中国公路学报

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中国公路学报. 2016, 29(10): 0-0.

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封一/四

中国公路学报. 2016, 29(10): 0-00.

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暴雨作用下透水混凝土路面快速堵塞试验模拟

崔新壮, 张炯, 黄丹, 金青, 侯飞

中国公路学报. 2016, 29(10): 1-11,19.

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为了研究暴雨作用下透水路面的快速堵塞机理，研发了一种与电导率测试相结合的实时渗透性测试系统，基于该测试系统开展了一系列堵塞模拟试验；为了使饱水的透水混凝土试件内形成电路，方便测量电阻率变化，在透水混凝土试件上方均匀喷洒NaCl溶液模拟暴雨过程；水深达到要求深度后，微型电机带动叶轮转动形成不同水平流速；将筛分后的河砂作为堵塞材料均匀撒入透水混凝土试件上表面，以模拟道路堵塞过程。采用控制变量法分别研究了透水混凝土孔隙率、泥砂粒径、地表径流深度以及径流速度对孔隙堵塞引起的透水路面渗透性降低的影响。结果表明：堵塞过程经历了孔隙快速堵塞、部分恢复和渐进堵塞3个阶段；当透水混凝土孔隙率较大、堵塞泥砂级配良好、雨洪径流较深时，透水路面更容易发生堵塞；水平径流流速的增大只能延缓透水混凝土堵塞的发展过程，但不影响其最终的堵塞程度；透水混凝土电导率的变化能够准确反映透水混凝土的堵塞过程；基于柯兹尼-卡曼方程得到了透水路面快速堵塞预测模型，研究结果可为进一步研究和评价透水混凝土堵塞提供重要方法，并有助于透水混凝土路面的优化设计。

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基于调节因素的盐渍土盐胀率随含水率变化规律研究

杨晓华, 王永威, 张莎莎

中国公路学报. 2016, 29(10): 12-19.

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为了解释目前盐渍土盐胀率随含水率变化规律的3种不同研究结论，采用2种试验方法进行研究，一种是以含水率作为单一因素变量的盐胀试验，研究盐胀率在含水率单因素影响条件下的变化规律，另一种是以细粒土质砂亚硫酸盐渍土为研究对象，以含盐量、含水率、压实度、上覆荷载为多因素变量的正交试验，研究盐胀率在多因素交互作用下随含水率的变化规律。基于回归方程定义计算公式ω_in=-B/（2A）为调节因素，给出盐胀率随含水率变化规律发生改变的界限含水率的影响因素和计算方法。应用调节因素公式分析已有文献试验数据，给出试验中界限含水率的影响因素、变化规律和盐胀率随含水率变化的准确区间，并得出目前3种不同研究结论产生的原因。结果表明：盐胀试验的含水率变化范围影响盐胀率随含水率变化规律的研究结论，而且界限含水率不仅受含盐量影响，同时受试验中其他与含水率有交互作用的因素影响。该公式使得盐胀率随含水率变化规律的研究更加准确。

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木质素改良粉土临界状态剪切特性试验

张涛, 刘松玉, 蔡国军

中国公路学报. 2016, 29(10): 20-28.

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为了使工业副产品木质素在粉土路基中得到更好的应用，采用室内无侧限抗压强度试验、三轴压缩试验和扫描电镜试验，研究木质素改良粉土的剪切强度特性和微观结构，分析木质素掺量、养护龄期对改良土强度和破坏特征的影响，探讨不同围压和排水剪切条件下改良土的应力-应变关系，阐述木质素产生的胶结作用对土体剪切特性的影响，并研究临界状态下改良土的剪切强度特征。试验结果表明：改良土体无侧限抗压强度随木质素掺量增加而增加，过高掺量会造成强度降低，木质素的添加可增强粉土的韧性特征，对于江苏粉土的木质素最优掺入质量分数为12%；终值偏应力随围压和掺量增加而增大，其增量随围压增加呈降低趋势；低围压条件下，剪切过程会产生吸力，改良土孔隙水压力在各围压下均小于素土；低围压排水剪切条件下，改良土体积应变存在先“剪缩”后“剪胀”的变化特征，高围压条件下则完全表现为“剪缩”；木质素产生的胶结物质填充孔隙并增强土颗粒间联结，土体形成更为致密、稳定的微观结构；改良土临界状态线相对于素土仅发生平移，黏聚力可用来表征木质素对土体临界状态强度特性的影响；临界状态下木质素改良土剪切特性的研究可为其本构模型建立提供一定的基础。

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考虑砂土颗粒形状的细观组构定量描述

李学丰, 王奇, 刘金峰, 吴伟, 孟凡超

中国公路学报. 2016, 29(10): 29-36,53.

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为定量描述砂土的细观组构，基于非球形颗粒空间排列的数率统计规律及其组构理论定义，推导了新的土体三维组构定量描述公式。将非球形颗粒长轴方向在三维空间的方向分量用2个独立变化的角度描述，颗粒长轴方向在3个正交面上的方向分量就可用这2个角度定量计算，计算公式即为3个正交面上组构的各向异性幅值的表达式。基于数学概率统计方法，颗粒的离散特性用幅值计算公式转化为组构特性在平面上的可测参量，3个幅值参量中独立变化量只有2个，用任意2个幅值可以推导出三维空间组构的正交各向异性表达式。结果表明：随细观颗粒几何物理特性的变化，该组构三维表达式可以自然描述材料的各向同性、横观各向同性和正交各向异性，正交各向异性组构可以用1个或者2个标量参数描述；考虑非球形颗粒的三维空间排列几何关系，该组构可以描述土体颗粒几何尺寸对组构的影响，克服了现有组构的诸多不足；几种特殊非球形颗粒排列组构的分析表明该组构表达式具有描述范围广、物理意义清晰的特点。

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间歇式真空预压联合电渗加固吹填软土试验

王军, 王逸杰, 刘飞禹, 符洪涛, 胡秀青

中国公路学报. 2016, 29(10): 37-45.

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针对温州软土黏粒含量高、压缩性大、抗剪强度低的特点，提出间歇式真空预压联合电渗的新思路，介绍了该方法的基本原理。采用自制玻璃模型桶，通过室内模型试验对吹填软土加固过程中的出流量、真空度、电流、温度以及试验后土体的抗剪强度、含水率、黏粒含量等进行监测。试验结果表明：单独进行真空预压处理时，后期效果不理想且耗能较多，采用以电渗为主的真空预压联合停泵电渗方法更为高效；间歇通电方式可以降低试验末期电流的衰减速率，保证了电渗阶段的排水效率不致下降过大；应尽量减小电渗阴极和排水板之间的间隙，该间隙过大易造成土体处理的不均匀性；处理后的土体黏粒含量明显下降，这有利于降低土体流变性、增强稳定性。

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板式电涡流阻尼系数的计算与试验修正方法

陈政清, 田静莹, 黄智文, 王建辉

中国公路学报. 2016, 29(10): 46-53.

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为了获得可用于大型工程结构减振的新型板式电涡流阻尼结构的阻尼计算公式，进行了理论分析和试验测试。首先，基于匀强磁场和无限板长假定，推导了阻尼系数的简化计算公式，并引入了磁场强度修正系数，综合考虑磁场强度的实际不均匀性和有限板长对阻尼系数计算的影响。然后，提出了一种利用单自由度门式框架测试电涡流阻尼系数的试验方法，并测试了不同铜板厚度、铜磁间隙、磁体间距，以及铜板后是否附加铁板的情况下的电涡流阻尼系数及其变化规律，给出了可用于实际工程的磁场强度修正系数推荐值。研究结果表明：电涡流阻尼系数随铜磁间隙的变化呈负指数关系，且随铜板厚度的增加而增大；电涡流阻尼系数最大值发生在磁铁间距为60%或80%磁体宽度时；铜板后附加铁板可以显著增加电涡流阻尼系数；有、无附加铁板时磁场强度修正系数推荐值分别为0.58~0.67，0.77~0.93，且铜板厚度较小时取较大值，铜板厚度较大时取较小值。

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铆钉与自攻螺钉加固GFRP复合桥面板的静力特性（英文）

连宇, 肖汝诚, 孙斌, 程进, 贾丽君, 庄冬利

中国公路学报. 2016, 29(10): 54-65,94.

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为解决由自攻螺钉机械连接的玻璃纤维增强塑料（GFRP）复合桥面板在仅承受18个月通行车辆荷载后即出现的承载能力削弱及失效问题，以试验结果和数值计算结果共同分析并对比了拟采用的铆钉和原有自攻螺钉所加固桥面板的结构性能差异。实验室试验中包括承受准静荷载作用的2个全比例尺寸试件，以分别研究桥面板在不同连接件加固情况下的弯曲特性。最后采用有限元模型判断理想刚性机械连接下桥面板的受力状态。研究结果表明：铆钉所加固桥面板的力学性能曲线呈现线性关系并与有限元分析结果吻合，自攻螺钉所加固桥面板的力学性能曲线均呈非线性关系并与有限元分析结果和铆钉试验结果均有较大差别，在加载范围内紧固件均具有充足的弹性变形空间，机械连接孔洞处的应力集中导致的材料强度破坏是桥面板整体性能下降或破坏的主要原因，2种连接均使复合桥面板无法满足平截面假定，这表明在实际工程应用中铆钉相比自攻螺钉是更加合理的选择，表现出更接近理想刚性连接的性能，桥面板材料的强度及其与紧固件形式的配合情况是在规范荷载范围内比试验中的连接件更影响桥面板整体受力性能的关键因素，更有效的连接技术有待被开发。

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新旧混凝土板桥横向拼接后的收缩徐变效应分析

涂兵, 方志

中国公路学报. 2016, 29(10): 66-76.

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为更好地分析拼宽桥梁结构在新旧混凝土收缩徐变差作用下的受力机理，以1座钢筋混凝土简支板桥的横向拼宽为例，基于弹性力学平面应力问题的逆解法和混凝土徐变计算的按龄期调整有效模量法，推导了由混凝土收缩徐变差引起的拼宽后结构平面内应力和位移的解析表达，并与既有文献中的试验结果进行对比，验证了所提公式的适用性。实例分析结果表明：对于新旧梁跨径均为8 m，宽度分别为9.5，12.5 m的情形，拼接缝位置附近的新梁沿纵桥向受拉，旧梁受压，且纵桥向正应力沿梁横向呈明显的非线性分布；远离接缝界面而靠近自由边界的新、旧梁上会分别出现压应力和拉应力，新、旧梁中的最大拉应力分别为2.8，0.3 MPa；新、旧梁在拼接缝位置处4.8 MPa的剪应力和主拉应力的最大值均位于梁端部；新、旧梁混凝土强度比和宽度比主要影响旧梁自由边位置处的拉应力，对结构其他部分的应力影响较小。

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单箱双室波形钢腹板箱梁扭转与畸变性能研究

马磊, 万水, 蒋正文

中国公路学报. 2016, 29(10): 77-85.

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为了给单箱双室波形钢腹板箱梁设计提供参考，将波形钢腹板等效为正交异性平板，利用箱梁理论推导了偏载作用下单箱双室波形钢腹板箱梁扭转与畸变控制微分方程；对1片单箱双室波形钢腹板箱梁在偏载作用下的扭转与畸变效应进行试验研究，并将其试验结果与理论计算结果、有限元结果进行对比分析，验证提出公式的有效性，同时，与单箱双室混凝土箱梁的计算结果进行对比研究。最后，分析了宽跨比等几何参数对偏载作用下单箱双室波形钢腹板箱梁扭转与畸变效应的影响。研究结果表明：提出的理论公式可精确计算单箱双室波形钢腹板箱梁扭转与畸变效应；计算时可忽略波形钢腹板对纵向抗弯刚度及畸变翘曲刚度的贡献，箱梁的畸变刚度和畸变翘曲刚度是影响单箱双室波形钢腹板箱梁畸变效应的主要因素，箱梁的畸变刚度及畸变翘曲刚度主要取决于截面的几何尺寸，如箱梁的高度、宽度、波形钢腹板的波纹形状、厚度等；与单箱双室混凝土箱梁相比，单箱双室波形钢腹板箱梁的畸变正应力与弯曲正应力的比值较大；影响单箱双室波形钢腹板箱梁翘曲应力的主要因素是宽跨比，其次是高跨比，波形钢腹板的波纹形状及厚度几乎没有影响。

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基于建筑物模态分析的隧道爆破减振技术

孙冰峰, 傅洪贤, 管晓明, 王梦恕

中国公路学报. 2016, 29(10): 86-94.

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为了控制隧道爆破振动对临近建筑物的影响，依托大连南部滨海大道隧道工程，进行了自然环境地脉动和隧道爆破振动激励下的典型5层砖混建筑物的运行模态分析（OMA）试验，对比分析了这2种不同激励的特点，采用随机子空间法识别了建筑物的固有频率、阻尼和振型；研究了爆破作用下建筑物不同楼层的振动反应；在建筑物模态分析基础上，进行了毫秒非电雷管和电子雷管的隧道爆破减振试验，并对比分析了采用2种雷管的不同爆破设计引发的爆破地震波的特点。结果表明：自然环境地脉动可以对楼房的低阶模态进行有效激励，获得建筑物的低阶固有频率和1阶、2阶弯曲振型，但对于高阶模态识别较为困难；隧道爆破振动能够同时激励出建筑物的低阶模态和部分高阶模态，由此获得了5层砖混建筑物的1~8阶固有频率为4.16~42.99 Hz；高频爆破地震波沿楼层向上传播过程中不断衰减，地震波以低频为主，导致位于隧道爆破掌子面上方的建筑物测点的振速随楼层的增高先减小，再增大，而后又减小；采用毫秒非电雷管和电子雷管起爆均可以控制爆破地震波的主频，使其远离建筑物的低阶整体固有频率，从而减小因共振造成的结构损伤，但是相比非电雷管，采用电子雷管单孔药量间隔起爆更能有效降低峰值振速。

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公交车辆检测及其行程时间预测

刘昱岗, 王卓君, 潘璐, 董道建, 李晏君

中国公路学报. 2016, 29(10): 95-104,125.

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为了给公交优先信号配时提供充分的“主动权”和足够的“思考”时间以提高其运行效率，通过稀疏检测算法准确识别出车队中的公交车辆，并运用双目视觉原理测算其到信号交叉口停车线的距离。提出自适应-历史预测模型预测公交车到达信号交叉口停车线的行程时间，最后根据交叉口常规信号配时情况和车辆通行情况提出公交优先信号配时方案的具体实施步骤。稀疏检测通过对车队中车辆图像特征的提取，以稀疏算法进行特征匹配，稀疏矩阵中最大系数对应的图像即为检测所得图像。双目视觉测距通过相似三角形原理测算出公交车距离交叉口停车线的距离，即为自适应-历史预测模型的输入。自适应-历史预测模型根据上一步检测得出的距离和公交车速度变化参数实时预判公交车抵达交叉口停车线的时间。对分路段设有公交专用道、路段未设公交专用道和路段中间设有公交停靠站等3种工况分析自适应-历史预测模型的适用性。结果表明：在设定条件下，稀疏检测能够准确识别出混合车队中的公交车辆；若公交车在混合车队中不停止行驶但由于其他车辆的扰动而使得速度随时发生变化，自适应-历史预测模型能够满足预测要求；整个公交优先自适应信号控制系统能够实现对公交车的精确定位和对其行程时间的准确判断；稀疏检测和自适应-历史预测能够成为公交优先智能信号控制系统的良好技术支撑。

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高速公路客货分线设置条件研究（英文）

倪娜, 杨少伟, 王垒, 任君平

中国公路学报. 2016, 29(10): 105-117.

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针对高速公路客货分线相关理论及行业规范的不完善问题，通过分析国内外客货分离的基本理论和实施状况，提出了高速公路客货分线的概念，并对客货分线的3种形式进行了适应性研究；探讨了客货分线建设的必要性，并运用层次分析法和VISSIM仿真对其进行定性和定量分析。结果表明：当计算阈值大于5时，考虑实施客货分线；当道路交通量小于3500 pcu·h^-1且货车比率小于30%时，高速公路不宜实施客货分线；当道路交通量大于4500 pcu·h^-1且货车比率为30%~40%时，高速公路适宜实施客货分线，且单向客货专用车道数均为2条；当道路交通量大于4500 pcu·h^-1且货车比率大于40%时，高速公路适宜实施客货分线，且单向客车和货车专用车道数分别为2和3条。

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基于无侵入测量指标的个体差异化驾驶疲劳检测

胥川, 裴赛君, 王雪松

中国公路学报. 2016, 29(10): 118-125.

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针对现有一些疲劳驾驶检测方法因未考虑个体差异而导致检测精度较低的问题，在考虑个体差异的基础上建立疲劳驾驶检测模型，以适应驾驶人在驾驶行为和生理特征上存在的个体差异。通过高仿真驾驶模拟器对值夜班8 h后的受试人员进行疲劳驾驶模拟试验，采集每位驾驶人的数据并从中提取出19个驾驶行为指标和4个眼动指标。试验过程中通过主观问询方式获取驾驶人疲劳程度信息，在此基础上建立考虑个体差异的分层有序Logit（MOL）模型，以及未考虑个体差异的有序Logit（OL）模型和人工神经网络（ANN）模型来评估疲劳程度。结果表明：23个变量中，闭眼时间比例、平均瞳孔直径、车道偏移标准差、方向盘反转次数是疲劳检测中最重要的4个变量；3个模型中分层有序Logit模型的检测精度最高，表明考虑个体差异确实可以提高模型检测精度。

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出行者随机到达条件下的最优外生通行权发行方式

王鹏飞, 唐克双

中国公路学报. 2016, 29(10): 126-131,148.

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为了求解在出行者（车辆）随机到达交通瓶颈条件下的最优外生通行权发行方式，构建了由等待队列损失与日程延误损失两部分组成的出行者经济损失模型，其中，对实时等待队列长度变化的描述采用了Fokker-Planck方程式。此后，通过设定4种外生通行权发行函数（线性函数、指数函数、幂函数、S形函数）来进行数值试验，求解出各类出行者行为特性组合（等待队列时间价值、风险回避系数、到达瓶颈出行者数量的标准差）下的最优外生通行权发行方式。同时，以线性函数为例分析了通行权发行数量与各时间损失之间的关系。研究结果表明：等待队列损失与日程延误损失之间存在着“此消彼长”的关系；随着通行权发行数量的增加，等待队列损失的期望值与标准差也都随之增加，但日程延误的损失则逐渐减小；当出行者行为特性取值较小时，S形函数为最优外生通行权发行函数；而当特性取值逐渐增大时，最优外生通行权发行函数则由S形函数逐渐向指数函数与线性函数转变；当特性取值较大时，幂函数变为最优外生发行函数。

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基于PSO-fuzzy的PHEV电量保持模式多目标控制策略

林歆悠, 林海波, 翟柳清, 薛瑞

中国公路学报. 2016, 29(10): 132-139.

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为了提高插电式混合动力汽车（PHEV）电量保持模式下的燃油经济性与排放性，设计以需求转矩、电池荷电状态（SOC）和电机转速为输入，发动机转矩为输出的模糊控制器，将用来描述模糊集合隶属度函数的形状选为左右两边为开口梯形，中间为三角形。为便于模糊控制的实现，将参数量化到[0，1]的区间；根据PHEV的不同工作模式，确定输入与输出变量的模糊子集，将隶属度函数和控制规则编码，利用粒子群算法（PSO）对其隶属度函数值和控制规则进行优化。在保证动力性的前提下，以电池SOC值尽可能稳定且最大限度地提高燃油经济性和排放性为目标，引入加权系数建立CO，NO_x及HC的排放指标和整车等效燃油消耗构成的价值函数，形成一种基于粒子群优化的多目标模糊控制策略（PSO-fuzzy）。综合理论建模和试验数据建模方法，基于MATLAB/Simulink搭建PHEV 动力传动系统关键部件的数值模型、整车动力学模型和驾驶人模型。采用中国典型城市循环工况和高速公路循环工况的联合工况进行验证。结果表明：利用PSO算法优化的模糊控制策略相比于优化前，电池SOC的运行更为平稳；更为合理地分配了发动机与电机之间的转矩，发动机工作点更多地分布在高效区的同时使得电机绝大部分工作点都工作在高效区；百公里油耗降低12.4%，CO排放量减少2.7%，NO_x排放量减少4.4%，HC排放量减少4.3%。

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轮胎泵浦噪声非等强度多源模型试验

陆寅啸, 葛剑敏, 刘恒彪, 周兴敏

中国公路学报. 2016, 29(10): 140-148.

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为了提高轮胎泵浦噪声的预测精度，在Hayden模型的理论基础上，考虑轮胎横向沟槽的位置效应，提出了一种改进的轮胎泵浦噪声预测模型——非等强度多源模型。采用激光双三角测量技术解决了预测模型中沟槽体积变化参数难以获取这一难点，通过激光双三角测量系统测量了具有纵、横沟槽胎面花纹的轮胎在静态受压时的沟槽轮廓信息，并模拟计算了80 km·h^-1速度下沟槽体积变化与时间的关系曲线。考虑到静态测量结果与实际动态结果之间的差异，根据相关有限元计算研究成果对静态测量结果进行了修正，并将修正后的沟槽体积变化数据分别代入非等强度多源模型和Hayden模型进行轮胎噪声的预测。为了验证提出模型的有效性，采用实验室转鼓法对轮胎进行了噪声测量，并将测量结果与2种模型的预测结果进行对比。研究结果表明：激光双三角测量系统能准确测量轮胎花纹沟槽的轮廓变形，经过计算以及修正后的沟槽体积变化量与已有研究成果一致；Hayden模型的预测结果比实验室转鼓法测量结果高约10 dB，且只能预测总声压级，无法对频谱结果进行预测；非等强度多源模型预测的频谱曲线与实测频谱曲线基本一致，噪声总声压级以及频谱各阶峰值的预测误差均在±3 dB以内，具有较高的预测精度。

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汽车前部结构低速碰撞耐撞性与轻量化优化

李兆凯, 余强, 赵轩, 陈俊杰, 范起飞

中国公路学报. 2016, 29(10): 149-158.

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为解决低速碰撞下车身前端结构耐撞性和轻量化的矛盾，建立防撞梁、吸能盒、前纵梁总成一体化模型并进行整体碰撞分析优化。为避免优化中前纵梁因屈曲而出现大幅溃缩的数值结果，引入结构纵向位移溃缩量作为第3项评价指标，并将其与吸能量、峰值碰撞力共同作为优化模型的耐撞性约束条件，建立以6个部件板厚为设计变量的质量最小碰撞优化模型。提出将变量区间先分段再进行正交试验的组合正交试验设计采样方法，以保证总成结构遵循刚度逐级增强的压溃变形机制。结合响应面代理模型和含精英保留策略的遗传算法构造出针对目标函数和3项约束指标的惩罚函数对高度非线性碰撞问题进行优化。为简化优化计算流程，探索和对比了采用组件优化和分组均匀试验设计的优化过程。结果表明：经优化后，可实现吸能量增加10.1%，峰值碰撞力减小11.1%，溃缩量减少12.6%，减重15.1%；将溃缩量作为约束条件引入碰撞优化问题有助于综合控制优化结果；组合正交试验是解决变形次序紊乱的有效方法；所构造的惩罚函数可将多目标优化问题单目标化；组件优化和均匀试验设计可有效简化涉及较多变量的碰撞优化问题的求解过程。

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2016年, 第29卷, 第10期　刊出日期：2016-10-20

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