基于改进K-Means聚类模型的公路隧道施工风险分析及其应用

针对公路隧道施工安全生产事故频发的现实情况,提出一种改进的K-Means聚类风险评估模型,进行公路隧道建设全周期动态风险评估。采用WBS-RBS风险分析法进行隧道施工工序风险识别,用耦合作业分解树与风险分解树求取基本风险事件,作为K-Means聚类风险评估模型的样本对象。将事故发生的可能性、人员暴露于危险环境中的频繁程度和发生事故或危险事件可能产生的后果作为评估指标,构建三维K-Means聚类模型。根据风险等级划分标准指定5组样本作为初始聚类中心,不仅能够保证多次运行结果的一致性,同时确保评价样本集能够自然落入不同风险等级区间。应用Spearman秩相关系数法对风险耦合矩阵进行独立性检验,从相关度和可接受度两个角度分析指标因素的内在联系,有助于提高WBS-RBS耦合系统的准确性与可靠性,在进行风险评估与对策制定时考虑风险事件之间的横向联系。将上述模型应用于某工程实例,通过计算得到20项基本风险事件的风险等级,其中装药爆破的水文地质条件风险等级为Ⅳ级(较大风险)、钻射炮孔工人违章作业风险等级为Ⅲ级(一般风险)。针对各施工环节的风险描述和各因素之间的关联性,制订了行之有效的风险规避措施。     

美国I-35W桥坍塌原因分析

2007年8月1日,美国明尼苏达州明尼阿波利斯市跨越密西西比河的I-35W桥突然破坏.根据该桥的原始设计图、美国国家运输安全局提供的调查资料及桥梁上部结构的设计荷载,ACII高级结构工程师S.Hao对桥梁进行了分析,笔者主要介绍他的分析方法和结果.调查和分析的结果是:1)节点板设计厚度和上弦杆边壁厚度与利用平面分析得出...     

钢-混凝土双面组合连续箱梁负弯矩区有限元分析

钢-混凝土双面组合箱梁是由两个H型钢作钢骨架,并与上下两块混凝土板组合形成的箱形截面,可用于连续梁的负弯矩区。推导得到了负弯矩区截面弹性刚度和塑性极限弯矩的计算公式。建立集中力作用下双面组合连续箱梁负弯矩区的Ansys分析模型,得到了组合梁的荷载挠度曲线、截面应力和应变变化曲线以及钢与混凝土交界面的纵向滑移分布。与双主梁组合梁和普通组合箱梁的受力性能做比较,显示了双面组合箱梁承载能力和变形能力的优越性。     

裂隙岩体隧道非均质、各向异性等效渗流模型及应用

随着可持续发展战略的深化,隧道工程所引起的地下水环境问题越来越突出。简要介绍了裂隙岩体渗流特征、渗流模型及渗流计算原理,采用等效连续介质渗流模型模拟裂隙岩体隧道渗流规律并定量评价地下水资源流失量,为提高模型拟真性,在模型中考虑了裂隙岩体的非均质性和各向异性,并应用于实际工程中进行了隧道运营期间的地下水流失量计算,为减小隧道施工地下水资源流失提供技术支持。     

季节性冻土区路基专用太阳能主动供热装置研究

基于季节性冻土区路基冻胀特征及供热需求分析,设计1款采用太阳能主动供热的路基专用供热装置。通过模型试验分析装置供热温度、供热量、供热效率随太阳辐照量的变化规律,建立考虑纬度和日序数的供热温度预测公式。通过对路基长期供热效果的数值模拟分析,研究装置防冻胀效果。结果表明:路基专用供热装置供热温度随太阳辐照量的提高而增大,最高达60℃,平均范围在20~40℃,太阳能有效热利用率约为26%;供热温度与太阳辐照量呈3次多项式函数关系,供热温度计算式可预测装置应用于不同地区时的逐日平均供热温度;该装置在季节性冻土区对路基起到暖季预储热量和冬季实时补充热量的作用,可有效提高入冬时路基的抗冻胀能力,降低冻胀程度。     

高速铁路进站节能坡设计方法研究

在线路纵断面的设计中引入节能坡设计理念,对优化线路纵断面设计、降低牵引能耗值和节省运营支出具有重要意义。根据高速铁路的特点,提出高速铁路进站节能坡的设计方法和计算算法,给出计算流程,确定各影响参数的约束条件。开发进站节能坡设计程序模块,实现多参数化的进站节能坡设计。在此基础上,采用计算机仿真分析方法,对车站坡段坡度、车站中心至节能坡变坡点距离、动车组编组质量、进站制动力使用系数、节能坡进入初始速度5个主要影响因素进行计算和仿真分析,确定各因素对进站节能坡的影响程度,为进站节能坡的设计提供参考和依据。     

表面损伤斜拉索雷诺数临界区气动力与流场分析

斜拉索由于具有自身质量轻、结构刚度差、结构阻尼小和自身长细比大的特点，极容易发生风（雨）致振动，对桥梁结构的安全性能产生很大的影响，而斜拉索作为斜拉桥的重要受力构件，准确掌握其风荷载对于桥梁抗风设计具有重要意义，特别是斜拉索在生产、运输和安装过程中表面可能受到损伤，该斜拉索在临界雷诺数区的气动力特性和流场特性更是值得研究的问题。针对此种状况，通过同步测力风洞试验，对表面无损伤斜拉索模型和表面损伤斜拉索模型在不同风攻角下的升力系数进行时程分析，得到边界层转捩的3个区域；将升力系数时程进行快速傅里叶变换计算得到升力时程频谱图，并通过频谱图分析随机信号的频域特征；对比从雷诺数亚临界、临界到超临界区表面无损伤和表面损伤斜拉索的流场变化，并从周围流场变化的角度分析雷诺数临界区斜拉索气动稳定性及可能的机理。研究结果表明：表面无损伤和表面损伤模型的升力系数随雷诺数的变化规律基本一致，二者的升力时程在TrBL0向TrBL1阶段和TrBL1向TrBL2阶段过渡过程中会出现双稳态现象，损伤会影响斜拉索尾流区旋涡脱落的情况，进而对不同雷诺数下的Strouhal数值变化产生一定的影响。     

极限分析法求解含软弱夹层边坡稳定性

软弱夹层对边坡的稳定性影响显著,目前设计中通常采用极限平衡法计算边坡的稳定性,其在求解中需要建立多个平衡方程. 为了分析含软弱夹层边坡的稳定性,首先,采用极限分析法建立了计算模型;其次,通过极限平衡法验证了求解的准确性;最后,分析了荷载、夹层形状、夹层强度等对稳定性的影响. 研究结果表明:边坡安全系数随着外荷载强度的增大而减小,其中,当加速度放大系数由1.0增大为1.6时,安全系数由1.20降为0.89;当外荷载频率越大时,边坡越易提前产生破坏;软弱夹层形状对边坡安全系数影响显著,特别是当其靠近坡顶与坡面时;安全系数随着软弱夹层摩擦角与黏聚力的减小而近似线性降低,其中,当黏聚力由9 kPa降为5 kPa时,安全系数降低约30%.      

水泥混凝土路面粉质粘土路基永久变形及其预测

针对水泥混凝土路面与路基土永久变形之间的相互关系,从降低路面病害角度出发,分析水泥混凝土路面对路基性能的要求。并通过室内动三轴试验对水泥路面路基永久变形的形成机理和影响因素进行分析,基于NCHRP-37A模型,建立了相应的预估方法,以确定粉质粘土路基永久变形量。     

参数变化对沥青混凝土路面结构动力响应的影响分析

为了分析路面结构参数变化对沥青混凝土路面结构动力响应的影响,采用有限元软件ABAQUS将汽车荷载简化为移动的均布荷载,用8节点等参元模拟路面结构,改变结构层厚度、弹性模量、泊松比等参数以及行车速度对路面结构进行动力分析.通过大量的数值模拟表明,路面各结构层厚度以及弹性模量的增加都会使路表最大弯沉减小,基层泊松比增大时路表最大弯沉呈增大趋势,其他结构层泊松比的增大则使路表最大弯沉呈减小趋势,且经过仿真发现车辆以90 km/h的速度通过时路表最大弯沉和上面层的最大拉应力均较小.