2023年, 第36卷, 第1期　刊出日期：2023-01-20

  

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  中国公路学报. 2023, 36(1): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2023, 36(1): 2-0.

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道路工程
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  多级矿料-沥青体系的颗粒特性、界面效应及迁移行为研究进展

  栗培龙, 宿金菲, 孙胜飞, 王霄, 马云飞

  中国公路学报. 2023, 36(1): 1-15. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.001

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  沥青混合料是多级多相颗粒性材料，其复杂的颗粒特征、界面效应和迁移行为决定了离析特性、压实效果与力学响应。为了解析沥青混合料的微细观作用机理，为混合料组成优化设计、施工控制及性能预测提供理论基础，进而提升沥青路面的耐久性，综述了国内外学者在矿料-沥青体系的研究成果，并将摊铺、压实、服役阶段的沥青混合料分别看作不同状态及迁移自由度的矿料-沥青体系。首先，针对矿料体系的颗粒特性，分析了颗粒几何形态以及尺寸效应对沥青混合料性能的影响，给出了多级矿料复合几何特征表征方法。其次，针对松散态的矿料-沥青体系，梳理了矿料颗粒体系的接触摩擦特性、界面交互作用等细观特征，介绍了沥青混合料的离析行为评价方法，分析了颗粒迁移行为对离析倾向的影响，并讨论了离析形成机理；针对沥青混合料的压实过程，描述了动态压实特性与颗粒的迁移行为，分析了矿料几何特征、矿料-沥青界面效应对颗粒迁移行为的影响，从内部颗粒迁移角度讨论了沥青混合料的压实过程；针对压实成型的沥青混合料，介绍了矿料-沥青体系的颗粒迁移行为，并分析了颗粒微迁移特性对沥青混合料力学强度的影响。最后，将运输摊铺过程的松散态、压实过程中的错动态、服役过程中的成型态的沥青混合料分别定义为具有大自由度（LDOF）、小自由度（SDOF）和微自由度（MDOF）迁移特性的矿料-沥青体系，并展望了多自由度下矿料-沥青体系界面行为和迁移动力学研究的发展趋势，为沥青混合料微细观表征及力学响应的基础理论研究提供参考，不断提高沥青路面材料设计、施工控制及养护管理水平。
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  聚氨酯固-固相变材料改性沥青的流变性能与改性机理

  刘涛, 郭乃胜, 金鑫, 侯一烈, 尤占平

  中国公路学报. 2023, 36(1): 16-26. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.002

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  为评价聚氨酯固-固相变材料（PUSSPCMs）作为沥青改性剂的潜力，确定PUSSPCMs对沥青流变性能的影响及作用机理，以不同质量分数的软段制备了PUSSPCMs （P70、P75、P80、P85和P90）及PUSSPCMs改性沥青，采用沥青调温性能、动态剪切流变（DSR）以及弯曲梁流变（BBR）试验测试了热性能和流变性能，并借助差示扫描量热（DSC）、红外光谱（FTIR）和原子力显微镜（AFM）分析了改性机理。结果表明：PUSSPCMs改性沥青较基质沥青的调温性能、抗变形和高温性能提高，低温性能降低；PUSSPCMs软段质量分数增加，PUSSPCMs改性沥青的调温性能和低温性能明显提高，抗变形和高温性能降低，其中P90沥青具有最好的调温性能和低温性能，而P70沥青的抗变形和高温性能最好；PUSSPCMs的储能放热性能优良，P90焓值较高而P70相变起始温度较低，焓值与PUSSPCMs改性沥青的调温性能高度相关。PUSSPCMs与沥青之间未产生新的官能团，为物理改性；PUSSPCMs对沥青微观形貌影响显著，弹性模量增大，但随着软段质量分数增加，沥青“蜂状结构”增多而周边相态差异降低，弹性模量减小，这与PUSSPCMs改性沥青高低温性能的转变关联紧密。
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  超静定土工格栅凸节点极限被动摩阻力计算方法

  崔新壮, 王艺霖, 姜鹏, 金青, 陈璐

  中国公路学报. 2023, 36(1): 27-36. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.003

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  筋土界面强度是决定加筋土结构承载力和稳定性的重要因素之一。诸多研究表明，在传统土工合成材料的基础上设计附加结构形成的超静定土工合成材料可以有效提升筋土界面强度。然而，不同形式的附加结构对筋土界面强度的增强机理仍有待开展进一步研究。为此，以一种带有凸起节点结构的高摩阻超静定土工格栅（HRHG）为研究对象，在考虑HRHG节点两侧土体抗剪强度的基础上，基于极限平衡状态下的对数螺旋曲线滑裂面假设，建立了HRHG节点在极限状态下与土相互作用的力学解析模型。针对HRHG节点在筋土相互作用中的极限被动摩阻力进行了理论分析，给出了极限状态下HRHG节点被动摩阻力的计算方法；同时利用自主研发的大型直剪仪，在不同法向压力（30、50、80 kPa）下开展了以HRHG和普通双向格栅为研究对象，以低液限粉土为回填土的筋土直剪试验。试验结果对比表明：HRHG节点将筋土界面表观黏聚力和界面摩擦角分别提高了35.6%和14.3%，说明HRHG节点可以有效地提高筋土界面剪切强度。通过对比试验结果与理论推导结果，验证了所提出的极限状态下HRHG节点被动摩阻力计算方法的有效性，并进一步对计算方法进行了修正，以期为HRHG在实际加筋土结构中的应用与设计提供相关借鉴和参考。
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  基于路堤粗粒土填料力学特性的改进邓肯-张模型

  何忠明, 刘正夫, 向达

  中国公路学报. 2023, 36(1): 37-46. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.004

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  为研究动力及含水率变化对路堤粗粒土填料力学特性的影响，制作了不同含水率w的路堤粗粒土填料试样，先对其施加一定荷载频率f的动应力，再进行静三轴压缩试验，分析不同试样静偏应力σ₀-应变ε₁曲线变化规律，之后结合Janbu公式探讨动偏应力σ_d、w及f与参数n、K的联系，建立初始变形模量E_i、极限偏应力（σ₀）_ult与各控制变量的拟合公式，提出考虑动力及含水率影响的路堤粗粒土填料改进邓肯-张模型，最后开展验证试验，对比分析该改进模型的有效性。研究结果表明：三轴试验中粗粒土试样在ε₁>0.5%时由弹性变形进入塑性变形阶段，不同控制因素下的σ₀-ε₁曲线在0.5%<ε₁<2.0%范围内出现明显差异，切线变形模量E_t在该范围内迅速降低，降低幅度达到58%~76%；当ε₁>2%时E_t变化逐渐减缓并趋于稳定，试样在静力加载过程中表现为应变硬化；试样发生相同轴向应变时的偏应力与含水率、动偏应力及荷载频率呈负相关，粗粒土试样的初始变形模量与第三主应力σ₃有关，lg（E_i/P_a）与lg（σ₃/P_a）之间存在良好的线性关系；Janbu公式中参数n与各控制因素不敏感，不同控制因素下n值稳定在0.78~0.80，σ_d、w和f与参数K之间存在非线性关系，σ_d、w的增加会导致参数K减小，而f则相反，E_i和（σ₀）_ult可分别与各控制因素σ_d、f和w建立幂函数关系；验证试验表明，提出的改进邓肯-张模型能够有效对不同σ_d、f和w条件下的路堤粗粒土填料σ₀-ε₁曲线进行预测。
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  钙质砂固结排水剪切特性三轴试验

  刘萌成, 陈茂林, 王涓

  中国公路学报. 2023, 36(1): 47-57. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.005

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  为给中国南海岛礁吹填钙质砂地基上基础设施提供设计与施工参考，通过一系列三轴试验研究了钙质砂固结排水剪切特性。定性分析了钙质砂应力-应变、体变与应力路径变化规律，非线性拟合试验数据获得了不同特征状态下钙质砂抗剪强度、内摩擦角和孔隙比的归一化表达式及其参数取值，进一步定性分析给出了抗剪强度、内摩擦角和孔隙比的非线性变化特征。研究结果表明：①围压小于300 kPa时钙质砂发生应变软化和剪胀；特征状态偏应力随围压或相对密度增大而变大，体变随围压（或相对密度）增大而增大（或减小）；钙质砂排水剪切应力路径为一系列平行直线，围压越大应力路径越长。②不同相对密度下特征状态抗剪强度（或内摩擦角）具有较好归一性；峰值状态抗剪强度（或内摩擦角）大于相变状态，而相变状态大于临界状态；抗剪强度（或内摩擦角）为量纲一化平均主应力的幂函数（或对数函数），而相对密度对余量内摩擦角的影响随围压增大而减小直至消失。③在压缩平面内，特征状态孔隙比随量纲一化平均主应力增加而减小，且不同相对密度下临界状态孔隙比具有较好归一性；特征状态孔隙比可用负指数函数予以表达，该函数的上、下限与特征状态孔隙比实际极限值基本吻合。
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  考虑固液二相互态特性的流固耦合模型

  卢玉东, 国金琦, 程大伟, 毛兴隆

  中国公路学报. 2023, 36(1): 58-69. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.006

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  为研究岩土体内的流固耦合作用对道路工程中道路建筑物/构筑物的变形和沉降，聚焦于构建考虑固液二相互态特性的流固耦合模型，首先构建以含水率为参数的固相物性参数方程（弹性模量、体积模量、极限偏应力）和以孔隙比为参数的液相物性参数方程（饱和含水率、残余含水率、Gardner模型参数），其次建立考虑固液二相互态影响的固相本构方程（邓肯-张模型）和液相本构方程（Gardner模型），之后将新构建的本构方程与固液二相控制方程联合使用构建出考虑固液二相互态特性影响的流固耦合模型。以非饱和黄土为研究对象，利用数值模拟软件构建考虑固液二相互态影响的非饱和土流固耦合数值模型，探索固液二相互态特性对非饱和土流固耦合影响机制。研究结果表明：随着含水率的增大，固相物性参数（弹性模量、体积模量、极限偏应力）均呈减小的趋势；含水率增大使得土体强度减小，表现为达到相同的应变，土体的应力减小；含水率增大，相同的变形情况下，土体所承受的荷载变小。随着孔隙比的增加，饱和含水率线性增加，残余含水率线性减小，Gardner模型参数β呈指数减小，土体内有效饱和度也随之增加；孔隙比增大还会导致土体饱和渗透能力的减小，非饱和相对渗透系数增加。在相同的载荷条件下，相较于未考虑互态影响的流固耦合模型，考虑互态影响的模型模拟的土体变形量较大，含水率、压力水头较小。
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  冻融循环下橡胶-砂胶结材料力学特性试验

  尹平保, 罗佩婷, 杨朝晖, 曾铃, 余伟

  中国公路学报. 2023, 36(1): 70-79. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.007

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  在季节性冻土区，冻融作用将改变桩周土体的强度，并诱发桩基发生病害，研制桩周土体置换材料，探明温度及冻融循环对其力学特性的影响机理，对于季节性冻土区桩基冻融与冻胀病害的防治非常必要。利用橡胶颗粒、砂和聚氨酯胶黏剂制作试样；开展不固结不排水三轴压缩试验，获得不同条件下橡胶-砂胶结材料试样的应力-应变曲线；并通过非线性拟合和回归分析，建立试样切线模量和切线泊松比与轴向、径向应变之间的拟合关系式；据此分析了橡胶-砂胶结材料试样在不同的冻融循环次数、温度及围压等条件下的力学特性。结果表明：橡胶-砂胶结材料试样的应力-应变曲线没有峰值点，为典型的应变硬化型材料；橡胶-砂胶结材料的切线模量介于2.0~9.0 MPa之间，温度对试样破坏强度和切线模量的影响较大，而冻融循环次数和低围压对试样破坏强度和切线模量的影响相对较小；橡胶-砂胶结材料试样的切线泊松比介于0.50~0.75之间，径向应变越大，切线泊松比也越大。相对而言，切线泊松比受冻融循环次数、温度及低围压的影响并不明显，可忽略不计。橡胶-砂胶结材料有望为季节性冻土区桩基冻融与冻胀病害防治提供支撑。
桥梁工程
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  跨断层地震动及其对桥梁结构影响研究进展

  宗周红, 林元铮, 林津, 黎雅乐

  中国公路学报. 2023, 36(1): 80-96. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.008

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  与常规地震动激励的情况相比，跨断层地震动作用下桥梁结构具有更复杂的动力响应、更大的地震需求以及更严重的地震损伤。伴随着川藏铁路等超级基础工程的开工建设，越来越多的桥梁具有跨越潜在断层的风险，相关研究亟待开展。从跨断层桥梁震害出发，首先阐述了近/跨断层地震动的基本特性并介绍了相关模拟方法，然后综述了跨断层桥梁抗震分析理论、数值模拟和模型试验等研究的相关进展，进而归纳了考虑跨断层地震动作用的应对策略。结果表明：现有的跨断层地震动模拟方法合理可行，但存在一定的应用条件和改进空间；跨断层桥梁研究对象大多为中小跨径梁桥，其地震响应和损伤破坏模式受断层类型、跨越位置、跨越角度、永久位移等多因素影响；针对跨断层桥梁的减隔震和防落梁限位措施等技术得到初步发展。最后展望了未来跨断层桥梁抗震研究的发展方向，主要包括：发展更为精确、高效的跨断层地震动模拟技术；开展大跨径桥梁的跨断层振动台台阵试验及倒塌数值模拟研究；突破跨断层桥梁振动台台阵试验技术瓶颈；明确跨断层地震动参数对不同类型桥梁结构地震损伤机理的影响规律；进一步发展相应的减隔震技术、防落梁措施以及韧性防控技术，并进行试验验证等。
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  FRP工程结构多尺度不确定性分析研究进展

  周小燚, 钱盛域, 王能威, 熊文, 汪昕, 蔡春声

  中国公路学报. 2023, 36(1): 97-113. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.009

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  纤维复合材料（FRP）结构在桥梁工程中的应用日益增多，但其采用复杂的制造工艺导致FRP材料属性及其构成结构性能存在较大的离散性，同时不确定性参数的多层级、非均质和种类多等特点使得其结构可靠性较难准确量化。为推动FRP结构不确定性分析方法和应用研究的进一步发展，从FRP结构不确定性来源、材料力学性能概率预测方法、结构可靠性分析方法3个方面梳理国内外FRP结构不确定性分析方法的研究进展，并探讨其不足和发展趋势。不确定性来源方面，从复合材料制造缺陷分类出发，详细阐述典型制造缺陷的成因、对FRP力学性能的影响及其引起的不确定性。材料力学性能概率预测方法方面，综述了基于均匀化理论的摄动随机有限元法和谱随机有限元法等概率均匀化方法的适用范围，并介绍了上述方法在细观尺度不确定性对宏观力学属性的影响程度和敏感性分析中的应用。结构可靠性分析方面，分别综述了用于FRP结构静力分析、动力分析和屈曲稳定分析的多尺度不确定性分析方法以及可靠性分析方法的研究。研究结果表明：FRP结构显著的几何多层级和复杂的制造工艺不可避免地产生各种缺陷而造成力学性能下降和离散性，采用试验、细观力学模型和均匀化方法并结合随机有限元等方法以实现细观尺度不确定性向宏观尺度材料性能和结构响应不确定性的跨尺度演化是多尺度不确定性分析的主要手段。试验往往只能对特定组分材料、细观结构的复合材料进行测定，而理论模型基于理想几何结构和边界条件等假设，对于实际中复杂制造缺陷引起的材料力学性能和结构响应不确定性难以全面系统地覆盖。因此，基于适用于复杂细观结构的计算均匀化方法的不确定性分析方法将成为FRP结构多尺度不确定性分析的发展方向。
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  近海T形梁桥上部结构极端波浪作用试验

  方庆贺, 李素超, 郭安薪, 李惠

  中国公路学报. 2023, 36(1): 114-123. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.010

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  飓风引起的极端波浪是影响近海桥梁结构安全的重要灾种之一，曾在美国墨西哥湾沿岸造成了大量已建低矮跨海桥梁损毁。探究台风波浪对桥梁上部结构的作用机理，发展波浪作用力计算方法，对保证中国近海地区桥梁结构安全具有重要意义。为准确考虑台风极端波浪的频谱特征，使用连续聚焦波作为入射波，开展了不同波幅、峰值频率和净空的模型试验。试验基于Froude准则采用1：25缩尺比进行设计，研究对象为T形肋梁桥，试验过程中观测了聚焦波作用下T形梁桥受到的水平和竖向波浪作用力。研究结果表明：采用连续聚焦波作为入射波，通过设置合适的聚焦波周期可以避免二次反射波对入射波的污染，确保试验结果的可信性；波浪作用力中包含了低频准静力和高频砰击力，砰击力峰值一般出现在波浪与结构接触的初始阶段；一般情况下波浪作用力随波幅增大而增大，但存在明显的非单调特征；T形梁桥波浪力随净空增大有明显的先减小后增大的趋势，但峰值频率为0.4 Hz的大波幅聚焦波在净空为2.0~3.0 cm时波浪作用力最大；基于试验结果拟合出的波浪力简便估算方法能够有效计算波浪作用力，可为T形梁桥抗波浪设计提供参考。
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  整流罩组合措施外形对Π形叠合梁斜拉桥涡振性能的影响

  黄林, 董佳慧, 陈晨, 王骑, 廖海黎

  中国公路学报. 2023, 36(1): 124-134. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.011

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  某大跨度Π形钢-混叠合梁斜拉桥存在常遇风速下的涡激振动。为了抑制涡激振动，通过1：50节段模型风洞试验，针对-5°最不利风攻角工况，开展了涡振性能优化研究。试验对导流板、裙板、下稳定板、风障与整流罩等单一气动措施的制振效果进行了研究，试验结果表明，只有下中央稳定板能在0.65%的阻尼比条件下，将主梁的竖弯与扭转涡振振幅同时降低50%以上。据此开展了以下中央稳定板为中心的组合气动措施研究，发现整流罩与下中央稳定板的组合气动措施能将主梁的竖弯与扭转涡振振幅同时降低75%以上。在此基础上，研究了整流罩竖直板高度与下中央稳定板高度对该组合气动措施制振能力的影响，发现在一定高度范围内，增加整流罩竖直板与下中央稳定板高度均能有效提高组合措施的制振能力，通过优化了该组合气动措施的气动外形，组合措施能够完全消除Π形叠合梁在不同风攻角（0.65%阻尼比）下的涡激振动。最后，采用计算流体动力学的方法，对该气动措施的制振机理进行了研究，计算结果表明：优化后的整流罩组合措施能够同时降低主梁上下表面旋涡脱落尺寸，显著减小主梁受到的周期性非定常气动力，从而达到抑制主梁涡振的效果；若同时降低整流罩竖直板高度与下中央稳定板均会导致断面脱落漩涡尺寸的增大，造成该措施制振性能的降低。
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  钢-混凝土组合梁桥的温度梯度作用——地域差异与等值线地图

  刘江, 刘永健, 马志元, 吕毅

  中国公路学报. 2023, 36(1): 135-149. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.012

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  为研究组合梁桥温度梯度作用取值的地域差异性，搜集了全国839个气象站的长期历史气象数据，建立了全国91个辐射气象站（有太阳辐射历史数据）太阳辐射预测的Bahel模型，补充了748个常规气象站（无太阳辐射历史数据）各23年的太阳日辐射总量数据。在这些气象数据的基础上，提出了温度作用代表值等值线地图的“逐层绘制法”，该方法首先采用有限元温度场长期计算和气象相关性经验公式分别得到91个辐射气象站和748个常规气象站的温度作用样本数据，随后基于广义帕累托分布（GP分布）的超阈值模型求得各气象站的温度作用代表值，最后，采用空间插值方法绘制各温度作用代表值的等值线地图。采用上述方法，绘制了组合梁桥温度梯度升温模式1、升温模式2和降温模式中各温差代表值的等值线地图。研究结果表明：Bahel模型在中国范围内具有很好的适用性，可用于太阳辐射数据的准确预测和补充；中国组合梁桥各温差存在显著的地域差异性，最大可达到27.89℃，若在一个较大的区域内选取一恒定温差作用取值会明显低估了这种地域差异性；“逐层绘制法”概念清晰，操作方便，是进行温度作用等值线地图绘制的有效方法；所绘制的50年回归期温差代表值等值线地图，可用于全国范围内组合梁桥温度梯度作用的准确取值，所提供的温差数据具有概率统计意义，较现行规范更能满足极限状态设计法的基本要求，对于中国组合梁桥的精细化设计和规范体系的补充具有重要价值。
隧道工程
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  富水黄土隧道施工过程围岩水分迁移规律研究

  来弘鹏, 谭智鹏, 孙玉坤, 黄鹏志

  中国公路学报. 2023, 36(1): 150-161. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.013

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  为了给富水黄土隧道施工提供指导，依托银西高铁上阁村隧道，通过现场监测得到典型断面上覆软塑黄土层隧道水分迁移的基本规律；通过室内试验建立了围岩孔隙比与围岩渗透系数、围岩含水率与围岩强度的关系式，利用FLAC^3D内嵌的FISH语言进行相应编程，对土体单元赋予动态渗透系数，实现了流固耦合作用下的隧道开挖模拟，并结合现场监测数据验证了该数值模拟的可靠性，最后基于16种工况的模拟结果，揭示了上覆软塑黄土层距隧道拱顶不同距离下隧道开挖卸载过程中围岩水分迁移规律。结果表明：在开挖扰动下隧道上覆软塑黄土层中水分由黄土层底部向隧道临空面迁移，最终累积于隧道底部，且水分迁移始于掌子面开挖，滞后于初支封闭；当拱顶与软塑黄土层底部距离0 m≤h≤4 m时（h为隧道拱顶与软塑黄土层底部间距），位置水头和压力水头的变化引起洞周水分迁移，水分迁移速度快、迁移量大，隧道仰拱封闭前，水分易侵入临空面；当5 m≤h≤8 m时，位置水头的变化引起洞周水分迁移，水分迁移速度慢、迁移量小；当h>8 m时，无明显水分迁移；当0 m<h≤4 m时，各部位含水率稳定值均较高，仰拱及拱脚约为28%，拱腰及拱顶约为25%，含水率呈上小下大分布；当4 m<h<8 m时，随着h增加，各部位土体含水率稳定值开始减小；当h≥8 m时，随着h增加，各部位含水率稳定值基本相同且保持不变。
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  盾构隧道接缝漏损诱发水土流失模型试验及离散元分析

  张治国, 程志翔, 张孟喜, 马少坤, 陈杰, 吴钟腾, 李云正

  中国公路学报. 2023, 36(1): 162-175. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.014

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  盾构隧道接缝漏损是诱发地面塌陷的主要因素，掌控水土流失发展规律是规避地面塌陷风险的基础和前提。基于临界漏缝宽度，针对不同漏缝位置、不同覆土深度、不同上覆水位高度进行砂土沉降规律及孔隙水压力变化规律影响因素的模型试验分析，并设计一套渗流示踪装置探究渗流场的分布情况及其流线轨迹变化规律。试验结果表明：距离漏缝竖向距离越近的砂层沉降越明显，坍塌范围由隧道漏缝周围逐渐向上扩散至地表，砂层位置越高，沉降槽越宽，由深“V”形态、浅“V”形态向“高斯曲线形态”发展。漏缝越靠近拱底，砂土表面沉降越小，孔隙水压力消散值越小；覆土深度越高，砂土沉降越小，扰动范围越窄，孔隙水压力消散值越大；上覆水位高度越高，砂土沉降越大，扰动范围越宽，孔隙水压力消散值越大。示踪流线为一系列圆弧线，5条流线均向漏缝位置流动，距离漏缝较远处水的流动速度慢，导致流线变长，示踪流线向下发展将加速贯通至漏缝流线形成。此外，通过构建隧道-砂土离散元数值模型，对渗流侵蚀过程中的砂土成拱效应及位移演变规律进行分析，揭示了盾构隧道周围砂土颗粒迁移及损失对周围环境的细观尺度影响。离散元分析表明：在接缝未发生漏损时，没有产生渗流侵蚀通道，接缝周围土拱稳定，一旦发生漏损，土拱立刻发生破坏，在模型试验中表现为水土流失的开始，在随后的整个水土流失过程中，始终伴随着“砂土颗粒成拱→土拱发生破坏→土拱再生成→土拱继续破坏”的过程，最终，漏缝周围形成稳定土拱，合理解释了模型试验中漏砂终止、砂层位移收敛的现象。
交通工程
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  IntelliWay-变耦合模块化智慧高速公路系统一体化架构及测评体系

  赵祥模, 高赢, 徐志刚, 曹奕哲, 龚思远, 李立, 刘志广, 左志武, 王福海, 孙昊, 朱晓东, 芮一康, 刘占文, 王冠群, 刘成林, 张骞, 刘鹏

  中国公路学报. 2023, 36(1): 176-201. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.015

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  根据当前智慧高速公路系统的发展历程，总结一些典型的车路协同系统逻辑与物理模型。在总结国内外智慧高速公路系统的整体架构之后，提出新一代智慧高速系统的总体架构-IntelliWay，包括智慧高速公路系统分层模块化架构、基于变耦合程度的智能分级和基于事件驱动的数据分发机制。同时，根据当前智慧高速公路系统的主流应用技术，总结车载高精度定位、高级驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance System，ADAS）与车载总线、路侧设备优化、异构网络融合、网络负载均衡、网络信息安全、多传感器融合与协同感知、以用户为中心的场景自适应信息发布、车辆群体协同自动驾驶、基于大数据与人工智能的交通态势预测、车道级主动交通管理、组件式应用服务开发等驱动智慧高速公路系统快速发展的新兴技术研究现状，然后基于以上关键技术的特点提出未来智慧高速公路系统应用的实施建议；分析广播式交通信息服务、主动交通管理、伴随式信息服务、自动驾驶专用道、车辆队列协同驾驶等智慧高速公路系统的典型应用场景，进行智慧高速系统的测评方法分析和相关案例分析。最后，系统性地分析和预测智慧高速系统存在的挑战及未来发展趋势，以及“人-货-车-路-云”之间的高可信信息交互与智能协同管控将为高速公路自动驾驶提供一个高可靠、强实时的交通环境，研究成果将对当前和未来智慧高速公路系统的研究和应用具有一定的参考价值。
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  专用道条件下电动公交线路静态无线充电设施布局优化

  别一鸣, 郝明杰, 王琳虹

  中国公路学报. 2023, 36(1): 202-213. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.016

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  为了减少电动公交线路静态无线充电设施的布设成本，从而提高时间控制点的有效利用率，提出了考虑时间控制点影响的静态无线充电设施布局优化方法。首先建立电动公交车运行状态表达模型，提出乘客出行时间成本增加量计算方法；随后在总松弛时间、电池剩余电量、准点率的约束下，将每个站点是否布设静态无线充电设施、是否设置为时间控制点以及对应的松弛时间作为优化变量，将充电设施总布设成本与乘客出行时间成本增加量最小以及站点有效利用率最大作为优化目标，建立专用道条件下静态无线充电设施布局优化模型，并采用嵌入随机模拟技术的麻雀搜索优化算法进行求解；最后以一条实际线路为例进行案例分析，并对电池容量、充电功率进行敏感性分析。研究结果表明：在满足不同班次电量需求的前提下，充电设施的总布设成本、乘客出行时间成本增加量随着电池容量或者静态无线充电功率的增加而减少，且充电设施的总布设成本呈阶梯形状变化。
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  逆向左转交叉口的全感应公交优先信号控制技术

  徐洪峰, 陈虹瑾, 张栋, 陆千惠

  中国公路学报. 2023, 36(1): 214-225. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.017

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  逆向左转交叉口已在中国70余个城市实现常态化应用，各地却始终没有形成设置和运用配套交通控制设施的统一做法。当公交专用车道穿过逆向左转交叉口时，必须考虑如何实施公交优先信号控制。基于此，针对十字形逆向左转交叉口提出一种全感应公交优先信号控制技术，该技术对信号灯设置、信号相位设置、相位显示顺序选择和交通流数据采集提出具体要求。以消除逆向左转车道的交通安全风险、加快优先车辆的运行速度、减少机动车相位的绿灯浪费为目标，设计5组逻辑规则，构成信号控制算法，向优先车辆提供绿灯延长和绿灯早启服务，自动调整机动车相位的绿灯时长、预左转相位的红灯时长和绿灯时长。选取1个典型的十字形常规交叉口和1个十字形逆向左转交叉口作为试验对象，利用Vissim创建虚拟道路交通环境。在交通仿真试验中，通过D-最优设计生成1 000个高负荷交通需求场景，共进行3 000次仿真运行。研究结果表明：就应用全感应信号控制技术的交叉口而言，设置逆向左转车道会在统计学意义上显著影响交叉口性能，对于降低全体车辆平均延误有明显效果，对于降低优先车辆平均延误有一定效果；就逆向左转交叉口而言，将全感应信号控制技术升级成全感应公交优先信号控制技术会在统计学意义上显著影响交叉口性能，对于降低优先车辆平均延误有明显效果，不会明显提高甚至还会经常性地降低全体车辆平均延误。
汽车工程
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  基于时-空注意力机制的车辆轨迹预测

  李文礼, 韩迪, 石晓辉, 张祎楠, 李超

  中国公路学报. 2023, 36(1): 226-239. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.018

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  城市交通环境中车辆的驾驶行为随机性较高，且驾驶人驾驶风格迥异。为了解决复杂交通环境下车辆行驶轨迹难以精确预测的问题，在社会生成对抗网络（Social GAN）的基础上，考虑车辆的行驶速度、加速度、航向角等行驶状态参数和形状尺寸，建立车辆间交互影响力场模型，提出一种基于时-空注意力机制的车辆轨迹预测算法（SIA-GAN）。根据受到场景中其他车辆交互影响力的大小赋予其他车辆不同的空间注意力权重因子，重点关注对自车行驶影响较大的车辆信息，并结合时间注意力机制挖掘自身车辆对观测时段内历史轨迹特征向量的时间依赖性，得到车辆预测轨迹。为验证所提算法的有效性，在开源数据集上对算法进行迭代训练，并与LSTM、Social LSTM、Social GAN三种轨迹预测算法进行对比分析。研究结果表明：SIA-GAN不仅在训练时的收敛速度上有较大提升，且与现有其他轨迹预测算法相比在平均位移误差、最终位移误差、平均速度误差、平均航向角误差等评价指标均有大幅下降，预测3.2 s时各项指标平均降低了51.25%、60.1%、37.84%、13.75%；预测4.8 s时各项指标平均降低了52.78%、61.47%、35.92%、9.57%；提出的SIA-GAN轨迹预测算法能够真实、有效地反映车辆间复杂的空间交互影响特性，提升轨迹预测的精确性、合理性与可解释性。
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  面向智能汽车测试的弱势群体服饰色彩研究

  韩玲, 朱长盛, 迟瑞丰, 方若愚, 张晖, 刘国鹏, 伊强

  中国公路学报. 2023, 36(1): 240-252. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.019

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  智能汽车测试是其技术开发与应用中必不可少的环节，封闭场景下测试目标物准确反映真实道路环境下交通对象特性是保障测评结果可信的关键，而道路弱势群体服饰色彩是相应测试目标设计的关键参数，也是智能车测评相关标准中要求的一个主要指标。为此，通过对中国某省份2018~2020年间重大交通安全事故案例的分析和筛查，得出178例弱势道路使用者群体伤亡人员样本，首先提取样本服饰颜色，然后选取适当的色彩空间，将色彩数据从RGB （Red-Green-Blue）空间转换至LUV （Lightness-Chroma）空间。以转换结果作为聚类参数，采用K-means聚类算法，获取受害者样本基于季节、出行方式等不同因素下的服饰代表颜色。区别现阶段欧洲标准中目标物黑色上衣/蓝色长裤的搭配组合，黑色上衣/黑色长裤作用于符合中国国情的自动驾驶场景中测试目标物的服饰颜色更具代表性。鉴于中国新车评价规程（China-New Car Assessment Programme，C-NCAP）选取行人目标物与自行车骑行者目标物，将目标物服饰改为黑色上衣/黑色长裤组合，以测试目标物与测试车辆位置分别构建相对横向及纵向运动的多个场景，在对应场景下检测汽车前端结构位置25%、50%及75%处与目标物碰撞情况，以评价配有自动紧急制动系统（Automatic Emergency Braking System，AEB）的智能汽车对测试目标物的响应能力。试验测试结果表明：全部测试场景下，测试车辆能够成功识别目标物并可主动制动，该测试验证了黑色上衣/黑色长裤组合在现行检测标准下的可行性与有效性。该研究可为智能汽车测试领域提供客观的数据支撑，完善交通行业相关标准和法规，并推动智能汽车测试技术的发展。
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  电动汽车用内置式永磁同步电机气隙磁场解析建模与多目标优化

  安原圣, 马琮淦, 李鑫, 沈恩德, 虞冬蕾

  中国公路学报. 2023, 36(1): 253-262. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.020

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  为提高电动汽车用内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算精度和优化效率，利用混合解析法建立考虑转子铁心磁桥饱和效应的电机气隙磁场参数化解析模型。首先利用联合等效磁路法的子域法建立内置式永磁同步电机开路气隙磁场解析模型；然后利用同样方法建立转子磁桥虚拟磁场解析模型，从而得到考虑转子磁桥饱和效应的电枢反应磁场解析模型；最后通过叠加原理建立内置式永磁同步电机合成气隙磁场解析模型。通过有限元仿真和转矩测试验证内置式永磁同步电机气隙磁场解析模型的准确性。基于所建立的解析模型，以永磁体极弧宽度、定子槽口宽度和转子端部磁桥厚度为优化变量，以特定阶次频率的径向力波、转矩和效率为优化目标，利用带精英策略的非支配排序遗传算法，对一台电动汽车用内置式永磁同步电机样机进行多变量多目标优化。研究结果表明：与试验结果相比，解析计算误差小于5%，而计算时间较有限元仿真缩短90%以上；优化后，电机特定阶次频率的径向力波减小了9.2%，最大转矩提升了2.49%，最大效率提升了0.69%，高效区面积扩大了约54.46%；所提方法既解决了内置式永磁同步电机强非线性和高饱和的解析建模共性难点，又极大提高了电机多目标优化效率；研究可为电动汽车用内置式永磁同步电机的优化设计提供方法参考。