中国公路学报杂志2025年第4期-中国公路学报杂志社

中国公路学报杂志2025年第4期

碱渣轻质土孔隙结构对宏观性能的影响

王正成, 刘松玉, 吴恺, 张翔, 李梦瑶
碱渣是氨碱法生产纯碱过程中产生的工业废渣，其大量堆积会造成土地资源浪费和环境污染。为实现碱渣的大规模利用，提出利用碱渣部分代替水泥生产碱渣轻质土（A-LS）。通过抗压试验、承载比（CBR）试验、吸水试验、导热试验、导电试验、扫描电镜（SEM）和压汞试验（MIP），对A-LS的物理力学性能和孔隙结构特征进行了系统研究。将A-LS用作连云港至宿迁高速公路徐圩至灌云段X204桥头路基填料，监测A-LS内的实时温度。研究结果表明：A-LS的抗压强度、CBR、流值和导热系数随着湿密度的增加而增大，但吸水率和电阻率降低，湿密度与各指标间近似满足线性关系；A-LS的平均孔径和孔隙率分别为82~179.86 nm和57.78%~82.65%，当湿密度≤700 kg·m-3时，A-LS中的孔隙以气孔和微裂纹为主，高于700 kg·m-3时，以大孔为主；随着湿密度增加，大孔体积占比和迂曲度增大，但中值孔径、平均孔径、最可几孔径、压入汞量、气孔和微裂纹体积占比、孔隙率和分形维数降低；随着气孔和微裂纹体积占比、孔径和孔隙率的增加，抗压强度、CBR、流值和导热系数降低，但吸水率和电阻率增大。由于普通硅酸盐水泥和粒化高炉矿渣发生水化反应，释放出大量热量，A-LS内部温度先快速增大至最大值，随后降低，最终趋于稳定。此外，A-LS内部温度不受大气温度的影响，呈现出良好的保温隔热性能，可考虑在冻土地区推广应用。A-LS不但能大规模消纳碱渣，还能节约水泥，具有良好的推广应用前景。
再生填料单颗粒破碎-强度-尺寸-形态效应研究

蔡沛辰, 毛雪松, 刘云龙, 王悦月, 吴谦
为揭示不同组分的再生填料单颗粒破碎-强度-尺寸-形态效应，针对再生砖块（RB）、再生混凝土块（RC）和再生砂浆（RM）进行了450组不同颗粒粒径和形态的单颗粒破碎试验，分别研究了其单颗粒的破碎模式、荷载-位移关系、破碎强度及破碎能量变化特性，采用Weibull分布函数统计了单颗粒破碎的尺寸和形态效应，结合分形理论探究了单颗粒破碎级配分布规律，并引入颗粒初始状态参数和分形维数构建了修正Rosin-Rammler（R-R）函数的单颗粒破碎级配预测模型。研究结果表明：再生填料单颗粒破碎模式分为脆性断裂、破裂和韧性碎裂3种；RB破碎后的次生颗粒数量最多，RM次之，RC最小。再生填料单颗粒粒径越大，其最大峰值力和破碎所需能量越大，而破碎应力与单位体积颗粒破碎能量反而减小；单颗粒形态越接近球形，最大峰值力和破碎应力均越大，相应地颗粒破碎能量越大，且RC单颗粒破碎能量均高于RB和RM。再生填料单颗粒平均破碎强度均存在明显的尺寸和形态效应，可采用Weibull模量m来预测其他类型颗粒的破碎强度。此外，RB、RC和RM的分形维数均随颗粒粒径增大而增大，级配分布由广变窄，呈分形减弱的特点；颗粒球度越大，其分形维数越小，其中DRC最小，DRB和DRM较为接近。不同颗粒尺寸和形态的单颗粒破碎级配分布曲线可由修正的R-R函数模型来预测，其与试验值基本吻合。
水力荷载下桩承式路堤潜蚀启动与发展规律

肖铮, 曹志刚, 蔡袁强, 胡宏
水力荷载下路堤、堤坝等工程结构易受到潜蚀进程的影响，对其服役性能造成危害。桩承式路堤中土拱效应的存在引发路堤土体内部应力重分布，局部区域极易发生潜蚀现象。为探究水力荷载下桩承式路堤中潜蚀的启动与发展规律，明确潜蚀对桩承式路堤服役性能的影响机制，通过计算流体动力学耦合离散单元法（CFD-DEM），结合自主研发的活板门-潜蚀模型试验装置，开展了不同初始土拱率下路堤潜蚀启动临界水头与发展规律研究。研究结果表明：桩承式路堤中土拱的存在将显著降低路堤的抗潜蚀能力，桩承式路堤土体中潜蚀启动临界水头远低于无土拱土体中的结果；路堤中潜蚀启动临界水头随路堤初始土拱率的减小呈幂函数降低，当初始土拱率低于0.05时，启动临界水头降幅超过30%。路堤中潜蚀的发展削弱了土拱内部应力减小区水平方向强力链的优势分布，恢复竖直方向强力链分布，影响土拱效应的应力传递效率，从而导致桩承式路堤土拱的显著劣化，引发路堤表面沉降的持续发展。路堤中初始土拱率越小，潜蚀过程中的土拱劣化越显著。揭示了桩承式路堤在服役过程中显著的潜蚀风险，提出了预测桩承式路堤潜蚀启动临界水头的经验公式，能为桩承式路堤的建设和维护提供指导。
挡墙绕顶转动下的有限土体主动土压力研究

唐昌意, 李松, 李智文, 崔凯, 樊军伟, 秦晓同
已有的有限土体主动土压力研究大多基于挡土墙平动模式（T模式）展开，而对挡土墙绕顶转动模式（RT模式）的土压力研究尚不充分。为研究RT模式下土体的主动土压力，以墙后有限宽度的无黏性土为研究对象，考虑土体水平微分层之间的切应力、土拱效应以及填土的非极限状态等因素的影响，假设土体极限状态滑裂面为曲线滑裂面，基于水平层分析法建立平衡方程，推导出RT模式下有限土体非极限主动土压力和合力作用点位置的计算方法，通过与相关试验数据进行对比，验证了该方法的准确性，并在此基础上对相关参数进行分析。研究结果表明：随着宽高比B/H的增大，土压力大小与合力作用点位置都会随之上升，当B/H增大到0.46左右时，滑裂面可延伸至顶面且土压力趋于稳定，可将B/H=0.46视为该研究下有限土体与半无限土体的临界值；土压力合力大小会随着土体摩擦角和位移比η的增大而减小，合力作用点位置的变化则相反。分析结果可为RT模式下土压力理论的进一步研究提供参考。
大掺量风积沙-水泥粉煤灰稳定砾石宏微观性能研究

刘杰, 徐晓冬, 王斌, 董刚, 司伟
为了研究在水泥稳定砾石基层中应用大掺量风积沙的可行性，基于正交试验法设计了9种材料组成的大掺量风积沙水稳基层混合料，并从试件的宏观力学性能、微观结构特性及其干湿循环作用下的演变规律进行多角度、系统性研究。首先，基于力学性能试验结果分析了不同结合料含量下风积沙掺量对混合料强度的影响规律和抵抗变形的能力；其次，以清水和Na2SO4分别作为湿处理介质对混合料试件进行7、14、21、28次干湿循环处理，并以抗压强度为指标研究了试件干湿循环过程中的稳定性；再次，利用扫描电子显微镜（SEM）与核磁共振（NMR）表征了试样在干湿循环过程中微观形貌与孔隙参数的演变趋势；最后，基于上述试验结果，揭示了干湿循环作用下大掺量风积沙-水泥粉煤灰稳定砾石的损伤机理。测试结果表明：增大风积沙的掺量对强度劣化影响明显，风积沙掺量每增加4%，强度下降幅度最大达12.3%；强度、刚度模量与结合料含量、养护龄期呈正相关关系，并提出以压缩试验应力-应变曲线中0.4σmax对应的割线模量值代替试件的抗压回弹模量；粉煤灰对试样耐久性能影响显著，当干湿循环28次后，各结合料含量对应的试件水稳定系数均高于0.80，抗硫酸盐侵蚀系数均高于0.75；试样内部水化产物随干湿循环次数的不同会呈现一定差异，增加循环次数可导致试件内水化产物出现裂缝、浆体剥落，孔隙度增大。研究成果为进一步推广风积沙替换细集料用于筑路材料提供了理论依据。
RTFormerF10：基于RTFormer-slim模型融合红外与可见光图像的裂缝分割研究

徐文远, 李帅, 纪泳丞, 李国东, 李响, 崔创
针对道路维护中裂缝误检、漏检的关键问题，提出了一种融合红外与可见光图像的道路裂缝检测新模型—RTFormerF10。首先，采用FLIR ONE® Pro和HIKMICRO K20这2款红外相机获取沥青路面的裂缝红外与可见光双模态数据，制作3 794张有效图像样本库。然后，基于RTFormer-slim模型网络结构引入红外图像分支，并首次通过加深网络层次和集成基于注意力机制的特征融合模块（IFF），IFF模块通过注意力机制对可见光和红外图像的特征进行增强，采用加法操作（Add）将2种模态的增强特征融合，同时设计的DDAPPM模块通过增强原有的金字塔池化操作，利用密集连接方式进行多尺度特征融合，提升模型在图像分割任务中的上下文信息提取能力。最后，应用知识蒸馏技术优化模型尺寸和计算效率，有效适应实际应用中资源受限的部署环境。相比于传统模型，如U-Net、DeepLabV3+、HRNet和PSPNet，以及迭代前的RTFormer系列，试验结果证明：RTFormerF10在交并比（IoU）和F1分数方面，相较于RTFormer-slim分别提高了13.09%（红外）、1.01%（可见光）和28.78%（红外）、0.7%（可见光），同时均优于大部分主流语义分割算法。RTFormerF10的参数量为8.62×106，FPS为11.24帧·s-1，强化了在不同环境下的泛化能力，推动了多模态融合在图像分割技术以及实际应用中的发展。
补偿收缩UHPC的配制与收缩时变预测模型

刘路明, 谭星宇, 方志, 黄政宇, 刘新华, 刘琪
掺入收缩补偿材料是超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，UHPC）克服不利收缩效应的一种有效且适应性较广的技术措施。为明确补偿收缩UHPC中不同收缩补偿材料的使用效能与合理配置，建立可用于相关工程设计分析的收缩预测模型，通过17组材性试验对氧化钙膨胀剂（CaO-based Expansive Agent，CaO-EA）、减缩剂（Shrinkage Reducing Agent，SRA）及高吸水性树脂内养剂（Super Absorbent Polymer，SAP）分别单掺、CaO-EA与SRA或SAP双掺，及其三掺情况下UHPC的流动性、凝结时间、抗压强度、自收缩与总收缩进行了测试与分析。通过多目标规划方法明确了不同设计目标下不同收缩补偿材料的掺量范围，并通过回归分析建立了补偿收缩UHPC初凝后的收缩时变预测模型。结果表明：CaO-EA和SAP单掺会降低新拌UHPC的流动性，而SRA的掺入则使流动性增强；CaO-EA的掺入会缩短UHPC的凝结时间，而SRA和SAP的掺入则使凝结时间延长。随着CaO-EA掺量的增加，UHPC抗压强度先增大后减小，而SRA与SAP的掺入将使UHPC的抗压强度降低。在标准养护下，不作任何减缩处理UHPC的自收缩约占总收缩的81%。3种收缩补偿材料均可有效降低UHPC的收缩，其中CaO-EA作用最为显著，但当其掺量达到6%以上时易引发体积稳定性不良。为使UHPC的流动性及28 d抗压强度不低于原本状态的95%并完全补偿180 d总收缩，CaO-EA、SAP和SRA的掺量应分别控制在4.61%~4.93%、0~0.05%和2.26%~2.71%范围内取值。所提出的模型对不同收缩补偿材料掺量下UHPC初凝后收缩发展的预测结果与试验吻合较好，可为相关工程应用提供参考。
基于自发漏磁与WOA-XGBoost模型的钢绞线腐蚀程度检测

李厚萱, 张洪, 许博伟, 夏润川, 周建庭
准确检测钢绞线的腐蚀程度对于保障交通基础设施安全至关重要。然而，在环境振动和磁场干扰的影响下，传统的自发漏磁经验指标检测法的准确性和通用性均显不足。为解决这一问题，提出了一种融合自发漏磁信号和鲸鱼优化XGBoost（WOA-XGBoost）模型的钢绞线腐蚀程度检测方法。首先，基于钢绞线腐蚀的自发漏磁理论，定义了5个特征值；其次，通过加速锈蚀试验和小波变换降噪方法，建立了反映不同腐蚀程度的自发漏磁信号数据集；然后，使用鲸鱼优化算法迭代优化XGBoost模型的关键超参数，形成了WOA-XGBoost预测模型；最后，比较了WOA-XGBoost、AdaBoost、CatBoost、梯度提升、XGBoost及传统经验指标检测法的预测性能。结果表明：小波变换降噪可以有效减少信号噪声的影响，同时保留腐蚀区域自发漏磁信号的主要特征；WOA-XGBoost模型预测性能最佳，决定系数R2值达0.987，MAE为0.91，MSE为6.15，通过鲸鱼算法优化超参数后，XGBoost模型的性能得到显著提升，决定系数R2值提升了6.8%，MAE和MSE分别降低了1.85和9.08。未来在利用自发漏磁技术检测钢材腐蚀程度时，应重点考虑将漏磁曲线的波动性和极值大小作为特征输入。所提出的融合方法能有效捕捉腐蚀程度与自发漏磁信号之间的复杂非线性关系，可为钢绞线腐蚀程度的无损检测提供新思路。
基于柔性气动措施的钝体箱梁颤振性能研究

白桦, 杨世全, 李楷瑞, 高广中, 杨鑫, 贺国轩, 归屹尧
当桥梁主跨接近2 000 m时，采用单一的气动措施很难将桥梁的颤振临界风速有效提高，往往需要多种气动措施组合使用，才能满足规范要求，因此需要寻找更加高效的抑振措施。受自然界中柔性体和流体相互作用、和谐共存现象的启发，如柔性板的振动和变形会打乱涡的形成并不断吸收能量，提出将刚性材料换成柔性材料作为气动措施来提高桥梁的颤振稳定性。选取某主跨2 000 m的钝体箱梁悬索桥为研究对象，将倒L板的竖板替换为柔性材料进行风洞试验，并定义了变形系数反映材料的柔度。研究柔性气动措施相较于刚性气动措施的抑振效果及柔性材料的厚度参数、变形系数和竖板量纲一的高度3个参数对颤振稳定性的影响；并讨论了颤振导数、气动阻尼对钝体箱梁断面桥梁颤振稳定性能的影响机理。研究结果表明：当竖板量纲一的高度为0.039和0.046时，柔性竖板对颤振临界风速的提升较刚性竖板分别高出7.69%和3.39%；柔性材料的厚度参数、变形系数和竖板高度均会影响桥梁的颤振稳定性；柔性材料厚度参数为0.004时，可以达到较好的抑振效果。利用变形系数反映材料的柔度，在厚度参数为0.004，变形系数为0.204时，对颤振临界风速有明显提升。颤振临界风速随柔性竖板高度的增加而变大，柔性竖板量纲一的高度为0.046时对桥梁颤振稳定性的改善效果最好。柔性气动措施对颤振稳定性的影响主要表现在颤振导数<inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="1001-7372-2025-04-0110/1001-7372-2025-04-0110-I001.jpg" />计算得到的A项气动阻尼和耦合气动导数<inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="1001-7372-2025-04-0110/1001-7372-2025-04-0110-I002.jpg" />、<inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="1001-7372-2025-04-0110/1001-7372-2025-04-0110-I003.jpg" />计算得到的D项气动阻尼的不同。
装配式地下连续墙竖缝钢管咬合刚性接头的抗弯及抗剪试验

穆保岗, 肖世伟, 刘晓东, 黄李骥, 刘明虎, 邓会元, 龚维明
随着建筑工业化的快速推进，装配式地下连续墙因其工厂预制生产、现场快速拼装、环境友好等特点在地下工程中开始应用，装配式地连墙强度的关键控制因素是预制墙段接头的抗弯、抗剪承载性能。针对竖缝采用钢管咬合的刚性接头，设计、制作并完成了3个抗弯构件、3个抗剪构件的模型试验。试验结果表明：采用钢管咬合的刚性接头在受弯状态下破坏形式为明显的塑性破坏，破坏时主要特征为受拉区的灌浆料与钢管剥离，裂缝形态为沿接缝轮廓脱离。理论和数值分析表明：位于受拉侧咬合部位处中部约25%高度范围内灌浆料的浇筑质量为接头受弯破坏的主控因素；钢管咬合接头在受剪破坏时为脆性破坏，其抗剪承载力与相同尺寸的现浇接头抗剪承载力差别不大；钢管咬合接头受剪破坏时，抗剪承载力主要由齿键和咬合钢管承担，咬合钢管的存在能够提高构件抗剪承载力。上述试验结果验证了竖缝采用钢管咬合刚性接头在装配式地下连续墙中的适用性。
运用C-T型快速连接件的大直径盾构隧道纵缝接头力学行为分析

柳献, 白海文, 张帆, 赖鹏邦, 章邦超, 叶宇航
大直径盾构隧道受非均布水土压力作用后，产生较大内力的同时，不同接头位置也产生不同轴力和弯矩，以此为背景，设计接头足尺试验。针对大直径盾构隧道内力大和管片厚的特性，设计了单排和双排C-T连接件分布的2种纵缝接头，通过试验深入研究了其承载性能和适用性。此外，针对不同轴力和弯矩组合，设计了不同偏心距试验来定量探究2种C-T型快速连接件接头在不同偏心距下的力学行为。最后，对比讨论了2种接头的受力演变特征、破坏模式和受力机制等。结果表明：①C-T型快速连接件接头的受力全过程可以划分为自协调阶段、弹性变形阶段和弹塑性变形阶段；②偏心距对接头受力的影响规律可以用指数递减函数来概括；③连接件的受力状态和预埋件对周围混凝土的作用情况，都是影响单排C-T连接件接头和双排C-T连接件接头承载性能的关键因素，2种接头的破坏模式有所区别；④双排C-T连接件接头的承载力和转动刚度大于单排C-T连接件接头，但延性偏小。通过对C-T型纵缝接头全过程受力机制的探究，为进一步促进该接头在大直径盾构隧道中的运用在大直径盾构隧道中的运用，提供了指导和数据支撑。
钢包咬合式接头力学行为及损伤演化过程研究

封坤, 赵彦磊, 刘伊腾, 赵瀚, 白中坤
随着盾构隧道不断向大直径、大埋深等方向发展，采用螺栓连接的常规接头可能无法满足盾构隧道整体衬砌结构的变形限度和承载能力要求，针对高强度接头开展力学行为和承载能力研究具有重要意义。介绍了一种钢包咬合式高强度管片接头，建立了该类接头的三维精细化数值模型，计算了不同轴力下管片接头抗弯性能和不同纵向力的管片接头抗剪性能，分析了管片接头的受力形态、力学参数变化和损伤演化，并开展了足尺试验对接头破坏形态进行分析，将数值模拟的损伤演化结果与足尺试验的破坏形态进行对比验证。结果表明：钢包咬合式接头抗弯时主要受力位置为受压区外包钢板，抗剪时主要受力和损伤区域为环缝面两侧的钢板以及咬合位置处的混凝土；大轴力正弯试验中接头受压侧的混凝土和钢板交界面破坏，小轴力负弯矩试验中接头受拉侧混凝土与外包钢板的贴合面破坏，顺剪和逆剪试验中分别出现水平向裂缝和平行接缝面的裂缝；对于该类接头，可适当增加隔板间距确保浇筑时隔板之间的混凝土振捣密实，并可设置剪力连接件进一步优化钢-混界面的连接性能。

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