长安大学学报（自然科学版）

水性环氧乳化沥青相容性研究进展

2025年07月30 00:00

针对水性环氧乳化沥青应用于道路养护存在提前破乳和分层等相容性问题,调研了国内外水性环氧乳化沥青相容性的研究进展,深入探讨了影响其相容性的关键因素,归纳对比了其相容性评价方法,并从原材料、添加剂和工艺角度总结了其相容性改善措施。研究结果表明:水性环氧乳化沥青的相容属于工艺性相容,环氧树脂与沥青的溶解度参数存在差异是导致其破乳和分层的根源,乳化剂界面膜强度、液体黏度和共混体系粒径差等均显著影响水性环氧乳化沥青的相容性; 现有相容性评价方法可分为客观评价和主观评价,不同方法评价角度不同,原理不一样,且评价标准不统一,主观评价方法最易受到人为及外界因素的影响; 在制备水性环氧乳化沥青时,可以从选择溶解度参数相近的原材料、提高乳液分散均匀程度及添加含活性基团的外加剂等方面改善其的相容性; 在制备和施工过程中,应注意温度、时间等因素的影响,以获得分布均匀、性质稳定的水性环氧乳化沥青; 未来研究应聚焦于构建多相乳液体系模型和发展直观化与量化评价方法,进一步探究水性环氧乳化沥青相容性与混合料性能的内在关联,着力提升水性环氧乳化沥青相容性,并将相容性改善思想贯穿于整个生产和应用过程。

温度对聚氨酯混合料力学特性的影响及本构关系

2025年07月30 00:00

为探究聚氨酯混合料的力学特性,以多碎石聚氨酯混凝土(SPC-16和SPC-25)和悬浮密实型聚氨酯混凝土(PC-20)为试验对象,分别开展了20 ℃和60 ℃下单轴抗拉、单轴抗压、单轴贯入和动态模量等力学试验,监测了试件破坏过程,分析了温度和材料类型对应力应变曲线特征、强度、模量等指标的影响,并分别拟合了20 ℃和60 ℃下SPC-16、SPC-25和PC-20混合料单轴抗拉和单轴抗压本构模型。研究结果表明:聚氨酯混合料抗压强度为C40混凝土的50%～62%,抗压弹性模量仅为C40混凝土的3%～5%,具备较好的抗压力学特性; 当试验温度由20 ℃升到60 ℃时,聚氨酯混合料的单轴抗压峰值应变明显增加,单轴抗拉峰值应变减小,单轴抗拉强度下降40%～50%,抗拉弹性模量下降4%～30%,单轴抗压强度下降约40%,抗压弹性模量下降30%～70%,单轴贯入强度下降15%～35%,聚氨酯混合料力学特性稳定; 60 ℃下聚氨酯混合料的单轴贯入量上升了30%～80%,动态模量仍大于3 GPa,而2种沥青混合料单轴贯入量增加了1倍以上,聚氨酯混合料具备较好高温抗剪性能,满足高温工况使用需求; 3种聚氨酯混合料在不同加载频率下的相位角小于改性沥青混合料,弹性特征明显; 基于水泥混凝土本构模型拟合后的判定系数大于0.999,拟合精度高。综上所述,研究成果可为聚氨酯混合料的推广和实际工程应用提供理论依据。

软土路基透明相似材料最优配比联合设计方法

2025年07月30 00:00

以所配制相似材料试样正交试验数据为基础,将多元线性回归和支持向量回归(SVR)相结合,研发了一种新型软土路基透明相似材料最优配比联合设计方法; 选取重度、内摩擦角和黏聚力为材料物理力学性能评价指标,以石英砂粒径和胶石比(纳米级白炭黑与石英砂质量比)为影响因素,设计了二因素三水平正交试验方案; 通过环刀试验和固结快剪试验测定了透明胶结土试样的物理力学性能评价指标,以材料物理参数、强度特性和变形特征为切入点,验证了所配制透明相似材料用于模拟天然软土材料的可行性; 按照2:8的比例随机划分了测定的试验数据,应用其中20%的数据进行了多元线性回归方程组拟合,将剩余80%的数据用于机器学习,以量化计算最优配比; 建立了最优配比有效性检验的SVR评价模型,搭建了软土透明相似材料最优配比联合设计方法; 以广东省某实际工程为依托,完成了搭建方法的应用,实现了所配制透明相似材料与原状土参数的高度契合。研究结果表明:透明胶结土的重度、内摩擦角和黏聚力分别为12.53～16.13 kN/m³、14.82°～27.07°和2.3～31.0 kPa,归一化强度演化路径与天然软土应力-应变响应具有本构相似性,所配制的透明胶结土可有效模拟天然软土; 石英砂粒径和胶石比对重度、内摩擦角和黏聚力影响显著,重度、内摩擦角和黏聚力的变化均可由石英砂粒径和胶石比进行有效表达; 建立的SVR评价模型对重度、内摩擦角和黏聚力的拟合优度分别为0.980 4、0.979 6和0.999 7。研究结果可为软土路基相关可视化模型试验设计与实施提供理论支撑。

隧道工程渣土资源化制备地聚物:煅烧温度与碱溶液浓度的优化

2025年07月30 00:00

针对隧道工程渣土的资源化利用进行探索,重点研究隧道工程渣土制备地聚物的最佳煅烧温度和碱溶液浓度。通过将广州某地铁盾构隧道工程中的渣土作为原料,采用不同煅烧温度(600 ℃、750 ℃和900 ℃)和NaOH溶液物质的量浓度(8、10、12 mol/L)进行试验,并通过无侧限抗压强度测试(UCS)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞孔隙法(MIP)和X射线衍射(XRD)分析等方法进行分析。研究结果表明:煅烧温度对地聚物性能影响显著,在煅烧温度为750 ℃时,地聚物的抗压强度达到了最高值40 MPa,相较于煅烧温度为600 ℃和900 ℃的样品分别提高了53.85%和17.65%; 随着温度的升高,高岭石的晶体结构遭到破坏,促进了铝硅酸盐的溶解,导致地聚物的形成更为完全; 当煅烧温度达到900 ℃时,部分地聚物因高温熔断而形成孔洞,导致抗压强度降低; SEM分析显示,在煅烧温度为750 ℃时地聚物展现出致密结构,在煅烧温度为600 ℃时地聚物呈现出松散的海绵状结构,表明其反应不充分; NaOH溶液物质的量浓度为10 mol/L时能够促进铝硅酸盐的溶解及地聚反应的进行,因此,制备的地聚物抗压强度最高; 随着NaOH溶液物质的量浓度增加,抗压强度呈先增大后减小的趋势,当NaOH溶液物质的量浓度超过10 mol/L时,地聚物表面出现裂纹,影响其性能,致使抗压强度轻微下降; XRD分析结果显示,煅烧后的渣土形成了非晶态结构,促进了地聚物的凝胶化,最终形成致密的网状结构; 建议煅烧隧道工程渣土的最佳温度为750 ℃,NaOH溶液最佳物质的量浓度为10 mol/L。

盾构隧道快速连接件管片接缝平底密封垫防水性能

2025年07月30 00:00

为探索新型平底密封垫的防水性能,对三元乙丙橡胶平底密封垫进行了数值计算,使用万能试验机进行了压缩试验,制作了混凝土管片试块,进行了足尺防水试验,设计并进行了不同张开量下三元乙丙橡胶密封垫压缩热氧老化试验,并使用阿伦尼乌斯方程预测了密封垫的长期防水性能。研究结果表明:错台分别为0、3、5mm时密封垫拼装所需的闭合压力分别为24.85、21.87、24.59 kN/m,平底面设计有效减小了密封垫闭合所需的拼装力; 不同错台下的闭合压力接近,说明取消柱脚结构减小了错台对密封垫压缩性能的影响; 在管片张开3 mm与错台5 mm的最不利工况下,平底密封垫的防水能力达到了0.8 MPa,满足短期设计防水要求的0.7 MPa; 混凝土试具试验得到的极限防水能力小于钢制试具,混凝土的粗糙表面降低了密封垫的防水能力,平底密封垫与混凝土之间的界面可能成为潜在的防水薄弱环节; 将密封垫底面纳入渗水路径考虑后,大部分工况下试验与数值模拟得到的耐水压差在80 kPa以内,数值模拟方法可靠; 与传统带柱脚结构的密封垫不同,取消柱脚结构后底面不再产生应力集中,其防水性能可能小于密封垫顶面; 平底密封垫在管片张开0、3 mm时,常温下老化系数分别为0.45和0.72,老化性能优于传统密封垫与圆柱体试件; 密封垫受到的压力越大,性能衰减越快,且对温度变化更敏感。

软弱围岩隧道初期支护承载力计算方法与参数综合比选

2025年07月30 00:00

针对型钢钢架-喷射混凝土是软弱围岩隧道初期支护的主要组成部分,但尚缺乏统一、完善的结构计算方法,造成支护设计存在盲目性的状况,给出型钢钢架-喷射混凝土初期支护的材料等效弹性模量和结构承载力计算方法; 结合算例进行型钢钢架-喷射混凝土初期支护不同结构承载力计算方法的对比分析,并对不同支护方案的初期支护结构承载力与工程经济性进行综合对比。研究结果表明:3种方法(截面抗弯刚度等效、截面抗压刚度等效和同时考虑截面抗弯刚度与抗压刚度等效)所得型钢钢架-喷射混凝土初期支护等效弹性模量的最大相对误差约为6%; 考虑型钢钢架翼缘对喷射混凝土的加强作用,将初期支护视为钢筋混凝土结构,或将型钢钢架-喷射混凝土初期支护完全视为型钢混凝土结构,该2种方法计算所得结构承载力相差约为9%; 鉴于安全考虑,推荐采用将型钢钢架-喷射混凝土初期支护视为钢筋混凝土结构的承载力计算方法; 若不考虑喷射混凝土强度增长过程,视型钢钢架与具有极限强度的喷射混凝土同步受荷,不同支护方案的初期支护承载力由大到小排序为I25a、HW200、I22a、HW175、I20b、I20a、HW150; 所需工程费用由大到小排序为HW200、I25a、HW175、I22a、I20b、I20a、HW150; 综合考虑结构承载力和工程经济性,I20a/b钢架优于HW175钢架,I22a钢架优于HW200钢架; 对初期支护早期强度和刚度要求高的情况,HW175钢架优于I22a钢架,HW200钢架优于I25a钢架。

运营期间寒区隧道围岩流变与损伤特征

2025年07月30 00:00

为深入研究冻融循环作用下围岩流变与损伤特征,从而预测寒区软岩隧道运营期间产生的变形,基于寒区典型隧道工程开展了一系列砂岩冻融循环和三轴蠕变试验,分析了冻融循环次数对砂岩蠕变特性的影响,得到了在围压分别为3和6 MPa,冻融循环次数分别为0、20、40和60下砂岩蠕变全过程曲线; 基于分数阶导数理论推导出分数阶蠕变损伤模型,以反映砂岩在不同冻融循环期间各蠕变阶段的蠕变特性,并依据试验数据确定了分数阶蠕变损伤本构方程的参数; 将本构模型嵌入FLAC^3D软件中,分析了冻融循环和长期荷载耦合作用下隧道围岩及支护结构的长期稳定性。研究结果表明:冻融循环次数越大,砂岩在同一长期荷载作用下的瞬时弹性变形、衰减蠕变和稳定蠕变速率也越大,所能承受的长期荷载等级越小; 现场监测数据与模型计算结果的误差为8.45%,验证了二次开发模型的可靠性; 随着冻融循环次数的增大,运营期间隧道围岩及支护结构的蠕变劣化效应更加严重,整体表现为向隧道内流变变形,其中拱顶和拱底变形最明显; 与不考虑冻融作用相比,经60次冻融循环后,隧道支护结构最大水平和竖向位移分别增加了2.68和2.07倍,说明冻融循环作用严重影响了隧道的长期稳定性及其安全运营。

超大直径越江隧道河段极端洪潮冲刷深度预测

2025年07月30 00:00

为确定富春江秦望通道工程过江段的合理埋深取值范围,通过数学模型模拟计算河段平面水位及流场情况,在此基础上结合物理模型试验研究上边界100年一遇洪水流量+下边界100年一遇洪水位、上边界100年一遇洪水流量+下边界最低潮水位、上边界300年一遇洪水流量+下边界100年一遇洪水位、上边界300年一遇洪水流量+下边界最低潮水位(工况1～4)4种洪潮组合工况下隧址处河床最大冲刷深度,并与数学模型计算结果进行相互验证。研究结果表明:在相同洪水流量下,下游低潮位时河道水流量大,水位低,上下游水位差较大,因此,流速相对较大,更容易在河槽产生冲刷; 在工况2和4下,数学模型极限冲刷深度计算结果分别为4.50与6.45 m; 在4种工况,动床冲刷模型极限冲刷深度分别为1.50 、1.95、2.40、4.50 m; 动床冲刷试验反映洪水相应历时(原型70 h)及极限水文条件下的河床冲刷情况,冲刷深度比较符合实际情况,可为盾构穿越江河工程安全控制提供参考。

寒区隧道衬背脱空积水冻胀对衬砌结构的影响及预测方法

许鹏,杨瑞松,刘平飞,马振硕 — 2025年07月30 00:00

针对寒区隧道衬背脱空积水冻胀可能严重危害行车安全的问题,开展了考虑排泄条件的隧道衬背脱空积水冻结模拟试验,在试验中引入了地下水补给/排泄通道,明确了2类脱空积水冻胀机制; 使用数值模拟软件ANSYS建立了衬背脱空积水冻胀数值模型,揭示了脱空处冻胀力对衬砌结构承载特性的影响; 通过在虎峰岭隧道进行温度监测,得到了纵向温度分布,建立了衬背脱空底部温度求解模型,分析了衬砌表面与脱空底部温度的对应关系,提出了衬背脱空积水冻胀高发段落预测方法。研究结果表明:水的补给/排泄通道不冻结的脱空处不会产生冻胀力,通道先冻结的脱空处会产生较大冻胀力,当冻胀力大于围岩压力时,冻胀力会沿初期支护与二次衬砌的接触面释放,向压力较小的地方消散; 无冻胀力时隧道衬砌结构拱顶脱空中线部位的沉降最小,冻胀力对脱空部位的沉降有显著影响; 在隧道横断面上,距脱空中线部位越远,冻胀力引起的位移越小,在隧道纵向上则无明显差异; 随着脱空内冻胀力的增加,隧道衬砌结构会出现相对隆起以及与衬砌结构整体受力这2种受力状态,脱空部位混凝土则由全截面受压逐渐变为局部受拉; 当脱空底部日周期温度波动幅度在1 ℃以上,且以脱空底部温度-5 ℃作为脱空积水冻胀温度界限时,距隧道进口端约1 800 m处出现渗漏水的地方可能会发生衬背脱空积水冻胀,针对预测结果进行重点巡查,至少可以减少4/5的工作量。

来流大攻角下小宽高比H型断面的涡振特性

2025年07月30 00:00

为探究质量-阻尼参数(Scruton数)和来流紊流风场对小宽高比H型断面在大攻角下涡振(VIV)特性的影响,以曾家岩嘉陵江大桥刚性吊杆为工程背景,基于宽高比为1.9的H型断面设计了弹性悬挂节段模型,并开展了同步测振测压试验; 通过测振试验研究了Scruton数和来流紊流风场对大攻角下H型断面涡振特性的影响规律,结合测压试验获取的H型断面风压系数分布,从微观气动力的角度解释了来流紊流对H型断面的涡振性能影响机理。研究结果表明:宽高比为1.9的H型断面在30°攻角下出现了横风向涡振,增大Scruton数可有效减小H型断面在大攻角来流下的涡振稳定振幅,其减幅近似呈指数衰减,且涡振锁定区间随之缩窄,但仅依靠增大Scruton数无法完全抑制振动; 来流紊流会显著增大横风向涡振响应,紊流风场中的脉动成分使静止绕流状态下的模型周围出现规律且剧烈的涡脱,形成波动规律、频率单一的气动升力,且其卓越频率接近模型基频,从而引发涡振。由此可见,小宽高比H型断面的大攻角涡振响应须考虑来流紊流的不利影响。

双幅Π形梁斜拉桥涡振性能气动优化试验及机理

2025年07月30 00:00

以某双幅大跨度Π形梁斜拉桥为工程背景,通过1:25比例节段模型风洞试验研究了既有桥梁(旧桥)及其邻近新建桥梁(新桥)之间的气动干扰效应,测试了单独新桥、单独旧桥以及双幅桥在-3°风攻角下的主梁涡振响应; 针对双幅桥试验中新桥竖向涡振超规范限值和旧桥扭转振动显著的问题,采用封闭人行道栏杆,设置导流板、抑流板和下稳定板4种气动措施以及组合措施优化了主梁断面涡振性能; 通过计算流体动力学(CFD)数值模拟给出了新、旧桥原设计方案和施加抑振措施后主梁断面附近流场分布,揭示了气动优化试验中的抑振机理。研究结果表明:单独新桥主梁断面涡振显著且最大振幅超过规范限值,单独旧桥主梁无明显涡振现象; 双幅桥试验中,当新桥在来流上游时,新桥对旧桥产生了不利的气动干扰,使新、旧桥均出现显著的涡振现象,当旧桥在来流上游时,由于旧桥本身涡振性能较好且对新桥有遮挡效应,新、旧桥主梁均未发生涡振; 单一措施对新桥主梁涡振抑制效果有限,对新桥采用2道高2.2 m下稳定板+外侧防撞护栏抑流板的组合措施能有效将新、旧桥的涡振控制在规范限值的20%以内; 组合措施破坏了新桥梁底和桥面栏杆处规律性旋涡脱落的形成,改善了新、旧桥主梁附近的流场分布,极大提高了双幅桥的涡振性能。

基于自预应力Fe-SMA的工程结构智慧修复平台开发设计与验证

董志强,崔础石,孙瑜,朱虹,吴刚,李儒雅 — 2025年07月30 00:00

针对土木工程领域长期存在的结构健康监测/评估技术与作业修复技术脱节、修复响应滞后问题,构建基于铁基形状记忆合金(Fe-SMA)自预应力技术的工程结构智慧修复平台框架。该平台以Fe-SMA为核心功能材料,通过高温激励产生的回复应力实现损伤结构主动修复; 平台集成监测/检测模块、模型计算模块和作业修复模块,依托数据传输与功能调用实现模块协同,实现结构前端监测、中段评估与末端修复的全过程智慧化。为验证平台有效性,以有机玻璃模型梁桥为对象,设计“跨中集中加载诱发病害、后端模块评估计算、Fe-SMA筋激励修复”的验证试验,并针对智慧修复平台提出一系列优化建议。研究结果表明:智慧修复平台可实时监测模型梁状态; 损伤达到阈值后自动触发评估计算,反演出恢复结构健康所需施加的预应力值及Fe-SMA筋激励参数等; 基于Fe-SMA自预应力的主动修复能使结构恢复健康状态,并详细展示平台在相应工况下的响应界面。

基于多元效益的异质驾驶人换道轨迹规划

龙雪琴,毛健旭,王远泽,翟曼溶 — 2025年07月30 00:00

针对驾驶人风格实时变化和换道需求多样的特点,提出一种考虑驾驶人短时驾驶风格的换道轨迹动态规划方法。首先,基于极端梯度提升树算法获取影响换道行为的关键特征变量,采用聚类算法将驾驶人分为保守型、一般型、激进型。然后,提出安全性和舒适性指标,构建3种风格驾驶人轨迹规划的效益函数。其次,采用五次多项式方法,建立纵向和横向轨迹规划模型,并实时判断周围车辆的运动状态对轨迹进行调整。最后,对规划轨迹与真实轨迹的偏差、不同风格驾驶人规划轨迹进行对比。研究结果表明:与实际轨迹相比,大多数驾驶人规划轨迹纵向的偏差小于5 m,横向偏差大多集中在0.77～0.90 m; 规划轨迹的最小车头间距平均值由34.39 m增加到了47.53 m,加速度最大差值平均值由0.45 m/s²降低到0.17 m/s²,体现了规划轨迹的安全性和舒适性; 各类驾驶人规划轨迹之间具有明显差异,验证了所划分的驾驶风格的正确性; 研究考虑了驾驶风格的短时多变性以及不同风格驾驶人对安全性和舒适性的需求差异性,能针对不同驾驶风格计算最优轨迹,可为提升换道舒适性和安全性提供理论支撑。

助推理念下农村地区新能源汽车购置意愿

2025年07月30 00:00

为了探究农村地区消费者新能源汽车购置意愿的驱动因素,提高农村地区新能源汽车渗透率,为新能源汽车下乡活动提供政策支持,基于助推理论,设计揭示偏好和陈述偏好调查问卷,构建整合的选择与潜变量模型,分析助推措施、心理潜变量、个体社会经济特征对农村消费者新能源汽车购置意愿的影响机理。研究结果表明:提供新能源汽车使用成本节省信息或国家新能源汽车发展规划目标信息可显著提升农村消费者的新能源汽车购置意愿; 提供新能源汽车碳减排信息对购置意愿的影响不显著; 新技术敏感度和新能源汽车认知与购置意愿显著正相关,而环保意识的影响不显著; 出行成本感知通过调节助推措施的效果,间接影响新能源汽车购置意愿; 社会经济特征变量对新能源汽车购置意愿无直接效应,但可通过影响心理潜变量间接作用于购置意愿; 男性消费者具有较高的新能源汽车认知水平和新技术敏感度; 中年消费者[30,50)岁具有较高的环保意识和出行成本感知水平; 受教育程度较高的农村消费者(大专及以上学历)呈较高的新能源汽车认知水平、环保意识和新技术敏感度; 高收入(家庭年收入6万元及以上)农村消费者具有较高的出行成本感知; 鉴于新能源汽车购置补贴全面退坡,应考虑发挥信息提供型助推措施的作用,同时重视农村消费者群体异质性,制定差异化的助推措施,提高农村地区新能源汽车渗透率。

高速公路移动储能车调度策略

2025年07月30 00:00

为解决高速公路沿线柔性负荷与可再生能源发电之间的电能供需不平衡问题,提出一种移动储能车调度策略。该策略利用高速公路管理中心可再生能源发出的电能,为移动储能车装载的储能电池组进行充电,随后调度这些移动储能车前往高速公路服务区,为柔性负荷提供绿色能源。考虑高速公路系统的交通及能源特性,建立移动储能车的时空-储能约束方程。为求解移动储能车的最优行驶路线以及合理的充放电策略,模型被构建为混合整数二次约束规划问题,旨在最大化移动储能车的供电净收益,同时兼顾高速公路行驶成本以及储能电池组的充放电损耗花费。在包含4个服务区、1个管理中心以及5辆移动储能车的高速公路系统中,对所提出的调度策略进行了仿真验证。研究结果表明:所提出的调度策略有效实现了高速公路管理中心可再生能源发电的收集及再分配; 相较于2个对比案例,该策略在可再生能源消纳方面表现最为优越,消纳总量达到了3 167 kW·h,在满足服务区柔性负荷供电需求方面亦展现出了最佳性能,供电需求满足率达到45%。研究结果为高速公路运营管理部门提供了科学依据和理论指导,有助于其解决用电需求与绿色供能之间的区域不平衡问题,进而推动高速公路交通与能源系统的融合发展。