考虑沥青路面材料参数空间差异性的解析计算及影响分析

复杂服役环境下沥青路面的材料参数存在明显的空间差异性,具体表现为沿深度的模量梯度分布与非连续层间接触以及横观各向同性,实现其解析计算对现有的沥青路面力学响应分析及结构设计方法具有重要的参考价值。为此,从弹性力学基本方程出发,基于状态空间法,推导了具有指数模量梯度的横观各向同性弹性层状体系通解;在此基础上,基于波传递方法,将状态向量转换为波向量,并结合边界条件和层间条件,建立了考虑沥青路面材料参数差异性的多层路面结构解析解;然后借助MATLAB平台编制了数值计算程序,采用文献对比、BISAR程序以及有限元软件ABAQUS验证了该解析解的精度与效率;最后结合典型数值算例,阐述了该解析解在沥青Top-Down开裂和传统路面疲劳损伤分析中的应用。理论推导和数值计算结果表明：该解析解摆脱了弹性力学问题求解对应力函数的依赖性,并且借助波传播方法,避免了求解中正指数过大对求解精度的影响,并使得边界条件和不同层间接触关系的描述更加便捷;沥青路面材料参数的空间差异性不可忽视,沥青面层连续模量梯度会造成更大的路表拉应力和最大剪应力,进而加剧沥青路面的Top-Down开裂;而横观各向同性和层间接触状态间存在耦合效应,从而会加剧沥青路面的疲劳损伤。     

长寿柔性基层沥青路面的极限应变

长寿柔性路面设计通常采用沥青层底极限拉应变和土基顶部极限压应变作为控制指标。现阶段极限应变指标参照室内试验结果确定,且数值相对固定。而现场路面结构层应变响应值受结构厚度、荷载、环境作用（温度及老化）等因素的影响,在服役过程中不断演化。以2条服役超过35年的柔性路面结构（屯门公路与吐露港公路）为基础,分析了不同服役阶段路面结构层在不同荷载、环境作用下的极限应变响应,探讨了柔性路面极限应变的大概范围。研究结果表明：在初始服役状态下,屯门公路高温状态下沥青层底的极限拉应变为376×10^-6,土基顶部极限压应变为562×10^-6;低温状态下上述极限应变分别降为87×10^-6,249×10^-6;吐露港公路高温状态下沥青层底、土基顶部极限应变分别为149×10^-6,324×10^-6,低温状态下上述应变分别降为50×10^-6,156×10^-6。在经过长期服役后,老化状态下2类路面沥青层底拉应变及土基顶部压应变均大幅降低。屯门公路在使用36年后,某些路段出现零星的疲劳破坏,而吐露港公路则没有发现疲劳破坏。极限应变计算结果表明,路面关键位置的应变受荷载、沥青层厚度、温度和沥青层老化状态等多因素的影响。因此,在进行长寿柔性基层路面设计中,荷载、沥青层厚度、温度及沥青层老化状态等因素都应该考虑在内。     

面向传染病疫情防控的公共交通运行管理决策支持研究

近年来全球新发重大传染病疫情不断出现,已成为人类社会必须防范应对的重大风险。公共交通在传染病疫情防控过程中承担着阻断病毒传播和保障复工复产的功能,疫情期间公共交通运行管理的决策需求和技术支撑体系与日常情况有显著差异。现有研究多针对公交日常运行决策需求展开,虽有少量针对突发公共事件的应急管理决策支持的研究,但多针对自然灾害和事故灾难场景,无法迁移应用于传染病疫情防控。基于此,以新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情为例,综合考虑突发公共卫生事件应急管理流程和疫情防控实际情况,系统梳理疫情不同阶段的防控目标和决策需求,提出一种面向传染病疫情防控的公共交通运行管理决策支持系统框架,建立基于公共卫生事件案例库、多源数据融合库、公交数据分析技术库和公交防疫策略库的功能架构,并设计不同功能模块的算法模型。研究以厦门为例,对提出的决策支持系统的功能架构和算法模型进行验证。研究结果表明,构建公交乘客出行链的成功率为89.7%,并可应用于疫情不同阶段的关联客流分析、感染者同乘人员的追溯分析、医护人员等防疫人员的通勤出行识别、公交运行满载率监控等方面。研究成果不仅对传染病疫情防控有实用价值,而且对突发公共事件应急管理决策支持方法亦有理论贡献。     

道路沥青材料VOCs的指纹组分及其定量分析

深入开展沥青材料环境影响规律研究,是加快推进交通运输污染防治和绿色交通发展的重要手段之一。针对热拌沥青材料在使用过程中挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs）释放量小、组分复杂且材料来源和环境因素依赖性强等难以定量表征的科学问题,开展包括不同沥青材料间VOCs公共组分、特有组分和超微量组分的VOCs全组分的特征研究。综合共计80种沥青材料的VOCs组分特征,提出并定义沥青材料VOCs的指纹组分。基于指纹组分的释放量-色谱峰面积的绘制,分别构建沥青材料VOCs中单一组分释放量和VOCs释放总量的计算方程。研究结果表明：不同沥青材料的VOCs释放差异显著,其组分信息和对应释放量均存在很强的原材料来源依赖性;沥青VOCs的指纹组分具有色谱峰面积大、组分纯、毒性强等特点,包括2-甲基戊烷、正己烷、3-甲基己烷、庚烷、2-甲基庚烷、丙酮、甲基丙烯醛、正丁醛、异戊醛、苯、甲苯和二硫化碳这12种物质;该系列指纹组分能够用于沥青材料VOCs的单一组分释放量和总释放量的快速准确分析;70A沥青、70B沥青、90A沥青、90B沥青和SBS改性沥青在160℃加热条件下的VOCs释放总量分别为4.42,3.32,2.52,2.29,1.88 μg·g^-1,其中指纹组分的总释放量分别为3.00,2.33,2.01,1.75,1.44 μg·g^-1;70号沥青中释放量最多的物质包括正己烷、2-甲基戊烷和庚烷,其释放量均大于0.40 μg·g^-1;90号沥青和SBS改性沥青中,释放最多的物质为正丁醛,其中90A沥青中正丁醛的释放量高达0.76 μg·g^-1。     

新冠肺炎疫情下城市公共交通非常规防疫策略——以宁波市为例

在国家重大突发疫情面前,城市公共交通具有保障出行与阻断疫情的双重责任。面对新型冠状病毒感染的肺炎（简称新冠肺炎,COVID-19）疫情,城市公共交通既要保证有效运输,又要降低疫情扩散的风险。地铁和常规公交是城市公共交通系统不可缺少的一部分,在城市公共交通中占据重要地位。针对宁波市城市公共交通系统中存在的防疫问题,提出了基于问题驱动的城市公共交通非常规防疫策略。研究结果表明：新冠肺炎疫情形势下,城市公共交通系统防疫需要启动应急响应机制,遵循分区分类防控的基本原则,在保障人们刚性出行需求的同时,必须阻断疫情传播,减少通过公共交通运输造成的交叉感染,实现疫情可防可控。除体温检测、佩戴口罩与洗手消毒等防疫措施之外,还应结合地方实际和风险评估等级采取非常规的组合防疫策略,即：①面向城市常规公交,建议采取网格化运营策略、需求响应式运营策略以及应急公交接驳策略;②面向城市轨道交通,建议采取3级组合防疫策略,即暂停运营策略、车厢隔离防疫策略以及需求响应式防疫策略。以上常规公交与轨道交通的多种组合防疫策略需根据疫情的发展情况动态调整,及时启动相应级别的公共交通应急预案,被动防御与主动防控相结合,积极发挥城市公共交通在疫情时期的交通骨干作用和应急保障作用。     

重大突发公共卫生事件下城市应急医疗物资优化调度研究

针对新型冠状病毒肺炎（新冠肺炎）疫情防控中应急医疗物资调度不尽合理、集配中心中转效率不够高等问题,重新设计了重大突发公共卫生事件下城市应急医疗物资调度与配送体系,并给出了应急医疗物资的分类方法。从医疗物资使用需求和库存估计可使用时间2个维度构建需求点紧急度指标,考虑突发公共卫生事件特征,以加权的需求满足率最大化为主要目标、车辆行驶距离最小化为次要目标,构建应急医疗物资动态分配模型,并通过算例验证了模型的有效性和可行性。结果表明：所构建的模型能够兼顾医疗物资分配的公平和效率,符合突发公共卫生事件中应急医疗物资供给和需求的动态变化特性,确保在物资短时间供给不足的情况下各需求点也能公平获取一定比例的物资;且模型仅要求各需求点上报各种品类医疗物资的使用人数和库存量,同时模型还给出数据缺失时的自动计算办法,可操作性更强;运用紧急度指标对需求满足率最大化目标进行校正,解决了各需求点因需求量差异对公平分配造成的影响,使得应急医疗物资分配更加合理。研究成果结合了新冠肺炎疫情防控中应急医疗物资调度的具体过程,使得分配模型更符合实际需要,可为城市应急医疗物资优化调度提供决策依据。     

高等级自动驾驶汽车虚拟测试：研究进展与前沿

安全性测试是高等级自动驾驶汽车（Highly Automated Vehicles,HAV,指具备L3级及以上能力的自动驾驶汽车）规模化应用的基本保障。鉴于HAV测试对象与测试标准的变革,传统基于里程的车辆测试方法论不再适用,场景化虚拟测试正成为验证HAV安全性的核心方法。基于与国内外多家HAV研发机构开展虚拟测试合作的基础上,针对测试场景、测试工具和测试方法等方面的技术难点和学术问题进行汇总、归纳和分析。测试场景方面,围绕场景覆盖度的要求,需重点关注测试场景自主划分、自动化仿真生成和未知高风险场景搜寻等理论方法。测试工具方面,在构建HAV自动驾驶系统“环境感知-规划决策-运动执行”一体化仿真工具的基础上,需研究支撑测试场景生成、驾驶行为双向交互和多传感器物理模型融合的高可信仿真技术。测试方法方面,针对海量测试场景、HAV驾驶能力非单调变化等特征,亟待开展覆盖度驱动型测试方法、加速测试方法和多目标测试与评估等的研究。此外,在上述研究挑战的基础上,面向HAV虚拟测试自动化、快速化、一体化和协同化的应用需求,提出HAV虚拟测试仿真即服务（Simulation as a Service,SAAS）的系统架构,并进一步明确HAV安全性诊断分析、系统自主优化训练和面向系统快速迭代升级的测试方法等SAAS重点研究需求。     

基于改进全局优化算法的轮毂液压动力系统能量管理策略

现有针对轮毂液压混合动力系统的能量管理策略均为结合研究人员经验与发动机最优工作区域的简单控制,暂未见优化控制策略的应用,导致实际控制值与最优控制值的偏差较大,无法充分发挥该系统的节油能力。基于此,针对该系统提出了一种基于改进全局优化算法的能量管理策略,探寻该系统的理论最大节油量,进一步挖掘该系统的节能潜力。首先,该策略建立了基于车速-蓄能器荷电状态（SOC）自适应调节等效油耗因子的方法计算目标函数中的罚函数,从而提高系统的制动回收能力,避免计算结果陷入局部最优;随后,根据轮毂液压混合动力系统各模式工作点相对固定的特性,实现了控制变量降维;最后以实测数据进行了仿真测验。结果显示：比起传统的全局最优策略,该方法可以进一步实现3.36%的节油效果;同时,在实现节油的基础上,经过控制变量降维后计算时间减少了35%,而计算精度基本不受影响。     

隧道内横向偏置火源火灾烟气温度特性全尺寸试验研究

为了研究隧道内火灾温度分布规律和烟气运动状态,使交通隧道火灾灾害降到最低,通过全尺寸隧道火灾试验研究了热释放速率为30 MW火源位于偏离横向中心位置一个车道宽度条件下的顶棚射流的烟气温度特征,分析了烟气在各阶段的温度分布以及沿横向和纵向扩散的规律。结果表明：在火源下游一定区域内,偏置火源火灾产生的烟气在沿隧道横向和纵向扩散温度分布均呈非对称形态;烟气继续沿纵向扩散一段距离后,逐渐出现和形成温度分层;偏置火源顶棚射流的温升趋势随时间呈二次多项式关系增长,远壁面烟气沉降高度和温度衰减幅值大于相应中心火源的试验值;与中心火源的相似,火源在下游30 m内的顶棚射流温升随纵向距离的增加符合指数衰减规律,但同时还受到偏置距离的影响;可使用量纲一的偏距与量纲一的纵向距离的函数关系式描述其分布规律。     

基于孔隙结构的土体未冻水含量滞回效应研究

冻结特征曲线（SFCC）是描述负温与土体内部未冻水含量之间的关系曲线,是非饱和冻土研究的重要基础。冻融循环是冻土研究的关键因素。以粉土和黏土为试验对象,采用低场核磁共振（NMR）技术,测得了土体在冻融循环作用下的冻结特征曲线和孔隙结构分布图,研究土体在冻融循环作用下冻结特征曲线的变化。试验结果表明：随着循环次数的增加,土体孔隙分布发生了变化,进而导致冻结特征曲线滞回圈和特征温度点的变化,冻结特征曲线变化的本质是孔隙结构的变化;从微观结构出发得到了基于孔隙结构的SFCC表达式,指出融化过程的冻结特征曲线是主冻结特征曲线;结合试验数据的对比分析,模型有效展示了多次冻融循环下土体冻结特征曲线的滞回效应,适用于多次循环下的非饱和冻土。