2023年, 第36卷, 第5期　刊出日期：2023-05-20

  

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  中国公路学报. 2023, 36(5): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2023, 36(5): 2-0.

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路面工程
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  生物油再生老化沥青材料研究进展

  汪海年, 徐宁, 陈玉, 杨旭, 王惠敏

  中国公路学报. 2023, 36(5): 1-20. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.001

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  生物油是一种绿色、环保、可再生资源，具有恢复老化沥青物理、流变性能，改善再生沥青混合料路用性能的潜力。为了推动生物油在老化沥青材料再生领域的深入研究，概述了生物油的来源、制备及物化性能，探讨了生物油对老化沥青的再生机制，综述了生物油再生沥青和生物油再生沥青混合料的性能，围绕生物油再生老化沥青材料现有研究存在的不足，阐述了后续的研究方向。研究现状表明，压榨油类生物油在老化沥青材料再生中的应用研究较为系统，其次是富木质纤维植物基生物油，动物粪便类生物油的应用研究相对最少，但这3种类型生物油在老化沥青材料再生中均具有广阔的应用前景。富木质纤维植物基和压榨油类生物油在老化沥青再生中既发挥“稀释”作用，也体现出“溶解”作用，从化学平衡和分子结构修复2个层面实现老化沥青的再生；动物粪便类生物油在老化沥青再生中主要发挥“溶解”作用，通过其富含的极性酰胺基团化合物促进了沥青质聚集体的解缔，从分子结构修复层面实现老化沥青的再生。此外，富木质纤维植物基和压榨油类生物油可直接用于老化沥青再生，而动物粪便类生物油更适合与富油再生剂复配应用，由此才能充分发挥再生作用。在这些生物油中，压榨油类生物油体现出更好的再生老化沥青材料的效率。未来的研究应从以下几个方面进行：建立生物油来源、制备工艺与其物化性能的关联性，以便更好地甄别和评估不同来源和制备工艺的生物油作为沥青再生剂的适用性；进一步探索富木质纤维植物基、动物粪便类生物油在老化沥青材料再生中的应用潜力；重点关注生物油再生沥青和再生沥青混合料的二次老化问题；探索生物油在老化沥青材料再生领域的复配应用。
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  沥青路面的双向疲劳损伤

  王旭东, 张蕾, 周兴业

  中国公路学报. 2023, 36(5): 21-37. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.002

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  疲劳损伤是沥青路面技术体系中的一个重要问题，各种设计方法中都建立了相应的疲劳设计模型。为研究全寿命周期内沥青路面的疲劳演化行为，基于RIOHTrack足尺环道开展了6 000万次加载试验，获得了19种不同结构形式的疲劳损伤状态，研究提出了沥青路面的双向疲劳损伤模式，即：在行车荷载作用下，沥青路面同时产生自上而下和自下而上的疲劳损伤。其中：自上而下的疲劳损伤是由压剪荷载造成的，根据路面结构形式的不同，一般表现为T-D横向疲劳裂缝与车辙变形的对偶式损伤；自下而上的疲劳损伤是由整体性材料结构层的层底弯拉荷载引起的，是一种传统的疲劳损伤模式。需要指出的是，单一某个结构层的弯拉疲劳破坏并不会导致整体结构的破坏，即某一结构层的疲劳寿命并不等于整体结构的疲劳寿命。针对自下而上的疲劳损伤模式，提出疲劳寿命逐层累积的分析方法，以完善沥青路面弯拉疲劳寿命的评估。
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  改性橡胶碾压混凝土路用性能及作用机理

  李振霞, 陈渊召, 郭滕滕, 黄飞虎, 常洋铭, 牛相杰

  中国公路学报. 2023, 36(5): 38-48. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.003

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  为增强碾压混凝土的韧性和耐久性，改善其路用性能，将粒径为1~2 mm的橡胶颗粒用5%NaOH溶液进行改性处理，并设置不做处理的对照组，然后分别以5%、10%、15%、20%等体积取代砂加入碾压混凝土。通过改进VC值、抗压强度、抗折强度、干燥收缩、抗冻等试验，分析橡胶碾压混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能，采用工业CT和扫描电镜，对比分析改性前后混合料的孔隙结构和微观形貌，揭示橡胶颗粒对碾压混凝土混合料力学性能的微观作用机理。结果表明：相比于纯碾压混凝土，橡胶颗粒的掺入降低了碾压混凝土早期强度增长速率，改善了碾压混凝土的塑性；在相同橡胶掺量下，改性橡胶碾压混凝土力学性能优于未改性橡胶碾压混凝土，且改性橡胶颗粒掺量不宜大于15%，此时对道路路面结构的承载能力影响较小；当改性橡胶掺量≥15%时，对碾压混凝土的干缩性能有改善效果；改性橡胶颗粒掺量为5%~20%时，掺量越大，对碾压混凝土的抗冻性能改善程度越显著；橡胶颗粒的加入减少了碾压混凝土中的孔隙体积，优化了孔隙结构，改性后的橡胶颗粒表面更加粗糙，减小了橡胶颗粒与水泥砂浆结合面间的裂缝宽度，提高了改性橡胶碾压混凝土混合料中橡胶颗粒与骨料之间的结合强度。
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  含智能感知器件的沥青路面材料力学特性PFC数值分析

  李志鹏, 韩旭, 张连震, 赵军云, 田守成, 高萌, 王安妮

  中国公路学报. 2023, 36(5): 49-57. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.004

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  埋入式智能感知器件势必会与路面沥青混凝土材料产生交互影响，为研究器件布设深度、数目、形状以及分散情况对沥青路面材料力学特性及破坏形式产生的影响，利用PFC^2D数值模拟软件，从细观角度出发，采用离散元数值模拟的方法建立了在单轴压缩模拟试验条件下沥青试样埋入智能感知器件后的离散元模型，通过模拟沥青混凝土试样在不同影响条件的破坏模式，分析了不同路面埋设深度、器件数目、器件形状和分散状态对含智能感知器件沥青混凝土试样的力学特性及破坏形式的影响规律。研究结果表明：内含智能感知器件的沥青混凝土试样的力学特性及破坏形式受器件数目影响较大，且试验过程中产生的应力集中现象多发生于感知器件边缘与沥青混合料接壤处；器件单元的形状外轮廓会对试样裂缝的开展产生引导作用，矩形感知器件影响下的沥青混凝土试样，其破坏裂缝多呈“V”字形开展，而梯形的智能感知器件在相同的试验条件下容易诱发试样内部产生沿梯形侧边45°的斜裂缝。在各种因素影响条件下，含智能感知器件的沥青混凝土试样以3个器件在试样中呈对角分布状态时的强度最低，稳定性最差，此种分散情况会造成试样最大化程度的破坏。
路基工程
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  位移幅值对砾石-格栅界面循环剪切特性的影响

  刘飞禹, 李婧婷, 应梦杰, 童立红

  中国公路学报. 2023, 36(5): 58-64. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.005

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  由于加筋土结构经常受到动荷载的作用，因此筋土界面的动力剪切性能也越来越受到重视；但目前筋土界面的动力剪切试验往往循环次数很少，一般只有10多次，不能充分反映筋土界面的动力相互作用。采用大型动态直剪仪，在剪切位移幅值分别为1、2、4、6 mm时，对砾石-格栅界面进行了2 000次水平循环直剪试验，分析了剪切位移幅值对筋土界面剪切应力、竖向位移以及颗粒破碎的影响，揭示了筋土界面相互作用的机理。结果表明：在循环剪切过程中，界面平均峰值剪切应力先增加后减小；剪切位移幅值越大，达到界面峰值强度所需的循环次数越少，而达到界面残余强度所需的循环次数越多，较大的剪切位移幅值会使得砾石-格栅界面的剪切应力衰减现象更显著；随着剪切位移幅值的增大，试样最终剪缩量增大，但试样最终剪缩量增量逐渐减小；随着剪切位移幅值增大，界面剪切刚度逐渐减小，界面阻尼比却逐渐增大；通过对循环剪切试验后的砾石颗粒各粒组含量进行分析，发现剪切位移幅值越大，颗粒的相对破碎率也越大，相对颗粒破碎率与剪切位移幅值呈较好的对数关系，并与试验结果吻合较好。
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  夏季工况下扩底能量桩单桩热力学响应分析

  周杨, 孔纲强, 李俊杰

  中国公路学报. 2023, 36(5): 65-74. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.006

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  能量桩是一种兼具承载性能和换热载体双重功能的建筑节能新技术。将大直径扩底灌注桩内部的声测管底部连通形成环路，在桩基完整性检测完成后作为浅层地温能换热管道，即可形成大直径扩底能量桩。依托南京市某扩底桩基础工程项目，开展建筑荷载与温度联合作用下大直径扩底能量桩的热力响应特性现场试验；实测夏季工况下桩身温度与应变的发展规律，初步探讨热致应力变化规律。基于荷载传递法，考虑桩体温度不均匀分布及扩大头的作用，建立热力耦合作用下扩底能量桩工作特性的简化分析方法，分段求解得到任意温度-荷载组合作用下的桩体变形和桩身应力；通过与现场试验数据进行对比，验证了理论方法的可靠性。研究结果表明：桩顶建筑荷载会使桩顶的约束增大1~1.25倍；相较于等直径桩，扩底桩能够减少约26%的桩端应力，扩大头可有效提高能量桩在温度-荷载联合作用下的承载潜能。
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  季节冻土区框架锚杆支护边坡地震动力响应简化计算方法

  董建华, 吴晓磊, 师利君, 连博

  中国公路学报. 2023, 36(5): 75-87. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.007

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  为了研究地震作用下季节冻土区框架锚杆支护边坡体系的地震动力响应变化规律，考虑到季节冻土区边坡土体的季节分层特征，将未冻结土层处理为黏弹性Winkler地基模型，冻结层处理为中间剪切层，框架立柱处理为Euler-Bernoulli弹性梁，用线性弹簧和阻尼器来模拟锚杆锚固段与周围土体的相互作用，建立了季节冻土区框架锚杆边坡支护结构简化动力计算模型。基于D'Alembert原理并引入Dirac函数，给出了冻结期和融化期时框架-锚杆-边坡支护体系的运动方程；其次通过振型叠加法对其进一步解耦变换，并采用隐式时域逐步积分法对解耦后的体系方程组进行求解，最后将提出的计算方法应用于工程算例，且与振动台试验结果进行了对比分析。结果表明：相同地震波作用下，坡顶处加速度大于坡底，同一位置处的融化期峰值加速度比冻结期大，具有季节差异效应和高程放大效应；同时考虑冻胀和地震作用时冻结期的锚杆轴力和立柱弯矩大于地震作用时融化期的锚杆动轴力和立柱动弯矩；加速度、轴力等振动台试验结果与理论计算值在总体趋势上较为一致，即提出的计算方法能够刻画地震作用下季节冻土区框架锚杆支护结构工作状态。研究结果可为季节冻土区框架锚杆支护边坡抗震理论设计提供一种新思路。
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  考虑黏土结构性影响的柱孔卸荷收缩问题解析及数值验证

  张亚国, 肖书雄, 翟张辉, 张勋, 黄沛

  中国公路学报. 2023, 36(5): 88-98. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.008

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  圆孔收缩理论是岩土开挖问题的主要分析方法之一，然而已有研究中大多未考虑土体的结构性影响。为此，采用结构性参数和结构损伤速率分别表征土体结构性强弱和损伤快慢，基于S-CLAY1S模型求解了不排水条件下各向异性天然结构性黏土中的圆柱孔卸荷收缩问题。首先推导了反映应力-应变关系的弹塑性刚度矩阵，进而联立硬化法则和塑性区大变形理论，得到了关于有效应力分量、各向异性分量和结构性参数的微分方程组，并结合边界条件进行了求解；同时编写了S-CLAY1S模型的显式积分算法，通过相应的有限元数值解验证了理论解的正确性。结果表明：土体结构性对圆孔卸荷收缩过程影响显著，结构损伤使得孔周有效应力减小和超孔隙水压力增大，该现象随着土体结构性增强变得更为明显；土体抗剪强度随其结构破坏而降低，土体表现出应变软化特征，分析认为是缩孔过程中土体结构破坏引起的应力释放所致。参数分析表明结构损伤速率越大，缩孔过程中土体结构损伤效应的影响越显著。研究结果可为隧道围岩压力计算、竖井收缩变形预估以及钻孔泥浆护壁压力预测等提供理论依据。
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  振杆密实法处理杂填土地基试验

  程远, 杨晔, 时刚

  中国公路学报. 2023, 36(5): 99-108. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.009

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  城市快速发展所产生的生活、工业和建筑固体废物，通常与天然土体混合堆积形成杂填土。杂填土具有不均匀、欠固结、低强度、高压缩、强湿陷等特性，工程建设中需要进行加固处理。介绍了一项全新技术——振杆密实法在郑州某杂填土地基处理中的应用，通过监测土体水平位移和分层沉降，分析了振杆施工扰动对周围土体的影响；通过施工过程中的地表振动试验，研究了不同工况和不同振动频率下的地表振动响应，确定了各工艺阶段的频率参数，研究了振动能量的传递和衰减规律；通过动力触探、面波等原位测试方法评价了加固效果。结果表明：振杆周围土体深层水平位移大于浅层，而浅层沉降大于深层;留振对扩大水平加固范围的作用有限，浅层土体比深层更易被留振密实；频率对土体振动影响显著，高频时振动集中在垂直方向且幅度较弱，低频时振动以水平和垂直方向为主，且放大效应显著;越接近系统共振频率，水平振动越明显并大于垂直振动。场地共振频率约为16 Hz。振动能量大部分被振源附近土体吸收，安全施工距离小于2 m；加固后土体强度提高1.6倍以上，达到中密状态，满足了加固要求，验证了振杆密实法处理杂填土地基的适用性。
桥梁工程
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  曲线双工字钢-混凝土组合梁桥弯扭性能1∶2模型试验

  封博文, 刘永健, 周绪红, 邢子寒, 范泉锋, 崔晓晓, 杨俊宇

  中国公路学报. 2023, 36(5): 109-127. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.010

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  为探究连续曲线双工字钢-混凝土组合梁桥在弯扭组合作用下的力学性能，设计了一座曲线半径为200 m，跨径布置为17.5 m+17.5 m的连续曲线组合梁桥模型，并进行了静载试验，包括两点偏心弹性加载及四点对称破坏加载。试验测试了模型桥荷载-挠度关系曲线，控制截面钢梁、桥面板及钢筋应变分布，记录了模型桥的破坏过程及特征荷载，混凝土桥面板裂缝分布及裂缝宽度。结果表明：对称荷载作用下，曲率效应使外弧侧结构受力更不利；加载截面、中支点截面钢梁翼缘屈服后，第2跨加载点外弧钢梁腹板发生剪切屈曲，截面塑性转动能力受到钢板局部屈曲的限制；中支点桥面板裂缝分布范围超过计算跨径±20%；模型桥第2跨外梁破坏后，其他结构仍能继续承载，内弧侧结构延性指标远小于外弧侧，模型桥横桥向具有冗余性；竖向荷载作用下，模型桥弹性阶段截面正应力主要由弯曲正应力和约束扭转翘曲正应力组成，此外，钢梁下翼缘存在额外的横向弯曲正应力；最后，给出了钢梁下翼缘横向弯矩简化计算方法，并基于Vlasov薄壁结构理论，提出了双工字钢-混组合梁桥约束扭转截面特性计算方法。
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  雷暴风作用下流线型箱梁抖振力空间相关性时变特性试验

  李少鹏, 李鑫, 杨庆山, 曹曙阳, 彭留留

  中国公路学报. 2023, 36(5): 128-139. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.011

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  为了研究雷暴风作用下流线型箱梁断面抖振力空间相关性的时变特性，通过多风扇主动控制风洞开展雷暴风物理模拟和刚性节段模型测压试验。基于Priestley经典谱估计理论分析了非平稳脉动风和抖振力的时变相干函数，在此基础上，借鉴Jakobson研究成果提出了时变相干函数模型。最后，深入研究了紊流积分尺度时变特性对于抖振力空间相关性的影响，通过引入紊流三维效应因子的概念，揭示了雷暴风作用下流线型箱梁紊流三维效应的时变特征和作用机理。结果表明：雷暴风的时变积分尺度是影响流线型箱梁断面抖振力空间相关性时变特征的控制因素，由于该参数的引入，时变相干函数模型能够较好地描述非平稳抖振力的时变相关性；同时，当雷暴风在时变风速快速突变时，抖振升力的紊流三维效应时变特征明显，其变化趋势与积分尺度的时变规律相反，且存在一定的迟滞现象，其原因可能为风速突变产生的漩涡瞬态畸变效应导致。
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  核芯混凝土索塔锚固结构试验

  曾显志, 吴鑫, 邓开来, 赵灿晖, 郑清刚, 沈孔健

  中国公路学报. 2023, 36(5): 140-149. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.012

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  超大跨度斜拉桥因承担功能、跨越能力增加，斜拉索索力增大，对索塔锚固结构承载能力和抗裂性能需求提升。常泰长江大桥采用新型的核芯混凝土索塔锚固结构，斜拉索交错锚固于外包钢壁板的核芯混凝土，充分利用混凝土抗压能力和钢材抗拉能力，提升结构承载能力，钢壁板外包于核芯混凝土，降低结构开裂风险。设计了10个核芯混凝土锚固结构缩尺试件，通过试验研究其在交错索力下的开裂模式、承载能力及破坏机理等结构行为，探究了横向抗弯钢筋、水平分布钢筋和剪跨比对结构性能的影响规律。结果表明：①核芯混凝土索塔锚固结构具有良好的承载力，同时不产生表观裂缝，可满足超大索力的锚固需求；②在交错荷载作用下，锚固结构呈现出与经典拉压杆相同的受剪破坏模式，外包钢壁板屈服，斜压杆区核芯混凝土受压破坏，由于钢板和水平分布钢筋对斜压杆的约束作用，破坏过程呈现一定延性；③水平分布钢筋对斜压杆的约束作用，可以提升结构的承载力，且在小剪跨比试件中提升更为明显；④由于钢板的存在，横向抗弯钢筋对于承载力的贡献率不高，在设计时可以适量减小；⑤根据拉压杆模型，提出了核芯混凝土索塔锚固结构的抗剪承载力计算公式，计算结果与试验吻合良好，并通过设计参数敏感性分析，给出了设计建议。研究结果可为该锚固结构的实际工程应用提供依据和参考。
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  变截面波形钢腹板-UHPC组合箱梁剪应力试验

  李立峰, 蒋启昊, 王连华, 冯威, 叶萌, 钟文

  中国公路学报. 2023, 36(5): 150-162. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.013

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  为进一步减轻大跨径变截面桥梁结构自重，增加结构跨越能力并增强结构抗裂性能，提出了变截面波形钢腹板(Corrugated Steel Webs, CSW)-UHPC组合箱梁结构新理念，该结构截面尺寸更小、自重更轻，其结构剪力分布、截面剪应力分布与常规组合结构区别较大，需深入研究。以变截面CSW-UHPC组合箱梁为研究对象，取变截面微段进行受力分析，结合剪应力互等定理，推导了系统完善的腹板剪应力计算公式，并基于工程需要，提出了一种简化计算方法。继而，设计了一片大比例变截面CSW-UHPC模型梁，模拟大跨径组合梁桥施工过程中典型的受力状态，完成了不同边界条件、不同加载位置、不同加载类型及微裂缝状态共计6种工况下的静力加载试验，获得了各截面剪应力分布及沿跨度方向承剪比变化规律，并结合空间实体有限元模型对计算理论进行全面的验证。结果表明：各工况下腹板实测剪应力值与所提公式理论值、有限元结果吻合良好，证明了所提公式的正确性；组合箱梁倾斜底板参与了截面抗剪而不可忽略，体现出明显的变截面效应；特别是最大悬臂工况下其模型梁根部位置附近承剪比仅为2%~6%，剪力大部分由倾斜底板来承担，实测和理论剪应力大小为0.6~1.5 MPa，而传统公式计算值为22~24 MPa，偏差较大，说明传统等截面的剪应力计算公式已不再适用，该结构变截面效应尤为明显；钢腹板承剪情况受弯矩、剪力、轴力共同影响，弯矩、轴力的方向对腹板上剪力可能造成有利或不利的影响。
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  随机腐蚀作用下在役钢桥疲劳抗力概率密度演化方法

  贾东林, 张清华, 陈李桥, 崔闯, 江湧

  中国公路学报. 2023, 36(5): 163-174. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.014

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  腐蚀和疲劳开裂严重危害在役钢桥服役安全，随机腐蚀作用导致疲劳抗力发生概率性劣化，结构面临的不确定性风险进一步增加。为准确评估随机腐蚀作用下在役钢桥的疲劳抗力及其演化特性，基于广义概率密度演化理论，建立了腐蚀-疲劳抗力概率密度演化方程。根据齐次马尔可夫过程和实桥腐蚀深度统计数据，确定了腐蚀深度概率密度函数的理论预测模型。基于腐蚀试件疲劳试验结果，确定了腐蚀深度和疲劳抗力的相关关系。在此基础上，针对一座典型在役钢桥疲劳抗力开展了概率密度演化分析，确定了随机腐蚀作用下在役钢桥疲劳抗力的概率密度函数及其演化特征，并采用蒙特卡洛抽样方法验证了结果的正确性。研究结果表明：疲劳抗力的概率密度函数分布特征与其自身方程密切相关，相同腐蚀作用下不同循环次数对应的疲劳强度概率密度函数存在显著差异；随着服役时间的增加，疲劳抗力的概率密度函数进一步发生演化，由腐蚀-疲劳抗力方程所决定，疲劳抗力概率密度等值线逐渐密集，概率密度峰值不断提高，随机腐蚀作用对于疲劳抗力的劣化效应越发集中；随机腐蚀作用下,在役钢桥的疲劳抗力呈现概率性劣化，服役时间为100年时，在95%保证率下，200万次对应疲劳强度仅为47 MPa，相比服役20年时疲劳强度降幅达到60%，随机腐蚀作用对于疲劳抗力的劣化效应不可忽略。
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  考虑初始偏位脱空的板式橡胶支座滞回性能

  吴宜峰, 徐泓, 李爱群, 司明非, 王浩

  中国公路学报. 2023, 36(5): 175-184. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.015

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  在运营期长期复杂荷载作用下，部分桥梁板式橡胶支座可能处于偏位脱空的非理想支承状态。为定量分析其对板式橡胶支座滞回性能的影响，设计开展了3组共11种工况的压剪试验，对支座在10%~50%五种初始偏位脱空面积比例及2种初始偏位方向下的滞回曲线、骨架曲线、等效剪切刚度和等效阻尼比等进行了对比分析。结果表明：当支座偏位脱空方向与剪切方向平行时，脱空面积比例对支座力学性能的影响更为显著。在此状态下，支座向偏位正、反两方向剪切时的变形形态迥异，其中向正方向剪切时翘起卷曲严重；支座滞回曲线关于零点不对称，脱空面积比例为40%、50%的2块支座在加载过程中即已破坏；支座等效剪切刚度随初始偏位脱空面积的增大明显降低，与无偏位支座相比最大降幅为32.9%；当支座初始脱空面积比例不超过30%时，不同剪应变对应的等效阻尼比在11%~14%范围内小幅变化，超过30%后因支座损伤加剧，该值显著增加。当偏位方向与剪切方向垂直时，支座损伤程度较小，滞回曲线对称性好，等效剪切刚度随初始脱空面积的增大略有降低，最大降幅仅为9.7%；支座的等效阻尼比始终在10%~16%范围内变化，与无偏位支座相差甚小。最后，拟合出了反映偏位脱空对支座等效剪切刚度影响的公式，为定量评估支座在不同脱空面积下的刚度退化程度提供了依据。
交通工程
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  一种用于道路交通事故自动检测的改进双流网络

  王晨, 周威, 严隽逸, 龚耀辉

  中国公路学报. 2023, 36(5): 185-196. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.016

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  交通事故实时快速检测对提升道路交通应急管理水平具有重要意义。视频检测技术可以有效节省人工监控成本，并在事故检测的相关研究中取得了较好成果。然而，在拥堵交通环境中，现有方法通常无法准确识别出交通事故。为解决上述问题，提出一种改进双流网络，以提高拥堵交通环境下的检测性能。该改进双流网络利用2个并行卷积神经网络(即外观、运动特征提取网络)分别提取视频数据的事故外观特征和运动特征。为了引导网络捕捉拥堵场景下判别性事故外观特征，引入辅助网络和三元损失函数来训练外观特征提取网络。在运动特征提取网络中建立光流提取网络，以捕捉拥堵交通环境下细微的光流信息，进而提升事故运动特征提取能力。研究结果表明:相较传统方法，所提方法有效提升了拥堵交通环境下的事故检测能力，降低了24.56%的误报率和25.00%的漏检率。研究成果可用于城市高流量、混流交通场景(如城市交叉口、快速路、主干道等)中进行道路交通事故自动检测。
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  基于实车数据的高速公路行驶轨迹偏移和车道侧向余宽

  吴少峰, 陈智威, 张高峰, 陈钦, 徐进

  中国公路学报. 2023, 36(5): 197-209. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.017

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  为明确高速公路行驶环境下车辆在车道保持阶段的行驶轨迹特征，给车道宽度值确定提供参考，在重庆市主城区2段高速公路上开展了38名驾驶人的实车驾驶试验。使用车载设备采集自然驾驶状态下的车辆行驶速度、行驶轨迹和“车辆中心点-车道线”横向距离。基于以上数据，计算轨迹横向偏移值和“车身轮廓-车道线”侧向余宽等参数，分析高速公路直线/曲线路段的车辆轨迹横向偏移和侧向余宽变化特征及其影响因素。结果表明：曲线路段和直线路段的期望轨迹横向偏移存在差异，曲线路段行驶轨迹的本质特征是轨迹往曲线内侧偏移，而直线路段的车辆轨迹是倾向于往车道左侧偏移，但曲线路段紧贴车道线行驶的车辆占比要低于直线路段。直线路段车道左侧余宽最小值、期望值分别集中于[0.2 m,0.6 m]和[0.3 m,0.9 m]，曲线路段车道左侧余宽的最小值和期望值主要分布在[0.2 m,0.7 m]和[0.5 m,0.9 m]范围内；车道位置对期望轨迹横向偏移和车道侧向余宽均有影响，左转弯路段的左侧余宽要低于直线路段和右转弯路段;在左转弯路段内侧车道行驶时车辆与中分带的距离更近，因此左转弯的事故风险更高；行驶速度增加时，内侧车道的车辆有远离中央分隔带的趋势，但总体上速度对轨迹横向偏移和车道侧向余宽的影响不显著。建议高速公路设计速度为80~120 km·h^-1、车道数为双向6条以上时，小客车道的宽度可取3.25 m。
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  低速瓶颈下高速公路网联无人驾驶车辆主动避碰运动生态速度优化

  刘庆玲, 胥效文, 关京京

  中国公路学报. 2023, 36(5): 210-219. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.018

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  为了解决车载安全预警系统在高速公路上感知距离有限，且在曲线路段存在高事故风险和高燃油消耗的问题，在基于车联万物(V2X)技术的高速公路自动驾驶交通系统中，针对下游存在低速交通流的交通场景，提出一种高速公路网联无人驾驶车辆主动避碰运动生态速度优化模型。为了提高模型的求解效率，将原最优控制问题转化为由3个子问题构成的近似速度优化模型，并通过遗传算法求解得到最优的速度曲线，对上游车辆的运动速度进行主动控制，在保证安全和不影响交通效率的前提下，引导一系列车辆安全、平滑地跟随下游的低速交通流尾车运动，改善车辆行驶过程中的燃油经济性。为了验证所提出模型的性能，以车载安全预警系统控制策略作为对比方案，仿真结果表明：所提出的近似优化模型能够在基本保证求解精度的同时，明显改善求解效率；与车载安全预警系统控制策略相比，所提出的速度优化策略能够使车辆提前减速，避免追尾，能够在较小程度牺牲通行效率的情况下明显地平滑车辆速度曲线并节省总燃油消耗量。
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  数量调节用户均衡及OD分解算法

  李志学, 胡望欣, 黄中祥

  中国公路学报. 2023, 36(5): 220-230. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.019

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  城市居民出行过程中出行者的路径选择行为决定着道路网络交通流的分布模式,深刻影响着城市交通规划和网络设计方案的制定。传统交通分配依据最短路径时间选择出行路径,不能反映路径流量大小对出行者路径选择行为的直接影响。基于此，将出行起讫点间路径时间作为价格信号,路径流量作为数量信号,运用经济学非均衡理论中的价格-数量调节行为原理描述出行者的路径选择行为。在出行市场背景下,定义了数量调节用户均衡,建立了数量调节用户均衡条件和等价的非线性互补问题。运用GAP函数对非线性互补问题进行重新描述,最终建立了求解数量调节用户均衡的数学规划模型。鉴于路径流量不等于该路径中各路段流量之和,数量调节用户均衡问题需使用基于路径的算法求解,开发了基于OD分解的求解算法。OD分解算法与现有的基于路径的算法共享高斯-赛德尔分解方案,迭代过程中算法并不是顺序访问每个OD对,而是通过引入一个自适应方案来确定。针对未满足收敛条件的OD对,该算法将负梯度作为下降方向,运用Armijo类型的线性搜索确定步长,求解单OD子问题。最后分别对一简单网络和真实网络进行测试,计算结果表明：所开发的OD分解算法能将更多的计算成本投放在非均衡的OD对上,有效提升了计算效率和收敛性能,可应用于大规模网络计算。
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  面向重大线性工程的施工道路沿线生态环境影响因素与绿化措施研究

  张静晓, 刘洋, 杨琦

  中国公路学报. 2023, 36(5): 231-243. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.020

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  针对重大线性工程施工道路体量越来越大进而加剧周边生态环境被破坏的问题，探究其沿线生态环境影响因素，提出影响因素理论模型，并在此基础上给出相应的绿化措施。以期刊文献、标准、环境影响报告、年鉴等文本数据为基础，利用LDA模型进行主题提取，挖掘出8类影响因素，基于生态因子理论提出影响因素理论模型，结合Word2vec模型输出结果提出相应的绿化措施，并进行案例分析。研究结果表明：重大线性工程施工道路沿线生态环境受到水环境破坏、土壤环境破坏、水土流失、大气污染、噪音污染、固体废料污染、社会性因素和生态系统破坏8类关键因素影响，共17个具体因素的影响；8类关键因素可分为非生物因子和生物因子两大类，前者可进一步归类为气候、土壤、地形、大气及人为因子，后者则包括生物种内和种间的相互关系；废水污水污染、环保意识、植被资源破坏、生态环境敏感性程度4个具体因素在案例施工道路中的影响程度最大。研究结论可对强化重大线性工程施工道路沿线的生态修复提供一定的理论思路与借鉴。
汽车工程
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  自动驾驶高精度地图众源更新技术现状与挑战

  杨蒙蒙, 江昆, 温拓朴, 陈会仙, 黄晋, 张浩, 黄健强, 唐雪薇, 杨殿阁

  中国公路学报. 2023, 36(5): 244-259. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.021

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  针对自动驾驶高精度地图实时动态更新在高精度、高可靠、高安全等方面所面临的挑战，总结当前高精度地图更新面临的困难与挑战，加快自动驾驶高精度地图的大规模商业化落地，从而提升智能汽车的安全性和稳定性，为高级别自动驾驶提供重要支撑。首先描述了自动驾驶地图的定义与内涵，指出自动驾驶地图的数据特性和功能应用；其次梳理了高精度地图更新的发展现状与趋势，综述了地图集中式更新与众源式更新的优劣，指出众源更新已成为地图更新发展的新趋势；再次，总结了目前众源更新的基本架构与关键核心模块，并针对关键核心技术展开分析，归纳了众源更新所涉及关键技术的现状及趋势。结果表明：当前技术仍然面临着7个主要方面的挑战，涉及地图模型、高精定位、三维重建、融合更新、数据安全、快速审查、标准法律法规。针对这些挑战，指出自动驾驶高精度地图众源更新技术难题需要政产学研多部门从技术、政策、法律多维度共同推进解决，从而加速自动驾驶地图众源更新技术的发展与应用。
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  基于多参数自适应优化的智能车轨迹跟踪

  金辉, 鲁坤

  中国公路学报. 2023, 36(5): 260-272. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.022

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  为了在不同工况中，同时兼顾轨迹跟踪算法的跟踪精度，计算速度与车辆稳定性，提出基于不同车速和路面附着系数的参数自适应MPC算法。在线性时变MPC的基础上增加车辆稳定性控制，并基于路面附着系数设计2种控制策略：在高附着系数路面，针对不同车速优化预测时域与控制时域；在低附着系数路面，开启车辆稳定性控制并基于改进粒子群算法优化权重参数。2种策略在保证跟踪精度与车辆稳定性的基础上提高计算速度。设计基于前馈神经网络的路面识别算法从而为多参数自适应轨迹跟踪算法识别所在道路的路面附着系数，利用CarSim-Simulink平台进行联合仿真。研究结果表明：路面识别算法的平均绝对百分比误差为12.77%，足够满足多参数自适应轨迹跟踪算法的需求；相较于传统线性时变MPC跟踪算法，低速工况下参数自适应轨迹跟踪算法在高附着系数和低附着系数的路面上，横向平均绝对误差分别降低了20.7%和24.6%；高速工况下横向平均绝对误差分别降低了66.2%和50.7%；综合所有试验，算法的计算时间减少了40.2%；在保障车辆稳定性的同时降低算法的计算时间。研究成果针对不同车速与附着系数对轨迹跟踪算法参数进行优化，利用自适应预测时域，控制时域与权重参数协同优化控制，为轨迹跟踪控制在复杂环境的研究提供了一种思路。
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  自动驾驶汽车事故中主动旋转座椅规避儿童乘员的损伤风险研究

  武和全, 张凯, 胡林, 刘瑾

  中国公路学报. 2023, 36(5): 273-286. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.023

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  为了提高儿童乘员在自动驾驶汽车中的碰撞安全性，提出在正面碰撞发生前主动将不同座椅朝向的乘员旋转至背向碰撞方向(180°方向)的策略，通过改变人体受力方向，将不同座椅朝向乘员的正面碰撞形式转化为标准的追尾碰撞形式，从而提高自动驾驶车辆中儿童乘员的碰撞安全性。首先，通过正面碰撞假人试验对THUMS 10岁儿童乘员台车模型的有效性进行验证；然后，基于4种不同座椅朝向(0°、90°、135°和180°)，利用THUMS 10岁儿童乘员模型进行正面碰撞仿真试验，发现180°座椅朝向儿童乘员损伤风险最小，因此，180°座椅朝向被确定为相对安全的座椅朝向；最后，模拟200 ms内将座椅旋转±45°和300 ms内将座椅旋转±90°以及分别在0 ms和100 ms时间延迟后引入碰撞的试验过程，研究座椅旋转过程本身以及先旋转后碰撞策略下的乘员损伤风险。研究结果表明：200 ms内将儿童乘员旋转±45°和300 ms内将儿童乘员旋转±90°，不引起额外人体损伤；碰撞时刻的延迟所造成的儿童乘员姿态的变化，会导致儿童乘员在碰撞过程中产生不同的运动学响应和损伤风险；在无碰撞时刻延时的情况下，先旋转后碰撞的策略可有效降低儿童乘员的损伤风险。