隧道稳定性分析与设计方法讲座之三：隧道设计理念与方法

本文作为一个讲座对以往研究成果作一综述。回顾了当前采用的3种隧道设计方法,提出了基于数值极限分析的地层－结构法,克服了地层－结构法缺点,可以求得设计所需的围岩稳定安全系数,解决了当前设计中的人为性问题。对隧道深浅埋分界线进行了探索,叙述了基于散体理论的隧洞深浅埋分界标准。提出了基于弹塑性理论的隧洞深浅埋分界标准,并对2种分解标准的优缺点进行了评述。阐述了隧道设计计算的5个基本理念： 1）隧道设计必须满足运行和施工中安全要求,提出初期支护后围岩安全系数必须保证施工安全; 2）隧道设计计算模型必须适应不同工程地质条件、围岩压力特征,符合隧道实际受力情况; 3）必须符合现代围岩压力理论与现代支护原理,充分发挥围岩自承作用; 4）隧道结构计算模型也应符合结构实际受力状态,树立初期支护作为围岩加固材料,按塑性理论计算的新理念; 5）采用合理的计算方法与计算参数,确保隧道设计计算的科学性。最后以一个地铁车站为例,采用本讲座提出的方法介绍了Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ级围岩中隧道的设计方法与成果。     

地铁车辆接地回流性能动态分析与优化

本文分析地铁车辆在牵引供电系统中的回流性能，并提出车辆接地优化设计方案。针对常用时域仿真分析方法无法准确连续反映车辆整体运行过程的不足，提出一种用于地铁车辆接地回流性能分析的车网联合动态仿真技术方案。以车体采用经保护电阻接地和直接接地两种技术方案的实际车型为研究对象，在通用仿真环境下建立包含车体、车辆接地电路、牵引负荷、钢轨回流电路以及供电网络的综合模型。基于地铁线路和车辆关键参数获得牵引计算结果，并将其导入仿真模型，实现车辆牵引功率、受流位置持续动态刷新，从而模拟车辆运行过程接地回流分布特性。仿真分析表明，在同一线路采用相同牵引控制策略时，经保护电阻接地车型较直接接地车型有更小的钢轨至车体回流以及车体间电流，但车体电位略有抬升；并进一步基于电阻接地电路提出了两种优化接地设计方案，仿真结果证明这两种方案均兼顾了整车的车体回流与电位抑制。该仿真方法对校验地铁车辆接地方案性能具有实用性，所得仿真结果对接地设计具有一定的参考价值。     

干湿循环周次对川西红黏土影响的固结不排水剪切试验

选用成都市新津区红黏土，开展了针对经不同干湿循环周次n_dw作用的土样的固结不排水剪切试验，研究地下水位季节性反复升降对川西红黏土力学特性的影响。结果表明:随n_dw的增加，土样应力-应变曲线依次经历三个典型应力响应状态，分别为“应变硬化”型-“应变过渡”型-“应变软化”；在不排水固结剪切路径下，土样孔隙水压随n_dw的增加呈现逐渐增长的变化趋势，且初期的增长速率较大，后期趋于平缓；随n_dw的增加，有效应力路径曲线从最初的近似“S”型逐渐演化为“镰刀”型，干湿循环作用对土样的体应变产生较为显著的影响，随n_dw的增加，干湿循环引起的土样体积压缩应变越小。     

填海工程BIM技术开发与应用

针对当前通用BIM建模软件无法反映填海工程的大沉降量问题,基于商用BIM软件进行二次开发,创建了填海工程BIM应用管理平台。平台支持监测数据的实时导入,实现了BIM模型与施工期沉降监测数据的动态关联。该平台可通过读取钻孔数据实现BIM模型生成,支持4种填海工程常用的监测数据分析与管理功能;并可以调用Navisworks软件实现施工进度与工程量的管理。此外,开发的专用数据库网站,利用配置权限、异地备份、数据加密等手段,提供数据存储、安全策略、数据归档的一整套解决方案。平台成功应用于实际工程中,效果良好。     

基于反馈门信号控制系统的南宁市交通治堵方法

反馈门信号控制系统作为一种基于动态调控的城市交通治堵方法,具有重要现实价值。首先,阐述反馈门信号控制系统的技术原理;其次,以东葛园湖路为例总结南宁市反馈门信号控制系统的成功经验,针对该区域干线路网相对发达、干线流量相对集中甚至产生局部拥堵的特点,南宁市交管部门试点反馈门信号控制系统,通过构建虚拟封闭区域及其外部干线节点反馈门系统,对封闭区域内部进行动态车流监测,经系统平台算法直接生成信号调控方案反馈至外部干线节点,实现通过时间调控进而均衡车辆空间分布的效果;最后,实践结果表明,反馈门信号控制系统的应用,有效控制了南宁市晚高峰时期驶入、驶出区域的车流量,使区域交通同拥堵指数得到明显下降,区域交通运行状况得到明显改善。     

基于演化博弈的违章停车动态罚金策略效用仿真评价

为研究改进后的动态罚金策略对违章停车现象的抑制作用及策略最优解，本文以驾驶员和执法者两类群体作为博弈主体，在改进的复制动态方程基础上，以社会总成本最小为目标建立动态罚金最优控制模型。讨论了该模型的均衡点及其稳定性，并通过庞特里亚金极小值原理求解该模型的最优解。并对改进前、后动态罚金策略的违章抑制作用和策略成本进行数据仿真检验，仿真结果显示：改进后的动态罚金模型能够找到违章停车问题的合理演化方向，在不断降低违章概率的同时还能减少执法力度；在临界状态下，即动态罚金系数趋于稳定值、执法者保持短时间的持续执法状态，改进的动态罚金策略通过改变常用的罚款方式，即降低罚款金额实现对违章停车问题的治理(在治理违章停车的效率上，临界状态与敏感度最高状态相比，即连续执法与动态执法相比治理速度提高了1倍)；改进后的动态罚金策略较改进前的违章抑制性更强、策略成本更低、执法效力更持久、所需执法力度更低，且短时间内不会出现违章停车周期复现的情景。     

基于沥青路面结构层使用性能的养护罩面方案评价分析

动态模量(AMPT)一般用来评价沥青混合料的材料性能,常作为沥青混合料设计、沥青路面设计和评价分析的参数。选取青银高速公路不同罩面结构层、不同罩面材料、不同罩面时间的代表路段钻芯取样,进行室内AMPT试验,并对动态模量指标和流动度指标进行分析,旨在通过检测在役期路面沥青结构层的动态模量来评价其使用寿命,为养护罩面的时机提供数据支持。     

不同受电弓对刚性接触网锚段关节的适应性研究

对于采用刚性接触网的城轨交通线路,随着其运营速度不断提高,对弓网动态性能要求越来越高.锚段关节是刚性接触网的关键区段,有必要对不同受电弓在高速通过锚段关节时的弓网动态性能进行研究.本文以北京地铁大兴机场线为例,利用有限元法建立3种型号受电弓与刚性接触网的弓网仿真模型,分析比较3种型号受电弓以160～220 km/h速度通过锚段关节时的弓网动态性能,为研发更高速度等级的受电弓与刚性接触网系统提供技术参考.     

轴-径向混合磁轴承动态特性及控制研究

为了减小三自由度轴-径向混合磁轴承（ARHMB）的涡流损耗并增加轴向磁力，提出轴向采用软磁复合材料（SMCs）制备的推力轴承，在推力盘与转子的气隙处引入Halbach阵列以增强轴向气隙磁密，径向采用叠片结构. 首先，基于动态磁通分布及等效磁路法，建立综合考虑涡流、漏磁及交叉耦合效应的等效磁阻模型；其次，对比分析了材料类型及交叉耦合效应对等效磁阻频率响应、动态刚度的影响；最后，采用计及涡流、漏磁及交叉耦合效应不完全微分PID控制对ARHMB进行研究. 研究结果表明:SMCs制备的ARHMB相比碳钢材料可以提供更大、更稳定的磁力以及更大的工作带宽，在高频条件下具有更好的动态特性；考虑交叉耦合效应时，SMCs制备的ARHMB动态特性在高频时变化率较大，不可忽略；对于低带宽工作的碳钢轴承，交叉耦合效应不明显；电磁轴承系统响应速度很快、超调量小、稳态误差近似为0，具有良好的控制特性.