昔格达地层岩土颗粒组成及分形特征研究

通过对昔格达地层中砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩等岩类颗粒的筛分试验,获得了各岩类的粒组结构及粒径级配曲线,分析发现各岩类颗粒组成具有明显的分形特征,运用分形理论,确定了昔格达地层中各岩类的分形维数,并建立了维数与表征填料工程性质的不均匀系数Cu、曲率系数Cc及含水量ω(%)、干密度ρd(g/cm~3)等指标的相关性,研究表明颗粒分形维数与填料工程性能之间具有较好的相关关系。因此,可以借助填料颗粒组成的分形维数来判定填料的工程适宜性。     

摩擦面波状磨耗的分形描述方法

在自行搭建的销-盘试验机上进行自激励振动条件下的滑动摩擦试验,通过销-盘的摩擦运动来模拟轮轨间的平均接触应力。利用激光位移传感器测量盘试件摩擦面的波状磨耗尺寸,得到了不同试验条件下盘试件摩擦面的波状磨耗曲线。运用功率谱法对摩擦面的波状磨耗进行分形描述,根据功率谱指数与分形维数的关系计算不同试验条件下波状磨耗的分形维数,分析了分形维数与转速、法向载荷、转数等参数的关系。试验结果表明:在相同法向载荷下,利用功率谱法求得的分形维数随转速的增加而增大;在相同转速下,分形维数随法向载荷的增加而增大;在相同转速和法向载荷下,分形维数随转数的增加而减小;盘试件摩擦面波状磨耗的分形维数为1.79~1.92,分形特征显著,分形维数越大,盘试件摩擦面波状磨耗越严重,波状磨耗波长越长。利用功率谱法求得的结果与试验结果一致,可用分形维数定量描述摩擦面的波状磨耗。     

下承式拱桥合理拱轴线的解析解与计算方法

为了得到下承式拱桥合理拱轴线的解析解与计算方法，建立了恒载作用模式和合理拱轴线微分方程，得到合理拱轴线的解析解；在解析解的基础上，定义了主拱恒载占比系数，得到了基于矢跨比和主拱恒载占比系数的合理拱轴线快速求解计算方法；采用拱桥设计规范、工程案例与相关研究成果，验证了本文方法的可靠性。研究结果表明:下承式拱桥的恒载作用模式可等效为连续均布恒载+主拱恒载的形式，合理拱轴线为悬链线，相应的拱轴系数由矢跨比和主拱恒载占比系数共同决定；拟合出的不同矢跨比下的拱轴系数与主拱恒载占比系数的函数关系式为线性相关关系，决定系数大于0.99，说明拟合公式准确；工程中下承式拱桥矢跨比范围为1/3~1/8，相应的拱轴系数范围为1.000~1.792，常见的矢跨比范围为1/4~1/5，相应的拱轴系数范围为1.000~1.465，与工程案例中拱轴系数统计结果的吻合度较高，说明计算结果可靠；工程中常见主拱恒载占比系数范围为0.1~0.5，对应的拱轴系数范围为1.102~1.364，与拱桥设计规范中的取值范围接近，证明了规范取值的合理性；当主拱恒载占比系数小于0.5且矢跨比小于1/7，或主拱恒载占比系数小于0.1时，拱轴系数接近于1.000，即合理拱轴线可采用二次抛物线；利用查表法或简化公式法，可以快速求得合理拱轴线方程；与已有研究成果相比较，主拱截面弯矩、偏心距和偏心距平方和的偏差均在5%以内，证明了本文计算方法的正确性。      

基于多重分形与SVM的高速列车运行状态识别方法

为了评估高速列车服役性态问题,提出基于多重分形与支持向量机(SVM)的高速列车状态识别新方法.该方法计算了高速列车振动信号的多重分形谱,分析了多重分形谱参数与列车状态之间的关联关系,提取了多重分形谱宽度、分形维数差和谱偏斜度作为高速列车状态的特征,使用支持向量机来对高速列车状态进行识别.获取了某型列车的正常状态、抗蛇行减震器失效、空簧失效3种典型的多重分形特征,训练了不同速度下的SVM和单一速度为160 km/h的SVM,并进行了工况识别实验.所提方法对高速列车的状态识别率大于88.8%,表明了该方法的有效性.      

单组分地聚物砂浆的力学性能和微观结构分析

为了研究不同NaOH浓度、胶砂比及溶胶比在多种固化温度下粉煤灰地聚物砂浆的强度发展规律及其微观机理，进行了力学性能试验，并用扫描电镜（SEM）和压汞试验（MIP）分析了其微观形貌、孔径分布. 分析结果表明: 对浓度为10%的NaOH溶液制备的地聚物砂浆试件，即使在很高的温度下固化也没有观察到明显的强度发展；随着NaOH浓度增加或固化温度上升，单组分地聚物砂浆的抗压和抗弯强度均可获得最佳值，该值出现位置由热固化温度和NaOH浓度的共同决定；地聚物的孔径分布微分曲线为单峰分布，控制NaOH的浓度可以大幅减小孔径微分曲线的峰值，显著降低地聚物的孔隙率；粉煤灰颗粒在NaOH的作用下逐渐溶解，并在其表面形成胶凝物质，当Na+ 浓度较低时，地聚物较少，通过控制NaOH浓度可以使得地聚物变得密实，提高其抗压强度；基于热力学关系的分形模型描述地聚物孔结构形态的效果最好，其次为孔轴线模型，空间填充模型和海绵体模型只能较好地描述胶凝孔隙和过渡孔隙的孔结构分形维数；基于热力学关系与基于海绵模型分形维数计算值均在2.0～3.0之间，与一般水泥基材料的结果相近；适当调整NaOH的浓度可以改善地聚物的孔隙结构.      

城市轨道交通规划网络与城市规划的综合协调性量化分析

运用分形理论分析了城市轨道交通规划网络与城市规划在多半径多方向的综合协调性; 基于网络等效长度提出了城市轨道交通规划网络的扇形维数和城市道路规划网络的扇形维数, 基于等效车站提出了城市轨道交通规划车站的扇形维数; 借鉴人口分形维数, 提出了城市交通需求的扇形维数; 运用4个扇形维数, 建立了基于向量相似度和分维一致性的城市轨道交通规划网络与城市规划的综合协调性评估指标; 以南充市2种城市轨道交通规划网络方案为例, 研究了城市轨道交通规划网络与南充市城市规划的综合协调性。研究结果表明: 随着研究半径的增大, 扇形维数的均值逐渐减小, 与城市轨道交通规划网络和城市规划的情况相一致; 城市轨道交通规划网络与城市规划的向量相似度越高, 其在方向上的匹配程度越高; 城市轨道交通规划网络与城市规划的分维一致性越强, 其在研究区域内的协调性越高; 仅从分维一致性不能全面反映城市轨道交通规划网络与城市规划的协调性, 需要结合向量相似度与分维一致性全面分析; 城市轨道交通规划网络与城市规划的协调性随研究半径的变化而改变, 当研究半径分别为3、6、9、12、15 km时, 方案1与南充市城市规划的综合协调性指标分别为0.48、0.45、0.40、0.53、0.43, 方案2与南充市城市规划的协调性指标分别为0.40、0.50、0.48、0.51、0.47;2种方案与城市的协调性指标与实际情况相符合。可见, 本文计算的指标和方法适用于城市轨道交通规划网络与城市规划的综合协调性评价。      

细观空隙特征对透水沥青面层去除径流中Pb~(2+)的影响机制研究

为探究多孔沥青混合料空隙结构特性对透水沥青路面去除路面径流重金属的影响机制,于细观尺度下,选用等效直径、空隙数量、面空隙率、单位比表面积和分形维数作为特征参数;采用室内人工模拟降雨试验,研究两种目标空隙率下,细观空隙特征对透水沥青面层去除径流中Pb~(2+)的影响机制。结果表明:面空隙率、比表面积、空隙体积、分形维数与多孔沥青混合料去除Pb~(2+)的能力呈正相关关系,参数值越大、混合料对Pb~(2+)的去除效果越好;等效直径与混合料去除Pb~(2+)的能力呈负相关关系,参数值越大、混合料对Pb~(2+)的去除效果越差;空隙数量则对沥青混合料去除Pb~(2+)的效果无显著影响。     

混合砂对混凝土力学性能及孔隙结构的影响

通过低场核磁共振仪分析了3种不同细集料混凝土孔隙结构对力学性能的影响规律,并采用扫描电镜对这3种混凝土的微观形貌进行了观察。研究结果表明：利用机制砂取代部分天然砂可配置出满足力学性能要求的混合砂混凝土。在保证水胶比不变情况下,机制砂取代率为50%的混凝土力学性能指标最佳;混合砂混凝土总孔隙率为3.4%,微孔(r≤0.1μm)、小孔(0.1μm相似文献   

熔融石英砂动力特性动三轴试验

为探究振动荷载作用下熔融石英砂液化破坏过程中动变形和动强度变化规律, 促进透明土技术在岩土工程动力特性可视化模型试验中的推广和应用, 对构成透明砂土骨架结构的典型粒径(0.5~1.0 mm)熔融石英砂开展饱和试样动三轴试验; 研究了不同围压、加载频率和动应力比等试验条件下熔融石英砂试样的累积轴向应变、动孔压发展模式、动应力衰减、动弹性模量和阻尼比的变化规律, 并将试验结果与相同级配的标准砂进行了对比。分析结果表明: 熔融石英砂累积轴向应变随动应力比的增大呈现出由稳定型向破坏型转变的趋势, 加载频率为0.5~1.5 Hz时, 临界动应力比为0.150~0.175, 小于标准砂的0.200~0.225;升高围压、增大动应力比、降低加载频率会加快试样塑性应变累积, 缩短液化破坏时间; 熔融石英砂孔压发展模式随围压增大逐渐由Seed孔压模型向指数型过渡, 增大加载动应力会加剧液化破坏后孔压的振动幅度; 相同动应力比下, 熔融石英砂与标准砂的动应力与动应变呈现线性相关, 在围压大于200 kPa时, 二者动应力衰减幅度随围压的增大而逐渐减小; 熔融石英砂的动弹性模量和阻尼比表现为线性关系, 动弹性模量随动应变的增大呈现出双曲线型减小的趋势, 并随围压的增大而增大; 阻尼比随动应变的增加先增大后基本稳定在0.22, 发展曲线受围压影响较小。      

缺口应力集中对5083-H111铝合金超高周疲劳性能的影响

为正确评价超高周范围内带缺口的5083-H111铝合金疲劳强度的降低程度和疲劳强度对缺口的敏感程度,用20kHz的超声疲劳实验技术分别对漏斗形光滑试件、缺口（2种）试件进行了105~1010周次的对称拉压超声疲劳实验,并用扫描电镜分析了疲劳断口形貌。结果表明:在1010周次内,光滑和缺口试件疲劳曲线分别表现出极限平台型和连续下降型特征,缺口显著降低了5083-H111铝合金的疲劳性能;绝大部分试件疲劳裂纹萌生于表面,断口上没有观察到鱼眼形貌特征。理论应力集中系数为1.94的试件疲劳弧线成凹形,理论应力集中系数为2.90的试件裂纹源分布在断口四周;不同的疲劳裂纹萌生机制使得缺口应力集中对疲劳性能的影响规律不同,对于只有一种表面裂纹萌生机制的5083-H111铝合金,超高周范围内疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数均随着疲劳寿命的增加而增加。      

基于沥青混合料表面构造特性的集料设计参数

为了实现基于表面构造特性的沥青混合料优化设计,运用图像处理技术的沥青混合料表面构造水平及分布特性测试方法,研究了具有不同集料设计参数的沥青混合料表面构造水平随波长的分布特性,提出了表征沥青混合料表面构造整体水平的指标(特征波长和特征波水平),分析了不同通过率处集料粒径大小与混合料表面构造水平之间的相关性;运用分形理论计算了集料级配的不规则性及破碎程度,并研究了集料形态及其在沥青混合料中的分布.结果表明:90%通过率处的集料粒径D90能够表征集料粒径整体大小;集料级配分形维数可反映和度量集料级配的不规则性及破碎程度;集料规则度及方向角正弦值可表征集料形态及其在沥青混合料中的分布特性.     

碾压膨胀土开裂规律及影响因素试验研究

运用计算机图像处理和编程技术,对不同压实度、初始含水率和干湿循环次数影响下膨胀土的表面裂隙的特征进行了描述和定量分析,探讨了压实度、初始含水率和干湿循环次数对膨胀土开裂规律的影响。结果表明:节点个数、块区个数、裂隙率和分形维数可以用来表征表面裂隙的开裂程度;随着膨胀土压实度的增大,裂隙的开裂程度减小;膨胀土的初始含水率为塑限含水率时开裂程度小于最佳含水率时的开裂程度;裂隙的开裂程度随干湿循环次数的增加而增大,裂隙相关参数的变化率呈减小的趋势,第1次干湿循环对膨胀土开裂的影响最大,第5、第6次干湿循环对开裂的影响甚微。     

膨胀土裂隙发育规律及与抗剪强度的关系研究

运用图像处理软件对不同干湿循环次数作用后的膨胀土表面裂隙参数进行提取,然后对试件进行低应力条件下的快剪试验,探讨了抗剪强度与裂隙参数的关系。研究结果表明;第1~2次干湿循环作用对裂隙的开裂影响程度较大,随次数的增加裂隙基本沿着原有的裂隙以变宽、变长为主,新裂隙发育较少;在第1次干湿循环后c值变化最明显,φ值受干湿循环次数作用影响不大;c值与裂隙率和分形维数具有良好的线性关系,可为裂隙参数来反算抗剪强度提供理论依据。     

基于驾驶人决策机制的换道意图识别模型

依据驾驶人换道决策的产生机制,提出速度期望满足度、危险感知系数和换道 可行性系数作为换道决策的识别指标并确定其量化方法.通过实车试验数据的分析表明： 量化指标与换道决策存在不同程度的相关性;同时在换道初期、车道保持及过渡状态阶 段存在显著差异.以速度期望满足度、危险感知系数和换道可行性系数为特征输入参数, 建立基于模糊神经网络的驾驶人换道意图识别模型,进行驾驶人换道意图的识别.结果表 明,该模型在换道初期的预测准确率达到89.93%,虚警率为9.52%,优于以碰撞时间TTC 为输入指标的BP神经网络模型,以及以RV、RP、RS为变量的Logistic 模型,说明模型具 有较好的预测准确性.     

温拌沥青混合料的压实特性与难易系数

为了研究温拌沥青混合料的压实性能及其可压实的难易程度,选用3种同品牌温拌沥青(ACMP1、ACMP2与ACMP3)和2种热拌沥青(70#基质沥青与SBS改性沥青),制备了AC-13C型沥青混合料,采用马歇尔击实试验,变化不同的击实次数和击实温度,测试了马歇尔试件的压实度和稳定度,分析了其变化规律,建立了压实度与击实次数的指数回归关系,引入了压实成长曲率因子,定义了压实难易系数。试验结果表明:沥青混合料的压实度随着击实次数的增加而呈指数增长,初期增长较快,后期较慢,且最终趋于稳定;在击实温度为90℃~150℃的范围内,压实度随着击实温度的升高呈线性增长;马歇尔稳定度随压实度增大呈线性增长变化,符合传统研究结果;温拌沥青混合料的压实难易系数比热拌沥青混合料降低了13.5%~18.5%,具有较小的压实难易系数,更容易压实。     

基于改进局部递归率的脉动风速非平稳度分析方法

为了克服递归趋势(recurrence trend, RT)指标对不同信号非平稳度估计存在误判的缺陷,分别采用互信息法和伪临近法确定了递归量化分析的最佳延迟时间和最小嵌入维数,然后在递归量化分析基础上,提出了归一化局部递归率标准差(standard deviation of normalized local recurrence rate, SDNLRR)作为信号非平稳度量化指标.利用该指标,通过递归量化分析方法分析了白噪声信号、正弦信号、调幅信号、线性调频信号4个基本信号和2个实测台风场脉动风速信号的非平稳特性,并与传统的递归趋势指标分析结果进行了对比.研究结果表明:利用SDNLRR指标对6个信号的非平稳度的量化比较准确率达100%,比RT指标的准确率提高了33.33%,消除了RT指标对正弦信号和平稳脉动风速信号的错误估计.      

列车轴温监测数据软测量方法

为解决监测数据缺失导致的轴温监测系统误诊和漏诊率较高的问题, 提出了一种基于数据特征分析的轴温监测数据软测量方法; 通过轴温监测点的布局与相关性分析, 确定了监测数据软测量的源数据范围; 采用自组织特征映射算法, 通过对源数据归一化、优胜区域定义与隶属度优化, 实现了轴温数据本征维数确定与数据聚类; 引入多维尺度分析方法, 通过数据间距的相似性量化与距离矩阵特征值分解, 实现了轴温数据的类内降维; 采用多维尺度分析方法对类间降维数据再次降维, 提出了一种分步式降维方法, 构建了信息量最大化与计算量最小化的平衡策略; 采用深度学习栈式自编码器方法提取类间降维数据的内部特征, 构建了缺失轴温数据的软测量模型。研究结果表明: 基于降维数据的软测量方法的时间效率比基于原始数据的软测量方法高14.25%;2种方法的精度相当, 当一维数据缺失时, 数据软测量的平均精度可达99.83%;当二维数据缺失时, 平均精度可达99.75%;当三或四维数据缺失时, 平均精度均可达99.16%;在满足最大允许误差2.5%、误差容忍度1.0%条件的情况下, 针对任意缺失维度不高于四维的情况, 提出的方法可有效地实现高精度与高效率的缺失数据恢复。      

高速铁路对周边区域土地利用时空变化的影响

为了获得高速铁路对土地利用变化的影响情况,以京津城际高速铁路为例,基于RS和GIS技术,以2003年、2009年、2013年3期遥感数据(TM和OLI)和铁路矢量数据为基础,从整体和局部研究近10年来京津城际沿线区域的土地利用时空动态变化。首先,采用分层提取法对图像进行解译,将土地利用类型分为5种,分别是居民地、水域、耕地、林地和未利用地;其次,从整体上分析了土地利用变化幅度、动态度、分形维数、多样性和破碎度;最后,建立缓冲区半径为1 km间隔的20个缓冲区,从局部分析通州-武清段土地利用动态变化情况,分析缓冲距离与土地利用变化的相互关系。结果表明:京津城际铁路周边最主要的土地利用类型为耕地,从2003—2013年一直在减少,形状越来越规则,而随着居民地不断增加,动态度在2009—2013年大于2003—2009年,破碎度指数呈下降趋势,景观多样性指数呈递增趋势。从总体上看,离铁路距离越近的缓冲区,土地利用的变化幅度越大。     

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目前针对中国城市公交复杂网络的实证研究仍然仅限于数个大城市,而对不同规模城市的公交网络在拓扑结构上是否存在不依赖于人口、社会、经济等外部因素的共性特征,以及城市公交系统演化机制的研究尚不多见.本文实证研究了330个中国城市P空间下公交复杂网络结构特征,发现度分布普遍呈指数分布,表示公交网络演化机制为随机连接而非择优连接;普遍具有较大的簇系数和较小的平均最短路径,呈现典型的小世界特征;网络同配性在N=1 000处发生相变,N>1 000的网络普遍正相关,反之负相关.C与K呈幂律下降关系,表明各城市公交网络具有等级模块性.本文研究结果可为理解城市公交系统演化规律、交通网络建模研究提供指导和参考.     

基于变分模态分解和奇异值分解的结构模态参数识别方法

为了准确获得结构的固有频率、阻尼比与振型, 将变分模态分解与奇异值分解相结合, 提出一种新的结构模态参数识别方法; 基于已有时频参数识别方法, 根据测量的脉冲激励与加速度响应估计系统的频响函数, 对系统的频响函数进行反傅里叶变换得到脉冲响应函数; 对各测点的脉冲响应函数进行变分模态分解, 得到与结构固有频率对应的本征模态分量; 提取本征模态分量的固有频率, 利用与固有频率相近的本征模态分量作为行向量构造奇异值分解矩阵, 对所构矩阵做奇异值分解, 利用最大奇异值重构左、右奇异值向量, 识别结构的振型、固有频率和阻尼比; 通过四自由度质量-弹簧-阻尼模态仿真试验和车体横梁锤击模态试验, 验证了所提出的模态参数识别方法的有效性。研究结果表明: 在四自由度理论模型参数识别中, 系统固有频率和阻尼比的识别结果与理论计算结果的最大相对误差分别不超过0.025%和1.490%, 理论计算与识别的1~4阶振型的模态置信度分别为0.999、1.000、0.999和0.999;在车体横梁锤击模态试验中, 提出方法识别的固有频率和阻尼比与理论计算结果的最大相对误差分别不超过1.57%和1.47%, 且车体横梁的理论振型与识别振型趋势相同。可见, 提出的方法能有效识别结构的模态参数。