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膨胀土路堑边坡柔性加固方法及现场监测

中国公路学报 2024年第6期37卷 87-97页

作者：张锐凌时光郑健龙周豫王欢长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室湖南长沙410114 长沙理工大学道路灾变防治及交通安全教育部工程研究中心湖南长沙410114

为了提出一种用于新开挖膨胀土路堑边坡加固的方法并揭示其作用机理,设计了一种柔性面层+土钉加固结构,并建立了相应设计方法;依托云南某高速公路弱膨胀土路堑边坡加固工程,进行了加固结构设计计算及现场试验;开展了加固结构的受力及变... 详细信息

为了提出一种用于新开挖膨胀土路堑边坡加固的方法并揭示其作用机理,设计了一种柔性面层+土钉加固结构,并建立了相应设计方法;依托云南某高速公路弱膨胀土路堑边坡加固工程,进行了加固结构设计计算及现场试验;开展了加固结构的受力及变形监测,探究了加固结构的作用机理。研究结果表明:当柔性面层允许边坡法向发生3.0%的膨胀变形时,所受到的法向膨胀应力可较不允许发生膨胀变形时下降61.1%,设计的柔性加固结构可满足稳定性的要求。一年内,在雨季土钉中部轴力普遍出现增长,在旱季离坡面较近的土钉端头轴力显著减小;土钉轴力沿土钉长度方向总体呈现“中间大,两端小”分布,与锚杆框架梁相比,受力更为均匀;柔性面层网面的最大拉应变均出现在阶段性停雨后,具有明显的滞后性,且远小于材料极限伸长率;坡面土压力变化与高强加筋三维网应变变化规律基本一致,雨季呈波动增长,旱季缓慢回落,坡面土压力增值与计算所得膨胀力接近;随着土体雨季增湿膨胀、旱季干燥收缩,钢缆绳轴力变化呈现出缓慢增长、持续衰减及逐渐稳定3个阶段;3个监测点位中边坡坡顶水平位移最大,为5.4 mm,边坡整体稳定。监测结果综合反映了柔性加固结构“以柔治胀”的作用机理。所得结论可为新开挖膨胀土边坡的加固设计和施工提供参考。

关键词：路基工程膨胀土边坡现场监测柔性加固膨胀力

基于RBFNN-ISSA的特大跨径悬索桥有限元模型修正

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振动与冲击 2024年第7期43卷 155-167页

作者：王祺顺何维吴欣郭伟奇雷顺成湖南省交通科学研究院有限公司交通建设工程湖南省重点实验室长沙410015 长沙理工大学土木工程学院桥梁工程安全控制省部共建教育部重点实验室长沙410015 湖南大学土木工程学院风工程与桥梁工程湖南省重点实验室长沙410082

针对大跨径悬索桥一类复杂结构的有限元模型修正问题,提出了一种基于径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)子结构代理模型与改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)的有限元模型修正方法。首... 详细信息

针对大跨径悬索桥一类复杂结构的有限元模型修正问题,提出了一种基于径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)子结构代理模型与改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)的有限元模型修正方法。首先,基于桥梁图纸数据采用通用有限元软件建立一座大跨悬索桥的初始有限元模型,并根据拉丁超立方抽样原则生成子结构材料参数-结构响应的训练样本,通过RBF神经网络和子结构模拟方法对初始有限元模型进行解构重组和样本学习,拟合关于材料参数-结构响应的代理模型。其次,建立考虑主梁挠度和模态频率误差最小的有限元模型参数修正数学优化模型,采用Tent混沌映射及黄金正弦策略改进标准麻雀搜索算法,引入柯西分布函数和贪心保留策略对每一代麻雀种群进行扰动,以用于求解联合静、动力特征的有限元模型修正数学优化问题。最后,以杭瑞高速洞庭湖大桥为工程背景,进行了悬索桥荷载试验,利用实测桥梁响应数据验证了该方法的可行性。研究结果表明:基于RBF神经网络与子结构法的模型修正方法,可以建立拟合精度较高的悬索桥结构代理模型;基于子结构RBF神经网络与改进麻雀搜索算法修正后的有限元模型相较于整体RBF神经网络、支持向量机和Kriging模型,大幅提升了对于实际结构的模拟精度,与实测数据相比,修正前后有限元模型在两级静力加载工况下13个有效测点挠度的平均相对误差降低了25%以上,前8阶模态频率的平均相对误差由-6.83%降至-2.38%,MAC值结果表明修正后模型能够准确地反映出大桥的实际振动状态,有效改善了初始有限元模型计算失真的情况;此外,基于混合策略改进后的麻雀搜索算法对于有限元模型修正参数的寻优具有更佳的收敛效率和稳定性。

关键词：桥梁工程有限元模型修正改进麻雀搜索算法(ISSA) 悬索桥径向基神经网络(RBFNN) 柯西变异策略

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航空发动机原理结构与系统课程教学改革探索

高教学刊 2024年第18期10卷 144-147页

作者：魏涛吴化勇高翔山东交通学院航空学院济南250357

为提高人才培养质量,发挥课堂教学在人才培养中的主渠道作用,针对航空发动机原理结构与系统在目前教学中存在的问题,探讨课堂教学改革的思路和措施。在教学内容上,整合和更新理论教学内容,重新设计实验教学内容,融入课程思政,提供课外... 详细信息

为提高人才培养质量,发挥课堂教学在人才培养中的主渠道作用,针对航空发动机原理结构与系统在目前教学中存在的问题,探讨课堂教学改革的思路和措施。在教学内容上,整合和更新理论教学内容,重新设计实验教学内容,融入课程思政,提供课外补充资料等;在教学方法上,采取讲解与互动相结合,通过提问、讨论、随堂练习等方式引导学生积极思考,通过实验加深学生对基本概念和发动机结构的理解。经过一个学期的教学实践,同学们给予积极的评价,取得良好的教学效果。

关键词：航空发动机教学改革理论教学实验教学课程思政

基于病毒传播风险的地铁车厢通风系统优化研究

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铁道科学与工程学报 2024年第6期21卷 2241-2251页

作者：伍钒余超徐任泽崔清民李恒奎中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 河南工程学院软件学院河南郑州451191

地铁交通系统在提供便利的同时也可能成为病毒传播的温床,优化车厢通风方式是降低病毒传播风险的重要途径。首先,通过数值模拟构建一个典型的集中回风模式地铁车厢模型,并通过实地测量数据验证其准确性。然后,在集中回风模式基础上提出... 详细信息

地铁交通系统在提供便利的同时也可能成为病毒传播的温床,优化车厢通风方式是降低病毒传播风险的重要途径。首先,通过数值模拟构建一个典型的集中回风模式地铁车厢模型,并通过实地测量数据验证其准确性。然后,在集中回风模式基础上提出了一种分散回风模式,与集中回风模式进行对比分析,探讨2种模式下车厢内流场和飞沫扩散特征。最后,结合感染风险评价模型讨论了乘客的感染风险。研究结果显示:在车厢流场和温度场方面,集中回风模式下车厢内15个测点的气流速度和温度均值分别为(0.27±0.13) m/s和(26.4±1.35)℃,分散回风模式下分别为(0.25±0.08) m/s和(26.2±0.94)℃。在飞沫扩散方面,集中回风模式下飞沫受到集中回风口产生的纵向气流影响,在车厢内扩散的区域相比于分散回风模式下更大,集中回风模式下飞沫扩散的区域是分散回风模式下的1.45倍。在乘客感染风险方面,整体上分散回风模式下站姿和坐姿乘客的感染风险都小于集中回风模式下乘客感染风险,且在飞沫释放后的0~20 s内集中回风模式下站姿乘客感染风险是分散回风模式下的1~2倍。相对于集中回风模式,车厢采用分散回风模式可以提高车厢内速度场和温度场的均匀性,并且可以更快地清除乘客呼吸区的飞沫,降低乘客的感染风险。研究结果可为进一步优化地铁车厢通风系统和保障乘客出行安全提供参考。

关键词：地铁车厢回风模式飞沫扩散数值模拟感染风险

高功率激光水平辐照花岗岩致裂成孔特性及成孔能效评价

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1433-1446页

作者：李梓焜张学民武朝光陈治亚乔世范王树英中南大学土木工程学院湖南长沙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 中南大学交通运输学院湖南长沙410075

针对当前硬岩隧道钻爆法施工钻孔速度慢、钻头损耗大的工程难题,使用高功率激光水平辐照硬岩快速成孔替代传统PDC钻头钻孔,开展高功率激光水平辐照花岗岩成孔的可行性试验,分析高功率激光水平辐照花岗岩的致裂成孔特性;通过单轴压缩试... 详细信息

针对当前硬岩隧道钻爆法施工钻孔速度慢、钻头损耗大的工程难题,使用高功率激光水平辐照硬岩快速成孔替代传统PDC钻头钻孔,开展高功率激光水平辐照花岗岩成孔的可行性试验,分析高功率激光水平辐照花岗岩的致裂成孔特性;通过单轴压缩试验、扫描电子显微镜(SEM-EDS)和X射线衍射仪(XRD)衍射试验分析激光作用前后岩石的力学性能和微观物相演变;综合对比激光射孔与PDC钻头钻孔的破岩速度和比能。研究结果表明:岩石表面在激光持续辐照后形成“类爆炸坑”,产生的熔融物在重力作用下堆积在孔底,吸收了孔底处大部分的激光能量,抑制了孔底岩石的热裂反应;岩石的纵向破坏受重力影响导致上下孔壁熔融物分布不均匀,随着激光持续辐照,岩孔中心将不断向下偏离光斑入射点;经功率为4.5 kW的激光水平辐照10 s后,岩样的单轴抗压强度从63.31 MPa降低至42.36 MPa,其原因是钠长石分解引起岩样中黑云母的质量分数增加;功率为4.5 kW激光射孔的破岩速度较PDC钻头钻孔的破岩速度提高95.03%,比能增加15.3%,证明了高功率激光水平辐照硬岩成孔的有效性。

关键词：隧道工程激光破岩成孔特性热裂特性成孔能效

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红黏土裂隙湿化自愈行为及强度影响机制

中国公路学报 2024年第6期37卷 157-168页

作者：高乾丰吴昕阳曾铃余慧聪余涵长沙理工大学特殊环境道路工程湖南省重点实验室湖南长沙410114 长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

许多黏性土在干缩开裂后受湿化作用会呈现裂隙自愈现象。为探究红黏土裂隙自愈行为及其对土体强度特性的影响机制,基于摄影识别与数字图像相关技术,分析湿化过程中红黏土试样顶面裂隙自愈与应变演化规律;并开展单轴拉伸试验与直剪试验,... 详细信息

许多黏性土在干缩开裂后受湿化作用会呈现裂隙自愈现象。为探究红黏土裂隙自愈行为及其对土体强度特性的影响机制,基于摄影识别与数字图像相关技术,分析湿化过程中红黏土试样顶面裂隙自愈与应变演化规律;并开展单轴拉伸试验与直剪试验,获取不同条件下红黏土的抗拉强度、抗剪强度及指标恢复率。最后采用扫描电镜观察裂隙自愈前后试样的微观形貌,阐明红黏土裂隙自愈及强度影响机制。结果表明:红黏土在湿化条件下表现出裂隙自愈行为,自愈过程中压应变区域不断向裂隙靠近,裂隙率快速减小并趋于稳定,裂隙自愈率可达90%以上;随饱水湿化时间增加,含裂隙红黏土的抗拉强度小幅提升,此时土表裂隙痕迹几乎消失;湿化条件下土颗粒膨胀程度有限,裂隙宽度越大其愈合难度越高,抗拉强度恢复程度也越低;裂隙深度增加后裂隙自愈率小幅提升,抗拉强度与黏聚力的恢复率增加,内摩擦角恢复率先减小后稳定;裂隙自愈主要源于土颗粒膨胀变形后引起裂隙两侧壁相互黏结,以及土颗粒崩解剥落后对裂隙的填充效应;由于细小颗粒与水混合后可能吸附在裂隙内形成假愈合现象,且土颗粒膨胀崩解将影响土体强度,故尽管表观上裂隙愈合程度良好,但抗拉强度与抗剪强度指标仅小幅恢复。

关键词：路基工程红黏土微观机制裂隙自愈强度特性

高速列车曲线通过性能分析及脱轨影响因素研究

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 901-912页

作者：高广军卓天宇关维元重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075

列车往往会因为线路不平顺或自身运行状态问题发生脱轨事故,由于实际运行情况下列车以编组形式出现,因此对编组列车脱轨评价对象的筛选以及在此基础上的影响因素分析是至关重要的。在SIMPACK中建立编组列车动力学仿真模型,针对脱轨系数... 详细信息

列车往往会因为线路不平顺或自身运行状态问题发生脱轨事故,由于实际运行情况下列车以编组形式出现,因此对编组列车脱轨评价对象的筛选以及在此基础上的影响因素分析是至关重要的。在SIMPACK中建立编组列车动力学仿真模型,针对脱轨系数和轮重减载率这2种评价指标,采用数值仿真分析方法筛选典型运行状态下8编组列车在不同评价体系下的评价对象,比较轨道不平顺性、轨底坡、运行速度、曲线半径以及曲线超高这5种脱轨影响因素的变化规律,并采用全因子采样的方法对影响因素进行均匀采样,应用Sobol全局敏感性分析方法对影响列车脱轨的影响因素进行权重分析。研究结果表明:在编组列车26种不同工况下,第1节车的相同位置脱轨系数较其他车辆最大,该车前转向架前轮对的轮重减载率及其弯道内侧车轮的脱轨系数最大的情况分别占85%和81%,两者可以作为编组列车脱轨影响因素分析的目标。轨道不平顺性系数和轨底坡对于高速列车脱轨的影响较小,其变化趋势接近线性。运行速度对于高速列车运行安全性的影响最大,其次是曲线半径,然后则是曲线超高。运行速度对于列车运行产生的影响相对较大,即最容易导致列车曲线通过脱轨事故的发生,在实际运行环节中应当予以重视。

关键词：编组列车脱轨因素对象评估 Sobol全局敏感性分析轨道安全

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车道车型分布差异对隧道疏散时间的影响

清华大学学报（自然科学版） 2024年第6期64卷 1007-1015页

作者：刘顶立李颖徐志胜刘伟军黄遥长沙理工大学交通运输工程学院长沙410114 中南大学土木工程学院长沙410075

疏散仿真模拟是研究隧道安全的重要方式。现有公路隧道疏散仿真模拟研究均假定不同车型在各车道分布比例是均匀的,忽视了各车道车型分布差异及车辆随机分布对疏散时间的影响。该文提出了基于车道车型分布差异的隧道车辆随机布置算法,并... 详细信息

疏散仿真模拟是研究隧道安全的重要方式。现有公路隧道疏散仿真模拟研究均假定不同车型在各车道分布比例是均匀的,忽视了各车道车型分布差异及车辆随机分布对疏散时间的影响。该文提出了基于车道车型分布差异的隧道车辆随机布置算法,并开发了对应的公路隧道火灾及疏散模拟车辆随机布置(RAVT)系统。综合运用RAVT及疏散仿真模拟软件Pathfinder,以两车道隧道和三车道隧道为研究对象,共设置12种场景,进行240次模拟,分析了车辆极度拥堵(车距1.5 m)、拥堵(车距5 m)、非拥堵(车距60 m)情形下车道车型分布差异及车辆随机分布对疏散时间的影响。研究结果表明:车辆极度拥堵和拥堵时,车道车型分布差异及车辆随机分布对疏散时间的影响很大。在车辆数量及车型比例均相同的情况下,不同的车辆分布方式可对疏散时间造成较大的差异,疏散时间最大值和最小值相差百分比最大达59.76%。建议学者或工程师开展隧道疏散仿真模拟时须考虑车道车型分布差异及车辆停靠随机性的影响。该文研发的算法及系统、采用的疏散仿真模拟方法提升了隧道疏散仿真模拟的准确性和可靠性。

关键词：公路隧道车道车型分布车辆随机分布疏散仿真模拟

基于全寿命周期的钢渣沥青混合料环境及经济效益分析

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长安大学学报（自然科学版） 2024年第3期44卷 20-33页

作者：王宏祥黄毅查旭东湖南省交通科学研究院有限公司湖南长沙410015 长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114

为对比分析钢渣沥青混合料环境及经济效益、推动钢渣在道路工程建设中的资源化利用,采用生命周期分析方法,基于湖南省某高速公路工程实例的活动数据和定额数据,量化钢渣沥青混合料和常规沥青混合料(AC-13C、AC-20C)的能耗及碳排放,对比... 详细信息

为对比分析钢渣沥青混合料环境及经济效益、推动钢渣在道路工程建设中的资源化利用,采用生命周期分析方法,基于湖南省某高速公路工程实例的活动数据和定额数据,量化钢渣沥青混合料和常规沥青混合料(AC-13C、AC-20C)的能耗及碳排放,对比分析钢渣替代不同天然集料(玄武岩和石灰岩)分别用于沥青路面上面层和中面层的环境效益。基于钢渣所含碱土矿物自发的碳酸化反应,探讨实验室条件下钢渣的固碳潜能。此外,采用效益-费用分析法比较钢渣沥青混合料和常规沥青混合料的建设成本及运营期养护成本,研究钢渣运距对工程造价的影响,提出钢渣的最大经济运距。研究结果表明:每1 000 m~3钢渣沥青混合料AC-13C和AC-20C在建设期全过程的碳排放量分别为157.11、148.22 t,相较于常规沥青混合料分别降低12.20%和增加3.08%,其中钢渣沥青混合料AC-13C和AC-20C在原材料生产及运输环节的碳排放量分别为80.25、73.50 t,占建设期全过程的比例分别为51.08%和49.60%;钢渣固碳潜能巨大,每吨钢渣的理论最大固碳量为0.33~0.48 t,经济效益分析结果表明,上面层钢渣沥青混合料AC-13C建设成本和养护费用分别为每年42.0、8.8元/m~2,比常规玄武岩沥青混合料每年节约了6.8、3.6元/m~2,而钢渣沥青混合料中面层AC-20C的建设成本为每年57.6元/m~2,略高于常规中面层石灰岩沥青混合料的每年54.0元/m~2;钢渣的运距是影响环境和经济效益的关键因素,当运距分别超过171.8、225.0 km,钢渣沥青混合料上面层在碳排放和建设成本方面的优势将消失;在实际应用中,建议将钢渣在生产地附近利用,且替代玄武岩应用于沥青路面上面层,以最大程度发挥其环境和经济效益。

关键词：道路工程钢渣沥青混合料碳排放费用年值固碳潜能