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基于SNA的大型工程项目关键利益相关者和社会稳定风险因素识别

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铁道科学与工程学报 2024年第5期21卷 2048-2058页

作者：许璨宇德明罗含中南大学土木工程学院湖南长沙410075

大型工程项目关乎国计民生、影响深远,在多种因素的作用下易引发社会稳定风险,甚至可能引发更深层次的社会危机,为识别出大型工程项目的关键利益相关者和社会稳定风险因素,大型工程项目社会稳定风险研究势在必行。首先,收集61个大型工... 详细信息

大型工程项目关乎国计民生、影响深远,在多种因素的作用下易引发社会稳定风险,甚至可能引发更深层次的社会危机,为识别出大型工程项目的关键利益相关者和社会稳定风险因素,大型工程项目社会稳定风险研究势在必行。首先,收集61个大型工程项目社会稳定风险事件。然后,通过共现的方法得到“利益相关者-社会稳定风险因素”2-模网络,将数据导入Netdraw软件中,形成可视化的利益相关者-社会稳定风险因素关系网络图,并利用社会网络分析软件Ucinet计算2-模网络的度数中心度。最后,将2-模网络转化为2个1-模网络(利益相关者关系网络/社会稳定风险因素关系网络),识别出大型工程项目的关键利益相关者和社会稳定风险因素。研究结果表明:“利益相关者-社会稳定风险”2-模网络整体密度较高,大型工程项目中社会稳定风险因素和利益相关者关系密切,S6政府部门-R2环境安全风险与S8当地居民-R2环境安全风险是需重点关注的关系;大型工程项目中社会稳定风险中的关键利益相关者是业主、承包商、政府部门、当地居民、网络媒体;关键社会稳定风险因素是环境安全风险、决策信息公开不充分、公众参与不足、应对行为不当、社会舆情。研究成果为大型工程项目社会稳定风险研究提供新的视角,有助于提高大型工程项目管理者的风险认知水平,为管理者决策提供理论依据。

关键词：社会稳定风险利益相关者大型工程社会网络分析风险识别

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广义对数螺旋型滑面模型的构建与验证

铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 171-182页

作者：李亮李媛媛邓东平中南大学土木工程学院湖南长沙410075

临界滑动面的合理确定是边坡稳定性分析的关键问题之一。传统的边坡滑动面假设方法构造生成的潜在滑动面形式单一,且无法考虑复杂边坡中土层强度参数变化对临界滑动面形状的影响,从而降低了边坡稳定性分析结果的可靠性。基于此,提出一... 详细信息

临界滑动面的合理确定是边坡稳定性分析的关键问题之一。传统的边坡滑动面假设方法构造生成的潜在滑动面形式单一,且无法考虑复杂边坡中土层强度参数变化对临界滑动面形状的影响,从而降低了边坡稳定性分析结果的可靠性。基于此,提出一种新的广义对数螺旋型滑面模型,该模型可生成包含传统圆弧滑动面和对数螺旋滑动面在内的多种形式的潜在滑动面;并针对非均质边坡中各土层抗剪强度不同的特点,采用多中心分段构造策略,将该滑面模型应用于非均质边坡稳定性分析中。基于极限平衡理论计算滑动面安全系数并搜索临界滑动面,对边坡进行稳定性评估。选取多个均质边坡及多种型式的非均质边坡(水平分层、倾斜分层和斜折线分层)经典算例与现有研究成果以及数值模拟软件获得的结果进行对比分析,验证该滑面模型的合理性与优势性。研究结果表明:文中方法计算所得安全系数与其他方法相比更小,相对误差在5%以内。能够得到传统滑动面假设方法下难以搜索到的临界滑动面,并与数值模拟结果吻合度较好,稳定性分析结果更接近实际情况。由此说明,此方法用于均质边坡及非均质边坡稳定性分析是合理可行的,有望为工程实践提供更优的临界滑动面解决方案。

关键词：边坡稳定性分析滑面模型广义对数螺旋滑面极限平衡法临界滑动面

基于粗颗粒嵌锁点高铁级配碎石振动压实质量控制新方法

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岩土力学 2024年第6期45卷 1835-1849页

作者：邓志兴谢康李泰灃王武斌郝哲睿李佳珅中南大学土木工程学院湖南长沙410083 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 西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程研究中心四川成都611731

为解决基于干密度评估压实质量所存在的压实时间不定、评价指标单一等问题,提出了一种基于粗颗粒嵌锁点的高铁级配碎石(high-speed railway graded aggregate,简称HRGA)振动压实控制新方法。首先,结合力学指标动刚度Krb和修正地基系数K2... 详细信息

为解决基于干密度评估压实质量所存在的压实时间不定、评价指标单一等问题,提出了一种基于粗颗粒嵌锁点的高铁级配碎石(high-speed railway graded aggregate,简称HRGA)振动压实控制新方法。首先,结合力学指标动刚度Krb和修正地基系数K20完善振动压实评估体系,进一步提出了压实控制嵌锁点Tlp指标,并通过室内试验研究了Tlp前后级配碎石的力学性能及适用性;其次,通过振动压实试验建立了Tlp与HRGA的各项性能指标之间的关系,并结合灰色关联度分析(grey relation analysis,简称GRA)算法分析了Tlp的主控特征;最后,基于机器学习(machine learning,简称ML)方法提出了Tlp预测模型,结合三层次优选体系选择最佳Tlp预测模型,并利用SHapley Additive ex Planations(SHAP)可解释性方法对最佳ML模型进行了解释。结果表明:基于Tlp可确定最优振动时间,进而控制压实质量;基于GRA算法明确Tlp的主控特征为填料最大粒径dmax、级配参数b、级配参数m、扁平细长颗粒Qe和洛杉矶磨耗LAA;计算各Tlp预测模型的综合评价指标(comprehensive evaluation index,简称CEI)依次为改进粒子群优化的人工神经网络(artificial neural networks for improved particle swarm optimization,简称IPSO-ANN)模型>改进粒子群优化的支持向量回归(support vector regression for improved particle swarm optimization,简称IPSO-SVR)模型>改进粒子群优化的随机森林(random forest for improved particle swarm optimization,简称IPSO-RF)模型,IPSO-ANN模型最佳;基于SHAP方法得到总体重要性值φ排序为dmax(17.31)>b(13.93)>m(6.59)>Qe(2.17)>LAA(1.54),该结果与GRA算法的结果相印证,表明SHAP方法可提升ML模型的可理解性。该研究成果可为振动压实的质量评估提供新思路,也为振动压实智能化控制提供强有力的理论支撑。

关键词：振动压实高铁级配碎石最优振动时间主控特征机器学习可解释性

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红砂岩粗粒土破碎性质及累积变形模型研究

振动与冲击 2024年第2期43卷 97-104,333页

作者：龙尧张同文李建平张家生肖源杰湖南高速铁路职业技术学院铁道工程学院湖南衡阳421002 高铁及轨道交通智慧运维湖南省工程研究中心湖南衡阳421002 中南大学土木工程学院长沙410075

红砂岩粗粒土具有易破碎性,在动力荷载反复作用下会发生颗粒破碎,导致路基产生明显的工后沉降。针对红砂岩粗粒土颗粒破碎的特点,采用室内动三轴试验仪进行了不同工况下的动力荷载试验,研究了动弹性模量、动弹性应变与粒径大小之间的关... 详细信息

红砂岩粗粒土具有易破碎性,在动力荷载反复作用下会发生颗粒破碎,导致路基产生明显的工后沉降。针对红砂岩粗粒土颗粒破碎的特点,采用室内动三轴试验仪进行了不同工况下的动力荷载试验,研究了动弹性模量、动弹性应变与粒径大小之间的关系,以及颗粒破碎率与颗粒形状系数变化率的关系。根据试验材料的动力破碎特性,构建了考虑颗粒破碎的累积变形模型,并对模型进行了修正。研究结果表明:颗粒粒径越大,动弹性应变越大,动弹性模量越小;动弹性应变先快速增大后逐渐趋于稳定,动弹性模量随着加载次数的增加不断减小,土体出现应变软化现象。颗粒形状系数变化率变化趋势与颗粒破碎率变化趋势相似,随着加载次数的增加,形状系数值趋近于1。此外,所构建的累积变形模型包含了应力状态参数、物理状态参数和拟合参数,能够较好地描述颗粒破碎状态下的红砂岩粗粒土的累积变形趋势。根据试验数据的反算结果,对累积变形模型的拟合参数进行了确定,便于在实际工程应用中对路基变形进行计算。由于室内试验与工程实践现场工况有一定区别,提出了模型修正系数ψ,提高了模型的预测精度。该研究结果可为红砂岩粗粒土路基设计、施工及运营提供理论依据和工程应用基础。

关键词：红砂岩粗粒土铁路路基颗粒破碎累积变形模型

车辆循环动载下高速铁路路基累积变形预测研究

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铁道科学与工程学报 2024年第4期21卷 1445-1456页

作者：李正徐磊王卫东杜香刚余志武刘鹏飞曾志平中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 湖南铁院土木工程检测中心湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙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 石家庄铁道大学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

高速铁路路基在车辆荷载反复作用下不可避免地产生累积变形,影响铁路轨道-路基结构服役性能和车辆运行品质。为探明高铁路基在循环车辆动载下的累积变形空间分布特性和长期发展规律,建立车致路基累积变形预测模型,其主要由2个子模块组成... 详细信息

高速铁路路基在车辆荷载反复作用下不可避免地产生累积变形,影响铁路轨道-路基结构服役性能和车辆运行品质。为探明高铁路基在循环车辆动载下的累积变形空间分布特性和长期发展规律,建立车致路基累积变形预测模型,其主要由2个子模块组成:1)基于多体动力学和有限单元法建立的高速铁路车辆-轨道-路基耦合时变动力学模型;2)基于建立的车辆-轨道-路基动力相互作用模型,引入路基累积变形预测模型,利用循环跳跃的方式预测不同车辆荷载累积次数下路基的累积变形及其空间分布规律。2个模块的交互方面,在每次循环跳跃后,将路基累积变形空间映射至轨道,形成轨面附加几何不平顺,并同步更新迭代系统动力矩阵,建立了车致路基累积变形与系统动力响应之间的关联关系。研究结果表明:本文提出的计算模型可较好地揭示路基土体累积变形在循环车辆动载下的演化规律;采用循环跳跃的方法可更为真实准确地预测路基的累积变形,其计算的路基累积变形最大值为2.6069 mm,而未采用循环跳跃方法计算出的累积变形最大值则为1.7 mm,低估了34.8%。路基累积变形在前期发展较快,后期由于土体被不断夯实,累积变形的演化呈现减缓趋势,累积变形速率从1次加载0.035 mm减小到1次加载小于10^(-6)mm;在路基具有初始不均匀变形的区域内,路基累积变形的幅值大于路基没有初始不均匀变形的区域;路基的累积变形对系统的垂向动力响应的影响显著,动力响应表现为增大的趋势;对于系统的横向振动,累积变形的影响较小。本文提出的方法和研究结果可为高速铁路路基不均匀累积变形控制和预测提供技术支撑。

关键词：铁道工程车辆-轨道-路基动力相互作用路基累积变形空间几何映射时变动力系统

考虑加载历史的小半径曲线桥梁梁轨相互作用分析

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 1079-1089页

作者：于向东宋浩敬海泉中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

目前,大部分考虑加载历史的梁轨相互作用研究都集中在直线桥梁上,针对曲线桥梁,尤其是小半径曲线桥梁,梁轨相互作用的研究相对较少。采用理想弹塑性滞回阻力模型模拟扣件纵向阻力,运用有限元软件,建立以城东特大桥为研究对象的钢轨-桥梁... 详细信息

目前,大部分考虑加载历史的梁轨相互作用研究都集中在直线桥梁上,针对曲线桥梁,尤其是小半径曲线桥梁,梁轨相互作用的研究相对较少。采用理想弹塑性滞回阻力模型模拟扣件纵向阻力,运用有限元软件,建立以城东特大桥为研究对象的钢轨-桥梁-墩台三维有限元空间力学计算模型,研究曲线半径对于梁轨相互作用的影响,探究了多荷载耦合作用、往复荷载作用以及循环荷载作用下考虑加载历史效应的曲线桥梁梁轨相互作用情况,并提出“拉力百分比”以及“压力百分比”的概念以便分析曲线半径对传统线性叠加法误差的影响。结果表明,曲线桥梁中梁轨纵、横向相互作用分别与曲线半径成正、反比,相关数据改变幅度与曲线半径成反比且当曲线半径超过800 m时基本收敛,此时可采用“以直代曲”的简化算法;曲线半径对于横向梁轨相互作用影响程度大于纵向,相较于挠曲、制动工况,伸缩工况受曲线半径影响更加显著;多荷载耦合作用下,采用传统线性叠加法相较于考虑加载历史更为保守且温度荷载起主要贡献;考虑加载历史时钢轨在往复荷载作用下会产生不可忽视的残余内力,且在循环荷载作用下将会产生收敛于第1次往复荷载下的残余内力,这是扣件纵向阻力的弹塑性滞回特性决定的;线性叠加法误差与曲线半径具有相关性,相较于挠曲、制动工况,伸缩工况下对其更为敏感。研究结果可为考虑加载历史下曲线桥梁结构设计提供参考。

关键词：加载历史曲线半径无缝线路梁轨相互作用多荷载耦合线性叠加法误差

基于直接概率积分法的列车-轨道-桥梁系统随机分析

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铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 669-680页

作者：刘虎兵宋力徐磊蒋丽忠余志武中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系... 详细信息

由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系统随机性能分析,建立列车-轨道-桥梁空间振动分析模型,采用轨道不平顺概率模型和谱表达-随机函数的方式在有限随机变量空间中实现轨道不平顺随机过程的高效模拟。引入概率密度积分方程和直接概率积分法发展了列车-轨道-桥梁系统随机动力方程和相应的计算求解策略。基于MATLAB实现了列车-轨道-桥梁随机振动的直接概率积分法分析程序,计算了全概率不平顺激励和参数随机条件下车-轨-桥系统振动响应的均值、标准差和时变的概率密度信息。研究结果表明:与概率密度演化分析方法相比,直接概率积分法可较好地反映行车过程中系统响应的概率密度特征,然而其在系统响应随机后处理时更为高效,其效率可提高1~2个数量级。此外,考虑轨道不平顺全概率激励更能准确地反映行车过程系统响应的概率特征,平均概率谱可能使得计算结果偏于保守;行车速度对于列车和桥梁动态行为的影响是显著的,随着行车速度的增加系统响应的范围逐渐变大。研究结果进一步拓展了列车-轨道-桥梁随机系统的分析方法,可以高效地用于系统状态评估和设计优化。

关键词：直接概率积分法列车-轨道-桥梁相互作用随机分析谱表达-随机函数法

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单步无条件稳定显式结构动力学算法

铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 1136-1145页

作者：李常青李正藩蒋丽忠中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

在结构动力学分析中,数值积分方法通常被用来高效和准确地求解复杂结构系统在动态负载下的响应。基于量纲分析的原理,提出一种求解结构动力学问题的单步无条件稳定显式算法。首先对所构造的关于位移和速度的函数关系式进行无量纲化处理... 详细信息

在结构动力学分析中,数值积分方法通常被用来高效和准确地求解复杂结构系统在动态负载下的响应。基于量纲分析的原理,提出一种求解结构动力学问题的单步无条件稳定显式算法。首先对所构造的关于位移和速度的函数关系式进行无量纲化处理,然后通过算法精度要求、无条件稳定条件和数值阻尼可控条件确定了其最终递推格式,并根据算法最终递推格式分析得出算法耗散与弥散特性、超调和自启动特性和多自由度系统计算步骤,最后通过数值算例验证了算法的收敛精度、可控数值阻尼和计算效率优势。研究结果表明:对于线性和非线性系统,该算法都兼具显式算法的非迭代特性和隐式算法的无条件稳定特性;该算法能实现真正意义上的自启动并且在速度和位移上均无超调;该算法的数值阻尼由单自由参数控制,数值耗散和弥散对系统低模态响应的影响可以忽略不计,与具有代表性的非迭代显式算法KR-α法相比,该算法在引入数值阻尼滤除虚假高频模态的同时更真实地保留了低阶振型的贡献,从而表现出更好的计算精度;该算法在求解非线性结构动力学问题时相较于常用隐式算法有着显著的计算效率优势,并略优于两求解器非迭代显式算法KR-α法。研究结果很有希望成为求解非线性结构动力学问题的最新且更加有效的显式算法。

关键词：显式算法非迭代算法无条件稳定可控数值阻尼结构动力计算

高速铁路0.01~1 m波段高低轨道不平顺特性分析

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 891-900页

作者：陈宪麦彭良坤孙宪夫魏子龙杨飞董春敏中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081

随着我国高速铁路发展规模的不断扩大及运营速度的不断提升,轨道短波不平顺引起的振动与噪声问题日益严重。深入研究高速铁路短波不平顺的时域、频域与时频域特征,对精准掌握高速铁路轨道短波平顺状态及其引起的车-轨系统振动、伤损等... 详细信息

随着我国高速铁路发展规模的不断扩大及运营速度的不断提升,轨道短波不平顺引起的振动与噪声问题日益严重。深入研究高速铁路短波不平顺的时域、频域与时频域特征,对精准掌握高速铁路轨道短波平顺状态及其引起的车-轨系统振动、伤损等一系列问题具有重要的参考价值。以某高速铁路实测0.01~1 m波段轨面高低不平顺数据为研究对象,经过数据预处理剔除异常值并消除趋势项后,对实测不平顺数据进行时域分析,得到该高铁线路短波不平顺数据的统计与分布特性。采用平均周期图法计算该高铁线路轨道短波不平顺功率谱密度,应用非线性最小二乘拟合优化算法进行拟合,提出高速铁路轨道短波不平顺谱。从时频域角度对该段数据进行经验模态分解与希尔伯特变换,分析该高铁线路短波不平顺的希尔伯特谱与边际谱。研究结果表明:该高铁线路轨道短波不平顺数据各统计量幅值都较小,且近似服从正态分布;该高铁线路轨道短波不平顺功率谱密度存在与钢轨波磨有关的多个周期性成分,提出的高速铁路短波不平顺谱函数能够很好地对实测功率谱密度进行拟合,且拟合效果优于经典的SATO建议的短波谱与50 kg/m钢轨的短波谱;对该高铁线路轨道可能存在的短波病害进行识别与定位,时频域分析的方法可以较好地应用于高速铁路轨道平顺性的分析与日常的管理维护。

关键词：短波不平顺时域分析轨道谱拟合希尔伯特变换