基于SPH-FEM耦合方法的开挖面稳定性多尺度分析

运用光滑粒子流体力学(SPH)模拟土体在开挖扰动下的大变形破坏过程,通过有限元(FEM)模拟非大变形土体与隧道结构,运用多尺度方法来探究开挖面稳定性问题。两种方法所建立的土体区域皆运用相同的三维摩尔-库伦本构模型进行高斯积分点上的求解,以确保一致性。通过与开挖面稳定性模型试验的标定,验证了该方法的可行性。以此为基础,运用控制变量法进行一系列参数分析,探究了土体受到开挖扰动时的竖向位移、竖向应力的变化规律及对应位移场、应力场和等效塑性应变场的变化规律。最后,研究了等沉降面的发展情况,证明了这种多尺度方法的可信度。对于开挖面稳定性方面的研究,这种耦合方法可以较好地反映土体的变形规律和破坏机制,为研究开挖面稳定性提供了一种有效的计算工具。     

盾构隧道纵向地震响应的多尺度分析方法

针对目前盾构隧道抗震设计仅限于横断面分析,缺乏有效的纵向地震响应分析方法的问题,提出了一种用于模拟盾构隧道纵向地震响应的宏-细观多尺度分析方法,其中宏观等效模型用于描述盾构隧道结构整体的地震响应特性,细观精细化模型用于捕捉结构关键断面接头处的变形响应。宏观等效模型采用黏弹性地基梁来模拟,即将盾构隧道沿纵向简化为作用在黏弹性地基上的三维梁单元,且充分考虑了由于环缝影响引起的梁纵向等效刚度折减以及隧道内部结构对纵向等效刚度的附加效应。基于宏观等效模型的地震响应规律分析,确定出盾构隧道沿线的最不利断面位置,从而将这些关键区段替换为考虑隧道环缝接头的细观精细化模型,即采用沿环向分布的轴向拉压弹簧和切向剪切弹簧来真实模拟地震作用下的环缝张开量和错位量等变形,克服了传统连续均质化模型无法反映环缝变形量的不足。最后,将该多尺度分析方法成功应用于世界首个特高压GIL电力盾构隧道,为实际重大工程的结构纵向抗震设计和安全性评价提供了科学依据和技术手段。     

山岭隧道结构BIM多尺度建模与自适应拼接方法及工程应用

建筑信息模型（BIM）在建筑领域应用越来越广,然而在山岭隧道工程中,由于结构形式较上部建筑有很大区别,利用Revit等BIM软件建立精细的山岭隧道结构三维模型尚存在困难且难以重复利用。针对该问题,首先系统地提出了山岭隧道结构BIM模型分解方案,将模型分解为基本构件并沿轴线划分为基本单元,根据构件特点给出单元长度确定原则,并根据其是否具备可复用性分为标准段与特殊段。其次,将模型分为3个细节层次（LOD100,LOD200,LOD300）以满足不同设计阶段的需要,提出标准段单元的多尺度参数化建模方法,为隧道结构BIM建模提供了依据,并为提高BIM模型可视化管理效率奠定了基础。最后,提出了模型基本单元自适应拼接方法,根据隧道轴线的里程桩号及其对应的三维坐标与设计断面类型,将不同长度的标准段与特殊段单元模型按照离散化的轴线自动拼接,形成完整的隧道模型。以云南省保泸高速老营隧道为工程背景,利用Revit软件建立了隧道结构标准段与特殊段参数化模型单元,采用Unity3D软件并编写拼接程序,实现了模型单元的自适应拼接与多尺度分级加载,得到完整的老营隧道结构BIM模型。多尺度参数化建模与自适应拼接方法提高了隧道工程结构三维模型的复用性与建模效率,对BIM技术在山岭隧道工程中的应用具有一定的借鉴作用。     

晋北地区气温的降尺度特征及其对隧道防冻的影响研究

本文对寒区隧道衬砌表面温度的动态监测以每小时变化为记录基准,对晋北地区气温变化特征进行了分析,揭示了寒区隧道在年度周期内经历的多频次短周期冻融循环特征,并探讨了其对寒区隧道混凝土材料和衬砌结构防冻的影响。     

西周岭特长隧道敏感地带多尺度地质判析

对特长隧道穿越的地质突变、岩爆、地下水资源等地质敏感地带,以“多尺度预报、综合判析”为指导原则,根据地质条件、技术条件、施工状况,合理地选采用地质预报方法,采用物探与地质相结合,合理地采取多参数或多种仪器类型组合的多方法结合,长短结合的多尺度(长、短、面、超前)探测,结合洞内外探测成果,进行综合判析地质工程特性,加强对隧道敏感地带地质预报的判读和分析,合理确定设计参数和施工方案;总结了地质判析原则和不同地质预报目标的要素,可作为长大隧道动态控制的参考.     

倾斜隧道火灾时高温烟气流蔓延特征研究

利用FDS数值计算手段,针对倾斜隧道发生火灾时隧道内的环境场进行数值模拟。通过分析火灾时隧道内烟气蔓延规律、温度分布,以及能见度变化特征,研究隧道倾斜段对火灾时隧道内环境场的影响。结果表明:隧道坡段的存在对高温烟气的蔓延、温度,以及能见度具有较大的影响,并且给隧道内人员的疏散逃生带来新的问题。     

基于GIS的公路定线多尺度评价方法

拟建公路选线主要取决于如何把地形，城市以及环境等方面的特点同几何设计方面的控制联系起来，通常，航摄照片，地形，地质和土壤等地图或数据将作为设计的参考依据。文中论述了基于GIS平台进行公路定线多尺度评价方法的可行性，并且对在此基础上发展的一种利用GIS和空间数据库进行路线走向多尺度评价的辅助决策工具。     

基于多尺度方法的桥桩稳定性评估

通过桥梁检测、桥下桩基抽芯及抽检桩全孔壁摄像试验等多种尺度研究246省道胥河大桥南岸边坡滑移对桥桩基础稳定性的影响。根据检测结果,评定桥梁技术状况为五类桥,且大桥南岸边坡有整体滑移趋势,建议及时封桥停用,并对南岸进行地质详勘,进一步提出治理大桥病害的工程措施,以策安全。     

基于多特征融合的隧道场景车辆再识别

为解决隧道内交通监控视频的低分辨率以及光照不均匀导致的再识别准确率偏低的问题,提出了一种基于多特征融合的车辆再识别方法,通过充分利用车辆的各种有效特征信息提升车辆再识别精确度。首先,将卷积块注意力模块(Convolutional Block Attention Module, CBAM)嵌入到YOLOv5模型的骨干网络卷积层,同时采用CIoU损失和DIoU-NMS方案,提高车型检测准确率;其次,使用改进DeepSORT的表观特征提取网络和ResNet网络,分别获取深度卷积神经网络(Deep Convolution Neural Networks, DCNN)特征和车型ID特征;再次,将车型特征、DCNN特征及车辆ID特征使用加和表示层进行融合,形成可鉴别身份特征,以提高车辆再识别精度;最后,基于Softmax交叉熵损失和三元组损失设计指标函数并进行学习,对学习结果进行重排序以进一步提高模型的精度,并将算法在公开数据集VeRi776、VehicleID和自建数据集Tunnel＿Veh4C进行训练验证。结果表明：与现有方法相比,提出的Rank-1、Rank-5和Rank-10识别准确率以及...     

基于多尺度边缘融合及SURF特征匹配的车辆检测及跟踪方法

为提高交通参数提取的准确性与实时性,研究了基于多尺度边缘融合和SURF特征匹配的车辆检测与跟踪方法,克服了传统基于边缘特征的车辆检测方法易受噪声、背景干扰的问题,实现车辆准确检测.将车辆检测结果作为跟踪样本建立跟踪样本集合,通过建立匹配点对几何约束消除误匹配特征对,提高跟踪样本与待跟踪视频帧的SURF特征匹配准确度.针对车辆驶入、驶离相机视野,车辆间歇性运动,背景缓慢变化等情况提出跟踪样本更新机制,实现车辆的准确、实时跟踪.实验结果显示,所提算法的车辆检测率为88.3%,检测准确度为90.2%;跟踪精确度为86.4%,跟踪准确度为92.7%;检测时间成本为91.8ms,跟踪速率为52.2fps.检测准确度、跟踪准确度、检测速率、跟踪速率均高于光流法、粒子滤波法和SIFT特征匹配法,表明所提算法能较好地满足实时性应用.     

隧道突水突泥致灾构造及其多尺度精细观测技术

隧道突水突泥致灾构造作为灾害发生的控制因素,具有复杂的多尺度特性,而深长隧道山高洞长、传统野外地质踏勘面临艰难险阻且不能满足精度要求。通过百余例隧道突水突泥案例的统计分析与现场调研,识别概化了2类5种隧道突水突泥致灾构造,即富水夹泥断裂带（富水断裂破碎带及夹泥断裂带）与充水充泥岩溶体（深部充水岩溶、表层裂隙岩溶带及充填岩溶洞穴）,总结分析了不同突水突泥致灾构造的典型地质特征,提出了不同突水突泥致灾构造的判别理论方法。其中,气候湿热的碳酸盐岩地区表层裂隙岩溶带也可能诱发隧道突水突泥灾害。针对突水突泥致灾构造的复杂和多尺度特性,从大尺度到小尺度整体剖分地质结构,结合无人机高空航测、数字摄影测量、钻孔电视等先进技术手段,探索了隧道突水突泥致灾构造的多尺度精细观测技术,提出了一套空中（Air）-地表（Outcrop）-孔中（Borehole）-隧道（Tunnel）的地质行迹与致灾构造观测方法（AOBT）,并在多个隧道工程中进行应用。结果表明：空-地-孔-隧（AOBT）地质行迹与致灾构造观测技术可实现不同尺度结构面的高精度、快速测取,改进了传统地质调查方式。研究成果可为隧道突水突泥灾害防控提供参考。     

火灾模式下公路隧道竖井温度场分布试验研究

公路隧道发生火灾时,高温和热烟气对隧道威胁巨大,竖井的烟囱效应严重影响温度和烟气的扩散,目前对竖井内温度发展情况的研究甚少。为分析火灾发生后竖井内的烟流特性及温度场的分布规律,利用大比例模型试验,以秦岭终南山公路隧道为研究对象,考察了不同火源点位置、通风工况、火灾规模情况下竖井内温度场的分布规律,对分析其它长大公路隧道火灾时竖井内温度场的分布也有一定的借鉴意义。     

基于VMD多尺度散布熵的柴油机故障诊断方法

为从非平稳非线性的缸盖振动信号中提取出柴油机故障特征,本文中提出一种基于变分模态分解(VMD)的多尺度散布熵的柴油机失火故障诊断方法。利用VMD对柴油机缸盖振动信号进行分解,选取散布熵最小的模态分量作为分析信号,计算该信号的多尺度散布熵,并选取前6个尺度散布熵作为故障特征向量,输入粒子群优化的支持向量机(PSO-SVM)中进行失火故障分类判断,并与其他4种常见方法进行对比,结果表明,本文中提出的诊断方法能够有效提取故障特征,准确识别故障类型,优于所对比方法。     

大断面公路隧道围岩力学特征及施工工法数值分析

结合深圳丹平快速路猫公坝隧道设的计成果,本文深入分析了大断面公路隧道围岩的力学特征,列举了适合大断面隧道的施工工法,并建立数值模型分别对这些施工方法进行计算,对结果进行分析,得出不同围岩条件下适用的施工工法;同时通过对初期支护临时拆除前后的模拟分析,得出临时拆除后初期支护暴露时间不易太长;由于临时支护拆除后初期支护和围岩之间的应力调整不断发展,初期支护承担的荷载会逐渐增加,则安全系数逐渐降低,易发生塌方事故,因此需严格控制临时支护拆除时机,二次衬砌紧跟。     

基于圆形断面的隧道温度场有限差分计算模型

除了少数圆形隧道外,大部分山岭交通隧道断面采用马蹄形或端墙式等形状。在隧道温度场的预测中,圆形断面模型能否代替马蹄形等实际隧道模型,其适应性值得研究。应用基于空气－衬砌－围岩的对流－导热耦合作用控制方程的有限差分方法,建立圆形断面模型对东北寒区马蹄形隧道温度场进行计算,并与现场实测温度场进行对比。结果表明： 1) 圆形断面隧道模型有限差分计算方法克服了通用有限元软件建模复杂、对硬件要求高的弊端,考虑了隧道内风流速度和入口风流温度的影响,在隧道温度场的预测计算中能够满足工程使用要求。2）隧道内风流速度和入口风流温度对隧道温度场影响较大。本文算例中,入口风流温度每升高10 ℃,二次衬砌表面温度升高约7.2 ℃,增幅均匀;从1～5 m/s,洞内风流速度每增大1 m/s,二次衬砌表面温度降低的幅度为6.6、2.7、1.5、0.9 ℃,降幅越来越小。     

公路隧道消防安全系统研究

基于系统安全分析方法并结合数理统计理论,系统地分析了近年重大火灾隧道存在的问题,建立了隧道消防安全系统原理图及评估指标体系,运用多元统计理论中的主成分分析法,构造了一种基于统计基础上的综合评估函数,对近年来的典型火灾隧道的防火安全系统进行了合理评估.并针对评估结果构造了分级标准,给出了公路隧道消防安全等级评估的新思路.以雪峰山隧道的实例计算表明,该评估模型具有简便性、可操作性和准确性,能全面系统地反映隧道消防安全系统状况,及时发现隐患,采取消防控制措施.减少火灾的潜在危险.     

公路隧道拱顶附近烟气最高温度的理论预测与试验研究

为了研究顶部开口的城市隧道在采用自然通风模式下的火灾特性,在已建成的隧道中设计并实施了全尺寸火灾实验,得到了隧道火灾自然通风模式下的拱顶附近烟气最高温度纵向变化数据。通过实验数据与理论预测结果对比的方式验证了H.Kurioka等人建立的隧道火羽流模型及其计算公式的可靠性,为市政公路隧道建设提供了科学依据,可以用来指导隧道火灾的研究及其消防工作的开展。     

高地热环境隧道衬砌结构受力特征模型试验研究

随着我国交通事业的发展,深埋高地热条件下的长大隧道越来越多。地热温度不仅对衬砌结构的受力特征有影响,而且会影响隧道结构的耐久性,但目前国内对高地热环境下隧道力学行为的研究有限。针对以上问题,以拟建的高地热环境下的高黎贡山隧道为工程背景,采用室内相似模型试验,通过逐步改变温度的方式,得到不同温度下隧道衬砌结构各部分受力特征和变化趋势： 1）在地热温度作用下,隧道衬砌结构产生内力重分布,即在一定温度范围内,轴力基本随温度呈线性增长;弯矩总体上变化不明显,拱项部位弯矩随温度升高呈降低趋势,其他部分则呈相反变化趋势。2）衬砌结构的拱脚位置受温度影响最明显,应作为设计与施工时的重要控制部位。3）在温度荷载作用下,支护结构的整体安全储备（安全系数）明显降低。     

公路隧道火灾初期视频火焰检测

为了有效探测公路隧道火灾初期火焰并预警,针对传统的感温型火灾火焰探测器在公路隧道等大空间环境存在反应速度慢等问题,通过研究失控火焰在图像中呈现的静态和动态特征,提出一种基于火焰图像多特征和AdaBoost算法的公路隧道火灾初期火焰识别方法。利用帧间差分算法提取运动前景,根据火焰在RGB和Lab空间的颜色统计模型分割疑似火焰区域,用从疑似区域中提取的H分量一阶矩、圆形度和LBP一阶矩特征值构成特征向量,作为AdaBoost静态特征模型的输入向量,用在一个检测周期提取的疑似区域质心跳动频率归一化特征值和AdaBoost静态特征模型识别结果中火焰帧数占周期总帧数的比值构成特征向量,作为AdaBoost综合特征模型的输入向量,并优化选取AdaBoost模型的参数。采用公路隧道火焰视频和公用视频对训练得到的AdaBoost静态特征分类器和AdaBoost综合特征分类器进行试验测试。结果表明：该方法能够实现公路隧道环境火灾初期的火焰识别,并能有效排除伪火焰车灯等干扰引起的误报警。     

FRP工程结构多尺度不确定性分析研究进展

纤维复合材料(FRP)结构在桥梁工程中的应用日益增多,但其采用复杂的制造工艺导致FRP材料属性及其构成结构性能存在较大的离散性,同时不确定性参数的多层级、非均质和种类多等特点使得其结构可靠性较难准确量化。为推动FRP结构不确定性分析方法和应用研究的进一步发展,从FRP结构不确定性来源、材料力学性能概率预测方法、结构可靠性分析方法3个方面梳理国内外FRP结构不确定性分析方法的研究进展,并探讨其不足和发展趋势。不确定性来源方面,从复合材料制造缺陷分类出发,详细阐述典型制造缺陷的成因、对FRP力学性能的影响及其引起的不确定性。材料力学性能概率预测方法方面,综述了基于均匀化理论的摄动随机有限元法和谱随机有限元法等概率均匀化方法的适用范围,并介绍了上述方法在细观尺度不确定性对宏观力学属性的影响程度和敏感性分析中的应用。结构可靠性分析方面,分别综述了用于FRP结构静力分析、动力分析和屈曲稳定分析的多尺度不确定性分析方法以及可靠性分析方法的研究。研究结果表明：FRP结构显著的几何多层级和复杂的制造工艺不可避免地产生各种缺陷而造成力学性能下降和离散性,采用试验、细观力学模型和均匀化方法并结合随机有限元...