摘要:为提高沥青铺面工程的质量控制技术能力,采用CT扫描获取粗集料形状,生成实形粗集料颗粒模型群组,再使用离散元软件生成具有粗集料形状和级配组成特征的沥青混合料仿真试件,探讨数字仿真试验,继而实现沥青混合料质量的数字化管控。通过4种不同接触行为:粗集料本体、砂浆-砂浆、集料-砂浆、集料-集料,与骨架结构复合构建生成马歇尔仿真试件；采用间接拉伸劈裂试验验证了模型试件的准确性,并结合质量控制典型状况进行了应用和分析。以沥青混合料低温性能为例,进行配合比优化的等体积、等质量替换性能比较的仿真试件应用分析。研究结果表明:采用三维离散元构建的马歇尔试件可有效模拟间接拉伸力学行为,并可区分质量控制过程中的典型状况；从劈裂强度和断裂能角度分析发现,等体积替换方式较等质量替换方式更接近原级配的劈裂试验性能；较大粒径范围的粗集料形貌与混合料结构联系更加紧密。实形粗集料三维离散元马歇尔仿真试件可以应用于沥青混合料的质量控制中,具有显著效果,能够使工程管控工作的开展更加方便快捷。

摘要:为揭示结构全寿命周期内考虑时间效应的失效规律,针对分区腐蚀桥墩时变抗震韧性问题,围绕不同桥墩分区的腐蚀环境、材料特性和腐蚀过程,开展了钢筋面积、钢筋屈服强度及混凝土抗压强度等材料性能的时变退化规律研究。根据计算结果建立桥墩分区腐蚀有限元模型,结合增量动力分析（IDA）得到墩顶位移响应,基于概率需求模型及损伤界限值构建了桥墩地震易损性模型。进而利用Pushover分析,将桥墩抗震性能随服役时间的退化作为灾前时变性能指标,灾后的性能指标通过量化地震作用导致的桥墩瞬间功能损失以及恢复程度来表征,提出了考虑分区腐蚀环境桥墩全寿命抗震韧性计算模型。结果表明:浪溅区钢筋锈蚀速度明显大于水下区及大气区,桥墩服役20 a到50 a的韧性退化值约为50 a到80 a的韧性退化值的2倍。因此在桥墩服役前期,决策者可依据实际提出合理的震前加固措施来增强抗震韧性。

摘要:为了建立能够客观准确评价既有路基承载能力状况的测算方法,改善路面模量反算软件因初值选取不唯一而导致的误差问题,建立了路面弹性层状体系有限元动力模型,基于相关性分析筛选优化了弯沉盆参数,提出了基于BDI-F₂-d₉的三参数路基模量预测模型；在此基础上形成多层路面模量反算新方法,并利用北京RIOHTrack环道的4种不同典型路面结构的实测数据对该模型的有效性和准确性进行验证。结果表明:应用所提出的FWD三参数预测模型计算得到的路基模量较常规反算方法更为准确,且与承载板实测值之间存在较好的线性关系（R²=0.910 6）,两者比值介于0.19~0.28之间,符合已有文献研究结论。以此路基模量预测值作为输入参数并利用沥青路面动力有限元模型能更加准确地模拟FWD测试动态过程,从而提高了路面各层模量的反算精度。研究成果为模量反算软件初值选取提供了参考,并为利用弯沉盆参数（DBP指标）构建适用于实际工程的路基、路面模量反算方法提供了理论依据。

摘要:国内某跨海悬索桥作为连接当地岛屿的交通要道,桥面上易燃物质LNG（液化天然气）的大量运输给该桥运营带来了不可忽视的安全隐患。针对该桥主桥跨中处如果发生两辆LNG油罐车追尾燃烧的小概率火灾事故,基于国内已有的油池燃烧实验,结合使用火灾动力学模拟软件FDS与有限元分析软件ABAQUS进行桥面油罐车火灾模拟与火灾下的全桥力学分析,以预测LNG油罐车火灾对桥梁结构产生的影响,为防范与应对桥面发生油罐车火灾的突发事件提供参考。仿真计算结果表明:当桥上发生LNG油罐车火灾时,局部主缆和部分吊索直接受火作用,受火主缆失去部分结构性能,受火吊索遭到破坏而失效；高温区域的桥面铺装也遭高温破坏,铺装下层的主梁钢结构所受温度影响相对较小；火灾下桥梁挠度增加0.234 m,桥梁东西两幅受力不再均衡。通过对火灾中高温区域关键构件的防火研究,ABAQUS的传热分析显示,外包双层5 mm厚的隔热气凝胶保护层设计在火灾中可有效保护桥梁主要构件。

摘要:减载式涵洞改变了涵顶填土荷载的传递路径,使得上部填土荷载向减载块集中,从而降低涵洞顶板受到的土压力,但是在长期填土荷载下,土体与减载孔内的柔性填料会发生蠕变变形导致应力重分布。为了明确长期填土荷载作用下减载式涵洞的土压力变化规律与减载效果,利用模型试验探究了刚性地基条件下减载式涵洞在填筑砂土施工期间的荷载传递规律,根据试验结果验证了数值模型的正确性；再利用验证后的数值模型研究了填土荷载作用下,考虑减载孔内EPS柔性填料蠕变、路基填土蠕变,以及二者共同蠕变条件下,减载式涵洞的土压力长期变化规律。研究结果表明:刚性地基条件下,考虑EPS板蠕变时,工后30年涵顶土压力相对于填土结束时减小了25.4%,涵顶土压力减载效果随时间增长而增强,建议涵顶竖向土压力系数可取0.45；考虑填土蠕变或二者共同蠕变时,涵顶土压力波动式增大,并最终均趋近于填土自重压力,减载效果随时间增长逐渐减弱,建议涵顶竖向土压力系数可取1.1。对于黏性土路基,设计中如果不考虑长期填土蠕变引起的土压力重分布,很可能高估减载式涵洞的减载效果,从而导致结构病害。

摘要:大悬臂预应力混凝土盖梁（以下简称大悬臂PC盖梁）通常会在悬臂根部设置折线段来保证结构的受力性能,但尚未有合理的折线段尺寸设计依据。为此,通过将附加折线段等效为弧线段,提出了折线段大悬臂PC盖梁的剪应力计算理论；针对大悬臂PC盖梁的折线段尺寸设计问题进行了1∶4的缩尺模型试验,分析了折线段对悬臂根部剪应力分布及受力性能的影响；并根据结构弯剪受力强度要求,给出了不同盖梁悬臂长度、受压边倾角及预应力水平等设计参数下的最小折线段长度比计算公式。结果表明:所提出的折线段变截面梁剪应力计算理论能较好地反映折线段设置对剪应力纵向分布带来的影响,顶缘最不利受力位置由悬臂根部转变为变受压边倾角处,随着折线段长度比的增加,盖梁顶底缘应力峰值均有所降低,需要通过控制折线段尺寸来保证结构受压边底缘的强度要求。所给出的最小折线段长度比计算公式对不同设计参数的大悬臂PC盖梁均能保证其有效精度,具有一定的实用性。

摘要:为了提升新型蝶形钢板阻尼器的耗能效率并优化其几何参数,首先推导了新型阻尼器的初始刚度和屈服力计算公式,然后采用拟静力试验对8个阻尼器试件的失效模式、力学参数和滞回性能进行了对比研究,最后通过67个模型的数值模拟分析,探讨了耗能肋宽度比a/b、高厚比H/t、耗能肋条数n、钢板片数N等参数对阻尼器力学性能的影响规律。结果表明:新型阻尼器力学性能稳定,滞回曲线饱满,极限位移角大于10%,最大等效黏滞阻尼比超过0.4,其力学性能与耗能肋条数n和钢板片数N成比例,便于标准化设计,且初始刚度、屈服力和等效屈服位移均具有良好的理论解析性,理论公式的平均计算误差分别为14.0%、8.4%、-10.9%；通过合理设计耗能肋的尺寸,可实现其全截面屈服的变形状态,使得钢材单位体积耗能量最大达0.217 J/mm³,当耗能肋几何参数满足a/b=0.25~0.50、H/t=20~30时,新型阻尼器可实现最优的耗能经济性。

摘要:为研究冒落带破碎岩体在上覆岩层压力作用下的动态储水性能及演化机制,采用自主研发的可视化装置,对粗砂岩、砂质泥岩和泥岩的破碎岩样进行了侧限压实试验,获取了压实全过程的孔隙率、碎胀系数和空间演化图像。试验结果表明:破碎岩体压实过程可分为大空隙压实、小空隙压实、破碎后压实和压实强化4个阶段,其中岩体储水空间变化主要出现在第1、3阶段。由于岩体强度及遇水软化特性差异,3类破碎岩体包含了不同的压实过程及分段特征,进而导致砂质泥岩的储水空隙分别是粗砂岩和泥岩的3.75和7.5倍。随着粒径的增大,破碎岩体稳定性提高,粗砂岩、泥岩、砂质泥岩的空隙率分别增大0.20、0.09和0.04。试验结果可采用颗粒力学进行解释,岩体的压实过程本质上是松散岩块之间的滑移、挤压和力链形成,岩性、覆岩压力、颗粒级配的变化导致了3个阶段的发生次序与颗粒体系接触刚度的差异,进而导致岩体储水系数差异。研究成果可为煤矿地下水库储水能力准确评估提供理论支撑。

摘要:钢-混组合桥面板的混凝土铺装层设计参数多由工程经验确定,针对因缺乏明确的受力机制分析而容易导致其结构开裂或不经济的问题,根据正交异性钢-混组合桥面板构造特点,将混凝土铺装层横桥向受力比拟为弹性地基上的无限长梁,建立了轮载下混凝土层横桥向效应的理论分析模型,推导了混凝土层横桥向弹性变形、受力和有效作用范围的解析式。以实际正交异性钢-混组合桥面构造为原型,设计和实施了足尺模型静载试验,还进行了空间有限元仿真分析,结果证明了弹性地基梁比拟模型的合理性。因横隔板和刚性混凝土层约束,偏载下U肋扭转变形可忽略不计；轮载横桥向有效作用范围不超过5个U肋中心距。基于有限元的参数分析表明:栓钉布置和横隔板对混凝土层横桥向受力影响很显著。在所提的混凝土铺装层设计参数取值范围内,提出的横桥向受力计算公式适用于正交异性钢混组合桥面设计。

摘要:为解决快速路合流区的交通拥堵和安全问题,保障智能网联车辆（connected and automated vehicle,CAV）在快速路合流区高效、安全、舒适、稳定地行驶,采用深度强化学习方法之DQN（deep q-network）算法,综合考虑车辆行驶安全性、高效性与舒适性等因素,建立了用于神经网络训练的奖励函数模型,提出了快速路合流区CAV换道决策方法。应用开源自动驾驶仿真场景highway-env,搭建快速路合流区仿真环境,对其主线路段及匝道进行仿真试验。仿真试验结果表明:相比于智能驾驶人模型（intelligent driver model,IDM）和highway-env中换道决策方法,采用所提出的快速路合流区CAV换道决策方法时,CAV能够快速达到22.22 m/s行驶的稳定状态,同时避免频繁换道及加减速行为,并优化了车头时距,很大程度上提高了交通流运行效率和乘车舒适性。研究成果在智能交通领域中,可为智能网联环境下城市快速路合流区的车辆通行提供了一种新方法,为未来智能网联车辆的换道提供了决策方法。

摘要:为探究冻融循环条件下非饱和黄土中铅离子的迁移规律,开展了吸附试验及冻融循环条件下铅离子迁移土柱试验,并基于热质守恒原理建立了非饱和土中污染物迁移的耦合数学模型,同时利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对模型进行数值求解,结合土柱试验评估了耦合模型的可靠性,探讨了各物理量的变化规律。结果表明:冻融循环条件下,土柱温度变化滞后于循环温度的变化,虽然冻融循环使土体渗透性明显减弱,液态水通量急剧下降,但液态水通量减小并未完全阻碍污染物向冻结区迁移,离子扩散作用还会导致土体冻结区出现污染物,进而引起冻结区土体污染物吸附浓度增长,96 h时土柱顶端污染物质量浓度达0.204 g/L,污染物吸附浓度达3.62×10^-7 kg/kg；冻融循环条件下污染物结晶出现在土柱下部,结晶体积分数最大值维持在4%左右,同时污染物结晶产生的膨胀量约占土体总位移的9％左右,远小于冰晶体膨胀位移量；负温梯度减小,污染物溶解度增大,析出的污染物晶体部分重新溶解,部分冰晶体也重新融化,两者叠加使土柱顶点位移呈波浪式缓慢增长。

摘要:为探明开采过程中采空区典型岩体碎胀储水演化特性及内在机制,基于自主研发的岩石三轴流固耦合试验系统推导了岩样碎胀、储水系数同步测试方法,针对粗砂岩、粉砂岩和泥岩开展了三轴加载岩样全应力应变过程碎胀储水系数测定试验,并采用核磁共振成像同步获取了岩石内部裂隙空间分布情况。结果表明:3类岩样的碎胀、储水系数随加载进程逐渐增大并趋于稳定,对应应力应变曲线4个阶段呈阶段性梯度变化。其中,储水系数随着应变变化呈现较好的双参数Weibull分布。初始孔隙度在一定程度上影响着新生裂隙扩展形态及岩样储水空间,随着岩样初始孔隙度增大,储水系数在峰前80%及以前呈线性增大关系,之后呈指数增大关系。基于碎胀系数计算的储水系数理论值和试验实测值演化规律一致但数值具有明显差异,最大差值可达0.7%,具有明显的“先碎胀后储水”特征。岩样的碎胀、储水系数受应力加载与初始孔隙度的耦合影响,在加载初期由初始孔隙度主导,逐渐过渡至应力主导,最终由应力及岩体孔裂隙贯穿程度共同决定。

摘要:为研究行驶车辆对山区道路所造成的动力学响应,利用随机正弦波叠加法以MATLAB联合TruckSim软件重构了三维路面不平度模型,采用黏弹性半空间体上无限大多层板模型模拟路基结构,通过三轴重型车辆连续上坡工况对车路相互作用三向力及车辆行驶过程进行分析,使用自行编制的广义积分计算程序对4层板路面垂向位移进行求解。结果表明:相比2D路面,3D路面的纵向力与横向力最大值、均方根均相差较大,其中3D路面比2D路面横向力高出42.95%；车辆行驶于圆形缓和坡道时,车路相互作用的三向力出现明显改变,其中,通过凹形坡道时纵向力最大值超出整个过程纵向力平均值的6倍,横向力有先增加、后减小、再增加、最后趋于平稳的一个过程；多个轮胎对道路产生的位移影响不是每个轮胎作用的简单相加,需要根据轮胎位置、作用距离等综合考虑。研究结果可为重型车辆连续上坡、通过拱形桥、涵洞等多个工况提供技术指导。

摘要:第四代建筑的阳台上覆盖了大量绿植,其气动外形发生明显改变,来流受到绿植的扰动使得建筑表面风压变化更复杂。为探究绿植对高层建筑风压非高斯特性的影响,通过刚性模型测压试验,对不同覆植面积下建筑外立面极值风压和标准化风压系数的概率分布进行分析,给出了非高斯风压的经验判断标准和分布特征,揭示了绿植对建筑外立面极值风压的影响规律。分析结果表明:绿植的存在改变了来流在建筑迎风面分离点位置,使得边缘测点由非高斯性转化为高斯性,侧风面风压均表现出非高斯性,受绿植影响较小；窄面上的极值风压受绿植影响较小,而布置在相对较宽外立面上的绿植对该区域流场影响更大,不同绿化率作用下极值风压降低作用更明显；绿植对建筑极值风压的降低作用随覆植面积的增加先增大后减小,覆植面积为13.5%时风荷载降低作用最大。研究结果可为类似结构抗风设计提供参考。

摘要:为分析岩石爆破孔壁压力沿炮孔轴向分布的特征,采用理论分析、模型试验和有限元模拟相结合的方法,对不同孔径耦合装药炮孔轴向孔壁压力进行研究。首先基于球面爆轰波理论,建立炮孔内爆轰作用模型；以爆轰波与孔壁的入射角和炮孔直径关系为基础,推导出各阶段爆轰作用下的孔壁压力理论计算公式,得到不同孔径的孔壁压力沿炮孔轴向孔壁的变化曲线。为验证理论分析的合理性,进一步利用混凝土厚壁圆筒模型试验,运用高速多路动态应变测试系统对孔壁压力进行监测,同时建立不同炮孔直径的有限元数值模拟,获得不同孔径炮孔孔壁压力沿炮孔轴向分布结果,并将模型试验和数值模拟结果与理论分析结果进行了对比分析。研究结果表明:耦合装药孔壁压力沿炮孔轴向方向呈现不均匀分布,起爆点近区孔壁压力急剧增大,达到最大压力峰值后开始衰减,最后孔壁压力趋于平稳波动的特征；炮孔直径与孔壁压力存在正相关,最大压力峰值和平稳波动阶段孔壁压力随炮孔直径增大而增大；在d=40 mm炮孔轴向孔壁压力的理论计算值与模型试验、数值模拟结果相对误差均较小,验证了理论分析的合理性。

摘要:湿地湖泊相黏土由湖泊湿地或古湖泊湿地干缩形成,具有明显的胶结特性、结构性及初始各向异性。为了有效描述湿地湖泊相黏土的应力应变关系及屈服特性,建立了考虑胶结强度演化、结构性及初始各向异性影响的土体弹塑性本构模型。基于纯剪切应力路径下胶结强度p′r的变化规律,以及等向压缩条件下屈服面与胶结强度p′r的对应关系,提出了适用于等向压缩、纯剪切及压缩剪切共同作用3种应力状态的胶结强度演化规律；基于修正剑桥模型理论框架,引入了胶结强度演化规律,并考虑体积应变硬化和剪切应变硬化的影响对硬化规律进行改进；引入各向异性参数η_NCL,对p′-q平面进行极坐标变换来反映初始各向异性的影响；采用相关联流动法则,建立了土体的胶结结构性和各向异性本构模型。所有的模型参数均可通过固结压缩试验、三轴试验及K₀固结试验获得。模型预测与试验对比结果表明:所提出的模型能够合理地描述胶结强度及结构性与初始各向异性对土体应力应变特性及屈服特性的影响,可以有效反映加载过程中土体胶结强度的渐进退化,以及在卸载应力路径下胶结强度对土体抗拉强度的提高作用。该模型考虑了胶结强度特性、结构性和各向异性的影响,可以更好地表征湿地湖泊相黏土的力学响应。