2024年, 第37卷, 第1期　刊出日期：2024-01-30

  

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  中国公路学报. 2024, 37(1): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2024, 37(1): 2-0.

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路面工程
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  SAP吸-释水行为及其对混凝土性能的影响机制综述

  陈华鑫, 郑睢宁, 何锐, 郭健, 王振军

  中国公路学报. 2024, 37(1): 1-19. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.001

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  高吸水性树脂(Super-absorbent Polymer, SAP)因其优异的吸、储、释水特性已发展成为理想的混凝土内养护材料之一。为了明晰SAP吸-释水行为与混凝土性能之间的联系，提升SAP的养护效率和混凝土性能，总结了SAP吸-释水的3种理论，系统分析了SAP在不同溶液中的吸-释水行为、SAP与水泥浆体间的水分交换机制及SAP与混凝土内部湿度之间的关系；论述了SAP水分运移行为研究方法，分析了各方法的特点及适用性；从水化行为、孔结构和微观形貌的角度探讨了SAP粒径、掺量及额外引水量对混凝土性能的影响。结果表明：离子网络理论、溶液热力学理论和凝胶相转变理论可以很好的阐释SAP在不同溶液中的吸-释水行为，SAP内部吸附水和毛细水的含量是影响SAP释水周期的关键因素，SAP的吸-释水特性决定了混凝土内部水分的分布；SAP内养护混凝土的微观结构和宏观性能受SAP掺量、粒径和额外引水量等参数综合影响，合适的参数可使水化产物填充SAP释水产生的孔洞，细化混凝土孔结构、提高密实度、改善力学性能并提升耐久性。SAP还可提高混凝土的自愈合能力、提升耐火剥落性及实现藻类在混凝土上的定植等。未来应进一步明确SAP在混凝土内部的形态演变及其在混凝土中的吸-释水动力学行为，阐明SAP与混凝土内部水分分布的相互关系，从而实现对SAP内养护混凝土的精细化设计。
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  开级配碎石透水基层集料颗粒微观接触劣化机制

  陈德, 吴太恒, 曹雪梅, 张浩然, 乔志, 李玉坤, 牛昌昌, 王迎丹, 王泗, 苏谦, 周仲荣

  中国公路学报. 2024, 37(1): 20-34. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.002

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  针对服役期开级配碎石透水基层集料颗粒微观接触劣化问题，研制了界面微观摩擦磨损劣化试验台，分析了界面微观摩擦磨损作用参数对集料颗粒接触界面微观劣化的影响规律，研究了服役期开级配碎石透水基层内部集料颗粒接触界面微观摩擦、磨损、界面构造水平及分布特性的演变规律。结果表明：集料颗粒接触界面微观劣化最佳试验参数为：10 N的法向接触荷载、5 Hz的相互作用频率和5 mm的相互作用位移幅值；水存在工况下玄武岩、石灰岩、花岗岩3种工程常见母岩材质的集料颗粒接触界面摩擦因数，均出现不同程度的降低现象，质地较软的石灰岩集料颗粒接触界面摩擦因数降低程度最大；集料颗粒接触界面磨损主要发生在颗粒摩擦接触初期阶段，水环境的存在一定程度上降低了集料颗粒接触界面磨损程度；磨屑造成的集料颗粒接触界面磨斑表面长波低频段和短波高频段的纹理构造水平低于集料颗粒自身晶粒构造造成的中波中频段纹理构造水平，水存在工况能够降低长波低频段和短波高频段的纹理构造，凸显集料颗粒自身晶粒构造造成的中波中频段纹理构造。研究成果有望为长寿命透水路面透水基层建设提供理论借鉴。
路基工程
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  土石混合料-土工织物界面剪切特性研究

  刘飞禹, 姚嘉敏, 孔剑捷

  中国公路学报. 2024, 37(1): 35-43. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.003

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  土石混合料加筋结构常见于高填方边坡工程中，其稳定性受筋土界面相互作用的影响。为了研究土石混合料-土工织物界面的相互作用机理，利用了室内大型直剪仪进行一系列直剪试验，分析了5种含石量(0%、25%、50%、75%、100%)、3种压实度(88%、92%、96%)以及3种竖向应力(100、200、300 kPa)对界面剪切特性的影响，并建立了界面剪胀系数的经验公式。结果表明：界面在低含石量(0%~25%)下表现出剪切软化趋势，在高含石量(50%~100%)下表现出剪切硬化趋势，且剪切应力-剪切位移曲线出现较为明显的波动现象；界面最大竖向位移随含石量和压实度的增大呈现出增大趋势，随竖向应力的增大呈现出减小趋势。界面摩擦角在低含石量下基本保持稳定，而后随含石量的增大表现出先增大后减小的趋势；界面似黏聚力的增长速率随压实度的增大而减小；结合含石量、竖向应力等因素，建立了剪胀系数经验公式，该公式能够较为准确地描述界面的体积变化情况。
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  基于修正拟动力法的抗滑桩加固边坡三维地震稳定性分析

  李雨浓, 赵巍, 刘畅, 王立伟

  中国公路学报. 2024, 37(1): 44-54. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.004

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  为了给抗滑桩加固边坡的抗震设计提供参考，对其在地震作用下的三维稳定性进行研究。基于极限分析上限定理，采用修正的拟动力法(MPDM)对水平地震作用下的三维抗滑桩加固边坡的稳定性进行了分析，并推导出边坡安全系数(F_S)的表达式。为了提高计算效率，采用遗传算法(GA)计算出安全系数的最小值。将所得研究结果与已有文献成果进行对比，验证了所用方法的有效性。此外，通过参数分析研究了归一化频率(ωH/V_S)、宽高比(B/H)、水平地震系数(k_h)、阻尼比D、桩位、桩距等因素对桩加固边坡稳定性的影响。研究结果表明：ωH/V_S对桩加固边坡稳定性的影响显著，并决定着D对桩加固边坡稳定性的影响；当桩加固边坡受到与土体固有频率接近的地震波作用时，D对桩加固边坡的稳定性影响非常显著，并且拟动力法会极大地高估桩加固边坡的稳定性；对于远离土体固有频率的地震波，D对桩加固边坡的稳定性影响较小；在一个地震波周期内，地震作用下边坡的F_S随地震峰值加速度的增加而减小；水平地震加速度系数a_hs的峰值会随着k_h的增大和D的减小而增大；当B/H小于5时,三维效应对桩加固边坡的稳定性影响不可忽略；对于给定高度的边坡，k_h的增大和D的减小会造成F_S的降低以及滑裂面的加深，并且会导致最佳桩位向坡顶方向移动。
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  水泥稳定碱渣改性土冻融性质与劣化机理

  赵晓晴, 沈泽宇, 邓永锋, 李家伟, 岳志才, 梁腾

  中国公路学报. 2024, 37(1): 55-65. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.005

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  为明晰水泥稳定碱渣改性土在季冻区应用可行性，研究了位于毛细水浸润线上、下层位水泥稳定碱渣改性土抵抗冻融循环的性能。设置干侧、湿侧2种不同的冻融循环条件，分别进行0~8次冻融循环试验。探究了水泥稳定碱渣改性土体积、质量和表观现象在冻融循环试验过程中的变化，以及不同冻融循环次数后其抗压强度和含水率的演变，并结合SEM电镜结果分析其冻融劣化机理。研究结果表明:干侧冻融试样体积表现为“冻缩融胀”，整体体积变化小；质量总体呈下降趋势，整体质量变化小；强度逐渐下降，8次循环后抗压强度损失率为81.6%；水分向试样内部迁移，中心处含水率升高0.72%；表观劣化较弱。湿侧冻融试样体积表现为“冻胀融缩”，8次循环后膨胀5.45%；质量总体损失较大，8次循环后损失2.87%；试样强度逐渐下降并趋向稳定，抗压强度损失率最终保持在65%；水分向试样外侧迁移，中心处含水率下降2.57%；表观裂隙和剥落情况明显。湿侧冻融试样劣化程度大于干侧试样。水泥稳定碱渣改性土较好的抗冻融性能来源于其较强的密实特性，黏土填充碱渣的空间骨架，水泥水化物进一步加强土体颗粒的联结。在冻融循环作用下，试样中水分迁移和固/液两相往复转化对水泥稳定碱渣改性土微观结构产生了明显破坏。为此，在季冻区毛细水浸润线以上层位使用水泥稳定碱渣改性土具有较好的稳定性。
桥梁工程
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  新型自复位变摩擦耗能支撑及其在桥墩抗震中的应用

  董慧慧, 胡潇, 韩强, 杜修力

  中国公路学报. 2024, 37(1): 66-80. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.006

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  为了减小传统摩擦耗能支撑在强震作用下的残余变形,提出一种基于形状记忆合金(SMA)板材的新型装配式自复位变摩擦耗能支撑(S-SCFB),该支撑主要包括SMA板圆环自复位系统和摩擦耗能系统。首先阐述了新型支撑的基本构造,揭示了其工作机理和自复位原理；通过开展SMA板材的材性试验研究了其力学性能,基于SMA板材的力学性能和支撑的工作机理,建立了新型支撑的简化分析模型；然后基于ABAQUS有限元软件建立了新型支撑的精细化实体有限元模型,将数值模拟结果与简化分析模型进行了对比分析,系统地研究了新型支撑的滞回性能及影响规律,同时在OpenSees软件中2次开发了新型支撑的恢复力模型；最后,基于新型支撑优良的滞回性能,将其应用到双柱式桥墩中提升桥墩的抗震韧性。研究结果表明:SMA板材本构模型呈“旗帜”型,具有承载力高,变形能力强,自恢复能力良好等优点；基于SMA板材装配的S-SCFB具有稳定的耗能能力和优良的自复位功能,卸载后无残余变形,同时建立的简化分析模型与数值模拟结果吻合较好；通过调整S-SCFB的设计参数,可有效实现调节S-SCFB滞回性能的目的,具有良好的可调节性；附加S-SCFB可以有效提高桥墩的强度和刚度,降低结构的残余位移,有效提高桥墩结构的抗震性能。
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  波浪入射角度对圆端形桥墩模型水槽试验阻塞效应影响

  魏凯, 邢少一, 秦竟熙, 杨雄欣

  中国公路学报. 2024, 37(1): 81-90. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.007

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  模型水槽试验是开展桥梁墩柱结构波浪作用研究的常用手段之一，当桥墩模型尺寸较大时，阻塞效应对桥墩模型波浪作用的影响不可忽略。桥墩常用的圆端形截面非中心对称，其波浪荷载受波浪入射角度影响大，但波浪入射角度对模型试验阻塞效应的影响尚未完全清楚。因此,开展了不同尺度、不同波浪入射角度下圆端形桥墩波浪荷载水槽试验，分析了波浪入射角度对阻塞效应的影响；建立了基于雷诺时均(RANS)方程和k-ε湍流模型的三维数值波浪水槽，采用质量源造波，揭示了不同阻塞比下波浪力的变化规律，探明了不同波浪入射角度下的临界阻塞比；考虑不同波浪入射角度的影响，提出了阻塞效应影响下的圆端形桥墩模型波浪力修正方法，并结合数值模拟验证了方法的合理性。研究结果表明：①阻塞效应会增大圆端形桥墩受到的正向波浪力；②波浪入射角度会对圆端形桥墩的阻塞效应产生影响，从而导致不同波浪入射角度下的临界阻塞比不同，但临界水槽宽度为6倍桥墩阻水宽度时便可有效避免阻塞效应的产生；③以正向波浪力峰值为研究对象求得了修正系数，并提出了圆端形桥墩在任意波浪入射角度下受阻塞效应影响的波浪力修正公式，且修正效果较好。相关研究成果对跨海桥梁波浪作用水槽试验、波浪荷载计算等具有参考价值。
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  键齿倾斜类型对节段拼装箱梁力学性能的影响

  范香艳, 刘来君, 武芳文, 杜猛, 赵力国

  中国公路学报. 2024, 37(1): 91-106. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.008

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  为了明确腹板键齿类型对节段梁力学性能的影响规律，揭示不同键齿倾斜类型节段箱梁破坏机理和破坏模式，开展了2组不同键齿类型(垂直键齿、水平键齿)节段式箱梁在不同荷载作用方式(纯弯作用、弯剪作用)下的力学性能试验，分析了梁体变形、裂缝萌生与扩展形态、体外预应力束的预应力增量以及主梁应力与裂缝宽度变化规律；建立了有限元数值分析模型，详细分析接缝局部不同角度键齿应力状态。研究结果表明：节段梁接缝开裂前，混凝土应力应变、梁体变形和预应力筋应力与荷载呈线性关系；接缝开裂后混凝土应力应变、梁体变形均与荷载呈非线性关系。纯弯荷载作用下，2种键齿梁的破坏形态相同，均为纯弯段接缝的开裂，破坏模式相同，主裂缝位置不同，垂直键齿梁破坏时的主裂缝靠近跨中位置，而水平键齿梁更靠近加载位置；弯剪荷载作用下，破坏模式为近加载点接缝弯剪破坏；2种荷载作用下，接缝顶面混凝土均压溃破坏，腹板键齿均受剪切破碎。键齿类型和荷载作用对节段梁的破坏模式影响显著，垂直键齿梁的承载能力和刚度优于水平键齿梁。键齿类型以及加载方式对预应力筋应力增量影响较小，体内束预应力增量大于体外束应力增量。建立的数值分析模型与试验结果吻合较好，可以有效分析节段梁键齿应力分布状态，揭示了节段箱梁受力破坏机理。基于既有规范和试验结果，提出了抗弯承载能力计算公式，计算值与试验值吻合良好，验证了所提出计算公式的有效性。
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  耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能研究

  郑文智, 谭平, 王浩, 冼志彬, 刘彦辉

  中国公路学报. 2024, 37(1): 107-116. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.009

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  为了提升梁式桥结构的抗震性能，提出了新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座(SCSLRB)，并基于形状记忆合金(SMA)滞回特性提出了耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁减隔震参数设计方法。首先，基于OpenSees平台分别建立耗能型滑移铅芯橡胶支座(EDSLRB)与形状记忆合金索的数值模型，分析了往复荷载作用下的滞回响应，并与试验结果进行了对比，验证了数值模型的准确性，进一步建立了耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座数值模型。在此基础上，选取某3跨隔震连续梁桥，采用提出的减隔震参数设计方法，对耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座参数进行了优化设计，并基于支座最优参数进一步研究了减隔震参数设计方法的适用性与耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁的抗震性能。结果表明:新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座参数设计方法可有效得到隔震系统的最优参数；基于最优参数的新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁的自复位与耗能性能显著提升，能够实现主梁峰值位移、支座残余位移与桥墩地震剪力、弯矩的双重有效控制。其中，主梁峰值位移减幅达18.5%，支座残余位移显著减小，桥墩墩底剪力最大增幅仅为8.3%，支座耗能最大增幅达14.8%。研究结果可为近场地震作用下梁式桥抗震韧性提升提供有益参考。
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  基于稳定图解析的桥梁模态参数全自动识别

  贺敏, 梁鹏, 杨凡, 刘玖贤, 武晓阳

  中国公路学报. 2024, 37(1): 117-127. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.010

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  桥梁模态参数识别是桥梁智能监测的重要内容，传统桥梁模态参数识别方法需要人工干预，不适合连续监测，且在传感器较少时可能失效。为解决该问题，提出改进的稳定图解析方法，实现桥梁模态参数全自动识别。首先，提出模态相似指标(Modal Similarity Criterion， MSC)度量模态相似性，解决传统模态置信度指标在传感器较少时可能失效的问题；然后，提出新的稳定图自动清洗方法，剔除稳定图中的大量虚假模态，同时提出改进的层次聚类算法自动解析清洗的稳定图，实现模态参数自动识别；最后，将提出的方法应用于一座斜拉桥和一座具有密集模态的连续梁桥Benchmark，并在极端传感器布置工况下验证所提方法辨别密集模态的可行性。结果表明：即使在发生振型空间混叠时，提出的MSC指标仍能有效辨别不同模态；提出的稳定图自动清洗和自动解析方法不需要任何人工设定的阈值，能够自动剔除虚假模态并得到准确的模态识别结果，同时能够准确识别发生振型空间混叠的密集模态。提出的自动识别方法不受结构刚度和加速度传感器布置位置和数量的限制，能够统一地应用于具有不同刚度和不同传感器布置工况的跨海桥梁集群监测。
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  近场脉冲型地震动下PHC管桩动力响应试验

  王飞, 张海旗, 吕忠达, 赵卓, 张日红

  中国公路学报. 2024, 37(1): 128-141. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.011

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  为了研究预应力高强混凝土(PHC)管桩在近场脉冲型地震动下的动力响应，开展了桩基振动台试验。在近场脉冲型地震动和近场普通地震动作用下，对比和讨论了PHC管桩的动力特性、支撑的上部结构响应、加速度响应、动应变响应、损伤特征、动弯矩响应、最大曲率延性需求和动土压力响应。试验结果表明：在近场脉冲型地震动下，PHC桩的自振频率下降幅度高于近场普通地震动，最高可达20%。随着地震动强度增加，桩身刚度降低，进而导致上部结构的振动周期增加。在小震时，近场脉冲型和普通地震动下，上部结构的耗能能力相近；在中震和大震时，近场脉冲型地震动下，上部结构的耗能能力则明显高于近场普通地震动。相较于近场普通地震动，近场脉冲型地震动下桩的加速度放大系数在中震时增长了43%，在大震时增长了117%。此外，在近场脉冲型地震动下桩的加速度、速度和位移时程曲线的峰值均高于近场普通地震动。因此，在抗震设计中应充分考虑近场脉冲型地震动对管桩的不利影响。在上部惯性力和土抗力的共同作用下，桩身弯矩呈现出中上部较大、两端较小的分布特征。相比近场普通地震动，近场脉冲型地震动下桩的最大曲率延性需求较高。在中震和大震情况下，土体的滞后阻尼逐渐减小，这使得桩最大曲率延性需求的增幅高于峰值加速度的增幅。此外，桩-土间的相对位移是导致桩身动土压力变化的主要原因。研究结果可为近场脉冲型地震动下PHC管桩的抗震设计提供参考依据。
隧道工程
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  岩层隧道荷载结构响应影响因素分析

  陶伟明, 周子扬, 刘议文, 郭付康, 卢春房, 吴林

  中国公路学报. 2024, 37(1): 142-153. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.012

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  为探究岩层隧道各因素对管片荷载结构响应的影响规律，采用理论模型推导了岩层隧道外荷载与结构内力响应及位移响应的解析解。基于岩层隧道管片荷载结构特征，探究了上覆围岩荷载、水头高度、岩层侧压力系数、等效抗弯刚度系数、隧道直径、管片厚度以及混凝土等级等7个主要影响因素对管片荷载结构响应的影响规律；并结合成都市锦绣隧道现场监测试验进行了验证。研究发现：上覆围岩荷载增大与岩层侧压力系数的减小将显著增大管片内力与位移响应；水头增大对管片弯矩与径向位移的影响较小，将大幅增大管片轴力水平；等效抗弯刚度系数的增大不影响管片内力响应，但会使结构径向位移小幅减弱；隧道直径增大将导致管片弯矩、轴力与径向位移小幅增大；管片厚度对结构内力响应影响较小，厚度减小将使管片径向位移小幅增大；混凝土等级变化对隧道荷载结构响应影响细微。对比现场监测结果与模型计算结果，所得荷载结构响应规律相似，表明所提出的分析方法具有较高的准确性。
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  土压平衡盾构渣土改良泡沫发生性能试验

  王斌, 王树英, 郑响凑

  中国公路学报. 2024, 37(1): 154-164. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.013

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  泡沫性能对于土压平衡盾构渣土改良效果有重要影响。采用实验室自制的泡沫发生设备进行了一系列泡沫性能测试，主要研究了气体流量、液体流量以及发泡液浓度对泡沫流量、发泡倍率、半衰期以及泡沫细观形态的影响，并分析了泡沫宏观性能与细观粒径之间的相关性。研究结果表明：气液比相同时，随着气体流量的增加，泡沫流量先增大后减小，发泡倍率逐渐减小，泡沫半衰期先增大而后减小。气体流量一定时，随着液体流量的增加，泡沫流量近似线性增长，发泡倍率略有下降并趋于稳定，泡沫半衰期先增大后减小。发泡液浓度在2%以下时，泡沫流量、发泡倍率以及半衰期随着发泡液浓度的增大迅速增长，发泡液浓度大于3%时，泡沫性能受发泡液浓度的影响较小。气体流量为21 L·min^-1、液体流量为0.3~0.5 L·min^-1、发泡液浓度为3%条件下，该泡沫发生系统的发泡性能最佳。相对于液体流量和发泡液浓度，气体流量对泡沫气泡初始粒径分布的影响最为显著，随着气体流量的增大，泡沫变得更细更均匀。发泡倍率与泡沫粒径之间存在明显的相关性，泡沫越细，发泡倍率越低；泡沫半衰期与粒径之间的关系不如发泡倍率明显。在实际盾构渣土改良中，应该重视泡沫粒径与渣土颗粒孔隙的适配关系，泡沫改良更加适用于级配较好的渣土；相同地层条件下，不同级配的泡沫入渗时需要不同的注入压力。
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  考虑纵向残余顶推力的盾构隧道纵向抗弯刚度解析算法

  黄大维, 姜浩, 罗文俊, 邓文武

  中国公路学报. 2024, 37(1): 165-174. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.014

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  纵向抗弯刚度是盾构隧道的基本力学参数，其取值的合理性直接关系到盾构隧道纵向响应分析结果。针对盾构隧道纵向抗弯刚度取值未考虑环缝接头拉伸刚度与纵向残余顶推力的问题，提出了一种考虑纵向残余顶推力的盾构隧道纵向抗弯刚度解析算法。首先，通过理论分析将盾构隧道的纵向挠曲变形考虑为均质圆管的纵向挠曲变形与管片环环缝张开导致的纵向挠曲变形两部分，并由此得到了盾构隧道纵向抗弯刚度解析算法，其结果与管片材料的弹性模量、隧道外径、管片幅宽、环缝接头数量、环缝接头拉伸刚度和纵向残余顶推力等因素有关。然后，设计了可考虑环缝接头拉伸刚度与纵向残余顶推力的缩尺模型盾构隧道，并开展了纵向抗弯刚度模型试验，分别对模型隧道的纵向挠曲变形量与环缝张开变形量进行了测试。最后，通过试验数据对纵向抗弯刚度解析算法进行了验证。结果表明：模型盾构隧道实测纵向抗弯刚度与理论算法求解得到的纵向抗弯刚度基本一致；当不施加纵向残余顶推力时，随着加载的增加，盾构隧道纵向抗弯刚度总体变化不大，而当施加纵向残余顶推力时，对于相同纵向残余顶推力，盾构隧道纵向抗弯刚度随着加载的增加而减小，并逐渐趋于稳定；在盾构隧道纵向响应分析中，需要减小纵向残余顶推力引起的纵向挠曲变形，以作为盾构隧道的安全储备。
交通工程
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  面向自动驾驶的道路适驾性研究进展

  王雪松, 覃定明, 叶欣辰, 霍俊妤, 刘倩

  中国公路学报. 2024, 37(1): 175-193. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.015

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  现有道路设计规范考虑了驾驶人感知反应时间和车辆动力学特征，而自动驾驶汽车与驾驶人在感知反应时间、感知距离和感知高度等方面存在差异。这些差异可能会导致自动驾驶汽车在特定道路条件下面临挑战，例如复杂的道路线形、不规则交叉口等情况。为了解道路基础设施对自动驾驶汽车运行的影响，需要开展面向自动驾驶的道路适驾性研究。针对不同道路类型，道路几何设计、交通控制设施和路侧设施等对自动驾驶汽车安全运行影响的定量研究尚不充分。从路段、交叉口、交通标志标线3个方面进行归纳整理，结果表明：①现有的研究建立了道路线形设计、交叉口几何设计与自动驾驶感知能力的关系，发现平曲线半径、弦长和曲线偏转角等设计指标影响自动驾驶视距；②实车测试发现道路类型、平曲线曲率和车道宽度对自动驾驶失效事件具有显著影响；③随着自动驾驶汽车市场渗透率的增加，自动驾驶汽车之间交互行为规则更加明确，有利于提升道路适驾性水平；④自动驾驶的感知识别准确率会受到交通标志的反光性能和设置位置的影响，失效概率与交通标线的尺寸、逆反射亮度系数以及延长线相关。面向未来自动驾驶应用需求，针对已建道路，需要测试不同复杂工况条件对自动驾驶汽车运行的影响；针对拟建道路，应研究道路设计对自动驾驶汽车性能和安全的影响。
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  基于MobileViT-CA模型的营运车辆驾驶人分心行为检测

  贺宜, 鲁曼可, 高嵩, 曹博, 李继朴

  中国公路学报. 2024, 37(1): 194-204. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.016

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  营运车辆驾驶人因其职业特殊性，驾驶过程中易产生分心驾驶行为从而引发重大交通事故。为提高营运车辆驾驶人分心驾驶行为的检测准确性和泛化性，提出一种基于改进MobileViT网络的驾驶人分心行为检测方法。首先，基于自然驾驶实车试验，构建包含安全驾驶、使用手机、喝水、整理仪容和与副驾驶交谈5类行为的营运车辆驾驶人分心行为数据集。其次，将注意力机制引入轻量型MobileViT网络，通过选择有效的网络主干MobileViT、注意力模块CA、网络嵌入位置从而设计出最优分类模型MobileViT-CA。研究结果表明：所提出的MobileViT-CA分类模型可以有效提升分类网络的性能，在正常光照条件下的营运车辆驾驶人分心行为数据集和State Farm数据集上分别达到了96.57%和99.89%的准确率，且模型具有体积小、检测精度高的优势，有较高的可靠性和泛化能力。
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  智慧公路毫米波雷达感知精度分析与验证

  赵聪, 师钰鹏, 丁德隆, 暨育雄, 杜豫川

  中国公路学报. 2024, 37(1): 205-214. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.017

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  毫米波雷达是当前智慧公路中路侧感知系统的重要组成部分，在交通流运行态势感知与智能管控、车路协同与自动驾驶中广泛应用。然而，车辆与毫米波雷达之间的相对位置、相对姿态的变化会对雷达信号回波及点云分布产生影响，导致雷达对车辆的感知结果出现偏差，进而影响交通系统的管控决策。分析毫米波雷达感知精度的空间特征，对于指导毫米波雷达在智慧公路中的应用至关重要。为此，基于毫米波雷达的感知原理，综合考虑毫米波雷达信号处理与点云数据处理2个阶段中的感知误差来源，通过数值仿真与实测试验相结合的方式对目标在不同位置与姿态下毫米波雷达的感知精度特征进行分析与验证。研究表明：雷达纵向感知精度主要受到与车辆相对位置的影响，当车辆与雷达纵向距离小于30 m或大于200 m时，车辆位置感知结果会向车头或车尾方向显著偏移，相应产生的纵向感知误差通常超过0.5 m；雷达横向感知精度主要受到车辆横向位置及相对姿态的影响，当车辆横向位置偏离雷达中心光束超过5 m或车辆行驶的航向角超过40°时，车辆位置感知结果会向车身侧向偏移，相应产生的横向感知误差通常超过0.5 m。得到的影响因素分析结果，可进一步为智慧公路场景中毫米波雷达感知数据的应用与感知设备的部署提供建议。
汽车工程
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  自动驾驶车辆决策与规划研究综述

  朱冰, 贾士政, 赵健, 韩嘉懿, 张培兴, 宋东鉴

  中国公路学报. 2024, 37(1): 215-240. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.018

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  决策与规划是自动驾驶系统的中枢，是提高自动驾驶车辆行驶安全、驾乘体验、出行效率的关键。其面临的主要挑战在于如何满足自动驾驶所需的极高可靠性和安全性，以及如何有效应对场景复杂性、环境多变性、交通动态性、博弈交互性及信息完备性并产生类人化的驾驶行为，使车辆自然地融入交通生态。为全面了解决策与规划的前沿问题与研究进展，对其技术要点进行系统梳理与总体概述。首先，从数据驱动的驾驶行为预测、概率模型的驾驶行为预测、个性化驾驶行为预测三方面综述了面向态势认知的行为预测的研究进展；其次，将行为决策总结归纳为反应式决策、学习式决策、交互式决策并逐一进行了分析；再次，从方法论的角度对运动规划及其应用进行对比分析，具体包括图搜索方法、采样方法、数值方法、拟合插值曲线方法等；然后，针对端到端的决策规划的关键科学问题和主要研究进展进行了归纳分析；最后，总结了决策规划对提升自动驾驶车辆智能化水平的重要影响，并展望了其未来的发展趋势与面临的技术挑战。
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  角模块架构智能电动汽车路径跟踪鲁棒预测控制

  张利鹏, 穆建华, 王建涛, 张俊达, 祝军军

  中国公路学报. 2024, 37(1): 241-254. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.019

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  集成四轮独立驱动/独立转向系统的车轮角模块可以使整车具有优越的低速机动性和高速稳定性，是智能车辆的理想载体，但过多的转角/转矩控制输入增加了整车控制难度，实际行驶中的不确定性干扰也严重影响车辆控制鲁棒性，常用的标准模型预测控制无法处理这些不确定问题。为了提高角模块架构智能电动汽车路径跟踪控制鲁棒性，提出了基于Tube的鲁棒模型预测控制(Tube-RMPC)方法。搭建了整车动力学模型和路径跟踪模型，分析了车辆行驶过程中的不确定性，建立了干扰有界线性时变不确定性模型系统，构造了名义系统模型预测控制最优化问题，提出了一种能够应用于路径跟踪控制系统的具有较低系统保守性的鲁棒不变集计算方法，结合闭环系统反馈构建了鲁棒模型预测控制策略，基于MATLAB/Simulink和CarSim联合仿真与硬件在环测试平台验证了所提控制策略的有效性和实时性。研究结果表明：在存在自身参数不确定及外界路面附着系数不确定性扰动状态下，所提出的Tube-RMPC相对于标准模型预测控制将横向位移偏差最大值分别降低了30.2%和48.4%，质心侧偏角最大值分别降低了31.6%和7.8%，有效提高了车辆跟踪精度及稳定性。所提出控制策略在保证控制精度的同时具有良好的鲁棒性，对其他智能汽车的控制系统设计具有重要参考价值。
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  面向特定车头的人地碰撞损伤防护极简方法

  邹铁方, 曾冲, 王丹琦, 胡林

  中国公路学报. 2024, 37(1): 255-266. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.020

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  针对原制动控制方法对监测设备要求极高的问题，提出了一种具有较强实践潜力的人地碰撞损伤防护方法的提取流程。先建立特定车头的多刚体模型，再选择车辆制动控制方法并穷举、寻优，最后回归获得人体头部首次撞击车体时刻t₁与车辆再次完全制动时刻t₂的关系，以此提出面向特定车头的人地碰撞损伤防护极简方法(SMPG)。以小型行人友好型轿车为例，检验此方法的可行性，分析2 400次仿真结果后，获得适用于小型行人友好型轿车的人地碰撞损伤防护极简方法，再经48次仿真发现，所得方法能显著降低人地碰撞损伤且不会增加人车碰撞损伤，添加车速扰动后的480次仿真显示，所得方法仍能很好地防护人地碰撞损伤且未增加人车碰撞损伤，表明能根据所提流程获得防护人地碰撞损伤的极简方法且方法效果佳。进一步分析发现，落地机制及躯干角度的改变是制动控制能降低人地碰撞损伤的主要原因，且通过流程所得的极简方法中的制动系统协调时间已达最优，无需进一步优化。研究结果将为通过制动控制以防护人地碰撞损伤的相关研究提供支持，推动其实用化。