长沙理工大学学报（自然科学版）
2024年第6期
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2024,21(6):1-13, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240502001
摘要：
【目的】基于雷达遥感卫星影像，探究珠海市城区在台风降雨条件下的淹没特征，解决台风过境时无法准确获取淹没范围的问题。【方法】首先，选用Sentinel-1A卫星的合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）影像和全球地表水年度数据集，利用阈值分割法和双极化水体指数来获取对应时间段珠海市主城区的淹没范围；然后，结合数字高程模型和土地利用类型数据，并利用ArcGIS平台对珠海市2015—2022年间的10场过境台风降雨所造成的淹没范围进行空间特征与成因分析。最后，结合层次分析法，并利用淹没可能性、防潮洪能力、高程和河网密度4项指标对珠海市主城区台风降雨淹没风险进行分析。【结果】在台风和非台风降雨导致淹没的范围中，斗门区为淹没面积最大的行政区。珠海市河网密度较大区域发生淹没最为频繁，其次是城乡居民用地；珠海市部分区域受台风降雨影响易发生淹没，淹没风险偏高。【结论】利用Sentinel-1A SAR影像并结合双极化水体指数可获得较为准确的台风降雨淹没范围，在台风过境时应更加关注高程较低地区以及水系分布较密地区的受灾情况。
【目的】基于雷达遥感卫星影像，探究珠海市城区在台风降雨条件下的淹没特征，解决台风过境时无法准确获取淹没范围的问题。【方法】首先，选用Sentinel-1A卫星的合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）影像和全球地表水年度数据集，利用阈值分割法和双极化水体指数来获取对应时间段珠海市主城区的淹没范围；然后，结合数字高程模型和土地利用类型数据，并利用ArcGIS平台对珠海市2015—2022年间的10场过境台风降雨所造成的淹没范围进行空间特征与成因分析。最后，结合层次分析法，并利用淹没可能性、防潮洪能力、高程和河网密度4项指标对珠海市主城区台风降雨淹没风险进行分析。【结果】在台风和非台风降雨导致淹没的范围中，斗门区为淹没面积最大的行政区。珠海市河网密度较大区域发生淹没最为频繁，其次是城乡居民用地；珠海市部分区域受台风降雨影响易发生淹没，淹没风险偏高。【结论】利用Sentinel-1A SAR影像并结合双极化水体指数可获得较为准确的台风降雨淹没范围，在台风过境时应更加关注高程较低地区以及水系分布较密地区的受灾情况。
2024,21(6):14-28, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240522001
摘要：
【目的】大断面隧道开挖易对上部建筑物的稳定性带来安全隐患,为实现对地表建筑物风险等级的准确预测，构建大断面隧道下穿建筑物风险评估模型。【方法】基于静态贝叶斯网络，建立包含地质、隧道、建筑物结构、隧道与建筑物位置关系4个一级指标及14个二级指标的风险评估模型，通过风险状态划分、专家语言模糊化处理得到先验风险概率值，并通过运用变异系数和弧间距算法得到影响地表建筑物的关键风险因素及其影响强度。进一步建立动态贝叶斯网络模型，运用Genie软件中的“Noisymax node”“Strength of influence”等模块，结合白塔山隧道下穿百花亭工程案例中现场监测数据，更新模型推理结果，进而计算整个施工过程中的地表建筑物风险变化趋势。【结果】土体因素是最为关键的风险因素，隧道直径及洞顶沉降速率、周边收敛速率、洞顶累计沉降和周边累计收敛等隧道因素次之，接下来为地下水和不良地质，且地下水、不良地质和施工管理为影响强度最大的风险因素。从动态贝叶斯网络中得到的风险变化趋势数据与施工现场监测数据相比，误差仅为5.0%。【结论】本文提出的大断面隧道下穿建筑物风险评估方法，能够定量分析关键风险因素及其影响强度，结合工程监测数据，可以实现地表建筑物风险的动态预测，为类似工程提供一定理论和实践指导。
【目的】大断面隧道开挖易对上部建筑物的稳定性带来安全隐患,为实现对地表建筑物风险等级的准确预测，构建大断面隧道下穿建筑物风险评估模型。【方法】基于静态贝叶斯网络，建立包含地质、隧道、建筑物结构、隧道与建筑物位置关系4个一级指标及14个二级指标的风险评估模型，通过风险状态划分、专家语言模糊化处理得到先验风险概率值，并通过运用变异系数和弧间距算法得到影响地表建筑物的关键风险因素及其影响强度。进一步建立动态贝叶斯网络模型，运用Genie软件中的“Noisymax node”“Strength of influence”等模块，结合白塔山隧道下穿百花亭工程案例中现场监测数据，更新模型推理结果，进而计算整个施工过程中的地表建筑物风险变化趋势。【结果】土体因素是最为关键的风险因素，隧道直径及洞顶沉降速率、周边收敛速率、洞顶累计沉降和周边累计收敛等隧道因素次之，接下来为地下水和不良地质，且地下水、不良地质和施工管理为影响强度最大的风险因素。从动态贝叶斯网络中得到的风险变化趋势数据与施工现场监测数据相比，误差仅为5.0%。【结论】本文提出的大断面隧道下穿建筑物风险评估方法，能够定量分析关键风险因素及其影响强度，结合工程监测数据，可以实现地表建筑物风险的动态预测，为类似工程提供一定理论和实践指导。
2024,21(6):29-39, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240706001
摘要：
【目的】研究斜坡桩基在地震作用下的动力响应及其变形特征，为山区的桥梁桩基设计和施工提供参考。【方法】利用颗粒离散元软件建立斜坡桩基模型，通过参数标定得到模型细观参数，以动力边界条件完成地震波加载过程。考虑桩基形式和斜坡坡度，分析地震过程中斜坡动力响应规律及桩基的受力与变形特征。【结果】数值模拟结果表明，群桩基础斜坡场地的震动变形破坏程度较单桩基础的小，且斜坡坡度的增大会使场地变形破坏更加严重。坡脚和坡内测点的加速度放大系数比坡肩测点的分别减小27.7%和37.9%，这表明坡肩测点的加速度放大效应更为显著。各桩基桩身弯矩最大值均出现在基岩面附近。在斜坡坡度为30°和45°时，双桩群桩基础桩身最大弯矩绝对值较单桩基础的分别减小18.4%和19.8%；而当桩基形式为单桩和双桩群桩基础时，斜坡坡度为45°的桩身最大弯矩绝对值较斜坡坡度为30°的分别增大9.7%和7.9%。桩身最大水平位移发生在桩顶处。群桩基础的最大桩身弯矩和水平位移都较单桩基础的小。斜坡坡度越大，群桩基础的最大桩身弯矩和水平位移都有所增大。【结论】桩基的形式和斜坡坡度对桩基动力响应和桩身受力变形均有较大影响。在桩基设计选址时，合理选择桩基的位置和形式可有效提高桥梁桩基在斜坡上的抗震效果。
【目的】研究斜坡桩基在地震作用下的动力响应及其变形特征，为山区的桥梁桩基设计和施工提供参考。【方法】利用颗粒离散元软件建立斜坡桩基模型，通过参数标定得到模型细观参数，以动力边界条件完成地震波加载过程。考虑桩基形式和斜坡坡度，分析地震过程中斜坡动力响应规律及桩基的受力与变形特征。【结果】数值模拟结果表明，群桩基础斜坡场地的震动变形破坏程度较单桩基础的小，且斜坡坡度的增大会使场地变形破坏更加严重。坡脚和坡内测点的加速度放大系数比坡肩测点的分别减小27.7%和37.9%，这表明坡肩测点的加速度放大效应更为显著。各桩基桩身弯矩最大值均出现在基岩面附近。在斜坡坡度为30°和45°时，双桩群桩基础桩身最大弯矩绝对值较单桩基础的分别减小18.4%和19.8%；而当桩基形式为单桩和双桩群桩基础时，斜坡坡度为45°的桩身最大弯矩绝对值较斜坡坡度为30°的分别增大9.7%和7.9%。桩身最大水平位移发生在桩顶处。群桩基础的最大桩身弯矩和水平位移都较单桩基础的小。斜坡坡度越大，群桩基础的最大桩身弯矩和水平位移都有所增大。【结论】桩基的形式和斜坡坡度对桩基动力响应和桩身受力变形均有较大影响。在桩基设计选址时，合理选择桩基的位置和形式可有效提高桥梁桩基在斜坡上的抗震效果。
2024,21(6):40-52, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240625001
摘要：
【目的】获得压实砂-黏土混合物在不同重塑含水率和压实度下的冻融体变和强度劣化规律，揭示规律变化的微观机理。【方法】对三类重塑含水率（最优含水率wopt、干侧含水率wd、湿侧含水率ww）和两种压实度（Dc=0.80和0.85）的砂-黏土混合物（砂体积分数S=20%）开展了冻融循环下的体变和无侧限抗压强度（unconfined compression strength，UCS）研究，并基于X射线成像和电镜扫描技术的微观观测结果揭示了相关机理。【结果】S=20%的砂-黏土混合物呈黏土控制型土骨架结构，在wopt和wd下黏土颗粒聚集成团形成团粒-团粒结构，随Dc增大团粒间大孔隙群被压缩；在ww下黏土颗粒分散形成颗粒-颗粒结构，随Dc增大整体孔隙群被压缩。当Dc=0.80时，wopt和wd对应的试样呈现“冻缩融胀”规律，ww对应的试样呈现“冻胀融缩”规律；当Dc增大至0.85时，wopt对应试样的体变规律转为“冻胀融缩”。此外，各类试样的体变在冻融结束后均呈现增大趋势。随冻融循环次数增多，UCS呈现衰减趋势，最大衰减速率出现在第1个循环。当Dc=0.80时，不同含水率下的UCS最大衰减速率由大到小依次为ww下的UCS最大衰减速率(42 kPa/次)、wd 下的UCS最大衰减速率(29 kPa/次)、wopt下的UCS最大衰减速率(15.5 kPa/次)；当Dc增大至0.85时，三个含水率下的UCS最大衰减速率均得到提高且数值转为相近（均在48~50 kPa/次）。【结论】压实砂-黏土混合物土骨架结构随重塑含水率和压实度变化呈现不同的形态，影响了冻融循环下的体变和强度衰减规律。研究成果可为季冻区路基的建设和运营维护提供技术支撑。
【目的】获得压实砂-黏土混合物在不同重塑含水率和压实度下的冻融体变和强度劣化规律，揭示规律变化的微观机理。【方法】对三类重塑含水率（最优含水率wopt、干侧含水率wd、湿侧含水率ww）和两种压实度（Dc=0.80和0.85）的砂-黏土混合物（砂体积分数S=20%）开展了冻融循环下的体变和无侧限抗压强度（unconfined compression strength，UCS）研究，并基于X射线成像和电镜扫描技术的微观观测结果揭示了相关机理。【结果】S=20%的砂-黏土混合物呈黏土控制型土骨架结构，在wopt和wd下黏土颗粒聚集成团形成团粒-团粒结构，随Dc增大团粒间大孔隙群被压缩；在ww下黏土颗粒分散形成颗粒-颗粒结构，随Dc增大整体孔隙群被压缩。当Dc=0.80时，wopt和wd对应的试样呈现“冻缩融胀”规律，ww对应的试样呈现“冻胀融缩”规律；当Dc增大至0.85时，wopt对应试样的体变规律转为“冻胀融缩”。此外，各类试样的体变在冻融结束后均呈现增大趋势。随冻融循环次数增多，UCS呈现衰减趋势，最大衰减速率出现在第1个循环。当Dc=0.80时，不同含水率下的UCS最大衰减速率由大到小依次为ww下的UCS最大衰减速率(42 kPa/次)、wd 下的UCS最大衰减速率(29 kPa/次)、wopt下的UCS最大衰减速率(15.5 kPa/次)；当Dc增大至0.85时，三个含水率下的UCS最大衰减速率均得到提高且数值转为相近（均在48~50 kPa/次）。【结论】压实砂-黏土混合物土骨架结构随重塑含水率和压实度变化呈现不同的形态，影响了冻融循环下的体变和强度衰减规律。研究成果可为季冻区路基的建设和运营维护提供技术支撑。
2024,21(6):53-65, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240708002
摘要：
【目的】研究多排抗滑桩加固既有挡坝结构的力学特性，确定最有效的抗滑桩排数，并明确地下水影响下的多排桩加固薄弱区及适当的加固步骤，为多排抗滑桩在挡坝工程中的应用提供参考。【方法】自主设计了一套多排抗滑桩分级加载试验装置，以深圳市下坪垃圾填埋场堆体挡坝加固工程为背景，开展了无加固及单排、双排、三排抗滑桩加固坝体模型试验，并对比分析了不同加固方案下的桩体位移及内力分布。建立挡坝加固工程的全尺寸模型，对最不利地下水位影响下的坝体薄弱区进行数值模拟分析。基于库仑土压力理论，计算不同施工桩数下地下水位的控制要求，并结合工程实际给出合理的同步施工桩数。【结果】多排抗滑桩能够有效控制坝体位移，随着抗滑桩排数的增加，坝体逐渐呈现稳定状态；当抗滑桩数量由单排增加到双排时，桩体弯矩降低最为显著，继续增加至三排抗滑桩时，加固效果并无显著提升。同时，多排抗滑桩仅能对坝体下游进行有效加固，为了提升坝体的安全储备，应在坝体上游部位采取额外的加固措施。【结论】对于本工程而言，双排抗滑桩加固能够满足坝体的安全需求，但为了提供足够的安全储备，推荐采用三排抗滑桩加固方案，施工时采用跳挖作业，且最多同步施工5根抗滑桩。
【目的】研究多排抗滑桩加固既有挡坝结构的力学特性，确定最有效的抗滑桩排数，并明确地下水影响下的多排桩加固薄弱区及适当的加固步骤，为多排抗滑桩在挡坝工程中的应用提供参考。【方法】自主设计了一套多排抗滑桩分级加载试验装置，以深圳市下坪垃圾填埋场堆体挡坝加固工程为背景，开展了无加固及单排、双排、三排抗滑桩加固坝体模型试验，并对比分析了不同加固方案下的桩体位移及内力分布。建立挡坝加固工程的全尺寸模型，对最不利地下水位影响下的坝体薄弱区进行数值模拟分析。基于库仑土压力理论，计算不同施工桩数下地下水位的控制要求，并结合工程实际给出合理的同步施工桩数。【结果】多排抗滑桩能够有效控制坝体位移，随着抗滑桩排数的增加，坝体逐渐呈现稳定状态；当抗滑桩数量由单排增加到双排时，桩体弯矩降低最为显著，继续增加至三排抗滑桩时，加固效果并无显著提升。同时，多排抗滑桩仅能对坝体下游进行有效加固，为了提升坝体的安全储备，应在坝体上游部位采取额外的加固措施。【结论】对于本工程而言，双排抗滑桩加固能够满足坝体的安全需求，但为了提供足够的安全储备，推荐采用三排抗滑桩加固方案，施工时采用跳挖作业，且最多同步施工5根抗滑桩。
2024,21(6):66-76, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231127002
摘要：
【目的】以煤矸石路基填料为研究对象，探究自然降雨作用下路基填料中重金属污染物的释放-迁移-抑制特性。【方法】通过室内试验确定了煤矸石填料的基本性能、煤矸石填料中重金属污染物种类和在自然降雨中重金属污染物的释放-迁移特性；基于多孔介质溶质迁移理论，建立了煤矸石路基填料污染物扩散数值模型，以预测污染物在长期降雨作用下对水土环境的影响；根据地聚物在不同掺量（质量分数）与不同养护龄期下对煤矸石填料中污染物的固化效果，探究地聚物对重金属污染物螯合作用的有效性，并与传统水泥的固化效果进行比较，综合评价了地聚物对煤矸石路基填料的抑制特性。【结果】煤矸石中的Pb、As重金属元素浸出浓度（质量浓度）均超出环境限值，分别是《地下水质量标准》中规定的Ⅲ类地下水限值的9.1倍和9.8倍；在降雨前期，煤矸石填料中各重金属污染物释放速率大且淋出量大；随后，释放速率缓慢减小直至稳定，累积释放量持续增大；随时间推移，重金属污染物向路基底部迁移；在掺入地聚物后，各重金属浸出浓度均低于环境标准限值。【结论】煤矸石路基填料中的重金属污染物对环境的影响具有持续性和长期性特点；随着地聚物掺量及养护龄期的增加，浸出液中重金属浓度（质量浓度）下降，直至远低于Ⅲ类水限值。地聚物的固化效果比水泥的更好，且在地聚物掺量为8%，养护龄期为14 d时，地聚物对污染物螯合效果为最佳。
【目的】以煤矸石路基填料为研究对象，探究自然降雨作用下路基填料中重金属污染物的释放-迁移-抑制特性。【方法】通过室内试验确定了煤矸石填料的基本性能、煤矸石填料中重金属污染物种类和在自然降雨中重金属污染物的释放-迁移特性；基于多孔介质溶质迁移理论，建立了煤矸石路基填料污染物扩散数值模型，以预测污染物在长期降雨作用下对水土环境的影响；根据地聚物在不同掺量（质量分数）与不同养护龄期下对煤矸石填料中污染物的固化效果，探究地聚物对重金属污染物螯合作用的有效性，并与传统水泥的固化效果进行比较，综合评价了地聚物对煤矸石路基填料的抑制特性。【结果】煤矸石中的Pb、As重金属元素浸出浓度（质量浓度）均超出环境限值，分别是《地下水质量标准》中规定的Ⅲ类地下水限值的9.1倍和9.8倍；在降雨前期，煤矸石填料中各重金属污染物释放速率大且淋出量大；随后，释放速率缓慢减小直至稳定，累积释放量持续增大；随时间推移，重金属污染物向路基底部迁移；在掺入地聚物后，各重金属浸出浓度均低于环境标准限值。【结论】煤矸石路基填料中的重金属污染物对环境的影响具有持续性和长期性特点；随着地聚物掺量及养护龄期的增加，浸出液中重金属浓度（质量浓度）下降，直至远低于Ⅲ类水限值。地聚物的固化效果比水泥的更好，且在地聚物掺量为8%，养护龄期为14 d时，地聚物对污染物螯合效果为最佳。
2024,21(6):77-86, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220414003
摘要：
【目的】揭示荷载作用下高液限土中吸附结合水的形态及其变化规律。【方法】采用不同浓度的NaCl溶液调控土样的初始吸附结合水含量，并利用热重分析法对其进行定量测定。在此基础上开展静荷载作用下的固结试验和动荷载作用下的永久变形试验，并分析吸附结合水含量变化对试样变形特性的影响。【结果】随着NaCl溶液浓度的增加，土样吸附结合水含量逐渐减少，但强结合水含量基本保持不变。在动静荷载作用下，土样的塑性变形随着吸附结合水含量的降低而增加。在相同荷载条件下，动荷载导致的塑性变形较静荷载作用下的更大。这是因为静荷载主要压缩孔隙，排出自由水，但不影响吸附结合水，而动荷载可使吸附结合水转化为自由水并被排出，从而使塑性变形变大。【结论】本研究揭示了吸附结合水对高液限土变形特性的影响机制，为高液限土的变形控制提供了科学依据和技术参考。
【目的】揭示荷载作用下高液限土中吸附结合水的形态及其变化规律。【方法】采用不同浓度的NaCl溶液调控土样的初始吸附结合水含量，并利用热重分析法对其进行定量测定。在此基础上开展静荷载作用下的固结试验和动荷载作用下的永久变形试验，并分析吸附结合水含量变化对试样变形特性的影响。【结果】随着NaCl溶液浓度的增加，土样吸附结合水含量逐渐减少，但强结合水含量基本保持不变。在动静荷载作用下，土样的塑性变形随着吸附结合水含量的降低而增加。在相同荷载条件下，动荷载导致的塑性变形较静荷载作用下的更大。这是因为静荷载主要压缩孔隙，排出自由水，但不影响吸附结合水，而动荷载可使吸附结合水转化为自由水并被排出，从而使塑性变形变大。【结论】本研究揭示了吸附结合水对高液限土变形特性的影响机制，为高液限土的变形控制提供了科学依据和技术参考。
2024,21(6):87-95, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220122001
摘要：
【目的】探讨汽车乘员约束系统的安全性能。【方法】提出了一种基于代理模型更新管理策略的汽车乘员约束系统优化设计方法。建立乘员约束系统仿真模型，并检验该仿真模型是否准确可靠；对乘员损伤响应进行灵敏度分析，筛选出对损伤响应影响较大的模型参数；利用局部评估指数判断是否对代理模型的局部区域进行重采样，确定重采样区间，并采用最优拉丁超立方设计获得局部样本点；应用遗传拉丁超立方进行采样，获取全局样本点，通过加权欧式距离准则对局部和全局样本点进行筛选，并将筛选后合格的样本点添加到初始样本空间中以更新代理模型；通过隔代映射遗传算法搜寻潜在的最优解。【结果】该方法在保证代理模型精度下，减轻了乘员的损伤，保证了乘员的安全。【结论】该方法能较高效地确定乘员约束系统的最优解。
【目的】探讨汽车乘员约束系统的安全性能。【方法】提出了一种基于代理模型更新管理策略的汽车乘员约束系统优化设计方法。建立乘员约束系统仿真模型，并检验该仿真模型是否准确可靠；对乘员损伤响应进行灵敏度分析，筛选出对损伤响应影响较大的模型参数；利用局部评估指数判断是否对代理模型的局部区域进行重采样，确定重采样区间，并采用最优拉丁超立方设计获得局部样本点；应用遗传拉丁超立方进行采样，获取全局样本点，通过加权欧式距离准则对局部和全局样本点进行筛选，并将筛选后合格的样本点添加到初始样本空间中以更新代理模型；通过隔代映射遗传算法搜寻潜在的最优解。【结果】该方法在保证代理模型精度下，减轻了乘员的损伤，保证了乘员的安全。【结论】该方法能较高效地确定乘员约束系统的最优解。
2024,21(6):96-103, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230207002
摘要：
【目的】探讨由于试验环境和试验设备而产生的噪声对Lamb波信号缺陷成像定位精度的影响。【方法】结合仿真与试验，将在板件中采集到的Lamb波信号运用小波包分解与重构方法获得激励频率范围内的Lamb波重构信号，优化信号差异系数对损伤的敏感性。【结果】在Lamb波信号重构后，板件实际损伤位置的概率值更高，且高概率值区域更贴近损伤位置。【结论】对Lamb波信号进行小波包分解与重构后，与原始信号的损伤概率成像图相比，发现结合重构信号的损伤概率成像有效地实现了板中损伤的定位，并提高了成像的定位精度和成像对比度。
【目的】探讨由于试验环境和试验设备而产生的噪声对Lamb波信号缺陷成像定位精度的影响。【方法】结合仿真与试验，将在板件中采集到的Lamb波信号运用小波包分解与重构方法获得激励频率范围内的Lamb波重构信号，优化信号差异系数对损伤的敏感性。【结果】在Lamb波信号重构后，板件实际损伤位置的概率值更高，且高概率值区域更贴近损伤位置。【结论】对Lamb波信号进行小波包分解与重构后，与原始信号的损伤概率成像图相比，发现结合重构信号的损伤概率成像有效地实现了板中损伤的定位，并提高了成像的定位精度和成像对比度。
2024,21(6):104-110, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240805001
摘要：
【目的】以KNO3/NaNO3混合熔盐增强盖板玻璃的离子交换深度及力学性能。【方法】采用低温离子交换法对铝硅盖板玻璃进行化学强化，并在玻璃料方中添加Li2O，对玻璃进行二次强化。【结果】在玻璃料方中添加Li2O后进行的二次强化工艺能够显著提高玻璃的离子交换深度，同时保持其优良的力学性能。相比于传统的低温离子交换法，二次强化工艺在提高玻璃性能的同时，避免了可能导致玻璃变形和表面缺陷的高温处理过程。【结论】通过在玻璃料方中添加Li2O的二次强化工艺制备的锂铝硅盖板玻璃具有较大的离子交换深度，同时该玻璃的抗冲击强度等力学性能得到了显著增强。该玻璃在航空航天领域、交通领域、电子产品及清洁能源等领域具有广泛的应用前景。
【目的】以KNO3/NaNO3混合熔盐增强盖板玻璃的离子交换深度及力学性能。【方法】采用低温离子交换法对铝硅盖板玻璃进行化学强化，并在玻璃料方中添加Li2O，对玻璃进行二次强化。【结果】在玻璃料方中添加Li2O后进行的二次强化工艺能够显著提高玻璃的离子交换深度，同时保持其优良的力学性能。相比于传统的低温离子交换法，二次强化工艺在提高玻璃性能的同时，避免了可能导致玻璃变形和表面缺陷的高温处理过程。【结论】通过在玻璃料方中添加Li2O的二次强化工艺制备的锂铝硅盖板玻璃具有较大的离子交换深度，同时该玻璃的抗冲击强度等力学性能得到了显著增强。该玻璃在航空航天领域、交通领域、电子产品及清洁能源等领域具有广泛的应用前景。
2024,21(6):111-119, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221116002
摘要：
【目的】研究一种基于卷积神经网络算法的定子单相接地故障保护方法，以提高高压发电机定子单相接地保护的可靠性。【方法】首先，采用改进变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)方法处理故障时序数据；接着，针对分解后的多个本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量提取组合峭度、综合能量熵、综合凹凸系数，并将其构成融合特征向量；然后，采用放射性填充策略将融合特征向量升维，并将其输入卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）算法以获得高压发电机故障判别结果；最后，为了验证该保护方法在不同运行方式下的适用性，利用电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC，搭建了由三台高压发电机构成的系统仿真模型。【结果】本文所提保护方法可以提高判别准确率，显著减少不同中性点接地方式、故障初始角、故障位置、过渡电阻的影响，且抗噪声能力更强。【结论】本文所提保护方法判别精度高，可靠性强，适用于多种运行方式下的高压发电机定子单相接地故障保护。
【目的】研究一种基于卷积神经网络算法的定子单相接地故障保护方法，以提高高压发电机定子单相接地保护的可靠性。【方法】首先，采用改进变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)方法处理故障时序数据；接着，针对分解后的多个本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量提取组合峭度、综合能量熵、综合凹凸系数，并将其构成融合特征向量；然后，采用放射性填充策略将融合特征向量升维，并将其输入卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）算法以获得高压发电机故障判别结果；最后，为了验证该保护方法在不同运行方式下的适用性，利用电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC，搭建了由三台高压发电机构成的系统仿真模型。【结果】本文所提保护方法可以提高判别准确率，显著减少不同中性点接地方式、故障初始角、故障位置、过渡电阻的影响，且抗噪声能力更强。【结论】本文所提保护方法判别精度高，可靠性强，适用于多种运行方式下的高压发电机定子单相接地故障保护。
2024,21(6):120-129, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220814001
摘要：
【目的】涡流管被广泛应用于各种定点或小范围制冷的工业环节，但因受制于效率低、制冷量小等缺陷而难以进一步推广应用。本文通过对超声速涡流管进行能量分离效能分析，研究涡流管效能优化方法。【方法】用Laval喷嘴替换传统涡流管中的渐缩喷嘴，设计了一种超声速涡流管。通过数值模拟和试验，研究了该涡流管的能量分离效能随结构参数和操作参数的变化规律。对较高入口压力下的工况进行了数值计算，并在较低入口压力下开展了试验，得到了长径比、马赫数和入口压力对超声速涡流管能量分离效能的影响规律。【结果】超声速涡流管效能曲线的数值模拟结果的变化趋势与试验结果的大致相同。当入口压力为12 MPa时，长径比为25的超声速涡流管最佳制冷效应可达57.01 K。【结论】超声速涡流管的制冷、制热效应较好，但其最佳制冷效率远比传统涡流管的低。在一定范围内，增大长径比、喷嘴出口气流马赫数和入口压力可以提高超声速涡流管能量分离效能。
【目的】涡流管被广泛应用于各种定点或小范围制冷的工业环节，但因受制于效率低、制冷量小等缺陷而难以进一步推广应用。本文通过对超声速涡流管进行能量分离效能分析，研究涡流管效能优化方法。【方法】用Laval喷嘴替换传统涡流管中的渐缩喷嘴，设计了一种超声速涡流管。通过数值模拟和试验，研究了该涡流管的能量分离效能随结构参数和操作参数的变化规律。对较高入口压力下的工况进行了数值计算，并在较低入口压力下开展了试验，得到了长径比、马赫数和入口压力对超声速涡流管能量分离效能的影响规律。【结果】超声速涡流管效能曲线的数值模拟结果的变化趋势与试验结果的大致相同。当入口压力为12 MPa时，长径比为25的超声速涡流管最佳制冷效应可达57.01 K。【结论】超声速涡流管的制冷、制热效应较好，但其最佳制冷效率远比传统涡流管的低。在一定范围内，增大长径比、喷嘴出口气流马赫数和入口压力可以提高超声速涡流管能量分离效能。
2024,21(6):130-141, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240302001
摘要：
【目的】系统研究天然高分子类流体的相关研究进展。【方法】首先，总结了无溶剂纳米类流体的组成、结构、合成方法及应用领域；接着，基于无溶剂纳米类流体原理拓展到天然高分子类流体的制备，并对多种不同天然多糖高分子类流体的合成方法、流动机理及潜在应用前景进行了详细的总结；最后，对未来天然高分子类流体的加工和应用进行了展望。【结果】天然高分子类流体的研究能解决目前天然多糖高分子材料面临的无法热塑加工、难分散、高温稳定性差及多功能化实现的难题，为天然多糖高分子材料加工优化和应用领域的突破提供了新思路。【结论】本文总结了无溶剂纳米类流体的概念、各种无机类流体制备原理及应用领域的优势，并将这种无溶剂类流体的制备方法应用到天然高分子材料热塑加工和应用领域。
【目的】系统研究天然高分子类流体的相关研究进展。【方法】首先，总结了无溶剂纳米类流体的组成、结构、合成方法及应用领域；接着，基于无溶剂纳米类流体原理拓展到天然高分子类流体的制备，并对多种不同天然多糖高分子类流体的合成方法、流动机理及潜在应用前景进行了详细的总结；最后，对未来天然高分子类流体的加工和应用进行了展望。【结果】天然高分子类流体的研究能解决目前天然多糖高分子材料面临的无法热塑加工、难分散、高温稳定性差及多功能化实现的难题，为天然多糖高分子材料加工优化和应用领域的突破提供了新思路。【结论】本文总结了无溶剂纳米类流体的概念、各种无机类流体制备原理及应用领域的优势，并将这种无溶剂类流体的制备方法应用到天然高分子材料热塑加工和应用领域。
2024,21(6):142-151, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230303001
摘要：
【目的】针对临床专业人士对心电图进行逐拍分析诊断时存在的耗时耗力问题，本文提出了一种基于预训练的Inception网络心电图自动识别方法。【方法】首先使用墨西哥小波变换将心电图从时域转换到时频域，提取心跳信号的时域和频域信息，然后利用Inception网络对心跳时频图进行自动诊断识别。训练中采用随机梯度下降算法对模型进行优化。【结果】为验证所提方法的有效性，在公开心律失常数据集中选取5种心跳数据进行测试。结果表明，本文算法在阳性预测值、召回率和准确率等指标都取得了很好的成绩，且在相同试验条件下，收敛更快，其准确度比预训练好的残差网络和视觉几何群网络的更高。【结论】采用墨西哥小波基函数能更好地表征单个心跳形状，而采用端到端的Inception模型能将不同宽度心跳信号特征矩阵按深度进行拼接，提取更丰富的特征。
【目的】针对临床专业人士对心电图进行逐拍分析诊断时存在的耗时耗力问题，本文提出了一种基于预训练的Inception网络心电图自动识别方法。【方法】首先使用墨西哥小波变换将心电图从时域转换到时频域，提取心跳信号的时域和频域信息，然后利用Inception网络对心跳时频图进行自动诊断识别。训练中采用随机梯度下降算法对模型进行优化。【结果】为验证所提方法的有效性，在公开心律失常数据集中选取5种心跳数据进行测试。结果表明，本文算法在阳性预测值、召回率和准确率等指标都取得了很好的成绩，且在相同试验条件下，收敛更快，其准确度比预训练好的残差网络和视觉几何群网络的更高。【结论】采用墨西哥小波基函数能更好地表征单个心跳形状，而采用端到端的Inception模型能将不同宽度心跳信号特征矩阵按深度进行拼接，提取更丰富的特征。
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2022,19(3):104-121, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.03.011
摘要：
行波定位技术可根据系统高压交流输电线路发生故障时采集到的时间信息进行快速、准确地故障定位，由于其定位精度高，因而受到广泛的关注。首先，分别从行波信号的精确检测、高精度同步时钟技术、故障定位算法以及工程实践等方面介绍了国内外行波定位技术的发展历程；然后，介绍了单端行波定位、双端行波定位以及网络行波定位方法的工作原理及各自的优缺点，分析了传统行波定位研究尚存的主要技术问题，并提出了相应的解决思路；最后，对行波定位技术的发展前景进行展望，以期为后续的研究提供参考。
行波定位技术可根据系统高压交流输电线路发生故障时采集到的时间信息进行快速、准确地故障定位，由于其定位精度高，因而受到广泛的关注。首先，分别从行波信号的精确检测、高精度同步时钟技术、故障定位算法以及工程实践等方面介绍了国内外行波定位技术的发展历程；然后，介绍了单端行波定位、双端行波定位以及网络行波定位方法的工作原理及各自的优缺点，分析了传统行波定位研究尚存的主要技术问题，并提出了相应的解决思路；最后，对行波定位技术的发展前景进行展望，以期为后续的研究提供参考。
2022,19(1):73-80, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.009
摘要：
【目的】利用“大数据”对城市居民出行量(OD)的预测方法进行改进，以期改善传统城市居民出行调查方法费时、费力且准确度不高的问题，同时也为城市公共交通规划与管理提供可靠的数据支持。【方法】结合手机信令数据、公交IC卡、公交 GPS以及地铁闸机数据的特点和优势，利用聚类分析等方法获取城市居 民公共交通出行的 OD 矩阵，并利用小波神经网络结合优化后的鲸鱼算法(improved whale optimization algorithm-wavelet neural network，IWOA-WNN)对未来时段的出行OD矩阵进行预测。以长沙市为例，选取60 d晚高峰期间的原始数据，利用IWOA-WNN 进行预测,并结合时间序列方法进行分析。【结果】与优 化前的小波神经网络相比,IWOA-WNN 的预测结果更加贴近实际情况，精度达到了93.36%。【结论】本研究提出的数据处理及预测方法具有更高的准确度。
【目的】利用“大数据”对城市居民出行量(OD)的预测方法进行改进，以期改善传统城市居民出行调查方法费时、费力且准确度不高的问题，同时也为城市公共交通规划与管理提供可靠的数据支持。【方法】结合手机信令数据、公交IC卡、公交 GPS以及地铁闸机数据的特点和优势，利用聚类分析等方法获取城市居 民公共交通出行的 OD 矩阵，并利用小波神经网络结合优化后的鲸鱼算法(improved whale optimization algorithm-wavelet neural network，IWOA-WNN)对未来时段的出行OD矩阵进行预测。以长沙市为例，选取60 d晚高峰期间的原始数据，利用IWOA-WNN 进行预测,并结合时间序列方法进行分析。【结果】与优 化前的小波神经网络相比,IWOA-WNN 的预测结果更加贴近实际情况，精度达到了93.36%。【结论】本研究提出的数据处理及预测方法具有更高的准确度。
2023,20(5):1-24, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231008002
摘要：
地聚物是近年来发展起来的一种新型无机胶凝材料，其不仅实现了工业固废的资源再利用，还减少了能源消耗及温室气体排放，被认为是有潜力替代普通硅酸盐水泥的一种绿色胶凝材料。针对地聚物混凝土的耐久性问题，从耐化学侵蚀性（耐盐和耐酸）、抗碳化性、抗氯离子渗透性以及抗冻性4个方面对比总结了地聚物混凝土和硅酸盐水泥混凝土的耐久性能。研究发现，与硅酸盐水泥混凝土相比，地聚物混凝土有着更优异的耐化学侵蚀性、抗氯离子渗透性以及抗冻性，但有着稍低的抗碳化性能。然而，因地聚物原材料的多样性，各体系地聚物混凝土的微观结构、力学特性及劣化机理有所差异，致使其耐久性也存在较大区别。在环境的侵蚀下，地聚物混凝土的劣化机理主要归因于水化产物的溶解、膨胀性产物的形成、裂缝的产生以及孔隙率的增加。
地聚物是近年来发展起来的一种新型无机胶凝材料，其不仅实现了工业固废的资源再利用，还减少了能源消耗及温室气体排放，被认为是有潜力替代普通硅酸盐水泥的一种绿色胶凝材料。针对地聚物混凝土的耐久性问题，从耐化学侵蚀性（耐盐和耐酸）、抗碳化性、抗氯离子渗透性以及抗冻性4个方面对比总结了地聚物混凝土和硅酸盐水泥混凝土的耐久性能。研究发现，与硅酸盐水泥混凝土相比，地聚物混凝土有着更优异的耐化学侵蚀性、抗氯离子渗透性以及抗冻性，但有着稍低的抗碳化性能。然而，因地聚物原材料的多样性，各体系地聚物混凝土的微观结构、力学特性及劣化机理有所差异，致使其耐久性也存在较大区别。在环境的侵蚀下，地聚物混凝土的劣化机理主要归因于水化产物的溶解、膨胀性产物的形成、裂缝的产生以及孔隙率的增加。
2022,19(1):96-104, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.012
摘要：
【目的】探究在运输时间、中转时间、等待时间和运输货损率混合不确定条件下的绿色多式联运路径优化问题，为绿色多式联运路径决策提供理论依据。【方法】在考虑运输过程中碳排放和噪声污染的基础上, 以最小化运输成本、运输时间、碳排放量、噪声污染以及货损量为目标建立不确定条件下的绿色多式联运路径优化模型，并将其扩展为模糊机会约束模型及鲁棒优化模型来处理不确定参数。使用 MATLAB编程并调用 CPLEX对算例进行求解，得到多式联运路径优化方案。对置信水平进行灵敏度分析，并将鲁棒解与确 定条件下的最优解进行比较，验证所建模型的鲁棒性。【结果】将优化方案的计算结果与5个目标函数的最优值进行比较后发现：由模型所得最优运输方案的计算结果与各目标函数最优值之间的相对距离分别为0.0964、0.0271、0.1946、0.0184、0.0327，均接近最优值。【结论】本研究所建模型能降低多式联运的决策风险,也能为决策提供合理、有效的依据。
【目的】探究在运输时间、中转时间、等待时间和运输货损率混合不确定条件下的绿色多式联运路径优化问题，为绿色多式联运路径决策提供理论依据。【方法】在考虑运输过程中碳排放和噪声污染的基础上, 以最小化运输成本、运输时间、碳排放量、噪声污染以及货损量为目标建立不确定条件下的绿色多式联运路径优化模型，并将其扩展为模糊机会约束模型及鲁棒优化模型来处理不确定参数。使用 MATLAB编程并调用 CPLEX对算例进行求解，得到多式联运路径优化方案。对置信水平进行灵敏度分析，并将鲁棒解与确 定条件下的最优解进行比较，验证所建模型的鲁棒性。【结果】将优化方案的计算结果与5个目标函数的最优值进行比较后发现：由模型所得最优运输方案的计算结果与各目标函数最优值之间的相对距离分别为0.0964、0.0271、0.1946、0.0184、0.0327，均接近最优值。【结论】本研究所建模型能降低多式联运的决策风险,也能为决策提供合理、有效的依据。
2021,18(1):95-101, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.012
摘要：
针对多种不确定性因素对汽车结构耐撞性产生的影响，本研究提出了一种基于混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计方法。首先，建立了基于概率-区间混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计模型，并分析其嵌套情况；然后，为了减少嵌套层数，提出了一种高效的解耦策略，将原始的嵌套问题等效转化为单层的优化设计问题；最后，使用径向基函数构建了近似可靠性优化设计问题，并采用局部加密策略提高优化结果的精度。研究结果表明：该方法收敛迅速，能够达到对混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计问题快速求解的目的，对汽车结构耐撞性的优化设计具有一定的参考价值。
针对多种不确定性因素对汽车结构耐撞性产生的影响，本研究提出了一种基于混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计方法。首先，建立了基于概率-区间混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计模型，并分析其嵌套情况；然后，为了减少嵌套层数，提出了一种高效的解耦策略，将原始的嵌套问题等效转化为单层的优化设计问题；最后，使用径向基函数构建了近似可靠性优化设计问题，并采用局部加密策略提高优化结果的精度。研究结果表明：该方法收敛迅速，能够达到对混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计问题快速求解的目的，对汽车结构耐撞性的优化设计具有一定的参考价值。
摘要：
为了探究当前主要采用的几种土压力理论的差异性，以黏性水平填土为例，对比分析了3种土压力理论的土压力分布及大小变化规律，并采用有限元方法分析了挡土墙截面的应力分布情况。在水平层分析法求解过程中，提出了一种求解最不利破裂角的方法，即采用插值型求导公式求解主动土压力系数 K 取极大值时的θ值。 研究结果表明，水平层分析法得到的土压力强度在形态上与实测值更为吻合，同时在一些影响挡土墙稳定性的重要参数上更接近实测值的分析结果，表明水平层分析法计算挡土墙主动土压力具有一定的优越性。
为了探究当前主要采用的几种土压力理论的差异性，以黏性水平填土为例，对比分析了3种土压力理论的土压力分布及大小变化规律，并采用有限元方法分析了挡土墙截面的应力分布情况。在水平层分析法求解过程中，提出了一种求解最不利破裂角的方法，即采用插值型求导公式求解主动土压力系数 K 取极大值时的θ值。 研究结果表明，水平层分析法得到的土压力强度在形态上与实测值更为吻合，同时在一些影响挡土墙稳定性的重要参数上更接近实测值的分析结果，表明水平层分析法计算挡土墙主动土压力具有一定的优越性。
2022,19(3):69-77, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.03.007
摘要：
【目的】研究复杂环境下超大深基坑开挖变形演化规律，并对支护结构进行优化设计。【方法】依托广州地铁11号线基坑工程，利用有限差分软件FLAC3D对基坑开挖工程中支护结构的水平位移及周围土体地表沉降的变化规律进行研究，并通过分析地下连续墙的厚度、嵌固深度及支撑层数对基坑变形的影响，对基坑支护结构进行优化，对优化前后支护结构的支护效果进行对比分析。【结果】各工况下基坑周围土体的地表沉降呈先增大后减小的趋势，且最大沉降发生在距基坑边缘150 m的位置；不同嵌固深度下地下连续墙水平位移的变化趋势和基坑周围土体地表沉降的变化趋势基本相同；地下连续墙厚度的改变对其水平位移和基坑周围土体地表沉降的影响不明显；支撑层数的增加可显著减小基坑地下连续墙的水平位移及周围土体的最大地表沉降；支护结构优化后，基坑开挖引起的周围土体的最大地表沉降减小了2388%，地下连续墙的最大水平位移减小了1919%。【结论】在设计同类型基坑时应重视支撑层数的选取，必要时可适当减小支护结构的厚度。
【目的】研究复杂环境下超大深基坑开挖变形演化规律，并对支护结构进行优化设计。【方法】依托广州地铁11号线基坑工程，利用有限差分软件FLAC3D对基坑开挖工程中支护结构的水平位移及周围土体地表沉降的变化规律进行研究，并通过分析地下连续墙的厚度、嵌固深度及支撑层数对基坑变形的影响，对基坑支护结构进行优化，对优化前后支护结构的支护效果进行对比分析。【结果】各工况下基坑周围土体的地表沉降呈先增大后减小的趋势，且最大沉降发生在距基坑边缘150 m的位置；不同嵌固深度下地下连续墙水平位移的变化趋势和基坑周围土体地表沉降的变化趋势基本相同；地下连续墙厚度的改变对其水平位移和基坑周围土体地表沉降的影响不明显；支撑层数的增加可显著减小基坑地下连续墙的水平位移及周围土体的最大地表沉降；支护结构优化后，基坑开挖引起的周围土体的最大地表沉降减小了2388%，地下连续墙的最大水平位移减小了1919%。【结论】在设计同类型基坑时应重视支撑层数的选取，必要时可适当减小支护结构的厚度。
2021,18(1):7-15, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.002
摘要：
现有的地铁隧道施工安全风险识别方法缺乏一定的系统性，在风险识别过程中缺少对多维风险情景的识别，因而具有一定的局限性。引入层次全息建模(hierarchical holographic modeling, HHM)方法和风险过滤、排序及管理(risk filtering,ranking and management, RFRM)框架，结合情景分析理论，构建地铁隧道施工安全风险情景识别的HHM方法，从多视角识别风险情景，应用 RFRM 框架对风险情景进行4次过滤并排序，筛选关键风险情景。对C市某地铁隧道项目进行案例分析，结果显示：该方法可以系统、完善地识别地铁隧道施工安全风险情景及关键风险因素，进而可为风险管理工作奠定一定的基础。
现有的地铁隧道施工安全风险识别方法缺乏一定的系统性，在风险识别过程中缺少对多维风险情景的识别，因而具有一定的局限性。引入层次全息建模(hierarchical holographic modeling, HHM)方法和风险过滤、排序及管理(risk filtering,ranking and management, RFRM)框架，结合情景分析理论，构建地铁隧道施工安全风险情景识别的HHM方法，从多视角识别风险情景，应用 RFRM 框架对风险情景进行4次过滤并排序，筛选关键风险情景。对C市某地铁隧道项目进行案例分析，结果显示：该方法可以系统、完善地识别地铁隧道施工安全风险情景及关键风险因素，进而可为风险管理工作奠定一定的基础。
2022,19(1):1-11, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.001
摘要：
【目的】探讨多尺度算法在研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能方面的有效性。【方法】通过划分5个尺度区域,对5种不同级配的沥青混合料进行多尺度分析,计算不同劈裂疲劳损伤程度下的劈裂强度, 并对比分析室内试验与多尺度算法得到的劈裂强度,验证多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能的合理性。【结果】集料粒径为1.18～2.36 mm 的沥青混合料的劈裂强度有较大幅度的提升;多尺度算法与室内试验得到的劈裂强度相对误差的绝对值均在10%以内,满足工程精度要求。【结论】用多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能具有可行性,该算法在实际工程中具有一定的应用价值。
【目的】探讨多尺度算法在研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能方面的有效性。【方法】通过划分5个尺度区域,对5种不同级配的沥青混合料进行多尺度分析,计算不同劈裂疲劳损伤程度下的劈裂强度, 并对比分析室内试验与多尺度算法得到的劈裂强度,验证多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能的合理性。【结果】集料粒径为1.18～2.36 mm 的沥青混合料的劈裂强度有较大幅度的提升;多尺度算法与室内试验得到的劈裂强度相对误差的绝对值均在10%以内,满足工程精度要求。【结论】用多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能具有可行性,该算法在实际工程中具有一定的应用价值。
2021,18(1):1-6, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.001
摘要：
为研究埋入式应变传感器与沥青混合料的交互影响，利用ABAQUS有限元软件，建立了在四点弯曲加载条件下埋入应变传感器的梁试件有限元模型，分析了荷载大小、传感器测力杆长度和传感器封装材料模量等因素对沥青混凝土梁试件及传感器的力学响应与应力集中的影响。研究结果表明：传感器埋入沥青混合料梁试件后，在梁试件上与传感器法兰相接触的沥青混合料发生了应力集中的现象，但应力集中系数较小，最大值仅为2.95。传感器的测力杆也发生了应力集中现象，其应力集中系数最大值为26.83，远高于梁试件的应力集中系数。
为研究埋入式应变传感器与沥青混合料的交互影响，利用ABAQUS有限元软件，建立了在四点弯曲加载条件下埋入应变传感器的梁试件有限元模型，分析了荷载大小、传感器测力杆长度和传感器封装材料模量等因素对沥青混凝土梁试件及传感器的力学响应与应力集中的影响。研究结果表明：传感器埋入沥青混合料梁试件后，在梁试件上与传感器法兰相接触的沥青混合料发生了应力集中的现象，但应力集中系数较小，最大值仅为2.95。传感器的测力杆也发生了应力集中现象，其应力集中系数最大值为26.83，远高于梁试件的应力集中系数。
2021,18(1):87-94, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.011
摘要：
针对桩基模型参数存在不确定性的问题，提出一种桩基模型参数反演识别方法。以测点和敲击点作为噪声因素，综合考虑模型中不同测点和敲击工况下加速度响应对反演结果的影响，利用多信息融合方法将多个评分值融合成唯一的参数反演识别目标响应值。研究结果表明：利用本研究方法得到的反演曲线与仿真曲线拟合良好。本研究为桩基模型参数反演识别提供了一定的借鉴。
针对桩基模型参数存在不确定性的问题，提出一种桩基模型参数反演识别方法。以测点和敲击点作为噪声因素，综合考虑模型中不同测点和敲击工况下加速度响应对反演结果的影响，利用多信息融合方法将多个评分值融合成唯一的参数反演识别目标响应值。研究结果表明：利用本研究方法得到的反演曲线与仿真曲线拟合良好。本研究为桩基模型参数反演识别提供了一定的借鉴。
2024,21(1):59-87, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231225001
摘要：
路基是公路的主要承重结构。随着我国公路建设由高速发展转向高质量发展，数字化施工技术、智能化建设以及信息化管控成为路基工程中的核心技术手段。本文综述了路基工程智能建养关键技术的研究现状，并主要从建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术、路基智能压实技术、路基健康监测与评价技术以及路基智能注浆加固技术4个方面进行分析。目前存在问题如下：BIM技术在路基工程领域中的应用还处于起步阶段，缺少合理的施工质量量化指标以及成本估算方法；智能压实技术理论研究薄弱，质量均匀性评价研究较少；现有路基监测与评价技术的测量方法易受到其他因素影响，人工干预较大；注浆加固技术没有统一的质量评价指标，大多还是凭借工程经验和理论分析来评价。因此，未来需要针对提出的问题对各项关键技术开展智能化理论与应用研究，为路基工程智能化建养提供指引。
路基是公路的主要承重结构。随着我国公路建设由高速发展转向高质量发展，数字化施工技术、智能化建设以及信息化管控成为路基工程中的核心技术手段。本文综述了路基工程智能建养关键技术的研究现状，并主要从建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术、路基智能压实技术、路基健康监测与评价技术以及路基智能注浆加固技术4个方面进行分析。目前存在问题如下：BIM技术在路基工程领域中的应用还处于起步阶段，缺少合理的施工质量量化指标以及成本估算方法；智能压实技术理论研究薄弱，质量均匀性评价研究较少；现有路基监测与评价技术的测量方法易受到其他因素影响，人工干预较大；注浆加固技术没有统一的质量评价指标，大多还是凭借工程经验和理论分析来评价。因此，未来需要针对提出的问题对各项关键技术开展智能化理论与应用研究，为路基工程智能化建养提供指引。
2023,20(2):10-26, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221214001
摘要：
【目的】阐明复杂装备故障预测内涵，指导装备主动性维修。【方法】对复杂装备故障预测研究内容、国内外研究现状以及方法体系进行调研、归纳和分析，划分并评述现有方法的适用条件和优缺点。【结果】基于知识的故障预测方法可充分利用来自相关领域专家的经验知识，但知识的获取是瓶颈问题；基于模型的故障预测方法可深入理解对象系统本质，但实际复杂装备的精确模型很难构建；数据驱动的故障预测方法依赖于大量数据，而实际应用中一些复杂装备的典型数据的获取代价很大；混合方法能克服单个预测方法的局限性，但有效的模型设计是一个难点。【结论】混合方法能更好地提高预测系统的智能性和预测性能，是复杂装备故障预测的重要发展趋势。
【目的】阐明复杂装备故障预测内涵，指导装备主动性维修。【方法】对复杂装备故障预测研究内容、国内外研究现状以及方法体系进行调研、归纳和分析，划分并评述现有方法的适用条件和优缺点。【结果】基于知识的故障预测方法可充分利用来自相关领域专家的经验知识，但知识的获取是瓶颈问题；基于模型的故障预测方法可深入理解对象系统本质，但实际复杂装备的精确模型很难构建；数据驱动的故障预测方法依赖于大量数据，而实际应用中一些复杂装备的典型数据的获取代价很大；混合方法能克服单个预测方法的局限性，但有效的模型设计是一个难点。【结论】混合方法能更好地提高预测系统的智能性和预测性能，是复杂装备故障预测的重要发展趋势。
摘要：
为研究无限域和近水面水下爆炸冲击波压力特点以及近水面的物理特性,基于多物质ALE方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对无限域和近水面水下爆炸进行了三维数值模拟,再现了爆轰产物、水以及空气多物质介质间的相互作用过程。分析发现,在爆深不变的情况下,随着测深的减小,自由面对冲击波的影响主要体现在减小入射冲击波波形脉宽和削弱冲击波峰值压力上;相同当量炸药在自由面产生的水柱,其上升的速度随着爆深的减小而逐渐增大。定性地分析了近水面水下爆炸的密度分布情况,以及不同爆深情况下自由面水柱的形成过程。通过数值模拟研究了冲击波压力值的特性,并与经验值进行了对比,验证了计算模型具有较好的计算精度,同时三维再现了水下爆炸的复杂物理现象。
为研究无限域和近水面水下爆炸冲击波压力特点以及近水面的物理特性,基于多物质ALE方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对无限域和近水面水下爆炸进行了三维数值模拟,再现了爆轰产物、水以及空气多物质介质间的相互作用过程。分析发现,在爆深不变的情况下,随着测深的减小,自由面对冲击波的影响主要体现在减小入射冲击波波形脉宽和削弱冲击波峰值压力上;相同当量炸药在自由面产生的水柱,其上升的速度随着爆深的减小而逐渐增大。定性地分析了近水面水下爆炸的密度分布情况,以及不同爆深情况下自由面水柱的形成过程。通过数值模拟研究了冲击波压力值的特性,并与经验值进行了对比,验证了计算模型具有较好的计算精度,同时三维再现了水下爆炸的复杂物理现象。
2022,19(1):81-88, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.010
摘要：
【目的】研究城市交通突出的供需矛盾引起的常发性交通拥堵。【方法】针对多变量、多反馈、非线性城市交通复杂系统，采用系统动力学方法研究治堵措施与城市交通系统的互动关系。首先，确定系统的边界与要素之间的相互关系，绘制因果关系图；然后，基于系统流程图构建结构方程，并对模型进行有效性检验；最后，根据长沙市城市交通实际，基于系统动力学模型分析机动车限行、公交都市等单一措施的治堵效果和其对环境的影响，并通过组合治堵措施的正交试验，寻找城市交通治堵措施的最优组合方案。【结果】通过模型仿真提出了长沙市城市交通治堵措施的最优组合方案。【结论】城市交通治堵措施的实施对缓解城市交通拥堵具有显著作用，但不同治堵措施对治堵效果的影响相差较大。
【目的】研究城市交通突出的供需矛盾引起的常发性交通拥堵。【方法】针对多变量、多反馈、非线性城市交通复杂系统，采用系统动力学方法研究治堵措施与城市交通系统的互动关系。首先，确定系统的边界与要素之间的相互关系，绘制因果关系图；然后，基于系统流程图构建结构方程，并对模型进行有效性检验；最后，根据长沙市城市交通实际，基于系统动力学模型分析机动车限行、公交都市等单一措施的治堵效果和其对环境的影响，并通过组合治堵措施的正交试验，寻找城市交通治堵措施的最优组合方案。【结果】通过模型仿真提出了长沙市城市交通治堵措施的最优组合方案。【结论】城市交通治堵措施的实施对缓解城市交通拥堵具有显著作用，但不同治堵措施对治堵效果的影响相差较大。
2022,19(1):20-26, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.003
摘要：
【目的】研究再生沥青调和理论的适用性,为再生沥青路用性能的研究提供理论基础,促进再生沥青在道路工程实践中的应用和发展。【方法】采用添加相同等级基质沥青的方式,对不同掺量下的新- 旧沥青进行再生试验,并利用沥青的三大指标、布氏黏度及美国公路战略研究计划(strategic highway research program,SHRP)指标进行研究。【结果】不同基质沥青掺量的再生70#基质沥青和再生SBS改性沥青的针入度对数、高温车辙因子对数及黏度对数与新沥青掺量间的线性精度都在0.99以上。【结论】不同基质沥青掺量的再生沥青的针入度、高温车辙因子、黏度、延度都满足调和理论的方程;再生沥青各温度下的低温蠕变速率、劲度模量与新沥青掺量之间的线性精度较差。
【目的】研究再生沥青调和理论的适用性,为再生沥青路用性能的研究提供理论基础,促进再生沥青在道路工程实践中的应用和发展。【方法】采用添加相同等级基质沥青的方式,对不同掺量下的新- 旧沥青进行再生试验,并利用沥青的三大指标、布氏黏度及美国公路战略研究计划(strategic highway research program,SHRP)指标进行研究。【结果】不同基质沥青掺量的再生70#基质沥青和再生SBS改性沥青的针入度对数、高温车辙因子对数及黏度对数与新沥青掺量间的线性精度都在0.99以上。【结论】不同基质沥青掺量的再生沥青的针入度、高温车辙因子、黏度、延度都满足调和理论的方程;再生沥青各温度下的低温蠕变速率、劲度模量与新沥青掺量之间的线性精度较差。
摘要：
针对基于微切面的点云边界提取方法在 LiDAR点云边界提取中效率低,难以保证边界提取的精细度和完整性问题,提出了一种可调节滚动圆半径的a-shapes平面点云边界提取算法。该算法首先将点云数据栅格化,排除非边界点,并通过计算 P点的 K 个邻近点平均距离和增设调节因子,设置滚动圆半径a,最后采用a-shapes算法提取点云边界。对近邻 K 值、点云形状和点云密度等分析,证明近邻 K 值与调节因子ω 之间具有函数关系,及调节因子与点云密度和点云形状无关的结论。结果证明:该算法在准确提取点云边界情况下,能够快速提取完整点云边界,提高后续点云重建速度与效率,该算法具有良好的稳健性。
针对基于微切面的点云边界提取方法在 LiDAR点云边界提取中效率低,难以保证边界提取的精细度和完整性问题,提出了一种可调节滚动圆半径的a-shapes平面点云边界提取算法。该算法首先将点云数据栅格化,排除非边界点,并通过计算 P点的 K 个邻近点平均距离和增设调节因子,设置滚动圆半径a,最后采用a-shapes算法提取点云边界。对近邻 K 值、点云形状和点云密度等分析,证明近邻 K 值与调节因子ω 之间具有函数关系,及调节因子与点云密度和点云形状无关的结论。结果证明:该算法在准确提取点云边界情况下,能够快速提取完整点云边界,提高后续点云重建速度与效率,该算法具有良好的稳健性。
2021,18(1):79-86, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.010
摘要：
为了提高传统汽油机的启动性能，同时降低启动阶段的燃料消耗率，本研究试图通过掺氢方式使汽油机在当量比条件下成功启动。采用数值模拟方式，研究了在当量比条件下掺氢汽油机冷启动工况的混合气分布与着火情况，期望找到一种更佳的掺氢汽油喷射方案。首先，构建了掺氢汽油机冷启动工况的三维数值模型，并对气门运动规律、喷油量与喷氢量的关系进行了试验标定；然后，对构建的三维数值模型进行试验验证，试验结果与计算结果吻合良好；最后，在当量比条件下进行了冷启动工况着火情况的模拟计算。研究结果表明：在当量比条件下，与纯汽油机相比掺氢能够明显加快混合气的扩散速度，使混合气更快地在缸内实现均匀分布；纯汽油启动时首循环着火困难，掺氢能实现首循环着火，但当掺氢量过大时，会出现早燃现象；掺氢能够显著减少冷启动阶段HC和CO的排放。
为了提高传统汽油机的启动性能，同时降低启动阶段的燃料消耗率，本研究试图通过掺氢方式使汽油机在当量比条件下成功启动。采用数值模拟方式，研究了在当量比条件下掺氢汽油机冷启动工况的混合气分布与着火情况，期望找到一种更佳的掺氢汽油喷射方案。首先，构建了掺氢汽油机冷启动工况的三维数值模型，并对气门运动规律、喷油量与喷氢量的关系进行了试验标定；然后，对构建的三维数值模型进行试验验证，试验结果与计算结果吻合良好；最后，在当量比条件下进行了冷启动工况着火情况的模拟计算。研究结果表明：在当量比条件下，与纯汽油机相比掺氢能够明显加快混合气的扩散速度，使混合气更快地在缸内实现均匀分布；纯汽油启动时首循环着火困难，掺氢能实现首循环着火，但当掺氢量过大时，会出现早燃现象；掺氢能够显著减少冷启动阶段HC和CO的排放。
2023,20(2):35-44, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230115001
摘要：
【目的】探讨自动驾驶汽车的安全性。【方法】首先，通过分析国内外自动驾驶汽车安全研究的现状，并对其进行梳理和总结；然后，归纳自动驾驶无法避免碰撞的原因以及分析错综复杂的车内外环境，对自动驾驶汽车碰撞安全问题的应对策略进行讨论；最后，就自动驾驶汽车碰撞安全技术的提升做出展望。【结果】就目前而言，智能化技术仍然存在许多不成熟的地方，尤其是自动驾驶汽车的安全方面依旧有许多领域需要更多的研究与试验，比如自动驾驶的障碍物识别、路径规划、控制策略以及自动驾驶汽车的内部空间布局等。【结论】自动驾驶技术在汽车上的使用让人们拥有了更安全、更舒适的乘坐体验，研究人员应当牢牢围绕“以人为本”这个理念，关注人的需求，保护人的安全，并围绕该理念设计与发展智能化技术。
【目的】探讨自动驾驶汽车的安全性。【方法】首先，通过分析国内外自动驾驶汽车安全研究的现状，并对其进行梳理和总结；然后，归纳自动驾驶无法避免碰撞的原因以及分析错综复杂的车内外环境，对自动驾驶汽车碰撞安全问题的应对策略进行讨论；最后，就自动驾驶汽车碰撞安全技术的提升做出展望。【结果】就目前而言，智能化技术仍然存在许多不成熟的地方，尤其是自动驾驶汽车的安全方面依旧有许多领域需要更多的研究与试验，比如自动驾驶的障碍物识别、路径规划、控制策略以及自动驾驶汽车的内部空间布局等。【结论】自动驾驶技术在汽车上的使用让人们拥有了更安全、更舒适的乘坐体验，研究人员应当牢牢围绕“以人为本”这个理念，关注人的需求，保护人的安全，并围绕该理念设计与发展智能化技术。
摘要：
为评价城市道路交叉口不同掉头模式的安全性及通行效率,应用微观交通仿真手段,基于 VISSIM 仿真模型和交通安全替代评价模型(SSAM),对车辆的掉头行为进行仿真。采用平均排队长度、车均延误时间、车均停车次数、交通冲突类型和数量等指标,对城市道路三种典型掉头模式进行安全性及通行效率评价。 结果表明:在任意行驶速度下,停止线前掉头模式产生的交通冲突量最少,交叉口内部掉头模式下车辆的排队长度和延误时间最小;综合评价可以看出,在车辆行驶速度低于50km/h的情况下,采用交叉口掉头模式既可以明显减少交通冲突的产生数量,也对交叉口车辆通行效率影响较少,是三种掉头模式中的最优方案, 行驶速度高于50km/h的情况下,停止线前掉头模式最优。综上,通过对不同的掉头模式进行比选分析,建议通过参考车辆行驶速度选择较为优化的掉头模式作为该交叉路口的掉头模式。
为评价城市道路交叉口不同掉头模式的安全性及通行效率,应用微观交通仿真手段,基于 VISSIM 仿真模型和交通安全替代评价模型(SSAM),对车辆的掉头行为进行仿真。采用平均排队长度、车均延误时间、车均停车次数、交通冲突类型和数量等指标,对城市道路三种典型掉头模式进行安全性及通行效率评价。 结果表明:在任意行驶速度下,停止线前掉头模式产生的交通冲突量最少,交叉口内部掉头模式下车辆的排队长度和延误时间最小;综合评价可以看出,在车辆行驶速度低于50km/h的情况下,采用交叉口掉头模式既可以明显减少交通冲突的产生数量,也对交叉口车辆通行效率影响较少,是三种掉头模式中的最优方案, 行驶速度高于50km/h的情况下,停止线前掉头模式最优。综上,通过对不同的掉头模式进行比选分析,建议通过参考车辆行驶速度选择较为优化的掉头模式作为该交叉路口的掉头模式。
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