穿越破碎带隧道掌子面力学模型及最小安全厚度研究

隧道穿越断层破碎带的稳定性及安全防护问题是目前隧道建设的难点。针对隧道掌子面前方存在破碎带松散岩土体的典型工况,基于隧道围岩以及掌子面的力学特性,采用理论计算、数值模拟、工程实践相结合的手段,提出了掌子面稳定岩体的最小安全厚度计算方法,并对隧道掌子面前方破碎带的预加固及处治方案进行了探讨。首先,建立了破碎带-岩板力学模型,将掌子面的岩体等效为受荷载作用的岩板,对受破碎带压力的岩板最小安全厚度展开计算分析,得到了岩板厚度与岩层倾角、破碎带有效高度的关系表达式,并对帷幕注浆处理参数进行了优化;随后基于理论计算结果,与某隧道穿越破碎带施工中因未控制掌子面岩体厚度而导致隧道失稳的典型案例展开对比分析;最后结合Comsol Multiphysics软件开展数值仿真模拟,分析了不同岩层倾角、隧道埋深、注浆预处理参数等因素对掌子面岩板最小安全厚度的影响。结果表明：理论计算、工程实际与数值模拟结果具有较好的一致性;正常施工时掌子面最小安全岩板厚度随破碎带有效高度的增大而增大,随岩层倾角增大而减小,故应在达到安全厚度之前对破碎带进行预支护;在选用帷幕注浆方法对破碎带进行预处理时,最小安全岩板厚度随着岩层倾角的增大而减小,此时在注浆过程中需要保留较大的安全厚度,同时控制注浆压力。     

钢渣的硅系与复合系激发及其在软土固化中的应用（双语出版）

中国每年产出大量钢材,伴随而产生的副产品钢渣,因其利用率低而导致资源浪费和环境污染。为充分、高效地再生利用废弃钢渣,从提升钢渣的胶凝性出发,参考水泥组分的率值控制指标,采用偏高岭土对钢渣进行成分增补,以提高Al₂O₃和SiO₂含量,开展水玻璃的硅系激发及水泥的复合系激发试验,制备得到钢渣型复合基材。净浆一定龄期后进行无侧限抗压强度试验,并尝试引入率值这一参数评价钢渣基材性能。结果表明：当水泥、偏高岭土和钢渣之间最优质量配比为50：15：85,水胶比为0.28时,复合基材的90 d强度可达41.5 MPa。复合系与钙系钢渣型基材的率值高度一致,可为不同初始成分的钢渣基材的标准化制备提供参考。采用XRD,SEM,MIP等多种微观测试技术探讨钢渣基材强度形成机理,发现钢渣基材水化产物为C-H,C-（A）-S-H和C-A-H等,其中网状C-S-H最为发育,各部分紧密联结,大孔隙减少,使得钢渣复合基材强度保持稳定增长。将钢渣基材用于软土加固中,当钢渣基材掺量为20%时,固化软土28 d龄期无侧限抗压强度可达1.2 MPa。固化土强度与似水灰比R成反比,给出了可用于预测钢渣基材固化土强度预测的经验表达式。     

考虑拉剪耦合作用地震边坡稳定性分析

基于拉剪耦合作用,对Mohr-Coulomb强度准则进行修正。在不同坡高、不同高宽比的边坡底部入射3条经典地震波,对边坡进行动力稳定性分析。首先采用显式迭代子增量法编写考虑拉剪耦合作用的Mohr-Coulomb强度准则子程序,并在边坡模型的截断边界添加黏弹性人工边界、输入等效地震荷载,模拟边坡受到的地震作用;然后以单元分别受到压缩和拉伸作用为例验证子程序的正确性;通过与已有地震边坡的研究结果对比,表明在地震边坡分析中若不考虑材料的拉剪耦合作用,得出的结论偏危险;最后在边坡底部垂直入射3条地震波,分析不同坡高、不同高宽比的边坡在2种强度准则下安全系数的区别。研究结果表明：不同边坡（坡高、高宽比不同）在不同地震波（El-Centro,Kobe,Northridge）作用下的安全系数各不相同,但安全系数都随坡高增加和坡角增大而降低;考虑拉剪耦合作用边坡的安全系数小于不考虑拉剪耦合作用边坡的安全系数,并且其安全系数的变化各有特点;坡高和高宽比的变化影响边坡对地震波频段的响应;分析地震边坡的稳定性,应综合考虑材料的拉剪耦合作用以及边坡高度和高宽比的变化规律。     

路基下伏矩形溶洞的稳定性解析法

为评价荷载作用下的路基下伏矩形溶洞的稳定性,首先根据岩溶区路基承载特性建立简化的力学分析模型,并进一步得到等效计算模型。其次,基于复变函数理论,提出矩形溶洞任意截面映射函数的确定方法,并给出常用矩形截面映射函数的具体表达式。然后,求得矩形溶洞在自重与路基荷载联合作用下的地层应力;在此基础上,进一步求得任意截面的最大、最小主应力,同时引入Griffith强度准则,对溶洞的稳定性进行评价。最后,通过数值方法及工程实例对本文计算方法进行验算。研究结果表明：该方法所得水平应力和切应力与数值结果误差在5%以内,竖直应力误差在8%以内,工程实际情况与理论计算结果吻合良好,对岩溶区路基设计计算有一定的参考价值;值得注意的是,矩形溶洞4个顶点处的水平应力及竖向应力值都比较大,应力变化幅度较为明显,存在严重的应力集中现象,说明矩形溶洞的4个顶点比较容易破坏,在工程实践中应特别注意该处的验算。     

自动驾驶中视觉次任务对年轻驾驶人接管时间的影响

为了了解有条件的自动驾驶中,年轻驾驶人的接管反应特性,分析视觉次任务（3×3箭头次任务和4×4箭头次任务）和接管请求时间（TTC为5 s和7 s）对不同接管时间的影响,基于驾驶仿真平台,设计了包含不同的视觉次任务和接管请求时间的自动驾驶接管场景,针对29名年轻驾驶人进行模拟驾驶试验。使用双因素方差分析来研究不同次任务与不同接管请求时间对接管时间的影响,以及使用Pearson相关性检验来分析不同接管时间的相关性。研究结果表明：与无次任务相比,次任务会显著增加接管时间;不同的次任务对接管时间无影响,次任务与前方有障碍物时的接管请求时间对接管时间无交互作用;与前方无障碍物时的接管相比,前方有障碍物时的接管会显著减少接管反应时间;在驾驶人执行次任务的情况下,不同接管请求时间对转向反应时间和制动反应时间无影响;在前方有障碍物的接管中,驾驶人更倾向于采用制动加转向的组合操作来回避风险,且驾驶人接管回避操作中直接转向和制动加转向的组合操作的比例相同;接管反应时间与制动反应时间有较强的相关性。     

轨道交通桥梁减振降噪研究进展

随着高速铁路和城市轨道交通的迅猛发展,人们环保意识的增强以及高架线路的广泛应用,轨道交通桥梁振动与噪声已成为亟待解决的问题。首先,介绍了混凝土桥、钢桥、钢混组合桥的典型振动与噪声试验和桥梁结构噪声常用的理论研究方法。其次,从桥梁结构优化的角度,讨论了混凝土桥、钢桥常用的减振降噪措施,并探讨了TMD的减振降噪效果。然后,综述了桥上轨道结构常用的减振降噪措施。最后,总结了3种声屏障降噪效果的研究进展。结果表明：①不同结构桥梁振动与噪声有所差异,总体来说钢结构桥梁振动与噪声问题更为突出;②混凝土梁截面的优化措施具有一定的减振降噪效果,如增设中腹板或横隔板,优化腹板倾角等措施,U梁对轮轨噪声具有遮蔽效应,梁下区域遮蔽损失最大可达10 dB（A）,但与传统箱梁相比,U梁结构噪声更大;③约束阻尼结构能够有效控制钢桥振动与噪声,TMD能够有效抑制桥梁结构低频振动,但降噪效果甚微;④在钢轨、扣件、轨枕道床等方面采取相应的减振措施,从而达到轨道交通桥梁减振降噪的目的是最为经济可行的方法;⑤声屏障可有效控制交通噪声,直立声屏障降噪效果为5~10 dB（A）,半封闭声屏障降噪效果约15 dB（A）,全封闭声屏障降噪效果超过20 dB（A）。     

基于部分优势比的公路隧道交通事故严重程度分析模型

为了明晰公路隧道交通事故严重程度的影响因素,在分析了16条公路隧道3年内发生的296起交通事故的空间特性、事故形态及其发生原因的基础上,以交通事故严重程度为因变量,将其分为仅财产损失、轻伤、重伤或死亡事故3个等级,从人、车和隧道行车环境3个方面选择了14个交通事故严重程度的潜在影响因素,分别采用有序Logit模型和部分优势比模型建立交通事故严重程度分析模型,并采用Brant检验判断比例优势假设。研究结果表明：与公路隧道交通事故严重程度显著相关的有4个自变量,分别为是否涉及大货车、事故涉及车辆数、事故发生时间和天气因素,其中是否涉及大货车、事故发生时间和天气因素3个自变量满足比例优势假设,而事故涉及车辆数不满足比例优势假设;对于部分优势比模型来说,涉及大货车的事故发生轻伤事故、重伤或死亡事故的概率比不涉及大货车的事故分别增加10.2%和3.4%,多车事故发生轻伤事故、重伤或死亡事故的概率比单车事故分别增加1.9%和5.9%,夜间发生轻伤事故、重伤或死亡事故的概率比白天分别增加5.6%和1.7%,非雨天发生轻伤事故、重伤或死亡事故的概率比雨天分别增加4.5%和1.5%。     

高速公路突发事件救援车辆诱导

为了提升高速公路突发事件应急救援效率,将交通状况、在途潜在风险等信息纳入高速公路突发事件救援车辆诱导研究中,基于实时和时变路网环境下的交通信息,以车辆出行时间最小,路径可靠性最强为目标,构建基于在途时间和路径可靠性的车辆诱导最优化模型。设计一种实时信息和时变信息结合策略,使模型规划路径随路网交通量变化而相应做出阶段性调整,采用滚动时域策略将该动态决策问题转化为一系列离散时间点的静态决策问题,用于计算应急救援路径时间;在此基础上,考虑到高速公路突发事件发生后路网交通事故率升高,同时容易发生拥堵的状况,进一步将救援规划路径可靠性作为决策目标,即应急救援车辆规划路径在面对道路中断或者严重拥堵时是否拥有更多的调整策略,更新救援路径尽快完成救援任务;为了便于量化计算将上述目标转化为统一的价值成本,共同决定救援车辆的行驶路径。研究结果表明：当行驶路段交叉口间距离较长,中间无其他道路连通,行驶过程中由于突发事件破坏趋势蔓延导致道路中断或拥堵等意外发生时,无法更新调整救援路径,最终导致救援延误;因此,基于救援时间和路径可靠性的车辆诱导最优化模型能够克服以上问题,进一步提高救援效率。     

川藏铁路某隧道不明气体成因机制研究

为解决复杂地质条件地区隧道工程建设中出现的不明气体问题,以川藏铁路某隧道出现不明气体为切入点,结合工程地质学、地球化学等学科交叉的研究方法与思路,对该不明气体的成因机制及演化特征进行研究,探索一种研究不明气体的新思路。基于现场采样测试与全天候监测,总结分析该不明气体成分特征及其演化规律,得出该不明气体为混合成因气体;同时,从不明气体的工程地质条件入手,着眼于区域油气资源和煤系地层的分布及区域地质构造、岩石裂隙发育情况,排除不明气体由其他地区运移而来的可能;在此基础上,进行岩石室内试验,通过对不明气体赋存环境进行地球化学分析,分别论证气体的有机成因及无机成因,得出该不明气体是原地产生的,经历了有机成因和无机成因2个阶段且储量有限,对工程后期影响不大,为隧道后期顺利施工提供了指导。