2019年, 第32卷, 第11期　刊出日期：2019-11-20

  

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  中国公路学报. 2019, 32(11): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2019, 32(11): 0-0.

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结构健康监测专栏
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  大数据背景下的桥梁结构健康监测研究现状与展望

  孙利民, 尚志强, 夏烨

  中国公路学报. 2019, 32(11): 1-20. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.001

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  结构健康监测（SHM）技术在许多大型桥梁的运营养护管理中均有应用，但已有监测系统积累的海量数据并未被充分解读。为将大数据技术引入到桥梁SHM数据的处理分析中，首先总结大数据的概念和构成要素；然后分析SHM数据的工业大数据属性，梳理桥梁SHM大数据的研究方向；随后综述包括处理技术和分析方法在内的大数据技术在桥梁SHM中的应用现状，在由数据预处理、数据融合、特征工程、模式识别、可视化构成的大数据分析流程中提出SHM大数据研究的需求和应用场景；最后对大数据技术在桥梁SHM中的前景与驱动力进行展望和讨论。结果表明：SHM大数据研究应以结构状态评估为落脚点；大数据处理技术在SHM的系统框架搭建及数据分析能力扩展方面虽已得到较多应用，但其并非SHM大数据研究的重点；SHM数据融合对大数据分析方法有迫切需求，以实现桥梁SHM数据与外观检测等多源异构数据的多层面融合；深度学习、集成学习为结构状态敏感特征的提取提供了新的算法；有监督、无监督机器学习方法结合海量SHM数据将对结构状态评估下的模式识别问题形成更全面的认知；异常识别、相关分析、迁移学习等方法可为实桥SHM损伤识别提供支撑。研究结果可为SHM领域的大数据研究提供参考。
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  基于计算机视觉的结构位移监测综述

  叶肖伟, 董传智

  中国公路学报. 2019, 32(11): 21-39. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.002

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  梳理基于计算机视觉的结构位移监测方法的研究和应用进展，从系统组成、计算方法、影响因素和实际应用4个方面进行综述，探讨计算机视觉结构位移监测目前存在的研究不足并给出合理建议。在系统组成方面，介绍各种相机、镜头和标志物选择的标准及优缺点，给出相机和镜头的选择建议以及是否需要人工标志物的应用场合。在计算方法方面，介绍相机标定、特征提取、目标追踪和位移计算4个方面的实现方法，分析镜头畸变带来的测量误差和相机标定的必要性，介绍2种实用相机标定的简化方法。在影响因素方面，从硬件因素、图像处理算法和环境影响3个方面分析引起系统测量误差的来源，阐述减小系统误差的解决方案。在实际应用方面，介绍计算机视觉结构位移监测在结构状态评估中的应用，包括结构受力行为分析、承载力评估、模态参数识别、模型更新、损伤识别和索力估计。
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  考虑运营环境不确定性的斜拉桥模态频率识别

  宗周红, 张坤, 廖聿宸, 吴睿

  中国公路学报. 2019, 32(11): 40-50. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.003

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  为剔除运营环境因素（温度、车辆荷载、风等）对斜拉桥结构模态频率的影响，凸显因结构损伤引起的频率变化，对运营环境和模态频率之间的量化和传递进行研究。首先，考虑温度对材料弹性模量以及几何特性的影响，对温度影响模态频率的机理进行分析，以灌河大桥为工程背景，在较长时间尺度内对模态频率进行单因素回归分析；然后，根据匀速移动常量力作用模型推导移动荷载和结构振动强度的关系，考虑到车辆荷载及风荷载在较短时间尺度内对桥梁结构作用存在较强的耦合关系，采用非线性主成分分析方法（NLPCA）对运营环境因素进行主要特征提取和冗余信息的剔除，使用人工神经网络（ANN）模型实现两者之间的量化和传递；最后，提出基于运营环境变量分析的模态参数修正方法。结果表明：在较长时间尺度内，温度和车辆荷载与斜拉桥模态频率均有明显的负线性相关性，40℃季节温差对灌河大桥模态频率的影响为1.3%；非强风期间，主梁加速度RMS可近似反映桥上车辆荷载的变化；在短时间尺度内，温度与车辆荷载2种因素影响水平相当，一天内对灌河大桥影响一般不超过1%；基于NLPCA的ANN回归模型能较好地实现灌河大桥环境因素与模态频率的传递，剔除运营环境因素影响后的斜拉桥模态频率变异性明显降低，主要包含某些随机误差，符合正态分布。
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  基于响应面法的钢管混凝土组合桁梁桥多尺度有限元模型修正

  马印平, 刘永健, 刘江

  中国公路学报. 2019, 32(11): 51-61. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.004

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  为建立适用于钢管混凝土桥梁的高效、高精度有限元分析模型，提出一种基于响应面法的全桥多尺度有限元模型修正方法。首先以一座钢管混凝土组合桁梁桥为工程背景建立包含全桥、组合桁梁桥面板以及钢管混凝土桁架杆件3个尺度的ABAQUS全桥多尺度有限元模型。在考虑钢管混凝土结构的特点和施工误差的基础上选取桥面板混凝土弹模、厚度，桁架弦杆内混凝土弹模，钢材弹模以及加载车辆荷载5个影响因素作为待修正参数；根据实桥试验条件选择中跨跨中挠度、下弦空管弦杆应力、墩顶钢管混凝土弦杆应力、墩顶受压腹杆应力以及桥面板顺桥向应力5个目标函数。其次采用中心复合设计方法生成了待修正参数的样本集，并将每组参数样本代入有限元模型进行计算。进而采用响应面法建立待修正结构参数和目标函数的2次多项式函数关系，结合参数显著性分析得到响应面方程。最后结合实桥试验结果对多尺度有限元模型3个尺度上的结构参数进行同步修正。结果表明：修正后的参数变化情况与依托工程的实际施工情况相符；采用修正后的参数建立的多尺度有限元模型计算值与实桥试验结果吻合良好；修正后的有限元模型具有较高的精度，可真实反映实际工程中桥梁结构的受力状态。该修正方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。
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  基于ANFIS的环境激励下桥梁结构应变响应预测分析

  祝青鑫, 王浩, 茅建校, 闵剑勇, 刘建荣, 王文君

  中国公路学报. 2019, 32(11): 62-70,117. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.005

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  为准确预测复杂环境荷载作用下混凝土连续梁桥结构应变响应，基于结构健康监测系统长期实测数据，分析桥梁结构温度场变化规律，进而基于主成分分析及自适应神经网络模糊推理系统，建立桥梁结构温度场与桥梁结构应变响应的复杂非线性关系。首先，利用小波分解技术分离环境荷载及车辆荷载作用下的桥梁结构实测应变响应；然后利用平行坐标轴，分析混凝土连续梁桥结构温度场变化规律，并利用主成分分析提取结构温度场实测温度数据主成分；最后基于自适应神经网络模糊推理系统，以应变测点处温度数据、桥梁结构温度场实测温度数据主成分和采样时间点数据为输入数据，分别建立不同输入变量组合与应变响应的复杂非线性关系，并对比分析不同工况下结构应变响应的预测精度。结果表明：桥梁结构各测点处实测温度数据变化趋势基本一致，同侧测点实测温度数据高度相关，但桥梁结构上、下表面测点温度变化存在明显差异，仅考虑应变测点处温度变化，难以准确预测桥梁结构应变响应；当考虑桥梁结构温度场变化时，能更精确地建立温度与应变响应之间的关系模型，进而基于实测温度数据准确预测桥梁结构应变响应；当缺乏结构温度场实测温度数据时，将采样时间点作为反映桥梁结构温度场变化规律的参数，可取得较好效果。
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  环境变化下基于核典型相关分析与协整的损伤识别方法

  李东升, 黄杰忠, 李宏男

  中国公路学报. 2019, 32(11): 71-82. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.006

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  采用传统协整方法进行损伤识别时，需要变量间满足较好的线性关系，而实际工程中监测变量往往存在一定程度的非线性，这使得协整方法的有效性受到影响。为此，提出一种结合核典型相关分析与协整的损伤识别方法。首先利用核典型相关分析能有效处理非线性相关变量的优点，将低维空间存在非线性关系的监测变量映射到高维空间，使其转化为线性相关的核典型变量。然后利用协整方法能够消除变量间共同趋势的特点，对核典型变量间的共同环境因素影响进行分离，并以分离环境因素影响后的协整残差作为损伤指标进行损伤识别。最后通过芬兰Kullaa课题组的木桁架桥试验数据，对协整方法、结合典型相关分析与协整的方法、核典型相关分析和协整相结合方法这3种方法的损伤识别结果进行比较。研究结果表明：在分析非线性数据方面，核典型相关分析要优于典型相关分析；前2种方法受监测变量数目的影响较大，选择不同数目的监测变量将得到不同的识别结果，而该方法对监测变量数目不敏感；且在损伤识别的漏判率方面该方法明显优于其他2种方法。
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  基于响应功率谱传递比的桥梁结构工作模态参数识别方法

  孙倩, 颜王吉, 任伟新

  中国公路学报. 2019, 32(11): 83-90. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.007

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  为实现基于振动传递比函数的工作模态分析方法能够在任一荷载工况下识别结构模态参数，引入参考响应思路，构建响应功率谱传递比（Power Spectral Density Transmissibility，PSDT）函数。首先利用比例函数的极限定理，揭示PSDT在系统极点处的重要特性，进而根据这一特性建立PSDT驱动的峰值法；同时为解决传统传递比方法无法识别结构阻尼的问题，建立基于PSDT驱动的最小二乘复频域法（LSCF），通过参数化拟合思路识别频率、振型和阻尼比，并运用稳定图辅助剔除虚假模态。通过10层剪切型框架结构数值算例，对比研究外部激励性质对PSDT法及传统频域法（峰值法、频域分解法）识别结果的影响。最后，运用PSDT法对环境激励下的人行桥进行工作模态分析，并与传统响应传递比方法及随机子空间法（SSI）结果进行对比。研究结果表明：在同一工况下不同参考响应的PSDT函数在系统极点与外部激励性质无关，且等价于振型比值；PSDT法相比于传统频域法对外部激励具有更为良好的鲁棒性，能够降低识别谐波激励引起的虚假模态的风险；不同于传统响应传递比方法，在任一工况下基于PSDT法能够识别人行桥的包括阻尼比在内的工作模态参数，并产生更为清晰的峰值和稳定图，具有更好的可操作性；该方法识别结果与SSI结果吻合较好，验证了其在任一荷载工况下分析实际桥梁结构工作模态特性的可行性。
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  基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测试验

  邵帅, 周志祥, 邓国军, 王邵锐

  中国公路学报. 2019, 32(11): 91-102. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.008

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  为进一步提高利用非接触式影像监测大型桥梁安全状态的精度与效率，实现结构健康监测系统兼有经济、可信且全息的技术理论优势，提出依据结构全息影像序列数据的非接触式机器视觉远程智能感知进行桥梁结构全息几何形态监测的方法。通过单机自动巡转桥梁立面动静影像全息监测系统试验装置获取试验桥在各损伤/作用工况下的原始动静影像数据，根据序列数据在时间、空间上具有强关联信息的特性，分别构建降噪及抗扰动单元、欧拉运动放大单元及运动信息提取单元进行全息几何形态测量，以历次试验监测数据为样本数据集，利用分层思想依次建立数据抽样和结构几何信息间映射的数学网络模型，经结构设计不断训练、调试与优化桥梁力学行为智能感知网络，最后获取试验桥在试验过程中的全息变形、全息变形包络谱、全息位移时程曲线。研究结果表明：该方法获得的数据与传统的常规接触式传感器实测值基本吻合，试验桥在各工况下的曲线变化趋势基本一致，全息变形测量值平均误差12.21%，全息变形包络谱测量值平均误差9.06%，全息位移时程曲线测量值平均误差8.55%，对环境规律噪声信号筛除效率为81.9%，基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测真实、连续、敏感、较为准确地反映了结构在各损伤/作用工况下的真实形态变化，可为后续进一步研究结构状态演绎以及损伤智能化识别方法奠定基础。
道路工程
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  沥青自愈合性能评价指标修正及应用

  罗蓉, 石晨光, 冯光乐

  中国公路学报. 2019, 32(11): 103-108. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.009

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  通过对比和分析现有沥青自愈合指标的不足，以模量下降速率重新定义自愈合指标，该指标值越小说明沥青材料的自愈合性能越优。采用动态剪切流变仪（Dynamic Shear Rheometer，DSR）对7种沥青进行不同间歇时间和不同损伤度下间歇加载式的自愈合试验，以毛细扩散理论下的自愈合行为方程对自愈合指标进行线性拟合，获得代表沥青瞬时自愈合和后期自愈合的参数，用以研究沥青的自愈合性能。结果表明：沥青的自愈合指标随着间歇时间的增大而减小，但其变小的速率趋于缓慢；7种沥青在不同损伤度下的自愈合指标值与间歇时间的0.25次方存在较好的线性正相关，判定系数R²均在0.85以上，无论是基质沥青还是改性沥青，新指标都具有较好的适用性；SBS改性沥青的瞬时自愈合优于基质沥青，随着添加到SBS沥青中改性剂掺量的增大，改性沥青的瞬时自愈合表现出先弱后强的趋势，而这7种沥青的后期自愈合性能与其瞬时自愈合性能正好相反，代表瞬时自愈合和后期自愈合的参数具有较好的负相关，说明瞬时自愈合性能优的沥青其后期自愈合性能较差。
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  考虑溶洞空间形态的路基岩溶顶板稳定性分析方法

  赵明华, 袁腾方, 张永杰, 杨兴山

  中国公路学报. 2019, 32(11): 109-117. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.010

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  岩溶路基随岩溶地区交通工程建设的快速发展而越来越普遍，如何评价岩溶路基稳定性成为岩溶区路基设计与施工的关键问题之一。针对目前路基岩溶顶板稳定性分析的不完善性，考虑溶洞形成过程中岩溶顶板所具有的空间形态特征，首先，将路基下伏岩溶顶板简化为固支梁、抛物线拱、圆拱与固支双向板等承载模型，以此进行路基岩溶顶板稳定性分析，并采用结构力学分析理论分别建立不同模型的路基岩溶顶板抗弯最小安全厚度计算方法；其次，通过典型案例的影响因素敏感性分析，揭示岩溶顶板最小安全厚度随溶洞顶板矢高、跨度、岩石抗拉强度与上覆荷载的变化规律，探讨路基岩溶顶板破坏模式的控制性因素及其影响规律，确定岩溶路基稳定性分析的基本原则；然后，基于岩溶地区地质勘察信息提出路基岩溶顶板稳定性分析过程，建立考虑溶洞空间形态特征的路基岩溶顶板稳定性分析方法；最后，通过工程实例计算分析验证所提方法确定的路基岩溶顶板稳定性评价结果的合理性与有效性。研究结果表明：岩溶顶板按何种模式破坏不仅与破坏形式有关，还与溶洞形态及其矢高密切相关，石灰岩抗拉强度同样影响较大，工程设计与稳定性评价时应基于勘测数据分析各种破坏模式，以便使设计或评价结果更接近实际情况。
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  旋转压实成型水泥稳定类基层材料试验

  刘栋, 李立寒

  中国公路学报. 2019, 32(11): 118-128. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.011

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  针对固体废料用于水泥稳定类基层材料时存在压实过程中破碎严重且压实含水率偏高的问题，分别进行水泥稳定碎石（CSM）和掺城市生活垃圾焚烧炉渣（IBA）的水泥稳定炉渣碎石（CSMI）旋转压实试验，研究旋转压实试验参数（垂直压力和压实次数）对试件旋转压实过程、矿料级配衰变、压实标准、强度和模量等物理力学指标的影响，阐述旋转压实机理，探讨旋转压实与击实、静压和现场压实的差异，分析旋转压实成型CSM和CSMI的适用性。试验结果表明：旋转压实过程中CSM和CSMI的密度、剪切应力在压实50次内快速提高，200次后达到稳态，可分为初压（0~50次）、复压（50~200次）和终压（200次之后）3个阶段；较高的压实次数和垂直压力对试件内压实功传递、骨架嵌挤及密度、强度和模量有利，并可降低压实含水率，但垂直压力超过400 kPa时压实功明显增大，矿料级配衰变加剧，600 kPa后劈裂强度降低；较高的IBA掺量和含水率对CSMI压实特性的影响较大，初压压实功低，复压和终压需较CSM略大的压实功，但旋转压实试验参数对CSM和CSMI物理力学性能的影响程度相近，可采用相同试验参数；相比击实和静压，旋转压实可降低矿料级配衰变和压实含水率，减弱IBA对CSMI性能的不利影响；旋转与现场压实效果存在较好一致性，CSMI（IBA掺量为30%）与CSM基层的服役性能相近。
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  再论文克勒地基板极限承载力的弹塑性解

  谈至明, 从志敏, 姚尧

  中国公路学报. 2019, 32(11): 129-136. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.012

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  为了完善文克勒地基板极限承载力的理论基础，针对圆形荷载作用下的文克勒地基上无限大板达到其极限承载力状态时的破坏性状，即板顶出现环状裂缝，以板切向弯曲曲率是否达到其弹性极限弯曲曲率为准则将板划分为2个区域，环内屈服区釆用刚塑性假设，环外弹性区采用线弹性假设，联立方程求解，推演得到了文克勒地基板上作用圆形均布或刚性承载板荷载的极限承载力问题的解析解。分析了材料泊松比、残余弯矩比、荷载圆半径、荷载类型等因素对地基板的极限承载力、屈服区和环裂区范围的影响，并将分析结果与刚塑性解、其他弹塑性解进行对比。最后，归纳给出了2种荷载形式下的地基板极限承载力近似计算式。研究结果表明：板材料的泊松比对屈服区半径、环状裂缝半径及极限承载力影响不大；当荷载圆半径较小时，环状裂缝发生在屈服区，当荷载圆半径较大时，环状裂缝出现在弹性区；板残余弯矩比对环裂半径的影响随荷载圆半径的变化而变化；随着板残余弯矩比的减小，屈服区边界内缩，板极限承载力减小；在荷载圆半径相同时，刚性承载板荷载的环裂半径比圆形均布荷载的环裂半径略大，相应的极限承载力也稍大，最大偏差约为30%；在常见荷载圆半径范围内，刚塑性解的极限承载力比所提方法弹塑性解要大，偏差随荷载圆半径的增大而减小。
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  冻融循环作用下炭质页岩蠕变模型研究

  刘新喜, 李盛南, 徐泽沛, 李玉, 周炎明

  中国公路学报. 2019, 32(11): 137-145. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.013

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  冻融循环作用下炭质页岩蠕变是高速公路高陡边坡稳定性研究的热点问题之一。为揭示冻融循环作用下炭质页岩的蠕变特性，将炭质页岩试样分别进行0次、5次、15次、25次冻融循环，在围压为4 MPa条件下，采用分级增量加载方式对试样进行三轴压缩蠕变试验，试验发现冻融作用下炭质页岩蠕变具有明显的非线性特征，轴向应变随冻融循环次数、应力水平和时间增加而增大；根据蠕变曲线特征，将蠕变曲线分为2个阶段，即稳定蠕变阶段和不稳定蠕变阶段；利用损伤定义及Lemaitre应变等效方程，建立稳定蠕变阶段的冻融损伤演化方程；基于损伤力学和概率统计理论，采用Von-misses屈服准则，建立不稳定蠕变阶段的冻融和蠕变耦合损伤方程；通过引入冻融和蠕变损伤变量对Burgers模型参数进行修正，建立冻融作用下的蠕变损伤模型。研究表明：岩石损伤随冻融循环次数增加而增大，但损伤增加速率减小，最终趋于稳定；冻融和蠕变耦合作用下，冻融作用使得岩石损伤累积，会加快岩石的蠕变破坏；分段建立的损伤方程能较好地揭示岩石损伤随冻融循环次数、应力水平和时间增加的变化规律；改进的蠕变模型与试验曲线拟合度较好，且参数物理意义明确。研究成果能为炭质页岩高陡边坡稳定性分析提供理论参考。
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  不同因素影响下粉砂质泥岩水分迁移试验

  曾铃, 姚小飞, 陈镜丞, 刘杰, 范电华, 陈少壮

  中国公路学报. 2019, 32(11): 146-155. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.014

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  为研究不同因素影响下粉砂质泥岩的水分迁移规律，采用自制的泥岩水分迁移室内模型开展粉砂质泥岩的水分迁移试验，分析其在不同积水厚度、岩石干密度、入渗方向下的累积入渗量、入渗率时程曲线及含水率分布规律。结果表明：粉砂质泥岩累积入渗量-时间曲线先增大后趋于平缓，入渗率则随时间递减并趋于0；积水厚度对粉砂质泥岩累积入渗量的影响主要体现在入渗初期；岩石干密度越大，累积入渗量-时间曲线趋于平缓所需的时间越长；相同入渗时间下，竖向下渗、水平入渗及竖向上渗方向下的累积入渗量依次降低；粉砂质泥岩非饱和入渗时，含水率-时间曲线整体出现先增长后稳定的趋势，可划分为初始稳定期、快速增长期、低速增长期、稳定期4个变化阶段，且4个阶段的持续时间随距入渗面的距离而变化；积水厚度、岩石干密度及入渗方向均对粉砂质泥岩的水分迁移速率或水分迁移量产生影响，进而影响其含水率分布。研究结果可为分析粉砂质泥岩边坡的水分迁移规律及稳定性提供一定的参考依据。
桥梁与隧道工程
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  黏滞性阻尼器对千米级斜拉桥纵向减震效果的振动台试验研究

  郭葳, 李建中, 管仲国

  中国公路学报. 2019, 32(11): 156-164. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.015

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  为了研究千米级斜拉桥纵向采用黏滞性阻尼器的减震效果，以一座主跨1 088 m的斜拉桥为工程背景，按相似理论设计制作了一座几何缩尺比为1：35的全桥振动台试验模型，通过改变塔梁间的连接方式，建立了塔梁间纵向无约束的非减震体系和塔梁间纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系，选用4条具有代表性的地震动进行了4个振动台纵向一致激励的全桥振动台试验，然后将不同地震动输入下2种体系的试验结果进行对比分析。试验结果表明：千米级斜拉桥纵向无约束体系的地震响应受输入地震动的特性影响较大，对于长周期成分丰富，特别是对应于结构一阶周期的加速度谱和位移谱谱值较大的地震动，结构的地震响应较大；千米级斜拉桥非减震体系的地震响应同样也受输入地震动特性的影响较大；纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系可以减小结构的梁端位移、塔顶位移以及塔底钢筋应变，但输入地震动的特性会影响黏滞性阻尼器的减震效果，对于特征周期较长、长周期成分丰富的地震动，黏滞性阻尼器的减震效果较好，而对于有明显速度脉冲的地震动，黏滞性阻尼器的减震效果相对较差，当地震动峰值加速度PGA为0.4g时，在场地人工地震动、Loma Prieta地震动作用下，梁端最大位移分别减小了62.41%、37.75%；对于有明显速度脉冲的地震动，需要选择阻尼系数更大的黏滞性阻尼器。
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  受压UHPC圆形墩柱抗冲击试验及简化分析方法

  樊伟, 杨涛, 申东杰, 张泽文, 邵旭东

  中国公路学报. 2019, 32(11): 165-175. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.016

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  为了研究受压UHPC墩柱的抗冲击性能，开展UHPC墩柱和普通钢筋混凝土墩柱的落锤冲击试验，试验变量为轴力。试验中测量冲击力和墩柱位移，并采用高速摄像机记录冲击过程中墩柱裂缝发生、发展直至破坏的全过程。在此基础上，建立基于纤维非线性有限元和两自由度质量-弹簧-阻尼系统的简化分析方法，用于分析受压墩柱的冲击响应。通过与试验结果对比，验证简化分析方法的有效性。基于简化分析方法进行了墩柱抗冲击极限承载能力分析和参数影响分析。研究结果表明：受压UHPC墩柱的抗冲击能力显著优于普通混凝土墩柱，多次冲击作用下总耗能远高于普通混凝土墩柱；UHPC具有良好的抗压性能和耐撞性，促使了"压力拱效应"的出现，能够显著提高受压墩柱的抗冲击性能；无轴压UHPC墩柱在冲击作用下呈现出典型的少筋破坏，当UHPC用于受弯构件或低轴力情况时，相比普通钢筋混凝土构件需提高最小配筋率要求；受压UHPC墩柱耗能能力约为普通混凝土墩柱的2.27倍；当冲击能量一定时，提高受压UHPC墩柱的配筋率和配箍率，能有效地减小墩柱跨中峰值位移和残余位移，但峰值力变化较小；相同配筋率时，提高冲击能量，跨中位移、残余位移、冲击力峰值也相应增大。
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  U肋-面板全熔透焊接接头疲劳性能试验

  鞠晓臣

  中国公路学报. 2019, 32(11): 176-183. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.017

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  正交异性桥面板U肋-面板焊接接头为疲劳裂纹多发部位，为了提高U肋-面板焊接接头疲劳性能，分析目前规范中对该构造细节的疲劳设计要求以及疲劳问题依然存在的原因，在目前主要采用部分熔透焊形式的背景下，考虑引入全熔透焊接以期达到提高疲劳性能的目的。研究围绕一种全新的U肋-面板全熔透焊接接头的疲劳性能分别开展构造细节和节段足尺模型试验研究。试验结果表明：全熔透疲劳裂纹都是始于U肋内侧焊趾处，沿着U肋腹板厚度方向发展，部分熔透焊裂纹主要始于未熔透焊缝的焊根部位，沿焊喉方向发展，直至贯通整个焊喉，且在同样加载条件下，全熔透焊裂纹产生的加载次数明显高于部分熔透焊；全熔透焊的热点应力试验测试值与理论计算值基本一致，U肋焊趾部位应力集中明显，内侧受拉外侧受压，解释了疲劳裂纹起始点为U肋焊趾内侧；经回归计算得到热点应力疲劳强度为263.8 MPa；将足尺节段疲劳试验加载幅度对应的加载次数换算为公路桥梁规范单车轮轮载60 kN所对应的加载次数，2个试件加载次数都超过1.2亿次，且U肋-面板全熔透焊接接头依然没有疲劳裂纹产生，表明U肋-面板全熔透焊接接头具备优良的抗疲劳性能。
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  锈蚀对Q550E高性能钢梁抗弯承载力影响的试验研究

  刘新华, 张建仁

  中国公路学报. 2019, 32(11): 184-191,201. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.018

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  为研究Q550E高性能钢结构锈蚀后的力学性能，制作7片锈蚀H形高性能钢梁，利用通电加速腐蚀的方法对钢梁进行锈蚀，通过抗弯性能试验，分析锈蚀对高性能钢梁的应变、挠度、承载力以及刚度退化等的影响。试验研究表明：锈蚀显著降低了高性能H形钢梁的承载力，锈蚀率每增加1%其屈服荷载与极限荷载大约减少11 kN；随着锈蚀率的增加，钢梁延性系数均呈下降趋势；钢梁的锈蚀降低了梁的实际屈服强度，使局部屈曲提前发生；试件在达到极限荷载前应变基本符合平截面假定，表明锈蚀基本上不改变高性能钢结构的应变分布；在弹性阶段的钢梁抗弯刚度将会发生退化，其退化速度与锈蚀率呈线性关系。
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  高海拔特长隧道低温大风环境及对围岩-结构温度场的影响

  严健, 何川, 曾艳华, 许金华

  中国公路学报. 2019, 32(11): 192-201. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.019

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  为探明高海拔特长隧道洞外低温大风的成因、特征及对洞内风场、围岩-结构温度温度场的影响，以国道317线雀儿山隧道为工程依托，采用气象站、手持风速仪、红外测温仪、埋入式多点铂电阻温度传感器等，对冬季隧道贯通前后进出口两端隧址区、洞内净空风速、风向、温度以及隧道轴向、径向的围岩-结构温度场进行现场实测，分析低温大风成因和特征、隧道贯通前后负温区范围、风速风向变化规律以及对洞口段和洞深部围岩-结构温度场的影响。研究结果表明：受高原大尺度大气环流产生的高原季风以及雀儿山两侧日照时间、地形引起的小尺度范围内自由大气热力差影响，隧址区冬季风速高、温度低；大风时段主要集中在14：00~21：00，平均风速达10 m·s^-1，负温时段主要在19：00~8：30，隧道进、出口日最大气温差分别为23.5℃和28℃；隧道贯通前，进出口两端负温区段在860 m以内；贯通后，出口端主洞和平导负温区段为1 200，1 280 m，分别比进口端长了340，420 m；贯通前后，隧道深部最低风速分别为1.1，2.2 m·s^-1，洞内风向由两端向洞内方向转化为主要由出口向进口方向；隧道洞口浅埋段围岩和衬砌结构径向负温范围在贯通前为1.20 m，贯通后为0.80 m，且在上述范围内温度变幅较大；低温大风对隧道深部的围岩温度影响不大，但对结构表面温度影响明显，由于变温区主要集中在二衬混凝土结构内部，因此要重视结构内部产生的冻胀作用。
交通工程
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  绿灯终点型双向绿波协调控制数解算法

  卢凯, 徐广辉, 林观荣, 首艳芳, 徐建闽

  中国公路学报. 2019, 32(11): 202-211. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.020

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  根据绿灯终点型绿波带设计需求，在绿灯中心点型双向绿波协调设计数解算法的基础上，建立一种绿灯终点型双向绿波协调控制数解算法。首先，针对上游交叉口协调相位绿灯时间短于、长于下游交叉口协调相位绿灯时间的2种情形，利用车辆行驶轨迹图对比分析绿灯终点型绿波协调控制方法的优势；然后，推导出理想交叉口间距的计算公式，分析中间交叉口的相位差调整方法，并给出中间交叉口偏移绿信比的计算公式，实现干道公共信号周期、交叉口相位相序以及相位差的组合优化，完成面向绿灯终点的双向绿波协调控制设计；最后，通过算例分析对比绿灯起点型、绿灯中心点型和绿灯终点型3种绿波带设计方案，仿真验证不同双向绿波带设计方案的协调控制效益。研究结果表明：在协调方向绿灯尾时仍有车辆通过交叉口的场景下，尽管绿灯起点型、绿灯中心点型和绿灯终点型3种绿波带设计方案的绿波带宽度相等，但在减少整个受协调车队延误时间方面，绿灯终点型双向绿波带设计方案的协调控制效益最为突出，与绿灯起点型和绿灯中心点型方案相比，绿灯终点型方案使协调车队的双向平均延误时间分别减少了44.5%与15.9%；绿灯终点型绿波带设计方法能够保证队尾车辆顺利通过下游交叉口，在提高协调车队整体服务水平方面具有重要作用。
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  考虑第三方损失的城市道路交通事故严重程度评价方法

  曹弋, 李德高, 杨忠振

  中国公路学报. 2019, 32(11): 212-218. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.021

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  为了适应城市道路交通事故具有较少的伤亡人数、对周边交通运行状况影响较大等特点，对该类事故的严重程度进行评价方法研究。研究构建事故地点平均行车延误计算模型。基于社会劳动价值的计算，将事故伤亡人数换算为经济指标。利用单位时间劳动力价值，将由事故引发的其他车辆的行车延误损失时间换算为经济指标。将其与非必要燃油消耗一并计入事故第三方经济损失。借鉴现有交通事故等级划分标准，采用等价折算的方法，确定各评价指标的权重值。以哈尔滨市2007~2008年事故数据为例，计算其综合评价指标。依据综合评价指标的累积频率曲线，提出城市道路交通事故严重程度的等级界定阈值。以2017年6月发生于大连市高新园区的1起城市道路交通事故为例，分别采用现行分类标准和提出的评价方法评价其严重程度。研究表明：该评价方法综合考虑了事故伤亡人数、直接经济损失并包括非必要行车延误及燃油消耗的第三方经济损失，可以充分体现该类事故的特点，并能够合理划分其严重程度。
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  一种基于无人机倾斜摄影的三维路网提取方法

  李磊

  中国公路学报. 2019, 32(11): 219-226,254. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.022

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  三维路网是重要的基础地理信息数据，为了快速高效地获取包括路网在内的地表三维模型，可以采用无人机倾斜摄影技术，并设计相应的三维路网提取方法。在对无人机倾斜摄影三维模型、道路特性分析的基础上，提出一种基于无人机倾斜摄影的三维路网提取方法。首先，对无人机倾斜摄影和三维建模方法进行了分析，设计了针对三维路网提取的航空摄影策略和数据处理流程。分析了真实三维模型的构成，并结合道路在材质、形态等方面的特殊性提出了可用于道路提取的三维模型特征。然后，以三维模型中的三角面片为处理对象，开展了相关分割方法研究，消除存在混合地物的面片。利用支持向量机方法和面片的多种特征，进行了道路面片识别。最后，设计了道路面片三维连接方法和道路边缘三维修正方法，实现了面片间的连接以及道路边缘的有效修正。此外，还以北京某地区为例开展实际数据采集、三维建模和三维路网提取试验，介绍了倾斜摄影、控制点验证点数据采集以及三维模型的采集和生产过程；利用所提出的方法进行路网提取试验，得到了该区域的三维路网数据成果，并从定性和定量2个角度对成果进行评价。试验结果表明：所提出的方法可以有效地从倾斜摄影三维模型上提取路网信息，其平面和高程的精度均可满足一般导航等应用的要求。
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  考虑交通流动态分布的路面养护最优决策

  李弢, 张培林, 毛新华

  中国公路学报. 2019, 32(11): 227-233. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.023

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  为准确评估路面全生命周期用户成本以制定最优的路面养护策略，提出基于网络交通流均衡条件的路面养护多阶段动态规划最优决策模型，通过交通流的仿真，模拟用户成本在路网养护前、后以及生命周期各阶段的动态变化，并设计启发式迭代算法。该模型最小化的目标函数包含了生命周期的养护成本、用户成本、路面资产残值，约束条件主要由交通量守恒约束条件、养护预算约束、路面性能转移约束等。为证明模型的有效性，以一个具有10个路段的路网为例，采用提出的模型制定该路网连续20年的最优养护决策方案。研究结果表明：在每年养护预算确定的情况下，全生命周期路面养护最优方案是一个决策方案组合，该最优方案可以提高养护资金使用效率并有效减少用户成本，可为路面养护管理提供决策支持。通过对不同养护约束情景下的全生命周期用户成本的模拟表明：随着养护预算的增加，养护路段增多，导致用户成本增加，使养护成本的边际收益发生递减，养护预算在理论上具有一个最优值，并且养护成本收益与养护预算之间呈倒U形函数关系。
汽车工程
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  基于随机加权自适应容积卡尔曼的电池SOC估计

  马建, 张大禹, 赵轩, 张凯

  中国公路学报. 2019, 32(11): 234-244. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.024

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  准确估计锂离子电池荷电状态（SOC）对于突破电动汽车发展瓶颈，推动电动汽车商业化至关重要。针对动力电池模型参数辨识问题，提出基于遗忘因子的递推最小二乘法（FRLS）的模型参数在线识别方法。实时测量动力电池电流和电压数据，在线辨识模型参数并实时更新，实时反映电池内部参数的变化过程，对电池动态特性进行实时模拟。针对容积卡尔曼（CKF）滤波过程中对噪声敏感的问题，提出一种基于随机加权思想的自适应容积卡尔曼滤波（ARWCKF）方法。相比于常规CKF容积点权值始终不变，通过引入随机加权因子，自适应调整容积点权值并对系统噪声、状态向量及观测向量进行预测，抑制系统噪声对状态估计的干扰，避免因容积点权重值固定所带来的误差。针对CKF算法在容积点计算过程中由于状态方差矩阵失去正定性导致的平方根分解无法使用的问题，提出基于奇异值分解的容积点计算方法，克服由于先验协方差矩阵负定性变化而导致的滤波精度下降等问题，并进行多种工况、温度下不同SOC初值的对比验证。结果表明：所提出的基于遗忘因子的递推最小二乘法的在线参数辨识及ARWCKF滤波方法具备良好的估计精度及收敛能力，最大电压估计误差不超过40 mV，SOC估计误差不超过1%。
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  自动驾驶汽车基础测试场景构建研究（双语出版）

  舒红, 袁康, 修海林, 夏芹, 何杉

  中国公路学报. 2019, 32(11): 245-254. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.11.025

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  针对L2/L3级自动驾驶汽车的仿真测试和封闭场地测试认证需求，结合现有L2/L3级自动驾驶汽车量产车型的主要功能特点，提出自动驾驶汽车基础测试场景群的构建方法。首先针对指定的道路交通环境，分析主车和周围交通参与者可能的相对位置和运动方向的组合，确定复杂场景群。其次分别以主车功能所确定的各个可能运动方向，依此与各干扰车辆的可能运动方向（包括任一干扰车辆不存在的情形）进行组合，组合时采用PICT组合测试工具，并添加必要的运动约束条件，选择参数组合覆盖标准自动生成全部的组合场景群。最后结合场景筛选规则，筛选出具有测试价值的覆盖各个层级及功能的基础测试场景群。采用场景构建方法，对于主车处于三车道中间车道的路段场景和无红绿灯的十字路口场景，分别构建62种和33种基础测试场景。根据驾驶人行为特性、交通规则、汽车在城市、郊区和高速公路工况下的典型车速、加减速度、横向加速度、交通事故和自然驾驶数据库的有关场景数据等，设计主车换道工况的测试用例。采用模型预测控制框架建立主车局部路径规划和控制仿真模型，并对主车危险换道场景进行仿真。研究结果表明：主车在邻车道前车大减速的情况下实现了减速换道并避免了与本车道前车和邻车道前后车的碰撞，同时跟踪到期望跟车间距，验证了该换道测试用例的有效性。