基于离散元法细观分析的隧道掘进对砾石地层扰动的初步研究

砾石土地层是一种较为特殊的地质环境,其复杂的物质结构及力学性质在隧道工程中引起了广泛的关注。利用一种随机多边形生成法建立砾石土地层;横断面开挖采用删除隧道周围部分颗粒模拟地层损失的方法;纵断面开挖采用设置支护墙体并后退的方法,以此开展横断面不同含石量和不同隧道埋深条件下地层位移、颗粒微观转动及受力分析;纵断面不同含石量条件下地层位移、开挖面支护压力的研究。结果表明:1)开挖造成的砾石颗粒位移显示地层受扰动的范围随着碎石土地层含石量增高而逐渐缩小;2)支护压力的变化趋势随着模拟开挖面支护墙体后退先大幅下降后趋于稳定,且含石量越低,支护压力越大;3)随着隧道埋深的增加,地表最大沉降值减少,且二者之间呈线性关系。     

基于欠定盲源分离的柴油机曲轴轴承故障诊断方法研究

针对柴油机曲轴轴承振动信号盲源分离的欠定问题,提出了基于相空间重构和动态聚类奇异值分解的适定化方法。首先通过引入广义时间窗的概念确定最佳时间延迟和嵌入维数,重构信号相空间矩阵;然后对其进行奇异值分解,并对奇异值进行动态聚类以确定最佳重构阶数,进而重构得到虚拟观测信号,从而将欠定问题转变为适定或超定;最后利用自适应Parafac方法对原观测信号与虚拟观测信号构成虚拟传播路径进行盲源分离得到有效源信号。仿真结果表明,该方法可有效分离出混合信号中的源信号,并将其应用到柴油机曲轴轴承故障诊断中,诊断准确率提高了18.4%。     

基于聚类及霍夫变换的轮对廓形提取算法研究

针对轮对尺寸在线检测中廓形计算复杂的问题,提出一种新的轮对廓形提取算法。总结在线检测系统中的6种典型轮对廓形,采用DBSCAN算法对廓形数据进行聚类,并采用改进霍夫变换确定廓形有效区域;采用曲率熵与最小二乘法进行曲线拟合,获取轮缘基准点;通过坐标旋转与平移等操作实现完整的轮对廓形提取,为轮对尺寸计算提供支持。通过现场试验验证算法可行性,并与人工检测结果进行对比,结果表明:在线检测系统精度优于人工检测,验证该算法能够有效地实现轮对廓形提取。     

基于弦测法与密度聚类的三维结构光波磨检测

为解决钢轨波磨人工检测费时费力及惯性法检测精度较低的问题,综合利用三维结构光技术、弦测法和密度聚类算法进行波磨检测。首先获取钢轨点云,通过纵向平面遍历轨头点云得到钢轨的纵向截面簇,其次利用弦测法计算相应纵向截面的谷深和波长。最后利用钢轨发生波磨时产生的接触斑,对遍历计算的谷深和波长分别进行密度聚类,将相同或相似接触斑的波磨信息聚类成簇,对聚类后各簇的结果进行统计分析得到相应钢轨的波磨信息。本方法结合三维结构光数据量大、弦测法计算直接明确的优点,通过密度聚类将不同深度、大小的波磨接触斑进行区别,有效地将钢轨波磨不同谷深及波长成分进行分类计算。实验室样件试验及现场试验表明,本方法能够实现对钢轨波磨的精确检测。     

基于自适应层次聚类的无绝缘轨道电路补偿电容故障诊断方法

针对目前无绝缘轨道电路JTC(Jointless Track Circuit)补偿电容故障诊断方法对补偿电容多故障情况检测不准确、无法充分利用历史监测数据且算法及时性不高、过度依赖于模型的情况,提出基于自适应层次聚类的JTC补偿电容故障诊断方法。通过定义相应类内类间距离判据,提出自适应层次聚类的算法流程。根据机车信号远程监测系统获取的历史监测数据,结合补偿电容故障的影响特征和规律,建立历史数据特征矩阵与样本矩阵,并提出相应的补偿电容多故障诊断策略。实验表明,本算法可以正确、有效地对补偿电容故障情况进行检测,能够提高历史监测数据的利用率。     

基于两次聚类的PWARX驾驶行为辨识模型

针对传统基于聚类的PWARX模型依赖先验知识和子空间划分精度不高的问题,提出一种基于两次聚类的PWARX辨识模型改进算法,并将其应用于驾驶行为建模。首先通过近邻传播算法在样本空间上进行聚类,在所得类簇上用线性模型进行拟合,并通过K-means算法在线性模型的参数空间上进行聚类,以获得PWA子模型的区域划分,最后在各个子空间上对PWA子模型进行求解。该算法合理利用了近邻传播算法和K-means算法的特点,通过在样本和参数空间上的两次聚类获得了良好的子模型区域分割效果。并对10名驾驶员的驾驶行为的建模实验结果表明,所提算法的模型辨识的平均准确率达到了91.5%。     

基于2D激光位移传感器的轨底坡动态检测系统研究

设置合理的轨底坡可使钢轨轨头与车轮踏面合理接触,减轻钢轨轨头的不均匀磨耗,延长钢轨使用寿命。为提高轨底坡静态检测精度,线路日常养护和维修效率,提出一种基于2D激光位移传感器(简称2D)的钢轨廓形检测原理和ARM嵌入式技术的轨底坡动态检测方法。结合传感器工作原理与特点,搭建一套可在线连续检测的轨底坡动态检测系统。考虑到2D空间姿态变化,建立适用于轨底坡动态检测的双2D空间姿态关系模型和标定解算模型。因为车体振动会产生对轨底坡计算结果的影响,利用Kalman滤波算法建立多传感器的状态空间模型,对轨底坡计算结果进行补偿。最后选用GJ-4型轨道检测车进行地铁正线试验,试验结果与人工复核结果的对比,符合工务段要求精度。试验结果验证了该轨底坡动态检测系统切实可行,Kalman滤波算法能够很好地对轨底坡的计算结果进行补偿修正。     

铁路既有线新型加固方法——横承式便梁法方案研究

为了解决下穿铁路既有线顶进施工框构桥过程中传统线路加固的D型便梁法存在的安全、质量和结构等问题,提出一种新型线路加固方法——横承式便梁法,深入研究本加固体系的结构布置和构造、设计边界条件、研究重难点、有限元分析和施工方案等方面。在满足规范要求的前提下,确定结构各部构造和整体施工方案,实现加固体系的快速安拆和重复利用,保证了施工过程中不破坏铁路路基道床,明显提升线路加固体系的刚度和稳定性,减小对铁路运营的影响,扩大线路加固体系的适用范围,可满足所有单线和绝大部分双线铁路的加固要求,具有良好的技术效果和广阔的应用前景。     

地铁盾构下穿多股道铁路路基变形控制优化研究

为研究盾构下穿铁路时不同加固方案的效果,通过FLAC~(3D)数值模拟,在分析盾构参数对地表沉降影响的基础上,对比研究D型梁加固和管棚注浆加固2种股道加固方案的特点,得到如下结论:地层损失率越低、盾构密封舱内压力越大,地表沉降越小,针对不同工程,应对比选取最佳密封舱内压力以保证整体沉降最小;D型梁的隔离作用优于管棚注浆,但其施工会对股道造成较大扰动;D型梁加固具有一步到位的效果,后期安全系数更高,复杂工程中,D型梁的适用性强于管棚注浆;管棚注浆和D型梁2种加固方案,管棚注浆的经济性和可操作性更强,2种股道加固方案都满足变形要求时,宜优先采用管棚注浆加固;管棚注浆无法满足股道变形要求时,宜考虑D型梁加固。