上拔、水平联合荷载对桩基承载性能影响的现场试验及数值模拟

通常桩基受力作用分别确定上拔、水平2个方向的承载力,不考虑其相互影响,不能准确反映桩基的真实受力状况.为研究桩基上拔、水平荷载的耦合作用对桩基上拔、水平向承载性能的影响,开展了大型现场试验及数值模拟研究.研究结果表明:上拔、水平联合荷载对桩基承载性能的影响与上拔、水平向荷载的比例有较大关系,当该比例小于2时,联合荷载作...     

等惯性两区段分散输水系统在40 m级单级巨型船闸中的应用*

输水系统是船闸实现其功能的关键设施,其设计直接影响船闸工程的安全与效率。等惯性四区段出水分散输水系统是目前国内外高水头大型船闸常用的输水系统形式,但其结构复杂、建设难度大,且由于设置第二分流口而带来自身空化等问题。为解决上述问题,结合我国内河船闸特点,通过国内外工程资料分析、理论与计算分析、物理模型试验等手段,提出并验证了“闸墙长廊道+闸室中心立体分流+闸底两区段四纵支廊道出水+侧支孔+明沟消能”的等惯性两区段输水系统形式在40 m级单级巨型船闸中的适用性,为高水头大型船闸建设提供参考和依据。     

基于船种聚类的航道通过能力量化方法

为准确计算航道通过能力,针对单双向通航方式并存的混合通航航道,建立了基于船种聚类的航道通过能力量化模型.根据海港航道通航管理规则,对不同船舶种类进行分类,通过聚类算法确定船舶种类特征及其分布概率.与传统航道通过能力计算方法相比,对不同种类船舶所占航道资源分别附以不同权重,同时考虑船舶通航方式改变对航道通过能力的影响,能够更加准确地量化航道通过能力.应用天津港大沽沙航道数据进行了实例分析,目前航道实际月通过船舶约为1 905艘次,计算得到大沽沙航道月通过能力为2 350艘次,并且与港口公共混合通航航道通过能力计算结果4 455艘次/月相对比,前者的结果更符合实际情况,后者的结果明显大于实际航道通过能力.结果表明,基于船种聚类的航道通过能力量化方法能更加准确地反映航道实际情况.     

燃料电池船舶舱内氢气泄漏数值模拟研究

燃料电池船舶运载着大量氢气作为燃料,在给船舶带来动力的同时,也因其易泄漏、爆炸等特性对船舶安全带来了威胁.针对船舶燃料电池舱内发生氢气泄漏的情景,选取目标船舶建立其燃料电池舱三维几何模型,并基于理想气体模型和氢气泄漏参数,计算出氢气从管道的泄漏值.再基于流体计算软件Fluent,选取适合的气体扩散模型,通过边界条件的设置,开展对舱门开闭和通风口状态的联合通风条件下氢气在舱内的扩散过程的瞬态数值仿真实验,并对不同条件下的舱内氢气浓度分布和发展规律进行了对比分析.仿真结果表明,在舱室上方的4个角落处,氢气的聚积浓度更高,是氢气探测器安装的最佳位置;在通风口保持自然通风的条件下,打开舱门可以使氢气的最终浓度降低20%左右;在单个通风口采用强制通风的通风量达到6 m3/s时,燃料电池舱内的氢气向其他舱室的扩散浓度可以维持在4%的安全浓度以下,且整个舱室的氢气浓度都可以保持在一个较低的水平,而继续增大通风量对氢气浓度的降低效果并不显著.     

船舶能效数据清洗方法研究

船舶能效数据清洗对于建立准确的船舶能效模型,提高船舶能效计算和分析的准确度,指导船舶节能航行具有重要意义.对船舶能效数据的故障特征进行了分析,运用阈值理论、船舶航行关联理论对故障数据进行了识别,运用插值法和灰色关联理论方法对水深、对水航速以及主机油耗数据中的异常数据进行修正,并且根据数据错误特征和数据清洗方法制定了船舶能效数据清洗流程,以内河邮轮"凯娅号"船舶上安装的船舶能效数据采集系统采集到的能效数据为研究对象,对数据清洗结果进行了分析.结果表明,水深数据修正值与实测值平均误差为1.58%,油耗数据、对水航速数据修正值与实测值平均误差为2.8%,1.5%,误差较小,能够满足后续建模以及数据挖掘等工作.     

基于轨迹的内河船舶行为模式挖掘

从内河海量的船舶AIS数据中提取出有用的交通知识,辅助水上安全监管,对于研究日益复杂的水上交通安全形势具有重要意义.基于内河船舶行为特征,构造由船舶位置、航速和航向4个维度组成的船舶航行状态空间来描述船舶行为.针对传统DBSCAN聚类算法提取状态空间中相似船舶轨迹存在计算复杂高的问题,提出增量式算法改进DBSCAN算法用以高效地计算不同船舶的行为模式;然后利用核密度估计等统计方法对不同模式的船舶行为特征进行数据挖掘,得到船舶航速、航向和位置的时空分布特征规律,进一步挖掘不同行为模式下的船舶微观特征.以武汉航段的汉江分叉航道水域作为研究案例,利用所提的方法对该水域分析研究,得到了6类不同行为模式,挖掘出不同模式下分叉航道内船舶静态属性信息(船舶类型、船舶尺寸)、空间分布特征(轨迹点分布、航速分布、航向分布)、船舶到达规律等信息.利用该模型所提取的知识有助于水上监管人员迅速获取水域交通态势,从而提高水上交通安全监管的水平和效率.     

软土地层浅覆土下钢管幕顶进沉降分析

为研究软土地层超浅覆土下钢管幕顶进施工引起的地层沉降规律与机制,以上海中环线田林路节点改善工程为依托,采用现场试验方法,对整个管幕顶进周期内地表初期沉降、累积沉降与工后沉降的变化发展进行分析,研究不同工况条件下地表沉降发展规律。结果表明： 试验结束后地表最大沉降为9.8 mm,管幕群施工对地表沉降具有累积作用; 单根钢管顶进时后半段隆起,隆起值在精度允许范围内; 管幕上方1倍管幕埋深范围内地层沉降变化明显,顺接管施工的工后沉降较大,采取洞口止水措施能有效减缓地层损失。     

郑万高铁隧道大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性研究

为研究郑万高铁大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性,依托郑万高铁隧道现场实测数据,确定台阶法和大型机械化配套全断面法2种工法施工的围岩压力分布特征,并采用数值模拟的方法建立围岩-支护结构有限元模型,分析2种工法对围岩压力和结构内力的影响规律。研究结果表明： 1)台阶法多次施工扰动易导致支护结构和围岩之间产生空隙而发生脱空,大型机械化配套全断面法施工对围岩扰动次数少,初期支护快速封闭成环,可保证初期支护及围岩之间良好的密贴性; 2)在软弱围岩中,采用大型机械化配套全断面法施工比台阶法更有利于改善结构受力,减缓结构内部偏心受压的程度,能有效发挥拱形隧道结构承载力; 3)大型机械化配套全断面法在软弱围岩快速施工、控制支护结构变形、保证支护结构受力安全等方面具有综合优势。     

蒙华铁路阳城隧道土砂分界地层分界面位置对围岩稳定性影响探究

为了解决隧道穿越土砂分界地层的围岩稳定性问题,以蒙华铁路阳城隧道为研究对象,采用现场试验、室内试验及数值试验等研究方法对土砂分界地层围岩稳定性进行探究,重点探讨地层种类及其厚度变化对围岩变形、塑性区扩展及支护结构受力的影响。结果表明： 1）相对单一地层,土砂分界地层会影响洞周应力分布,分界面处围岩容易先出现塑性区,且土砂分界地层围岩变形性质与软弱的全砂岩地层更为接近; 2）在土砂分界地层分界面处会产生较大的水平收敛,易出现拉应力; 3）土砂分界地层中,随着砂层所占比例的增大,拱顶沉降和洞周收敛不断增大,且分界面所在台阶处支护结构的应力发展会提前达到更高的峰值; 4）当分界面出现在上台阶时,围岩会产生极大的塑性变形,支护结构承受相对较大的应力,是土砂分界地层中最不利的分界情形。     

Field measurements of the evolution of wheel wear and vehicle dynamics for high-speed trains

This investigation demonstrates the wheel wear evolution and related vehicle dynamics of high-speed trains with an operating distance (OD) of around two million kilometres. A long-term experimental test lasting two years was conducted to record the wheel profiles and structural vibrations of various trainsets. The wheel wear, namely the profile shape, worn distribution and wheelset conicity, is investigated for several continuous reprofiling cycles. Typical results are illustrated for the stability analysis, and the ride quality is examined with increasing OD. In addition, the vibration transition characteristics between suspensions are investigated in both the time and frequency domains. The experiments show that the dominant wear concentrates on the nominal rolling radius, and the wear rate increases with OD because of the surface softening resulting from the loss of wheel material. The vibration of structural components is aggravated by the increase of the equivalent conicity of the wheelset, which rises approximately linearly with the wheel wear and OD. High-frequency vibrations arise in the bogie and car body related to the track arrangement and wheel out-of-roundness, causing the ride comfort to worsen significantly. Additionally, the system vibration characteristics are strongly dependent on the atmospheric temperature. Summaries and conclusions are obtained regarding the wheel wear and related vehicle dynamics of high-speed trains over long operating times and distances.