中国公路学报杂志

中国公路学报杂志2019年第3期

• 生态驾驶研究现状及展望

  付锐, 张雅丽, 袁伟

  为了明确国内外生态驾驶的研究进展，对生态驾驶影响因素、生态驾驶控制策略、生态驾驶实施效果及生态驾驶应用等方面的研究进行综述，介绍驾驶人个性特征、外界刺激信息、道路状况及交通条件、车辆自身特征、行驶参数等生态驾驶的影响因素，归纳生态驾驶的优化控制策略，分析了实施生态驾驶的效果，总结静态、动态的生态驾驶培训方法，生态驾驶辅助设备，生态型智能交通等方面的生态驾驶应用。对文献的梳理和分析表明：生态驾驶无需改变车辆结构便可以减少30%左右的燃油消耗，降低20%~30%的污染物排放；有必要深入研究理论型生态驾驶策略，以定量的、形象化的方式研究适合中国实际情况的生态驾驶辅助系统；需加强生态驾驶的推广，将其纳入驾考培训体系之中，从而全面促进中国驾驶人的节能减排能力。

• 不同渗流形态下沥青路面结构动力响应分析

  周志刚, 李岩, 俞文生, 平高明

  为了研究荷载-渗流耦合作用下不同渗流形态对沥青路面结构各力学场量响应的影响，进一步揭示沥青路面水损害机理，在高水压沥青混合料渗透试验的基础上，采用非线性有限元方法，模拟分析碗形分布动荷载下Forchheimer非线性渗流和达西线性渗流时饱水沥青路面内部各力学场量的变化。渗透试验结果表明：在较高水力梯度下渗流流速-水力梯度关系呈现出非线性特征，不再适用达西定律，而需应用Forchheimer非线性渗流定律描述。数值模拟分析结果表明：2种渗流形态时沥青路面结构内部各力学场量均随着车轮动荷载的作用过程表现出波动性，且孔隙水压力均随着半正弦波型荷载的变化而呈正相关关系；与达西渗流时计算结果相比，非线性渗流时上面层内正孔隙水压力的峰值高49%，沥青面层内水平方向的拉应力、压应力、拉应变的峰值分别高16%、105%、15%，且在路表产生竖向拉应力，孔隙水压力也远高于现场实测值；2种渗流形态时均在上基层底部产生竖向拉应力，在沥青路面内产生的剪应力差别很小。因此，在车轮动荷载作用下，饱水沥青路面内部形成超高孔隙水压力和高流速的非线性渗流，会产生比线性渗流更为严重的水损害，以往基于达西定律的饱水沥青路面动态响应分析低估了车轮动荷载对沥青路面水损害的影响程度。

• 新-旧沥青界面再生流变特征及分子动力学模拟研究（双语出版）

  陈龙, 何兆益, 陈宏斌, 王晓东, 向浩

  为扩展研究新-旧沥青界面再生融合行为的方法，量化表征界面再生融合速率、融合程度等参数，通过构建新-旧双层沥青试样模型，分别基于动态剪切试验（DSR）测试试样界面的再生流变特征，基于分子动力学系统（MS）模拟试样界面的再生机制和过程，同时验证不同试验条件下试样界面再生流变特征测试结果。研究结果表明：随着新添沥青标号的增加，新-旧沥青界面再生融合程度显著增大，再生融合速率明显提高；随着加热时间的增加，新-旧沥青界面再生融合程度逐渐增大，但再生融合速率呈指数递减；随着加热温度的增加，高标号新添沥青的界面再生融合程度和界面再生融合速率均呈线性增大，而低标号新添沥青呈抛物线形增大；分子动力学系统模拟计算结果与动态剪切流变特征实测结果具有较好的关联性，表明选取的分子结构模型和计算参数合理，采用分子动力学技术模拟新-旧沥青界面再生融合行为的方法和思路是可行的。

• 振杆密实法加固粉土地基效果试验

  程远, 韩杰, 朱合华, 刘松玉

  为了评价振杆密实法加固粉土地基的效果，对宿（迁）新（沂）高速公路粉土地基采用十字形振杆密实技术进行处理，通过加固前后室内试验和原位测试分析了侧向土压力系数和超固结比等参数的变化；研究了路堤填筑期工作性状，分别基于CPTu原位测试和室内试验得到的压缩模量计算加固后上覆荷载下沉降，并与采用双曲线法基于现场实测资料的预测沉降和瑞典振动翼加固沉降进行对比，以证明基于CPTu测试的沉降计算方法的可靠性；比较加固前后相同上覆荷载下地基计算沉降量以分析地基加固前后路堤荷载作用下控制变形能力的差异；比较了加固前后场地土类别的变化。结果表明：试验场地土层加固后静止侧压力系数提高了40%，超固结比提高到1.8~2.3，出现超固结效应；十字形振杆控制粉土地基沉降效果优于瑞典振动翼，基于CPTu测试确定土压缩模量的方法能较好地预测地基沉降，在相同高度填土荷载下，加固后地基沉降比加固前减少约25%；加固后场地指数提高，特征周期减小，场地土类由软弱土提高为中软土，场地类别由Ⅳ类提高为Ⅲ类，在不影响建筑物基础抗震要求的情况下，可大幅降低建设投资。

• 再生混凝土梁开裂弯矩与抗弯刚度计算方法

  杜进生, 王健, 韦锦帆, 李雅娟, 牛宏

  为研究再生混凝土梁的抗弯性能，验证公路桥梁规范中开裂弯矩与抗弯刚度的计算方法对再生混凝土梁的适用性，设计1根普通混凝土梁和2根再生骨料取代率分别为50%、100%的再生混凝土梁进行抗弯性能试验，并将试验值与规范计算值进行对比。结果表明：与普通混凝土梁相比，再生混凝土梁的开裂弯矩、屈服弯矩及极限弯矩均偏小，分别约为普通混凝土梁的66.0%、85.4%及88.3%，其中再生混凝土梁的开裂弯矩降低幅度最大；再生混凝土梁的跨中挠度随着再生骨料取代率的增加而增大，且大于普通混凝土梁的跨中挠度；按照公路桥梁规范的计算方法，再生混凝土梁的开裂弯矩计算值较试验值大25%左右，而跨中挠度计算值较试验值小10%左右，即公路桥梁规范的抗弯刚度计算值大于试验值；公路桥梁规范关于开裂弯矩和抗弯刚度的计算方法不直接适用于再生混凝土梁。利用国内外既有典型试验数据，分别对公路桥梁规范中开裂弯矩和抗弯刚度的计算方法进行修正，并对修正后的方法进行验证。修正后方法的计算值与试验值吻合较好，预测精度较高，可分别用于计算再生混凝土梁的开裂弯矩和抗弯刚度。

• 砂砾地层盾构隧道受力光弹试验

  任鹏召, 王金安, 韩现刚, 展亚太

  为满足城市地下管廊、城际快速地下交通网的建设需求，中国隧道工程的应用率与日俱增。砂砾地层因黏聚力较低，与其他地质条件地层相比工程特性明显。在分析类似地质情况下的盾构隧道受力时，连续性介质假设已不能满足实际需求，应从非连续介质角度分析隧道及其周围岩石介质的受力分布。通过光弹试验观测砂砾地层中隧道-围岩系统内的力链强弱及其分布形式，并应用数字图像处理方法提取力链信息。在光弹颗粒中设置圆形管道以模拟盾构隧道，并通过改变内置管道的直径大小，改变上部及侧部载荷大小，以及在管道底部进行光弹颗粒释放，来分析砂砾地层中隧道直径、埋深变化及隧道底部的地层破坏、流动对隧道-围岩系统中力链分布的影响。利用颗粒元软件PFC对试验过程进行数值模拟，对比分析模拟结果与试验结果以验证试验的可靠性。结果表明：力链是砂砾地层与隧道之间载荷传递的主要方式，围岩与隧道间的接触力分布具有非对称性；隧道的椭圆化程度及其周围砂砾岩层中的力链密度，均随着隧道直径和埋深的增加而增大；当砂砾地层破坏、流动时，隧道-围岩系统内的力链也被破坏并重新分布，地层内维持系统稳定的“环状”强力链退化成为“拱形”强力链，系统自稳性产生破坏，此时应采取措施强化系统的稳定性。

• 二重管旋喷工法成桩直径实用计算方法

  韩立志, 王志丰

  为了解决二重管旋喷工法成桩直径的预测问题，通过对二重管法成桩过程的理论分析，建立了可以考虑压缩空气影响的二重管法成桩直径的计算方法，并给出了相应的详细计算步骤。二重管法施工期间，压缩空气包裹高压水泥浆射流可以有效降低射流速度沿喷射距离的衰减速率，增强高压射流对土体的切削效应，使得高压旋喷桩的成桩直径明显增加，提高旋喷工法对软土地基的加固效果。所提出的实用计算方法可以有效考虑土性参数、旋喷参数以及压缩空气的影响。以旋喷施工时的空气喷射压力为主要控制参数，通过回归分析提出了可以表达压缩空气对成桩直径增大效应的定量计算公式。针对二重管法施工中压缩空气的常用压力范围0.5~1.5 MPa，得到了压缩空气包裹高压射流对旋喷桩成桩直径的增大比例，为27%~81%，这与工程实践经验非常接近（一般压缩空气可以提升桩径的范围为30%~90%）。以温州深厚软土地区的二重管法工程实例为依托，根据旋喷施工参数与土性参数，采用所提出的计算方法与成桩直径的现场实测结果进行了对比分析。分析结果表明：对于2根试桩C1和C2（实测直径分别为1.08，1.12 m），应用所提出计算方法产生的相对误差分别为5.6%和6.3%（计算直径分别为1.02，1.05 m），由此可见所提方法可以满足工程设计与施工的要求。

• 排阵式交叉口延误及最佳周期模型

  赵靖, 郑喆, 韩印

  为了提高排阵式交叉口这一非常规信号交叉口的运行效率，对其延误和最佳周期进行分析。首先针对先直行后左转、先左转后直行和直行左转交替通行3种信号相位相序，通过对排序区内车辆驶入、驶离、受信号控制阻滞等车流运行情况的分析，构建可反映排阵式交叉口车辆2次停车启动的车均延误计算模型。通过仿真对比可知，左转和直行延误估算误差均在10%范围内。在此基础上，以交叉口总延误最小为目标，考虑清空时长、主、预信号相位差、绿灯时长等约束条件，建立排阵式交叉口最佳周期理论模型。针对不同排阵式控制进口道数量设置的情况，通过对最佳周期的拟合分析，建立最佳周期简化模型。与理论模型相比，最佳周期简化模型的拟合优度在0.935~0.972范围内。通过模型对比和案例分析，对最佳周期简化模型的优化效益和稳定性进行检验。研究结果表明：在非饱和状态下，建立的最佳周期模型的平均误差和均方误差分别为2.13%和2.39%，均小于Webster模型和HCM2010模型的计算结果，具有较高的准确性和稳定性，案例中可降低车均延误36.46%；相较于传统信号控制交叉口，建议排阵式交叉口采用较小的周期时长，且当关键流量比大于0.6时尤为显著，分析中发现最佳周期减小14.53%~34.65%。

• 城市交通拥塞辐射模型及其对路网服务能力损伤研究

  胡立伟, 杨锦青, 何越人, 孟玲, 罗振武, 胡澄宇

  为预防和治理城市路网系统中交通拥塞的辐射扩散以及由此造成的路网系统服务能力损伤，从新的视角对交通拥塞辐射扩散规律进行研究。将毒气在有限空间内的泄漏扩散抽象为交通拥塞的辐射蔓延，首先运用Python软件对高德地图API的WEB服务进行实时路况数据爬取，并对爬取的数据、浮动车数据、SCATS监测的流量数据以及其他交通信息数据进行预处理。在此基础上建立基于高斯烟雨模型的城市道路拥塞辐射时空模型并且充分考虑邻居节点和路段的交通运行状态以及不同道路等级对拥塞传播范围的影响。对模型调节参数<em>U</em>进行标定，得出快速路、主干路<em>U</em>值均为1，次干路<em>U</em>值为0.7。然后通过实例进行验证，结合实际值将模型计算结果与高德地图预测值进行比较，所建立模型的拥塞最大辐射边界、拥塞辐射时间预测精度要更准确，整个拥塞过程模型拟合度较高，模型适用性强。最后在城市道路拥塞辐射时空模型的基础上利用材料力学中切应力对材料的损伤原理，以拥塞某传播方向为研究对象，计算出拥塞辐射传播给路网中的某路段造成的通行能力失效值。分析路网中路段通行能力下降对路网服务能力的损伤影响，进而给出路段重要性识别方法。研究成果可为交通管理部门加强关键路段治理以及制定缓堵政策提供参考。

• P2混动自动变速器的离合器自适应控制

  郭伟, 王书翰, 徐向阳, 刘献栋, 范述鑫

  为了解决混合动力系统动力耦合的响应性和舒适性问题，建立混动离合器C0起动发动机过程和并联动力输出模式下的功率流模型。对C0起动发动机的控制过程进行仿真分析，针对C0的起动扭矩和电机的输出扭矩在时间和空间上的匹配问题，提出以换挡离合器的滑摩控制来进行缓冲的策略。为了实现稳定精确的发动机起动控制，消除各自的扭矩控制、液压系统特性的误差，提出C0离合器起动发动机的自适应控制和B1离合器滑摩自适应控制，以换挡离合器滑差和发动机转速的超调量为监控对象，对C0离合器各阶段压力控制参数进行自适应调整，以优化发动机起动过程。研究结果表明：通过换挡离合器的滑摩控制可以很好地解决C0离合器扭矩和电机扭矩的匹配问题，即使在换挡过程中对发动机起动也能保证良好的舒适性，并控制过程时间在1.5 s内；在整车试验过程中，通过对C0压力的自适应调整，发动机转速的超调和起动冲击问题均可以得到有效解决。