某高速公路路基红色泥岩微观结构试验研究

对某高速公路路基红色泥岩细观结构进行了试验研究。首先，利用X射线衍射对不同风化程度的红色泥岩、泥岩残积土进行图谱分析，得到泥质粉砂岩、紫红色泥岩和红色粉砂质泥岩中黏土矿物含量分别为45%，64%和50%，不同类型泥岩的黏土矿物在种类和数量上差别很大，由此引起工程性质差异明显。然后，利用电子显微镜扫描仪对紫红色泥岩、泥质粉砂岩及泥岩残积土进行微观结构测试，结果表明:红色泥岩的风化程度与矿物成分、微观结构密切相关，岩石风化改变了微观结构，进而影响岩石的宏观物理力学性质。     

基于微结构量化的含渐变带黄土各向异性特征研究

黄土层间界面稳定性问题突出，天然黄土层之间的交界面呈现渐变过渡形式。为研究黄土渐变带及相邻两土层的各向异性特征，以含黄土层、古土壤层以及两者之间渐变带的早更新世(Q₁)黄土为例，通过扫描电镜(SEM)获取各土层不同方向上的微观图像。对图像进行二值化处理，计算形状系数F、形态分维数D、概率熵H_m及定向频率P_i(α)等微观结构参数，分析3种典型土层在微观结构上的各向异性。此外，通过三轴压缩试验获得各土层不同方向上的抗剪强度参数，将微观结构参数和抗剪强度参数相结合，探究了两者之间的联系，揭示含渐变带Q₁黄土的各向异性差异表现。结果表明：①各土层微观结构均具有显著的各向异性，当平行于沉积方向时，孔隙和颗粒排列的定向性最好，与沉积方向45°斜交及相垂直时次之，但受风化作用影响各向异性表现程度有所差别；②当加载方向与沉积方向平行时，各土层的强度表现最高，而垂直时则最低，这种各向异性主要源于黏聚力的差异，并且会随着围压和含水率的增大而减弱；③黄土层和古土壤层的力学各向异性与内部微观结构的各向异性关系紧密，但是在渐变带土层中，这种关联性却表现较弱；④渐变带土层的力学规律性和整体强度均明显弱于上下土层，是土体力学稳定需要关注的重要层位。     

水泥改良盐渍土强度形成机理微观研究

盐渍土在路基工程中的应用是滨海地区高等级公路建设的一项重要议题,对于就地取材、降低工程造价具有重大实际意义.以水泥对滨海地区盐渍土进行改良是盐渍土利用的一种常规做法.为了从微观层面掌握水泥改良盐渍土的强度形成机理,利用扫描电镜结合IPP(Image-Pro Plus)专业图像分析技术,分析了颗粒椭圆度、颗粒个数、颗粒等效圆直径、孔洞率等指标与不同养护龄期、改良剂用量、养护条件的水泥改良盐渍土试件强度指标的关 系.试验及分析结果表明:改良盐渍土的颗粒椭圆度、颗粒个数、颗粒等效圆直径、孔洞率等几个微观指标与改良盐渍土的强度指标具有较好的相关性,随着颗粒椭圆度、颗粒个数、孔洞率的降低及颗粒等效圆直径的提高,改良盐渍土的强度指标提高.     

高速公路场景图像的二值化及交通标志定位检测方法

采用CCD摄像机采集高速公路场景图像，并通过图像颜色空间变换，将图像的RGB量值转换为色度-饱和度-亮度（HSV）量值。采用基于阈值的方法对场景图像中颜色饱和度分量进行二值化分割处理；利用场景二值化图像形状特征（周长、形状参数、圆形性参数）去除非目标区域，并通过搜索场景二值化图像方向投影值序列的突变点实现标志准确定位。采用HSV颜色模型中的亮度分量和最佳阈值法对场景图像中标志区域进行二值化处理。结果表明，应用上述方法能取得良好的效果。     

岩石里氏硬度值与单轴饱和抗压强度相关性分析初步探讨

隧道施工期关于岩石坚硬程度指标的准确获取，是隧道围岩快速分级面临的实际问题，现行规范要求采用岩石单轴饱和抗压强度作为岩石坚硬程度的定量指标。为寻求关于岩石单轴饱和抗压强度最优的替代方案，对岩石单轴饱和抗压强度的不同替代方案和指标的优缺点进行分析比较，并通过使用里氏硬度计对不同岩性的岩石进行室内试验分析，研究泥岩类岩石和砂岩类岩石里氏硬度值与单轴饱和抗压强度之间的关系。利用数理统计软件SPSS24.0对岩石的里氏硬度值及单轴饱和抗压强度值进行回归分析，指出里氏硬度值与岩石单轴饱和抗压强度二者存在相关关系，且相关性较强，并构建不同岩性的岩石在饱和状态下单轴抗压强度与里氏硬度值的回归预测方程。     

复合地层中不同盾构掘进参数下碴土的颗粒特征研究

为定量研究盾构掘进复合地层时掘进参数对碴土颗粒级配特征的影响，以试验研究和统计分析为手段，得到掘进参数和颗粒特征之间的量化规律。首先，通过开展现场掘进试验，在不同有效推力和刀盘转速下实地采取碴样颗粒； 然后，对颗粒筛分结果进行统计分析，提出碴土颗粒级配预测方程； 最后，对级配预测方程的系数进行多元回归预测和影响性分析，定量研究方程系数和掘进参数之间的相关性。研究结果表明： 1）当盾构刀盘转速或盾构有效推力增大时，碴样特征粒径减小，碴土中的粗颗粒含量降低，细颗粒含量增大，碴样粒度分布范围增宽； 2）碴土颗粒的粒径存在上限，Rosin Rammler分布函数更加适用于盾构破岩颗粒级配特征分析； 3）在一定掘进参数范围内，盾构碴土颗粒级配方程系数的预测模型预测精度较高，能够较好地反映工程实践中掘进参数对方程系数的影响。     

基于图像处理的集料形态特征定量评价

数字图像处理技术的引入,将会实现矿质集料颗粒形态特征的直接、客观的定量评价。通过对矿质集料数字图像进行噪声消除、图像分割、二值化形态学处理、边缘跟踪以及颗粒分析,得到了各个集料颗粒的面积、周长、拟合椭圆等形态特征参数。进一步对各参数进行统计分析,得到了针对集料的圆度、棱角性、表面纹理以及针片状颗粒含量等形态特征指标的分析结果。基于成像相关知识,采用基于LED光源的背光图像采集平台,对不同档位的集料颗粒形态特征进行定量评价和分析。试验结果表明:通过数字图像处理技术对不同档位集料颗粒形态特征参数进行图像描述,可以遴选出高效可行的有利于定量分析形态特征的参数;背光源采集方法可以更好提取集料颗粒图像边缘特征,使图像更有利于后续处理;不同档位下集料的圆度趋势比较明显,随粒径的增大而减小;棱角性变化与圆度截然不同,其中粗集料棱角性基本不变,而细集料随粒径的增大变化明显;粗集料的纹理指标值变化不大;粗集料的针片状颗粒含量为0,细集料的针片状颗粒含量大于1%。研究可以为矿质集料进场质量的过程控制提供快速高效的定量依据。     

基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及应用

针对汽车结构系统中不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题，开展了基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及其应用研究。首先，通过划分多维平行六面体模型的边界区间提出了一种多维子平行六面体模型，并将其用于描述系统的大不确定度参数；然后，将1阶摄动法与多维子平行六面体模型相结合，提出了一种适用于处理系统参数同时具有大不确定度和相关性的非概率不确定性分析方法；接着，基于不确定性分析方法，建立了系统可靠性分析模型并进行可靠性分析研究；最后，以汽车声固耦合系统、盘式制动器系统和电动车动力总成悬置系统为研究对象开展算例分析，分析了系统响应的不确定性和可靠性，验证了方法的有效性。相关分析结果表明：所提出的方法可有效地处理汽车结构不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题，并具有较高的计算精度和效率。     

粤北地区花岗岩残积土的物理力学特性

采用数理统计方法对广连高速公路花岗岩残积土的物理力学指标进行统计，并分析特性参数的相关性。结果表明:粤北地区花岗岩残积土为具有显著地域差异性的结构性土，多为砾质黏性土；颗粒组成呈“两头大、中间小”的分布特征，具有以稍密、硬塑、中等压缩性、较高抗剪强度为主的典型特点；物理指标之间的相关性显著，力学指标与物理指标的相关性不显著，可为粤北地区花岗岩分布区公路建设提供参考。     

基于围岩力学参数的TBM净掘进速率多元回归预测模型

TBM净掘进速率与围岩地质条件密切相关，特别是岩体力学参数。为研究TBM净掘进速率与围岩力学参数之间的内在联系，以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景，选取岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、泊松比、变形模量等围岩力学参数，进行TBM净掘进速率与围岩力学参数相关性分析，得到相应的拟合关系式。在单因素分析的基础上，经过线性处理，建立TBM净掘进速率的多元线性回归预测模型。研究结果表明： TBM净掘进速率与围岩力学参数之间具有明显的线性相关性，TBM净掘进速率随单轴抗压强度、单轴抗拉强度和变形模量的增大而减小，随泊松比的增大而增大； TBM净掘进速率多元线性回归预测模型总体上精度较高，其预测误差在15%以内，且对不同围岩类型具有较强的适用性。研究成果能够为TBM施工性能评估提供新的参考。     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙发育规律及强度特性

由于炭质泥岩遇水易风化、强度低、变形大，干湿循环作用下炭质泥岩路堤易形成纵横交错的裂隙网络，加速路堤边坡失稳。为分析干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙演化规律与强度特性，通过制备较大尺寸预崩解炭质泥岩试样，开展室外裂隙演化原位试验及裂隙试样直剪试验，实时拍摄不同干湿循环次数下试样裂隙扩展图像，并基于裂隙图像特征参数对各阶段裂隙特征进行定量化描述，进而构建预崩解炭质泥岩的抗剪强度与裂隙参数关系模型。研究结果表明：预崩解炭质泥岩裂隙数量、裂隙最大长度及裂隙率等裂隙参数均随干湿循环次数分为迅速增长、缓慢增长、趋于平缓3个阶段；各因素对裂隙发育影响程度由强至弱依次为初始含水率、干密度、干湿循环次数；含裂隙试样剪切时遇到裂隙剪切应力会发生暂时性衰退，不同裂隙参数试样的黏聚力变化显著，而内摩擦角变化甚微，内摩擦角变化主要取决于土体干密度的变化，而黏聚力变化取决于初始含水率，抗剪强度主要与黏聚力相关联。为研究土体抗剪强度与裂隙参数的关系，拟合得到了裂隙率与黏聚力的指数关系模型，发现其拟合变化曲线呈凹形的抛物线变化，其抛物线分急剧降低和趋于稳定2个阶段。研究成果可为预崩解炭质泥岩路堤工程施工及稳定性分析提供参考。     

饱和软土三轴剪切特性与微观结构关系试验

天然土体均具有一定的物质组成和内部结构，因而表现出不同的工程特性。为探求软土在剪切变形过程中微观结构的演化规律，研究土体的宏观物理力学性质与微观结构之间的相互关系，对珠江三角洲饱和软土进行真三轴剪切试验和核磁共振试验，获取不同剪切速率条件下不同应变阶段的软土力学响应特征和孔隙微观结构参数。试验结果表明：三轴试验前后软土的孔径均主要集中在1～20 μm区间，经三轴剪切试验后软土的微观结构及其参数均发生了不同程度的变化，如平均孔隙半径减小，孔隙率降低，含水率减少。在剪切过程中，软土的剪切变形存在一个应变阈值（竖向应变4%～5%），当竖向应变小于应变阈值时，软土的小孔隙的百分数随应变增大而减小，中、大孔隙百分数随应变增加而增加；当竖向应变大于阈值后，孔隙分布随应变的变化趋势则反之。软土的微观结构形态及其微观结构参数变化受剪切速率和土的应变值这2个因素影响较明显；孔隙形状参数（S/V）随土的应力状态（广义剪应力q和应变ε_s）有规律变化。此外，从微观结构层次和分子动力学角度揭示了软土剪切力学行为，软土剪切过程实质是土微（细）观结构不断自我调整的过程，土体的受力变形在微观上主要表现为孔隙大小和形状的变化。     

基于最大相关准则图像分割的结构化道路路径识别和跟踪算法

为提高基于视觉导航的智能车辆对结构化道路车道标识线的识别和跟踪精度,同时消除车流、阴影和光照不均匀等不利因素的影响,提出一种基于最大相关准则的图像分割算法及基于感兴趣区域的车道标识线跟踪算法:首先,对图像进行滤波和光线补偿等前期处理,采用最大相关准则的图像分割算法对道路图像进行阈值分割;然后,根据车道的结构特征及先验知识提取车道标识线的特征点,并运用最小二乘法对特征点拟合,得到车道模型的参数;最后,通过建立感兴趣区域(ROI)的方法实现对车道标识线的准确跟踪。试验结果表明,该算法具有很好的准确性、实时性和鲁棒性。     

考虑荷载及干湿循环作用的炭质泥岩崩解特征试验

针对炭质泥岩遇水易软化、破碎及崩解的特点，以广西六寨-河池高速公路沿线的炭质泥岩为例，开展荷载及干湿循环共同作用下炭质泥岩崩解特征试验，并采用扫描电镜、X线衍射等方法系统研究炭质泥岩崩解过程中颗粒的形态、质量、粒径分布特征，进而探讨炭质泥岩崩解机理。试验结果表明：随着干湿循环次数的增加，炭质泥岩崩解宏观上表现为大粒径崩解物逐渐消失，小粒径崩解物的含量逐渐增大，微观上表现为黏粒逐渐脱落并流失，片状结构逐渐转化为细长针状结构，同时孔隙不断扩大，直至贯通；炭质泥岩第1次干湿循环过程崩解最为强烈，5次干湿循环后崩解趋于稳定，试样的不均匀系数及曲率系数均随循环次数的增加呈先上升随后逐渐稳定的趋势，相同循环次数下，荷载越大，不均匀系数及曲率系数越大；炭质泥岩崩解程度高，最终崩解率均大于30%，荷载越大，最终稳定时的崩解比越低，分别为50.68%、50.07%、41.09%及35.95%；炭质泥岩崩解具有分形特征，分形维数在前5次干湿循环过程中不断增长，之后逐渐趋于稳定，干湿循环次数相同时，分形维数随荷载的增加而增大。研究成果可为炭质泥岩路堤稳定性分析及工程实践提供参考。     

一种利用骨架提取和SVM分类的颗粒表征方法

集料级配是影响沥青路面抗滑和减噪性能的最主要因素,基于机器视觉技术,提出一种集料粒径高精度无损检测方法,结合骨架提取和支持向量机（SVM）算法来实现集料颗粒粒度分布的精确估计,为保证集料级配质量提供了有效手段。集料颗粒图像由数字相机获取,图像标定基于NI视觉助手Vision Assistant软件完成。颗粒骨架图像采用Skeleton-M骨架提取算法提取,针对所出现的骨架断裂情况,使用形态学膨胀和细化算法完成骨架修复;然后基于颗粒骨架图像提出颗粒粒径表征算法,基于骨架端点个数提出颗粒棱角表征方法;最后,通过提取颗粒图像特征参数,使用SVM算法对颗粒粒径分布进行精确估计。在颗粒棱角性表征方面,将所提出的颗粒骨架棱角性表征法与AIMS系统的梯度棱角法、未压实空隙率集料颗粒棱角法进行了比较。结果表明：与目前常见的粒径表征方法相比,所提出的方法可以较好地实现颗粒粒径表征和颗粒棱角性表征,所采用的基于多特征的SVM颗粒分档算法可以有效实现颗粒粒径分档,筛分档间的分档精度最高可达95%以上。     

蒙华铁路中条山隧道第三系地层工程地质特征研究

由于对第三系地层的工程性质认识不足,国内经验表明在第三系地层中修建隧道具有很高的风险。结合蒙华铁路中条山隧道勘察设计实践,利用勘探、室内试验和原位测试等手段获取原始数据,总结研究认为中条山南麓第三系地层岩性可划分为中等胶结砾岩、弱胶结砾岩、弱成岩砂岩、半成岩泥岩和半成岩砂质泥岩,地层成岩程度低,暴露易风化,遇水易软化,泥岩和砂质泥岩具膨胀性,水文地质特征因岩性而异,隧道施工中容易出现塌方、大变形和突水涌砂,基底需慎重处理,否则在铁路运营期容易出现翻浆冒泥。     

宁波软土物理力学指标相关性研究

以宁波10个地铁车站附属工程的地质勘察数据为依托,系统地分析了黏性土体的天然含水率w、孔隙比e、重度γ、压缩系数E_s、静止土压力系数K₀、抗剪强度指标等土体参数。结果显示:这些参数相关性明显,参数试验结果准确率较高;通过建立静止土压力系数、压缩系数等力学参数与天然含水率的关系公式,可以获得工程设计中常用的计算参数。