沉管隧道侧向集中排烟模式烟雾流动规律研究

为解决海底沉管隧道火灾工况下人员疏散及救援难题,以港珠澳大桥海底沉管隧道为工程依托,在中国首次建立了1：1的侧向集中排烟实体试验平台,基于火源标定试验及理论分析,通过失重法和热辐射法对火源功率进行标定,得到热释放速率随燃烧时间的变化关系曲线。通过沉管隧道侧向集中排烟物理试验以及FDS数值模拟对比分析,得到了油盆火的火灾规模、油量、油盆燃烧面积三者间的对应关系。通过FDS数值模拟计算,得到了火灾峰值功率为50 MW时,在不同纵向诱导风速下,沉管隧道侧向集中排烟模式下烟雾的温度场分布规律、能见度分布规律和烟雾蔓延范围。研究结果表明：火灾峰值功率为50 MW时,随着纵向诱导风速增大,火源附近隧道顶板处的最高温度出现先升高后降低的现象;当纵向风速由1.0 m·s^-1增加到2.5 m·s^-1时,隧道内沿程各点2 m高度处的能见度呈现逐渐提高的现象,且能见度受影响的范围逐渐减小,当纵向诱导风速由2.5 m·s^-1增大至3.5 m·s^-1时,隧道下游2 m高度处的能见度出现逐渐降低现象,且能见度受影响的范围逐渐变大;采用纵向诱导通风+侧向集中排烟模式时,沉管隧道内合理的纵向诱导风速为2.5 m·s^-1。     

导水夹泥断裂破碎岩内在结构与渗透性（双语出版）

造成深长隧道开挖过程中涌突水危害的主要灾害源为导水夹泥构造。研究断裂破碎岩体内在结构特征与不同构造单元渗透特性可以在一定程度上规避工程施工过程中事故的发生。以甘肃典型导水夹泥断裂带为背景,针对典型断裂破碎岩样进行XRD矿物分析、SEM岩体裂隙内在结构表征、不同构造单元原位压水试验及室内典型破碎岩体渗透试验,分析导水夹泥断裂破碎岩矿物成分、内在结构及渗透系数。研究结果表明：岩样裂隙内的充填物随次生矿物比升高,渗透系数增大;断层核部渗透系数较破碎带与完整花岗岩体大,断层核部粒径浅部比深部大,岩体浅部变质程度比深部破碎,有效孔隙度核部深部比浅部大,比表面积值核部也比影响损伤带及母岩大;横向上,断层核部裂隙密集带具有较高渗透性,随着裂隙密度的降低渗透系数明显降低,且距断层核部越远,渗透系数越低;纵向上,断层带不同构造单元的岩体,其渗透系数由小到大的分布规律为断层泥（<10^-9 m·s^-1）、碎砾、角砾岩（10^-5~10^-7 m·s^-1）、碎裂岩（10^-4~10^-7 m·s^-1）,完整围岩部分（<10^-9 m·s^-1）渗透系数又变小。研究结果可为隧道涌突水防治提供理论与工程指导。     

人-车-路交互下的驾驶人风险响应度建模

人机共驾中，共驾模式的选择和驾驶控制权的分配高度依赖于对驾驶人状态的正确识别。为了分析人机共驾中驾驶人的状态，对行车风险场模型进行重构，通过构建风险场力作用机制，建立包含驾驶人特性、自车特性和外部风险特性的人-车-路闭环系统中的驾驶人风险响应度模型，用于表征驾驶人对风险的认知能力和应对倾向。根据24位驾驶人在跟车和并道2个场景中的驾驶试验结果，对不同风险响应度下驾驶人的驾驶特性进行分析。研究结果表明：驾驶人风险响应度在驾驶过程中具有时变性，在驾驶人个体之间和不同驾驶场景间均存在差异性。在风险响应度分别为低、中、高的3类驾驶片段中，驾驶人在驾驶时的碰撞时间倒数T_TCi和加减速行为均具有显著差异（p<0.05）；风险响应度较高的保守型驾驶中，驾驶人行车时倾向于保持较小的T_TCi（均值为-0.48 s^-1，标准差为1.25 s^-1），单位时间内制动操作最多[均值为0.65次·（15 s）^-1]，总体驾驶风格倾向于规避风险；风险响应度较低的激进型驾驶中，驾驶人行车时倾向于保持最大的T_TCi（均值为0.28 s^-1，标准差为0.42 s^-1），相较于保守型驾驶，单位时间内加速操作较多[均值为0.48次·（15 s）^-1]，制动操作较少[均值为0.50次·（15 s）^-1]，总体驾驶风格倾向于追求行驶效率；风险响应度居中的平衡型驾驶中，驾驶人行车时所保持的T_TCi居中（均值为0.04 s^-1，标准差为0.36 s^-1），单位时间内加速操作[均值为0.23次·（15 s）^-1]和制动[均值为0.41次·（15 s）^-1]操作总数最少，对于行驶效率和行车安全的追求相对均衡。相较于以往将驾驶人作为孤立个体的驾驶人状态评估方法，所提出的驾驶人风险响应度模型可以依据驾驶人在人-车-路交互中的驾驶表现，更为全面地反映驾驶人的个性化驾驶状态。     

高寒高海拔隧道保温层敷设方式及设计参数优化

为了深入探究高寒隧道保温层敷设方式及其设计参数优化的问题，以高寒高海拔特长珠角拉山隧道工程为背景，通过数值模拟重点研究了保温层敷设方式、设计厚度及导热系数参数的选择，并讨论了当地气温变化与保温层设计参数的关系。研究结果表明：在寒区隧道保温层设防区段，贴壁式敷设方式最佳；随着保温层厚度的增加，洞内冷空气影响范围逐渐减小，调热圈径深随保温层厚度变化的趋势用公式表达为f（x_h）=3.039e^{-0.280 9x_h}+13.8e^{-0.009 322x_h}；基于调热圈径深随保温层厚度增加的变化速率曲线及隧道结构安全，建议保温层厚度设计为5~10 cm；随着保温材料导热系数的增大，洞内冷空气影响范围逐渐增大，调热圈径深与导热系数关系趋势用公式表达为f（x_λ）=15.47e^{0.287 4x_λ}-3.829e^-39.05x_λ；基于调热圈径深随导热系数变化速率曲线及隧道结构安全，建议保温材料导热系数取0.020~0.035 W·（m·K）^-1；在假定保温层厚度为5 cm，导热系数为0.022 2 W·（m·K）^-1，通风时间4个月的情况下，只有当洞内气温大于-15℃时才能保证支护结构和围岩不受冻害影响。研究成果可为川藏铁路建设提供指导作用。     

基于路堤粗粒土填料力学特性的改进邓肯-张模型

为研究动力及含水率变化对路堤粗粒土填料力学特性的影响，制作了不同含水率w的路堤粗粒土填料试样，先对其施加一定荷载频率f的动应力，再进行静三轴压缩试验，分析不同试样静偏应力σ₀-应变ε₁曲线变化规律，之后结合Janbu公式探讨动偏应力σ_d、w及f与参数n、K的联系，建立初始变形模量E_i、极限偏应力(σ₀)_ult与各控制变量的拟合公式，提出考虑动力及含水率影响的路堤粗粒土填料改进邓肯-张模型，最后开展验证试验，对比分析该改进模型的有效性。研究结果表明：三轴试验中粗粒土试样在ε₁>0.5%时由弹性变形进入塑性变形阶段，不同控制因素下的σ₀-ε₁曲线在0.5%<ε₁<2.0%范围内出现明显差异，切线变形模量E_t在该范围内迅速降低，降低幅度达到58%～76%;当ε₁>2%时E_t变化逐渐减缓并...     

阳极灌浆溶液对电渗加固软土地基的影响

为改善土体电渗处理效果，研究了电渗期间在阳极处添加化学试剂对地基加固处理的影响。试验采用自制模型箱，共设置5组试样，电势梯度为0.5 V·cm^-1。通过电渗过程中在土体与阳极电极板脱离处灌入等量氢氧化钠、氯化钠、氢氧化钙和氯化钙溶液，进行室内试验研究。试验控制添加的阴离子数量相同，钠溶液浓度为2.0 mol·L^-1，钙溶液浓度为1.0 mol·L^-1。当电渗进行到15 h时，各试验组试样添加50 mL相应溶液。比较分析排水、电流、能耗及处理后抗剪强度、含水率、电导率等参数。试验结果表明：添加化学试剂能明显改善排水效果和土体强度，相比对照组，灌浆处理后抗剪强度提升了27.3%~44.6%，平均含水率降低了10.5%~34.7%；羟基与土体成分反应生成的物质填充孔隙，增大土体密实度和强度，同时会堵塞排水路径等；氯盐综合处理效果较好，但电极腐蚀和平均能耗较大；钙离子较钠离子能更好地改善排水和导电效果；在4种化学试剂中，氯化钙处理效果最佳。     

带出口匝道城市隧道通风特性比尺模型试验

通风特性是影响城市隧道内外环境的关键，为深入研究带出口匝道城市隧道风量及风量分配的变化规律，获得隧道总风量及分流比的高效控制策略，基于相似理论，设计并搭建总长为38 m的1/20带匝道隧道通风比尺模型，研制可实现8台模型风机联动的变频控制系统、16个断面的速度及压力数据的实时测量与自动采集系统（该系统在风速u ≥ 2.5 m·s^-1时，比尺模型同步满足阻力、惯性力和压力相似准则），进行各通风段射流升压力变化对隧道内风量及风量分配的影响试验。结果表明：隧道主线通风段与匝道通风段风量存在联动耦合效应，当调节某通风段射流升压力时，该通风段及与之串联的通风段风量均随着射流升压力的增大而增大，与之并联的通风段，风量随射流升压力的增大而减小；总风量和分流比分别是影响城市隧道内、外环境的关键因素，调节分流前主线段射流升压力不改变分流比，但对控制隧道总风量变化最为高效，单位射流升压力作用下的总风量变化幅度达1.43%·（N·m^-2）^-1；调节分流后主线段或匝道段射流升压力对隧道总风量的影响有限，但能有效控制分流比，单位射流升压力作用下的分流比增幅分别为（-4.43，4.16）%·（N·m^-2）^-1；利用分流前主线段的射流风机控制隧道内环境，利用分流后主线段或匝道段的射流风机控制隧道外环境，是最为高效的通风控制方法。     

基于界面剪切试验的沥青混合料集料切向弹性刚度研究

目前仍缺乏沥青混合料颗粒接触界面参数的有效获取方法，导致基于离散元法的沥青混合料数值分析手段无法精确模拟材料的力学行为。针对"切向弹性刚度"参数无法准确获取的难题，基于自主开发的"沥青混合料颗粒剪切分析系统"开展沥青混合料的颗粒界面剪切试验研究，确定合理试验参数。在此基础上开展3种级配和3种集料的沥青混合料单轴贯入试验，分析不同试验方法得到的剪切模量相关性。试验结果表明：在60℃试验温度和0.02 mm·s^-1剪切速度条件下可获得较为稳定的试验结果；剪切应力曲线表现出典型的"预剪切阶段"、"剪切稳定阶段"和"剪切破坏阶段"三段式增长；级配对界面剪切力有显著影响，AC-13、SMA-13和OGFC-13混合料的峰值均值分别约为100，50，90 N；同一级配下，采用玻璃珠和铁珠的混合料的界面剪切力分别为75，70 N；集料的材料类型是影响界面切向弹性刚度的关键因素，采用玻璃珠和铁珠的界面切向弹性刚度分别是0.17×10⁶ N·m^-1和0.22×10⁶ N·m^-1，而花岗岩集料则达到0.66×10⁶ N·m^-1以上；贯入试验结果表明级配和集料类型决定了混合料的剪切模量大小，采用花岗岩集料的AC-13型混合料的剪切模量达到18.88 MPa，OGFC-13混合料最小，仅为8.95 MPa；界面剪切试验得到的剪切模量与贯入试验结果的相关系数达0.89。所提出的集料接触界面剪切试验可分辨级配和集料类型对切向弹性刚度的影响。     

渗透结晶型材料添加剂对水泥浆液性能影响试验

为获得可用于治理隧道渗漏水的高性能水泥浆液,选取具有优良防水抗渗性能的水泥基渗透结晶型防水涂料Penetron,将其以添加剂的形式加入到水泥浆液中,添加量为水泥总质量的0.6%～1.6%。参照规范使用维卡仪、旋转黏度仪等仪器对水泥浆液黏度、凝结时间和结石率进行研究,使用自行设计的渗透系数测定仪研究注浆体抗渗性能,通过抗压强度试验研究标准养护和全水域养护条件下浆液结石体、注浆体的力学性能,通过SEM扫描试验对添加Penetron的浆液结石体微观结构进行分析。结果表明：Penetron对水泥浆液黏度和凝结时间无负面影响,随着添加量的增多,浆液结石率显著提高,当添加量为1.6%时,浆液结石率可达98.7%;Penetron可改变注浆体内部孔隙结构,有效降低水泥浆液渗透系数,提高注浆体抗渗性能,当添加量从0%增加至1.6%时,注浆体渗透系数从5.03×10^-7 m·s^-1降低至3.40×10^-8 m·s^-1;Penetron的加入还可提高水泥浆液固结体的抗压强度,标准养护28 d,添加量为1.6%的注浆体抗压强度为5.36 MPa;在添加有Penetron的浆液结石体高倍SEM扫描图像中可见树枝状结晶体存在,且结晶体数量随Penetron添加量的增加而增多。根据试验结果和Penetron在水泥浆液中的作用机理分析,证明该材料可作为水泥浆液添加剂使用,当添加量为水泥总质量的1.4%～1.6%时,可获得用于治理隧道渗漏水的高性能注浆材料。     

桥面融雪除冰能量桩热泵系统换热效率现场试验

基于能量桩的桥面工程主动式融雪除冰技术作为一种新型桥面融雪除冰技术，具有环保、节能等技术优势。依托江阴市征存路观风桥市政桥梁工程，开展能量桩供热桥面板的换热效率与热-力响应特性现场试验。在桩基础和桥面板中分别预埋聚乙烯管作为换热管，通过水泵驱动换热管中的流体循环，提取浅层地温能供热桥面板；沿桩身深度方向和在桥面板中布设了温度-应变传感器，用于监测试验过程中相应位置的温度和应变。试验分析冬季工况下，一根20 m的能量桩供热20 m²的桥面板时，流体、桥面板、桩的温度变化以及桥面板和能量桩的热致应力分布。研究结果表明：根据现场试验条件，环境温度为-4℃时，20 m能量桩供热20 m²桥面板可保证桥面板表面温度始终高于0℃，即平均每延米能量桩热泵系统可保障1 m²桥面板不冻结；温度的改变使得能量桩和桥面板中产生热致应力，桩身最大轴向热致应力出现在桩深10 m （50%桩长）处，约为-1.05 MPa，为混凝土抗拉强度（2.0 MPa）的52.2%，桩身最大轴向热致应力的温度响应约为0.205 MPa·℃^-1；桥面板中最大热致应力为0.77 MPa，为混凝土抗压强度（26.8 MPa）的2.9%，热致应力的温度响应为0.086 MPa·℃^-1；能量桩上部受到最大正摩阻力为21.1 kPa，下部受到最大负摩阻力为13.3 kPa；试验结束时桩顶热致位移为-0.239 mm，约0.03%桩径。     

盾构泡沫改良砂性渣土渗透性及其受流塑性和水压力影响特征研究

为了保证富水砂性地层土压平衡盾构安全掘进,渣土不仅需有良好的流塑性,还需具备较强抗渗性以避免喷涌发生。结合坍落度试验和渗流试验,研究泡沫改良砂性渣土渗流特征及其受流塑性和水压力的影响规律。根据渣土流塑性、析水或析泡沫状态,将改良渣土分为欠改良、流塑性合适、流动性合适但析水、流动性过大(可能析泡沫)和流动性过大且析水等5种状态。通过长时间渗流试验表明,泡沫改良渣土一般经历初始渗流稳定期、快速发展期和缓慢发展期等3个时期。泡沫注入比增大会使渣土抗渗性增强,含水率适当增大也会增强抗渗性,但含水率过大反而会减弱抗渗性。欠改良的渣土初期渗透系数均大于工程要求值10-5 m·s-1,且没有初始渗流稳定期;流塑性合适和流动性过大(可能析泡沫)的渣土初期渗透系数小于10-5 m·s-1,且初始渗流稳定期长;渣土析水量较小(包括流动性合适但析水和部分流动性过大且析水)的渣土渗流特征与流塑性合适的渣土类似,但析水量较大的渣土初期渗透系数均大于工程要求值且无渗流稳定期。最后,通过变化渣土渗流试验水压力发现,随着水压力增大,渣土改良后初期渗透系数降低和渗流稳定期缩短,改良参数的合适范围随着水压力的增大而缩小;当水压力大于一定值后,泡沫改良砂性渣土渗透性不能满足工程要求。     

基于双目视觉计算的车辆跟驰状态实时感知系统

双目视觉技术能够实现目标的识别与距离计算，在自动驾驶领域有很大的应用空间。然而，现阶段双目视觉存在光照干扰、遮挡、弱纹理区域歧义匹配等问题，影响其测量的准确性和可靠性。提出基于双目视觉的跟驰状态实时感知系统，该系统采用基于车辆跟驰模型的扩展卡尔曼滤波方法对车辆跟驰状态进行实时估计，包括跟驰距离、前后车速度差等。通过实际道路试验，证明了该系统能够识别并修正测量数据中的异常值，解决弱纹理区域误匹配问题。试验结果表明：25 mm焦距与12 mm焦距的双目系统跟驰间距测量值的平均误差分别为2.66%与9.14%；在相对速度测量方面，2种焦距系统的测量精度基本相同，平均误差均为1 m·s^-1左右。所提出的方法在自动驾驶车辆环境感知领域有较好的应用前景。     

行人被面包车碰撞的运动学规律

为了丰富人车碰撞事故运动学理论,同时为面包车碰撞行人事故的分析鉴定提供理论支撑,对20～110 km·h^-1车辆碰撞速度下行人被面包车碰撞后的运动规律进行研究。利用多刚体建模系统PC-Crash软件构建面包车与行人碰撞仿真模型,并通过仿真获得多种碰撞条件下行人碰撞后的纵向/横向抛距、抛射高度、抛射角度、空中旋转圈数、躯干合成速度和头部合成加速度等运动学数据。结合国家车辆事故深度调查体系（NAIS）中14例具有可靠数据的事故样本进行比较验证。定义并提出了行人被面包车碰撞后的拱推型运动形态,以区别于长头车碰撞的卷绕型和平头车碰撞的推掷型。结果表明：拱推型碰撞中行人会在瞬间被加速到车辆碰撞速度的111%～127%;在高速（110 km·h^-1）碰撞中,头部合成加速度值超过3 000 m·s^-2,头部损伤指标（HIC）值超过7 500;行人空中旋转不超过3圈,被抛高度不超过4.0 m,抛射角度介于6°～11°;行人抛距与车辆碰撞速度之间的关系可以用幂函数模型进行描述;碰撞接触位置、车型外廓参数、行人行走速度和行人碰撞姿势对行人被抛运动形态有一定程度的影响,相对标准碰撞的影响程度一般在5%以内,最大不超过10%（边翻型除外）;行人头部损伤安全界限（HIC值为1 000）对应的车辆碰撞速度约为55 km·h^-1;边翻型碰撞中行人的运动形态与拱推型差别较大,横向抛距最大可达12.0 m。     

高海拔特长隧道低温大风环境及对围岩-结构温度场的影响

为探明高海拔特长隧道洞外低温大风的成因、特征及对洞内风场、围岩-结构温度温度场的影响,以国道317线雀儿山隧道为工程依托,采用气象站、手持风速仪、红外测温仪、埋入式多点铂电阻温度传感器等,对冬季隧道贯通前后进出口两端隧址区、洞内净空风速、风向、温度以及隧道轴向、径向的围岩-结构温度场进行现场实测,分析低温大风成因和特征、隧道贯通前后负温区范围、风速风向变化规律以及对洞口段和洞深部围岩-结构温度场的影响。研究结果表明：受高原大尺度大气环流产生的高原季风以及雀儿山两侧日照时间、地形引起的小尺度范围内自由大气热力差影响,隧址区冬季风速高、温度低;大风时段主要集中在14：00~21：00,平均风速达10 m·s^-1,负温时段主要在19：00~8：30,隧道进、出口日最大气温差分别为23.5℃和28℃;隧道贯通前,进出口两端负温区段在860 m以内;贯通后,出口端主洞和平导负温区段为1 200,1 280 m,分别比进口端长了340,420 m;贯通前后,隧道深部最低风速分别为1.1,2.2 m·s^-1,洞内风向由两端向洞内方向转化为主要由出口向进口方向;隧道洞口浅埋段围岩和衬砌结构径向负温范围在贯通前为1.20 m,贯通后为0.80 m,且在上述范围内温度变幅较大;低温大风对隧道深部的围岩温度影响不大,但对结构表面温度影响明显,由于变温区主要集中在二衬混凝土结构内部,因此要重视结构内部产生的冻胀作用。     

黏性土地基中摩擦型能量桩现场热响应试验

温度作用下摩擦型能量桩不仅会引起桩体热应力,而且会引起桩体位移.针对黏性土地基中摩擦型能量桩开展现场热响应试验研究,实测进/出口水温、桩体温度以及桩体热应变与热应力等变化规律;分析能量桩换热功率、桩体轴向约束应力、侧摩阻力、轴向相对位移以及中性点位置等热力响应特性.研究结果表明:试验条件下,3.0 kW恒定输入功率时,...