理论指导。

关键词：高铁级配碎石振动压实主控特征机器学习消融分析

降雨对江底凹形纵坡隧道排水池区段的影响及排水报警方法

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：袁立刚冷伍明姜涌朱铁环安永林岳健中南大学土木工程学院中国建筑一局(集团)有限公司湖南科技大学土木工程学院

内陆地区的城市越江道路隧道如果采用凹形大纵坡，又未在两洞之间设置联络通道时，排走洞内积水依赖于设在凹形纵坡最低处衬砌环内的行车道板之下的排水池。为了探明降雨对江底隧道排水池区段结构的影响规律以及预防事故的发生，首先，... 详细信息

内陆地区的城市越江道路隧道如果采用凹形大纵坡，又未在两洞之间设置联络通道时，排走洞内积水依赖于设在凹形纵坡最低处衬砌环内的行车道板之下的排水池。为了探明降雨对江底隧道排水池区段结构的影响规律以及预防事故的发生，首先，针对所研究隧道进行了5年的现场调查研究，获得了降雨影响下的隧道上方江水位的变化特性。然后，基于现场调查研究成果建立了三维数值模型，通过数值模拟，研究了降雨对江底凹形纵坡隧道排水池区段的衬砌结构与内置排水池结构的受力性状的影响。最后，在现场调查与数值模拟的基础上，通过编制程序与模型试验研究了相应的排水报警方法。研究结果表明：降雨导致江水位上涨使排水池池壁沿纵向的轴力增大，主要是因为凹形纵坡最低处的排水池池壁受到了两边斜坡段结构的偏心夹持；如果降雨导致衬砌结构漏水，会牵连影响到内置的排水池结构，使排水池池壁局部的内力明显增大；如果降雨导致排水池充满水，虽然会使衬砌环的最大压应力有所减小，但会使排水池池壁顶部的弯矩明显增大；在排水池内安装水位自动传感器，当排水池内的水位达到低水位报警水位、高水位报警水位、关闭隧道报警水位时都能够自动报警，编制了相应的PLC（可编程逻辑控制器）程序以实现上述功能；并通过排水报警模型试验，验证了所编制的PLC程序是有效的。研究成果可为隧道的健康服役及其雨灾智能防控利用和参考。

关键词：降雨江底隧道凹形纵坡排水池区段力学影响排水报警方法

基于粗颗粒动态演化过程的高铁填料振动压实机理研究

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岩土工程学报 2024年第4期46卷 803-813页

作者：谢康陈晓斌尧俊凯李泰灃王业顺邓志兴吕鑫龙中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081

为了揭示高铁粗粒土填料振动压实机理,以典型的高铁基床表层级配碎石填料为研究对象,首先基于自行研制的大型振动压实仪,建立连续干密度ρ_(rd)、动刚度Krb以及修正地基系数K20的压实质量评估体系;然后利用X-CT对压实过程中的级配碎石... 详细信息

为了揭示高铁粗粒土填料振动压实机理,以典型的高铁基床表层级配碎石填料为研究对象,首先基于自行研制的大型振动压实仪,建立连续干密度ρ_(rd)、动刚度Krb以及修正地基系数K20的压实质量评估体系;然后利用X-CT对压实过程中的级配碎石进行扫描,从粗颗粒动态演化角度揭示级配碎石的压实机制。研究结果表明:整个压实过程中,不同土体类型的级配碎石ρ_(rd)均呈现出急速上升-缓慢上升的趋势,而Krb和K20却呈现出急速上升-缓慢下降的趋势。进一步,提出压实嵌锁点Tlp以量化出级配碎石的压实性能拐点特征。振动压实过程中当60%的粗颗粒长轴趋于水平排布时(处于Tlp状态),即呈现出振动压实稳定态;而后进一步压实,易导致粗颗粒发生以表面研磨为主的破碎现象,破坏骨架稳定性,降低压实性能。最终通过离散元模拟验证该机制的正确性。研究成果可从细观层面揭示振动压实机理,为高铁智能碾压质量评估提供新的方法。

关键词：高铁路基级配碎石压实机理 X-CT 动态演化量化表征

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高速铁路轨道运维拨道技术研究

铁道科学与工程学报 2024年第7期21卷 2557-2568页

作者：徐凌雁袁伟谢剑谢浩然臧传臻岳彤天津大学建筑工程学院天津300350 中国铁路设计集团有限公司线站院天津300308 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为探讨优化高速铁路拨道换板合理作业参数以进一步提升轨道板更换效率,以既有运营线拨道换板整修为研究对象,结合线上无砟轨道换板作业实际测试,建立了考虑钢轨、扣件、轨道关键部件的线路拨道有限元模型,研究了垫轨、拨轨状态下工装布... 详细信息

为探讨优化高速铁路拨道换板合理作业参数以进一步提升轨道板更换效率,以既有运营线拨道换板整修为研究对象,结合线上无砟轨道换板作业实际测试,建立了考虑钢轨、扣件、轨道关键部件的线路拨道有限元模型,研究了垫轨、拨轨状态下工装布置间距、扣件松开长度、温差等对拨道作业的影响,为更换不同类型、不同块数伤损轨道板提供数据支持与指导。研究结果表明:进行钢轨横向拨道作业前,需首先分析各垫轨、拨道工装以及轨距拉杆的相对布置间距,确定合理的工装布置方式。拨道作业时,扣件最大上拔力位于未松开的第1组扣件处,上拔力受工装抬轨高度及松开扣件长度的共同影响,与温度不相关,当扣件压力限值取18 kN时,在750 mm的钢轨横向拨道量条件下,线路总长度至少达到80 m即可保证扣件不发生上窜现象。钢轨的最大米塞斯应力位于轨距拉杆处轨底内侧,应力沿着从扣件松开处向拨道中心的方向减小,与钢轨材料弹性柔度成正相关。横向最大拉应力始终位于拨道横移加载处,应力状态均与扣件松开长度近似呈反比例函数关系,且满足钢轨允许最大拉应力限值要求。当施工轨温低于锁定轨温时为钢轨最不利受力情况,为了保证可一次性更换2块轨道板长度,建议最小线路总长度取120 m(扣件松开长度100 m)。研究结果可为进一步优化高速铁路轨道运维技术和保障高铁安全运营提供参考。

关键词：高速铁路无砟轨道拨道换板运维线上试验

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UHPC后浇装配式节点抗震性能试验研究

铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 286-298页

作者：黄俊康爽单英杰周泉何勇龚永智章建平中南大学土木工程学院湖南长沙410075 武汉市建筑工程质量监督站湖北武汉430014 中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙410004 湖南省送变电工程有限公司湖南长沙410021

在外剪内框结构体系的基础上,研究一种将UHPC运用到装配式节点后浇段、钢筋上下短接的连接方式。为探究该连接方式下节点的抗震性能,进行1个柱节点、1个墙梁节点、2个柱基结点(1个UHPC连接、1个普通混凝土连接)的低周反复试验。在试验... 详细信息

在外剪内框结构体系的基础上,研究一种将UHPC运用到装配式节点后浇段、钢筋上下短接的连接方式。为探究该连接方式下节点的抗震性能,进行1个柱节点、1个墙梁节点、2个柱基结点(1个UHPC连接、1个普通混凝土连接)的低周反复试验。在试验基础上利用ABAQUS软件进行有限元模拟,探究钢筋搭接长度对于试件承载力性能的影响。研究结果表明:梁柱节点试件破坏形式表现为梁底混凝土压碎、梁柱交接处裂缝过宽。使用此种连接方式整体耗能能力较好,符合“强柱弱梁、强节点强锚固”的要求。梁墙节点试件发生黏结滑移破坏,梁端耗能能力较差,此种连接方式在墙梁节点中的应用还有待进一步研究。UHPC装配式柱基结点正、负向峰值荷载分别较现浇结点提高近26.5%、15.6%,刚度高于普通混凝土柱基结点,且能减少节点区配箍率,改善节点区域箍筋密集问题。UHPC连接装配式柱基结点和普通混凝土柱基结点的延性系数均在4以上,相差不大。在试验基础上,通过ABAQUS模拟UHPC装配式柱基节点发现,有限元结果和试验结果吻合较好;当试件钢筋搭接长度超过14d,试件的承载力不再随搭接长度改变。综上所述,此种连接方式可大幅缩短钢筋锚固长度,凭借UHPC超强的力学性能使得其抗震性能基本等同现浇,具备一定的实际运用前景。

关键词：装配式节点超高性能混凝土抗震性低周反复荷载