《长沙理工大学学报(自然科学版)》
  • 2022年第19卷第1期文章目次
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    • >道路工程
    • 沥青混合料劈裂疲劳损伤力学特性多尺度研究

      2022, 19(1):1-11. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.001

      摘要 (293) HTML (0) PDF 3.00 M (241) 评论 (0) 收藏

      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。

    • 基于压实性和抗剪性能的 AC-16沥青混合料级配优化研究

      2022, 19(1):12-19. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.002

      摘要 (89) HTML (0) PDF 1005.86 K (156) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】探究传统路面组合结构层间界面薄弱的问题。【方法】设计了区别于 AC-16沥青混合料级配范围的沥青混合料 TS-16。针对 TS-16、AC-16沥青混合料和传统沥青路面双层结构,开展了压实性能、路用性能试验以及不同加载速率和温度下的直剪试验。【结果】4 种沥青混合料易压实性能的排序为 TS-16A> TS-16B>TS-16C>AC-16,其中 TS-16A 沥青混合料的高温性能、低温抗裂性能、水稳定性能和抗疲劳性能均最佳。【结论】单层沥青混合料直剪强度远高于双层结构,而且越易压实的沥青混合料,其抗剪性能越好。

    • 再生沥青调和理论的适用性研究

      2022, 19(1):20-26. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.003

      摘要 (133) HTML (0) PDF 961.46 K (160) 评论 (0) 收藏

      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。

    • WTR/APAO 复合改性沥青混合料性能研究

      2022, 19(1):27-33. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.004

      摘要 (96) HTML (0) PDF 921.36 K (133) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】将复合改性沥青应用到沥青混合料当中,改善沥青路面的路用性能,延长其使用年限,提高服务水平。【方法】对70#沥青、SBS改性沥青、15% WTR 沥青、12% WTR+4%APAO 沥青及 15% WTR+ 4%APAO 沥青的 AC-13C 沥青混合料进行配合比设计;对上述5种不同沥青的 AC-13C 沥青混合料分别进行高温抗车辙、低温抗裂性、抗水损害、常温回弹模量及抗疲劳性能试验。【结果】上述5种沥青混合料的最佳油石比分别为4.6%、5.0%、5.1%、5.1%和5.3%;15% WTR+4%APAO 复合改性沥青混合料的高温、水稳定及抗疲劳性能最优,12%WTR+4%APAO 复合改性沥青混合料的25℃抗变形能力最优,SBS 改性沥青混合料的低温抗开裂性能最优。【结论】WTR/APAO 复合改性沥青混合料具有良好的路用性能,适合高等级沥青路面的铺设。

    • >土木与水利工程
    • 南方6类挺水植物净化污水氮素的对比试验研究

      2022, 19(1):34-44. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.005

      摘要 (70) HTML (0) PDF 1.00 M (142) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】对比研究各类挺水植物对污水中总氮和氨氮的净化效果和机理。【方法】筛选水芹菜、鱼腥草、再力花、风车草、花叶芦竹和香根草6类挺水植物,采用室外大棚无土水培种植试验,定期检测4 类污水总氮与氨氮含量、pH、DO 及植物生理指标、环境温度。【结果】①在试验前14d,各类植物对污水中氨氮和总氮的去除率快速升高,到第21天,升高速率减缓,到第28天,部分出现一定程度的反弹,此后振荡升高直至基本稳定。② 随着污水浓度的上升,植物除氮能力也随之提高。植物代谢能力和生长趋势与植物除氮能力呈正相关关系。③ 试验污水pH 均下降。其中,再力花盆栽系统中污水的pH 下降幅度最大,污水浓度大小与pH 变化的相关性不明显,DO含量有一定的起伏变化,但水体环境基本为氧化环境。各类植物中花叶芦竹和再力花试验污水的DO含量相对较高。【结论】植物自身生长需要和植物根系的微生物活动是挺水植物净化水体氮素的主要机制。过氧化氢酶活性、根系活力和植物生长量等与植物净化水体氮污染能力呈正相关关系。推荐再力花和花叶芦竹作为南方构建湿地系统处理氮素污水的首选挺水植物。

    • 角钢塔典型节点受力性能有限元分析

      2022, 19(1):45-52. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.006

      摘要 (58) HTML (0) PDF 1.75 M (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】研究角钢塔主斜材典型节点的受力特征。【方法】对角钢塔典型节点在有无辅材角钢及不同辅材角钢厚度、连接板厚度、螺栓间距等参数下的受力性能进行有限元分析,研究当紧固力矩为300N·m 时角钢塔节点在拉剪作用下的应力分布云图、极限承载力和破坏形态,并将典型工况的模拟结果与试验结果进行有效对比,验证有限元方法的有效性。【结果】有限元模拟结果与试验结果吻合良好,模拟得到的极限承载力和破坏形态与试验结果相近。【结论】增加连接板厚度可提高节点的极限承载力;增大辅材角钢厚度对提高节点承载力的作用不大,但有利于增强节点的初始刚度;螺栓间距对节点承载力有显著的影响,过小的螺栓间距易造成应力集中并降低极限承载力,建议最小螺栓间距应不小于3倍螺栓直径。

    • 涔天河渠道土质边坡失稳分析与对策研究

      2022, 19(1):53-63. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.007

      摘要 (82) HTML (0) PDF 1.13 M (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】探究因不合理开挖导致的渠道土质边坡的失稳问题。【方法】以涔天河干渠切方土质边坡为例,用 FLAC3D 模拟其施工过程,复核开挖设计方案,分析边坡开挖诱发牵引式滑坡的破坏机理。针对失稳土质边坡,提出边坡锚固支护、渠道衬砌(方案一)和边坡锚固、明渠变更暗涵(方案二)两种加固处置方案,并分析了处置措施的有效性。【结果】对边坡使用方案二支护加固后,其稳定性明显优于方案一,最不利工况的 安全系数可达1.18以上,边坡的总体安全性可以得到保障,而且能最大限度地减小边坡开挖对地表变形的影响,研究成果可指导边坡后期施工的顺利进行。基于 TOUGH2模拟脉动灌浆,通过精细化模拟灌浆过程,确定灌浆方案和参数,并以质量分数的形式在 FLAC3D 中通过插值修改强度参数,采用强度折减法计算开挖边坡安全系数,确定预加固设计方案。【结论】对于类似边坡,应预加固再开挖,预加固措施优先推荐脉 动灌浆方式,以提高边坡的整体稳定性。采用3排孔、孔排距2m、孔深8m 的布孔方案后,边坡安全系数可达到1.50以上。与直接开挖相比,该方案有效降低了边坡垮塌的风险,研究成果可供类似工程参考。

    • 硫酸盐渍土地区粉煤灰混凝土力学性能试验研究

      2022, 19(1):64-72. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.008

      摘要 (64) HTML (0) PDF 2.91 M (135) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】探究硫酸盐渍土地区粉煤灰掺量对混凝土抗压强度的影响,为实际的工程建设提供参考。【方法】在试验场地埋置4组(粉煤灰掺量分别为0%、10%、15%和20%)共48块尺寸为150mm×150mm× 150mm 的标准立方体混凝土试块,定期测量其抗压强度,并用扫描电镜分析其微观结构。【结果】在侵蚀早期不同配合比混凝土试块的抗压强度出现一定幅度的增长;但随着侵蚀时间的增加,抗压强度开始逐渐下降,结合正交试验分析认为粉煤灰的最佳掺量为10%;在侵蚀后期渗入混凝土内部的SO2-4 与水化产物结合生成的钙矾石晶体逐渐增多,钙矾石吸水膨胀并导致微裂缝进一步扩展,影响了结构的整体密实度。使用 MATLAB 中的 General Model Gauss函数对侵蚀早期混凝土抗压强度的试验数据进行拟合,拟合效果较好。【结论】对于硫酸盐渍土地区粉煤灰混凝土耐久性的研究,需采用多种试验方法对混凝土力学性能的变化过程进行分析;加强数值仿真手段与试验结果的结合可以对混凝土抗压强度进行更好的预测。

    • >管理科学与工程
    • 基于数据驱动的城市居民出行 OD预测

      2022, 19(1):73-80. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.009

      摘要 (115) HTML (0) PDF 1.04 M (163) 评论 (0) 收藏

      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。

    • 基于系统动力学模型的城市交通拥堵治理策略研究

      2022, 19(1):81-88. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.010

      摘要 (68) HTML (0) PDF 920.89 K (149) 评论 (0) 收藏

      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。

    • 基于多源数据融合的高速公路交通事故黑点判别

      2022, 19(1):89-95. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.011

      摘要 (103) HTML (0) PDF 955.36 K (148) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】提高高速公路交通事故黑点判别精度。【方法】基于高速公路交通事故数据,融合异常驾驶行为数据与高速公路特征点数据,创建高速公路黑点特征数据集,并将集成学习的CatBoost算法应用于 G4 高速公路湖南段交通事故黑点的判别。【结果】与支持向量机、随机森林和梯度提升决策树算法相比,Cat-Boost在判别高速公路事故黑点上的准确率达到了81%,F1 值为 0.88,AUC 值分别提高了 17%、13% 和 17%,说明其判别效果优于其他3种机器学习算法。【结论】基于多源数据融合的高速公路交通事故黑点判别方法能够有效判别出高速公路存在的事故黑点,并能输出每个相关变量对事故结果的贡献值。研究成果 可应用于高速公路事故黑点的筛查,并指导管理人员制定相应的预防措施。

    • 基于模糊机会约束规划和鲁棒优化的 绿色多式联运路径优化研究

      2022, 19(1):96-104. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.012

      摘要 (64) HTML (0) PDF 1.05 M (195) 评论 (0) 收藏

      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。

    • 基于 DEA方法的公路工程施工现场安全 管理绩效评价研究

      2022, 19(1):105-114. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.013

      摘要 (94) HTML (0) PDF 933.84 K (142) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】研究公路工程施工现场安全影响因素多、安全管理难度大的问题。【方法】基于数据包络分析(data envelopment analysis,DEA)方法,建立公路工程施工现场安全管理绩效评价体系。以广西某公路工 程为研究对象,从安全资产、安全检查和安全培训等方面选取6个因素作为评价指标,利用数据包络分析中的非径向松弛测度模型(slack-based model,SBM)进行评价。【结果】该公路工程两个标段1-5月的安全管理水平存在两极分化现象,对于两个标段安全管理效率低的月份,普遍存在投入冗余和产出不足的情况,这主要是因为安全生产教育培训人数较少,安全资产完成产值的产出率较低。此外,安全资产实际投入和安全资产完成产值对该公路工程两个标段1-5月的安全管理效率更灵敏。【结论】将所建评价体系应用于公路工程施工现场安全管理绩效评价能够找出公路工程施工现场安全管理存在的问题、原因和影响安全管理绩效的主要因素,这为施工现场的安全管理提供了改进的方向。

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