摘要:为提升高速公路通行效率,优化网联自动驾驶车辆（connected and autonomous vehicle,CAV）专用道设置条件下的交织区时空资源配置,以保证CAV高效安全汇入主线专用道,提出了一种基于深度强化学习的交织区集成控制策略。以主线三车道高速公路为研究对象,并设置内侧车道为CAV专用道,设计了充分考虑CAV专用道汇入需求同时兼顾主线通行效率和匝道排队长度的多目标奖励函数,利用深度确定性策略梯度（deep deterministic policy gradient,DDPG）算法实现包括入口匝道信号控制、主线车道级可变限速以及CAV车队间隙调整的集成控制策略,最后使用SUMO和Python搭建高速公路交织区仿真场景,验证所提集成控制策略的有效性。研究结果表明:CAV渗透率为30%时,在低、中、高不同水平交通需求场景下,对比无控制情况集成控制策略可使CAV汇入专用道的纵向位置有所提前,CAV汇入专用道成功率分别增加了19.34%、22.86%、25.55%；此外,车辆平均行程时间也分别降低了5.42%、17.41%、20.65%。所提出的交织区集成控制策略效果显著,不仅实现了CAV汇入专用道的有效引导,还提升了主线的通行效率及运行安全,为改善CAV专用道设置条件下高速公路交织区交通运行状况提供了理论依据和技术参考。

摘要:为揭示高放废物深地质处置中膨润土在接缝自封闭阶段的水化开裂现象及其裂缝网络的时空演化规律,在径向接缝条件下针对压实膨润土开展了水化实验,并利用微焦点计算机断层扫描技术对不同水化时间下的膨润土进行了无损检测,基于三维重建图像对水化裂缝网络进行了定性和定量表征。结果表明:水化裂缝伴随着膨润土的膨胀变形经历了从起裂、扩展到闭合的完整演化过程；对水化裂缝的形态及几何参数进行统计后发现,其弗雷特直径和球形度分别集中分布在0.1~0.2 mm和0.6~0.8之间,可见水化裂缝网络由大量孤立的点状裂隙和少量连通的片状裂缝构成,虽然前者的数量超过95%,但后者的体积和表面积占比却达到了80%以上；在关于水化时间的对数坐标下,试样体积和接缝体积的线性变化表明膨润土的膨胀变形速率在水化过程中逐渐减缓,而膨胀速率、开裂速率和闭合速率在双对数坐标中随时间的线性递减以及膨胀速率始终高于开裂和闭合速率的特性则进一步揭示了膨胀变形与裂缝演化的内在联系,即膨胀变形既是水化开裂发生的前提,也是裂缝闭合的必要条件。通过对膨润土进行三维表征和定量分析,揭示了其水化裂缝的演化规律及发生机制,为缓冲/回填材料的设计和优化提供了参考依据。

摘要:为揭示高岭土在广吸力范围内的临界状态特征及其对应力剪胀关系的影响机制,开展了覆盖0~367.54 MPa的常吸力三轴试验,分析了临界状态应力比M、临界状态线及应力剪胀曲线（Dη线,D为剪胀系数,η为应力比）的变化规律,并采用归一化方法（Dη/M）统一了不同吸力条件下的应力剪胀关系。试验结果表明:当吸力超过一定阈值后,高岭土的临界状态、强度和应力剪胀关系均不再随吸力增大而演变；当吸力小于该阈值时,非饱和高岭土的临界状态应力比M随吸力显著增大,而吸力对比体积有效应力空间（vp′面）中临界状态线的斜率影响较小；在剪胀特性方面,吸力和平均净应力对高岭土的应力剪胀关系,即Dη曲线的斜率影响有限；吸力对应力剪胀关系的主要作用来源于其对临界状态应力比M的影响,其可通过将应力剪胀关系表示为Dη/M关系进行归一化。研究结果表明,非饱和高岭土在广吸力范围内的临界状态演化有明显的阈值特征,吸力对应力剪胀关系的作用可通过M的变化来统一描述。基于上述结果,对修正剑桥模型的应力剪胀方程进行了改进,该方程能够合理预测吸力效应,为广吸力范围内非饱和土本构模型的发展提供了新的实验依据与理论支持。

摘要:针对含衬砌及注浆圈隧道运营过程中发生全断面渗漏的稳态渗流工况,提出了一种新的适用于隧道衬砌和注浆圈的保角变换方法,结合分离变量法推导了该工况的水头通解,最后运用三角函数的正交性得出了水头及水压力解析解。通过与ABAQUS数值模拟结果及既有文献数据对比,验证了解析解的正确性及适用性。参数分析结果表明:隧道埋深的增加及注浆圈厚度的减小均会显著增加衬砌外部水压力及衬砌涌水量,而衬砌厚度减小则会降低衬砌外部孔隙水压力,并导致衬砌涌水量增加；土体渗透系数及注浆圈渗透系数增大均会增加隧道衬砌外部水压及衬砌涌水量,而衬砌渗透系数增大则会降低衬砌外部孔隙水压力,并增加衬砌涌水量。该解析解为隧道的衬砌及注浆圈尺寸设计和材料选择均提供了参考。

摘要:含水量变化会引起土体力学特性的改变,现有的工程中所采用的土压力计算理论仍然以饱和土理论为主,为研究渗流影响下非饱和土土压力变化,基于动态土水特征曲线,考虑非稳定渗流,对渗流过程中的Richards方程进行求解,得到了考虑动态土水特征曲线情况下吸力的理论解,并对吸力分布规律进行分析。基于动态效应下吸力的理论解,推导了渗流影响下非饱和土朗肯土压力方程,基于所得的土压力方程分析了动态效应对非饱和土压力分布的影响；将所得土压力理论解用于分析基坑支护结构,利用数值软件模拟不同的降雨强度入渗过程中支护结构土压力的变化；基于非饱和土理论计算了基坑支护结构的安全系数。结果表明:动态效应下主动土压力增加,被动土压力减小,吸力越大,土压力差别越明显；降雨入渗条件下,动态效应支护结构受到的主动土压力会明显小于静态效应,且入渗速率越大,土压力差值越明显；非饱和土理论计算的安全系数高于饱和土。考虑动态效应影响后安全系数有所下降,说明降雨入渗将增加基坑失稳的风险。

摘要:为研究砂岩经历不同单轴应力水平损伤和冻融循环作用后的物理特征及力学行为演化规律,首先,给砂岩试样施加不同轴向应力水平,使试样内产生不同程度损伤；然后,对经过应力损伤后的砂岩试样进行冻融循环处理；最后,开展损伤砂岩冻融循环后单轴压缩试验。研究了应力损伤和冻融循环对砂岩变形特征的影响,分析了不同损伤程度砂岩单轴抗压强度和弹性模量演化规律,揭示了损伤砂岩冻融循环前后孔隙率、孔隙尺寸和孔隙结构分形维数演化机制。结果表明:冻融循环后,相同应力下试样的轴向变形显著增大；砂岩单轴压缩强度和弹性模量随损伤应力和冻融循环次数的增大均表现为逐渐减小；冻融循环前后,砂岩孔隙率随损伤应力的增大均逐渐增大,冻融循环后砂岩孔隙率明显大于冻融循环前砂岩孔隙率,且冻融循环前后砂岩孔隙率的差异随损伤应力的增大而增大；随等效半径的增大,冻融循环前的砂岩孔隙数量占比分为逐渐减小、先增大后减小和逐渐减小3个阶段,冻融循环后的砂岩孔隙数量占比逐渐减小,冻融循环后等效半径较大的孔隙占比增大；冻融循环后砂岩孔隙结构分形维数大于冻融循环前砂岩孔隙结构分形维数,冻融循环后试样孔隙结构比冻融循环前试样孔隙结构复杂；冻融循环前后,砂岩孔隙结构分形维数均随损伤应力的增大均逐渐增大,但冻融循环后砂岩孔隙结构分形维数增长幅度明显小于冻融循环前的砂岩。

摘要:为细化交通流量预测的空间粒度,解决传统方法忽略车道差异作用机理带来的局限性,以车道为研究对象,提出了一种精准实时的车道级交通流量预测方法,考虑车道位置导致的流量时序特征差异性,以软动态时间规整作为度量方法,利用k均值聚类算法对车道断面进行分类,分析各类型车道流量时序特征；引入逐步变分模态分解降低序列波动性,去除噪声干扰,将得到的分量作为预测模型的输入,融入斯皮尔曼相关性分析获取车道相关性关系；在双向门控循环单元嵌入多头自注意力机制,结合车道间距和车道相关性的双重边关系构建异构时空图卷积循环神经网络模型对各类车道流量进行预测。应用山西省某高速公路一个月流量数据进行测试,结果表明:所选区域车道类型分为4类最佳,分别为密集型车道、稀疏型车道、早高峰型车道和晚高峰型车道；对所有车道分别进行流量预测,与自回归移动平均、长短时记忆网络以及时空图卷积神经网络等模型相比,5 min时间粒度下,所提模型的平均绝对误差和均方根误差分别降低了11.21%~24.05%、8.89%~24.43%,决定系数可达0.962；车道分类后的预测精度进一步提升；当15 min粒度下步长为12以内预测时,所提模型平均绝对误差和均方根误差最高增加了15.82%和11.99%。研究成果可为道路规划和智能交通的发展提供依据。

摘要:为了克服当前土工格室加筋粗粒土模型不足及其有限元分析方法的局限性,基于3参数非线性剪胀模型及土工格室加筋附加约束围压作用机理,提出了土工格室加筋粗粒土的非线性剪胀模型,此外,利用ABAQUS软件提供的用户自定义材料子程序UMAT接口,开发出了该模型的子程序,分别将应变软化型和应变硬化型的土工格室加筋砂土三轴试验结果与该模型模拟结果进行了对比验证,并进一步把加筋土整体模型与筋土分离式模型的计算结果进行了对比分析,同时还将土工格室参数对粗粒土加筋效能的发挥水平进行了评估。结果表明:构建的加筋粗粒土模型,能够精准地模拟并反映土工格室加筋粗粒土在受力过程中的剪胀性特征及其复杂的非线性力学行为；该模型数值模拟结果可以准确地预测不同强度类型土工格室强度在不同围压和砂土相对密度条件下的应力应变曲线关系；加筋土整体模型在达峰值强度及之前阶段,计算精度与分离式模型基本相当,另外,其还具有建模简便、计算高效的优势；同时,加筋土整体模型解决了分离式模型无法算出土工格室内填土达Mohr-Coulomb屈服函数破坏的难题。研究结果对于土工格室加筋土结构的数值分析领域具有重要的价值,可推动其在工程实践中的应用。

摘要:为提高配送运输的效率,降低综合成本,针对卡车无人机灵活协同路径问题设计优化方法。首先,综合多卡车多无人机灵活协同和无人机连续运输的特点,以最小化运营成本与客户等待成本为目标,构建混合整数线性规划（mixed integer linear programming,MILP）模型。其次,设计两阶段启发式求解框架,在两个阶段分别优化无人机和卡车路径。最后,结合破坏算子、修复算子和k-opt算子构造混合邻域,提出自适应混合邻域搜索（adaptative hybrid neighborhood search,AHNS)算法进行每个阶段的优化。在Solomon数据集上进行数值实验,结果表明:相较于CPLEX求解器,所提方法可以在短时间内获取质量较高的满意解；相较于迭代局部搜索算法、变邻域搜索算法和蚁群算法,所提方法的求解质量在小、中和大规模算例中分别平均提高了5.49%、6.88%和27.82%；与纯卡车运输模式相比,卡车无人机协同运输模式更适合小、中规模场景的作业,可以降低4.70%~8.56%的综合成本。研究结果可为卡车无人机联合运输实践提供理论基础。

摘要:填芯复合固化土预制桩由芯桩和固化土挤压形成的预制桩组成,为了探究芯桩预制桩界面的摩擦特性对固化土预制桩承载能力的影响,以环形剪切试件模拟芯桩预制桩界面的接触情况,研究了芯桩预制桩接触面的摩擦特性。试验结果表明:芯桩预制桩界面极限摩阻力随芯桩直径的增加而增大;芯桩预制桩界面黏结系数随填芯材料抗压强度的增加而增大,黏结系数建议取值范围为0.02~0.10;芯桩预制桩界面存在初始摩阻力,剪切过程中界面摩阻力变化存在弹性阶段、脆性破坏阶段和黏结滑移阶段,界面破坏模式为类脆性破坏。采用指数模型和反双曲线模型对界面摩阻力和相对位移的散点图进行拟合,获得了考虑初始摩阻力τ_c的黏结滑移荷载传递模型,可用于填芯复合固化土预制桩受荷的荷载传递规律分析。

摘要:为了保证自动驾驶车辆在高速公路上的安全舒适行驶,开展了适应自动驾驶车辆的高速公路纵断面线形设计参数研究。改进了适应自动驾驶车辆的高速公路竖曲线半径和长度理论值计算方法,并基于PreScan和MATLAB/Simulink软件,通过LiDAR传感器从行车视距的角度提出了自动驾驶车辆道路一体化的仿真测试方法,依据安全行驶速度分析了设计速度为80~140 km/h的高速公路对自动驾驶车辆的适应性,确定了适应自动驾驶车辆的高速公路竖曲线最小长度和半径。研究结果表明:140 km/h的高速公路不足以满足现阶段自动驾驶车辆的安全性需求,可将其设计速度降至130 km/h,待技术成熟再进行提速。由于自动驾驶车辆更低的系统反应时间和更高的传感器高度,高速公路设计速度为80、100、120、130 km/h时,其对应凸形竖曲线半径可分别降低至1 800、2 800、5 600、10 600 m,凹形竖曲线半径可分别降低至2 000、3 000、4 000、5 500 m。研究结果可为未来完全自动驾驶高速公路设计提供理论支持。

摘要:为方便计算分析系杆断裂后钢管混凝土刚架系杆拱桥动力响应特性,采用动力系数考虑系杆断裂过程的动力效应,建立了一种考虑系杆断裂效应的等效静力计算方法。与系杆断裂模型试验结果对比,验证了考虑系杆断裂的有限元建模方法正确性。开展某钢管混凝土刚架系杆拱桥响应分析,确定不同系杆断裂情况下的动力系数取值。结果表明:系杆应作为刚架系杆拱桥系杆断裂动力分析主要构件,桥墩面内弯矩和墩顶水平位移可作为辅助分析指标。单侧系杆断裂情况下,断索侧墩顶位移较大,非断索侧墩顶位移很小,端横梁产生剪力和扭矩；双侧系杆断裂情况下,断索侧端横梁不产生扭矩,拱肋轴力减小,桥墩面外弯矩变化不明显。根据桥例分析结果,采用考虑系杆断裂动力效应的刚架系杆拱桥等效静力法计算时,建议单侧断索动力系数取1.4,双侧断索动力系数取1.6。

摘要:为改善机场港湾区航空器传统推出模式下推出效率低与机位资源利用率不充分的问题,提出考虑尾流吹袭影响的机场港湾区航空器编组推出方法。考虑港湾区机坪特殊结构、港湾区航空器推出方式与航空器尾流吹袭的影响,确定港湾区航空器编组推出的流程与模式,定义航空器“极限推出间距”的概念,建立不同场景下航空器尾流吹袭影响范围与影响程度的量化约束条件。综合考虑编组策略、推出策略与牵引策略的前提下,建立考虑最小化航空器编组时间与推出时间的港湾区航空器编组推出优化模型。由于模型为复杂非线性规划模型,求解难度较大,开发两阶段线性迭代算法进行求解。最后以天津滨海国际机场实例开展案例分析,划分港湾区分区并标定模型中的特定参数,优化结果表明:较传统单一推出模式,现状年与2030规划年优化后的编组推出策略使所有航空器的总推出时间分别下降17.48%与33.56%,进一步考虑航班量减少50%与增加50%的两种场景,可以得出航空器编组推出的优化效果随航空器推出架次的增加不断提升。研究成果将对大型枢纽机场港湾区航班推出效率的改善与机坪容量的提升提供决策支持。

摘要:为研究隧道缓倾层状围岩受结构面影响的宏观各向异性渐进破裂特征及破坏模式,解析推导了层状围岩结构失稳力学响应机制；采用离散元有限差分耦合分析方法,结合室内砂泥岩三轴压缩力学试验,建立了能表征缓倾层状围岩宏观力学特性的数值力学模型,系统研究了不同结构面倾角和间距条件下缓倾层状岩体的破裂特征与破裂演化力学行为。结果表明:1）基于梁板结构的解析分析能较好反映层状围岩渐进破裂过程并判别其破坏模式；2）建立的离散元有限差分耦合数值模型能较好表征层状砂泥岩在三轴应力状态下各向异性宏观力学特性；3）基质体破裂随结构面倾角改变发生显著变化,裂隙主要出现在垂直结构面方向,且随结构面倾角增加,基质体破裂发生二次偏转,并计算得出围岩发生滑移破坏的临界角度α₁=24.43°,α₂=55.29°；4）随结构面间距减小,围岩破碎性增加,总裂隙数量增加,在结构面间距小于30 cm时,围岩破碎性显著提高。研究成果可为缓倾层状隧道围岩稳定性控制与支护结构优化设计提供理论依据并发挥指导作用。

摘要:为真实反映结构地震需求均值及方差随地震动强度的非线性变化,提出了一种基于高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)的概率地震需求模型。该模型基于统计学原理,对地震需求及地震动强度的联合概率密度分布和条件概率分布进行估计,然后采用高斯混合回归（Gaussian mixture regression,GMR）建立。以一座3跨30 m的连续T梁桥为例,对该模型的特点进行了分析研究,并与传统的对数线性回归需求模型进行对比。结果表明:地震荷载作用下,受桥台及挡块对梁体位移的限制作用、台后填土及墩柱屈服的影响,桥梁结构状态具有显著的阶段性特征,地震需求与地震动强度的联合分布也因此表现出明显的多峰特性,GMM可实现对该联合分布的较好拟合；相较于对数线性回归模型,基于GMM建立的概率地震需求模型反映了地震需求均值及方差的非线性变化,拟合更优,因而计算得到的易损性曲线与对数线性回归模型存在一定差异；地震需求及地震动强度的联合概率分布的混合成分、基于GMM的地震需求模型均值及方差与结构状态的阶段性特征有着紧密联系。

摘要:为提高土工格栅对加筋风积沙的嵌固作用,在普通双向格栅的基础上,通过改变横肋的厚度和形状,设计了4种新型横肋结构的土工格栅；采用拉拔试验和离散元-有限差分耦合的方法,研究了土工格栅横肋形状对风积沙加筋效果和机理的影响,并引入了加筋效率评价筋土界面阻力,确定了加筋风积沙的最优格栅横肋形状。在宏观层面上分析了不同横肋厚度和形状下拉拔力与拉拔位移的关系及加筋效率,细观层面上研究接触力链和位移场的演化规律。研究结果表明:横肋的形状和厚度对筋土界面抗剪强度影响很大,4种新型横肋结构的格栅拉拔力约为普通双向格栅的1.1~3.6倍,结合格栅用料比的概念,得到菱形横肋结构的格栅加筋效率最高。通过细观分析发现,在拉拔过程中,拉拔端的强接触力链明显变密集；与普通双向格栅相比,菱形横肋结构格栅周围土体的接触力链演变趋势更为显著,强应力链也更为密集,说明横肋形状的改变能够调动更多的土颗粒抵制格栅的拔出。拉拔过程中土颗粒的位移相对于格栅的位移存在滞后性,相同拉拔位移下,菱形横肋结构的格栅周围土体参与度更高,对土体的扰动也更大。