重庆交通大学学报（自然科学版）

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粗颗粒泥沙起动概率研究综述

沈颖1，刘洁1，杨胜发1,2

2023, 42(4): 1-10. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.01

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泥沙起动作为泥沙运动力学和河流动力学的基本问题之一，对河床演变、渠道冲刷、推移质输沙率的确定等都具有重要意义。受水流紊动、泥沙颗粒床面位置随机等因素影响，粗颗粒泥沙的受力呈现出脉动的特性，从而使得其起动与否具有很强的随机性，故采用概率论方法来描述泥沙起动更切合其本质。根据起动条件，可将起动概率研究分为基于瞬时的作用力和基于冲量的作用力。通过系统分析，总结了近几十年来起动概率及其影响变量的相关研究，对明渠湍流相干结构研究的发展和泥沙起动机理认识也逐步深入，为进一步深化泥沙起动概率的研究奠定基础。

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寒区高强钢丝索体径向温度场及其参数影响规律分析

刘兴国1,2，黄巍1,2，陶成云1,2

2023, 42(4): 11-20. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.02

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为系统分析系杆拱桥吊杆径向温度的影响因素，对三跨系杆拱桥吊杆横断面温度场进行实测试验，获得了吊杆在6个月周期内的温度变化数据；基于热传导理论，采用ANSYS有限元软件建立吊杆导热温度场仿真分析模型，以气象参数、吊杆材料热工参数、内部钢丝孔隙率及杆体直径参数为影响因素，针对单一影响因素对温度场的敏感程度进行数值分析。研究结果表明：太阳辐射强度是主要影响因素，辐射强度每降低100 W/m2时吊杆内部钢丝两外侧径向温差减小0.77 ℃；吊杆内部钢丝孔隙率对吊杆庇荫面内部钢丝温度、径向温差值的影响较大，从5%变为15%,径向温差最大变化量为3.4、1.8 ℃；索体直径由97 mm变为600 mm时，索体横断面温度不均匀分布明显增大，其径向温差变化量为9.0 ℃，对结构受力不利；钢丝及外包防腐材料的导热系数及比热容，对吊杆内部钢丝两外侧径向温差的影响均很小，径向温差最大变化量分别为1.3、1.0 ℃。

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广义李特公式在700 m钢管混凝土拱桥试设计中的应用

周水兴1，王鹏2，宋功谭1，张敏1

2023, 42(4): 21-26. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.03

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大跨度钢管混凝土拱桥常采用变截面拱肋，以满足受力需要。围绕钢管拱肋变截面高度设计，在李特公式基础上推导了广义李特公式，将其应用于一座700 m跨钢管混凝土拱桥试设计中，开展了不同抛物线次数下钢管拱内力、弹性稳定、动力特性及主拱刚度的计算。分析结果表明：主要参数均能满足规范要求；相比于李特公式，采用广义李特公式设计的变截面钢管拱，由于减小了拱脚截面负弯矩，使截面上、下弦管的轴向力分布更趋均匀。

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胶接缝厚度对混凝土预制节段梁受力性能的影响分析

蔡东波1，胡静1，程高2，张宁3

2023, 42(4): 27-31. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.04

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受节段端面表层剥落、接缝胶涂装厚度不均匀、挤胶应力不均匀及节段拼装误差等影响，预制节段梁悬拼过程出现不等厚度的接缝胶，胶接缝厚度对节段梁抗剪刚度、抗剪承载力影响特征尚不明确，对车轮荷载作用下接缝位置处桥面承压刚度的影响亦有待深究。笔者依托某大跨节段预制梁桥，基于有限元软件ABAQUS进行了接缝形式、胶接缝厚度对预制混凝土节段梁受力性能的影响分析。结果表明：节段梁抗剪极限承载力受接缝形式影响显著，湿接缝抗剪承载力明显高于胶接缝；8 mm厚胶接缝最大剪应力比3 mm厚胶接缝增大了大约10%；预制节段梁的抗剪承载力受胶接缝厚度一定影响，但均高于其依托工程的最大剪力作用值。节段梁抗剪刚度受湿接、干接、胶接等接缝形式影响不显著。

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小半径曲线科隆蛋扣件区段钢轨波磨成因研究

漆伟1，刘美1，程梽2，李童2，崔晓璐1,2

2023, 42(4): 32-39. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.05

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结合现场测试发现的小半径曲线科隆蛋扣件区段内轨的钢轨波磨现象，基于轮轨摩擦自激振动理论研究了该波磨现象的成因。首先，结合现场调研建立了车辆-轨道系统的动力学模型，根据动力学模型建立了相应的转向架-轮对-钢轨系统有限元模型。然后采用复特征值分析研究了轮轨系统的摩擦自激振动特性。最后采用控制变量法研究了一系悬挂垂向刚度阻尼和科隆蛋扣件刚度阻尼对轮轨系统摩擦自激振动的影响规律。研究结果表明：导向轮对与钢轨间的饱和蠕滑力引起的轮轨系统的摩擦自激振动是诱导小半径曲线科隆蛋扣件区段钢轨波磨的主要成因。转向架-轮对-钢轨系统中一系悬挂的垂向刚度和阻尼对轮轨系统摩擦自激振动的影响较小，而科隆蛋扣件参数对轮轨系统摩擦自激振动的影响较为明显。随扣件垂向刚度的增加，轮轨系统的摩擦自激振动呈现先减小后增大的趋势。扣件垂向刚度为20 MN/m时轮轨系统摩擦自激振动发生的可能性最小，同时增大扣件的垂向阻尼可以一定程度抑制轮轨系统的摩擦自激振动。

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基于脆性联系熵的铁路工程桥隧接口故障分析

王琳1，于鹏韬1，胡所亭2,3，班新林2,3，许见超2,3

2023, 42(4): 40-46. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.06

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为明确铁路工程桥隧接口系统内部的故障情况，提出一种基于脆性联系熵的铁路工程桥隧接口故障分析方法。依据接口间的相互影响程度，利用脆性联系熵，完成接口系统内部脆性联系的量化；通过构建接口脆性基元分析多接口的动态故障情况，接口的熵增决定接口系统的故障演化方向，这一过程体现了接口在动态故障中的博弈行为；将受故障影响的接口映射为博弈中的参与者，建立铁路工程桥隧接口非合作博弈故障分析模型；以实际工程为应用案例，仿真结果表明：铁路工程桥隧接口系统内部存在连锁性的故障传播情况，在以每6单位时间为周期进行周期性维修时，只需要完成铁路工区内64%的工程接口检修，便可保证铁路工程桥隧段的正常运营状态；通过接口故障分析研究，明确了接口故障发展的过程，为提高铁路工程桥隧接口的安全性和可靠性提供理论支撑。

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暗挖隧道与基坑交界处的管棚拆除技术研究

张学富1，2，李宁杰 1，2，周元辅1，2，陈相阁1，2，贾家银3

2023, 42(4): 47-54. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.07

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由于城市环境复杂，暗挖隧道施工风险极大，暗挖转明挖时有发生。为了保障暗挖转明挖施工过程中隧道段安全，通过数值分析，研究了对管棚已施作的情况下，明挖施工时先拆除管棚后放坡开挖、施工围护桩后先拆除管棚后开挖、施工围护桩后拆除管棚和开挖同时实施3种方案。结果表明，明挖施工导致管棚受力增加40%，先行洞的管棚受力不利于后行洞的管棚受力，先行洞的管棚轴力最大增加了50%；在围护桩完成后管棚拆除和开挖同时施工中的管棚弯矩变化比先拆管棚后开挖施工中的管棚弯矩变化大约10倍；基坑围护桩的施作能够减小管棚拆除产生的弹性变形，管棚拆除改变了其位移曲线形状，管棚拆除前后的最大变形从0.7 cm减小到0.1 cm；隧道暗挖管棚段转明挖后建议设置基坑围护桩和先拆管棚后开挖施工的方案。研究结果可为类似项目提供理论依据和施工经验。

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湖北某高速公路管桩加固软土路基失效机理分析

邱红胜1，桂俊杰1，詹斌2，沈立2

2023, 42(4): 55-61. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.08

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以湖北某高速公路管桩加固软土路基滑坡为例，根据现场地层偏压现状，利用有限元软件GTS NX模拟滑坡滑移区并得到了相应的安全系数，从而探讨了施工及备选方案的合理性。研究结果表明：①该滑坡并不是由于承载能力不足导致的，其原因是土层分布不均；事后处理方案未充分考虑土体偏压的不利影响，导致加固软土路基失效；②模型在路基临水侧便道下部区域出现了主要滑移区，并带动了相邻区域的滑移；③车载对滑坡无显著影响，而池塘水压力可有效抵消部分侧压力，提升了安全系数；④路基底部管桩能有地效降底部位移，便道边的管桩会显著提升安全系数。

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FAO-PM法估算季节性冰冻地区路基水分蒸腾量

李冬雪1，孙宗元1，李聪2

2023, 42(4): 62-70. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.09

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为准确估算东北东部山地润湿冻区（Ⅱ1区）路基土平衡湿度，引入联合国粮农组织Penman-Monteith法（FAO-PM）估算气候因素控制型路基土潜在蒸发蒸腾量，以解决Thornthwaite法在负温时潜在蒸发蒸腾量计算值为0的问题。详细阐述了FAO-PM模型中5个气候因素的具体含义，并给出算例说明计算流程；根据Ⅱ1区内6个气象台站月均气象数据计算得到各地路基土潜在蒸发蒸腾量；分析主要气候因素对路基土潜在蒸发蒸腾量的影响规律与程度。研究表明：Ⅱ1区各地路基土全年潜在蒸发蒸腾总量为71.14~87.37 cm，负温时该值为8.27~12.39 cm，占全年总量的9.8%~15.7%；潜在蒸发蒸腾量与各地平均气温的显著正相关关系可在一定程度上削弱与其他气候因素的负相关关系；负温条件下，路基的潜在蒸发蒸腾量与平均气温、平均风速和平均日照时数呈正比，与平均相对湿度呈反比；FAO-PM法估算的逐月潜在蒸发蒸腾量与气象站实测数据的误差范围为0.47~13.22 cm，负温时误差范围为0.47~4.31 cm。因此，FAO-PM法适用于估算公路自然区划Ⅱ1区路基土潜在蒸发蒸腾量，且具有可接受的估算误差。

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氧化石墨烯复配多聚磷酸改性沥青流变特性及抗热氧老化性能

黄建云1，马庆伟1,2，黄路3

2023, 42(4): 71-79. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.10

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采用动态剪切流变（DSR）、多重应力蠕变恢复（MSCR）及弯曲梁流变（BBR）试验，研究了掺加氧化石墨烯（GO）、多聚磷酸（PPA）及其复配改性沥青老化前后的流变特性与抗热氧老化性能，并通过凝胶渗透色谱（GPC）分析了沥青不同热氧老化状态下的分子量。结果表明：掺加氧化石墨烯、PPA能显著改善沥青的高温抗变形能力和弹性变形恢复能力，与SBS改性沥青相比，氧化石墨烯复配PPA改性沥青老化前后的抗车辙因子更大，不可恢复蠕变柔量更小，且老化前后各项指标变化幅度更小，其高温抗变形能力、弹性恢复性能及抗高温热氧老化性能优于SBS、SBR改性沥青；通过氧化石墨烯复配PPA显著降低了老化前后沥青的劲度模量及老化后劲度模量的增幅，有效改善了沥青的低温抗变形能力及抗低温老化性能，其低温抗裂性能与SBR改性沥青相当；老化前后氧化石墨烯复配PPA改性沥青不同分子量的分布区域更窄，RTFOT、PAV老化后，氧化石墨烯复配PPA改性沥青的分子量（Mw、Mn）及分散系数d的变化幅度相较于SBS、SBR改性均更小，其抗热氧老化稳定性更强。

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粗集料分布形态对沥青混合料疲劳性能影响研究

吴国雄2，姜勇1，张伟1, 陈灏3

2023, 42(4): 80-86. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.11

摘要 ( )

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为分析粗集料的分布形态对沥青混合料疲劳性能的影响，选择粗集料棱角性和混合料内部接触状态2个细观特征作为粗集料分布形态参数，利用MATLAB 等图像软件分析并提取粗集料在沥青混合料中的细观特征，同时生成虚拟的二维沥青混合料试件。利用交互手段将虚拟试件导入离散元PFC2D 软件，编辑设置相关细观参数和模拟间接拉伸室内虚拟实验的代码，完成离散元模拟实验。结果表明：定义的棱角性参数在110 000~130 000之间时，存在一个抗疲劳破坏的强度峰值；在级配正常的接触对范围内，接触对数量与沥青混合料抗疲劳破坏性能呈现一定的正相关关系。

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平衡主线和匝道交通运行的强化学习型匝道控制研究

章立辉1,2，余宏鑫1,3，熊满初1,2，胡文琴1，王亦兵1

2023, 42(4): 87-97. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.12

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考虑合流区域主线和匝道的交通流运行状态，提出了一种基于深度强化学习的鲁棒自适应匝道控制模型——DRLARM模型。根据交通流运行特征，构造了平衡主线交通效率和匝道排队长度的强化学习奖励函数；为适应动态变化的交通环境，采用多交通流场景混合训练控制模型，在不同拥堵成因、不同拥堵时长、不同需求分布等测试场景下开展仿真实验，对比分析了无控制及DRLARM、ALINEA和PI-ALINEA模型控制的车辆平均行程时间A、车道占有率o、匝道排队长度W和匝道损失时间比P等评价指标。研究表明：DRLARM模型控制的平均行程时间A相比无控工况节省了22%，略好于ALINEA模型，与PI-ALINEA模型控制效果相当；DRLARM模型在不同测试场景下产生的匝道损失时间比P较稳定，匝道排队长度W绝对值相较于ALINEA模型和PI-ALINEA模型均缩短了约16%；深度强化学习方法兼顾了通行效率和路权公平性，训练所得DRLARM模型在动态交通条件下表现出良好的鲁棒性。

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基于多源数据的城市群枢纽间多模式交通系统异常状态影响研究

马书红1,2，杨涛1，岳敏1，陈西芳1

2023, 42(4): 98-107. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.13

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为探究城市群多模式交通系统异常状态的影响范围，从需求端非常态客流变化和供给端运输能力下降两方面对多模式交通系统异常环境进行分类，提出了基于手机信令数据、意向出行调查及客票信息等多源数据的异常状态影响范围识别流程和分析方法；以京津冀城市群为例，确定强链接枢纽间通道客流动态安全阈值，提出了基于贝叶斯预测的通道客流异常检测方法；利用提升度、余弦相似度及其标准化值来区分枢纽关联规则的有效性，提出了基于强关联规则确定异常状态影响范围的方法。研究表明：基于贝叶斯预测的通道客流异常检测方法具有实时性，提高了客流安全阈值精度；基于实际手机数据和假定异常情况下的意向调查数据并结合关联规则确定枢纽影响范围，可为利用数据挖掘技术分析突发异常状态的影响和对策提供借鉴。

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城轨线路夜间全线单线双向行车模式下行车能力计算

杨在旭1,2，彭其渊1,2，赵军1,2，王猛3，周灿伟3

2023, 42(4): 108-115. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.14

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为满足城市轨道交通线路夜间行车需求，提出了全线单线双向行车模式，即全线2条正线中一线双向行车一线维修；研究了全线单线双向行车模式下列车在站交会方式及区间运行线铺画方式的特点，提出了在各运行线铺画方式下各区间的运行图周期通式；构建了确定线路最小区间运行图周期的0-1非线性规划模型，并改写为0-1线性规划模型以方便求解；研究了城市轨道交通站站停线路的夜间行车能力计算问题；选择一条在建城市轨道交通线路，应用0-1线性规划模型计算了全线单线双向行车模式下，线路在前一天23:00至第二天05:00时间段共6 h的夜间行车能力，对比分析了不同配线条件下线路夜间行车能力。结果表明：全线单线双向行车模式下线路夜间6 h总行车能力为10对，在站增设配线可实现夜间行车能力提升；所提出的0-1线性规划模型计算简洁、结果可靠，可用于不同配线条件线路夜间行车能力计算。

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考虑逆行行为的混合自行车流微观建模及仿真

魏中华，黄文佳，李芳舟，陈亮，杨松坡

2023, 42(4): 116-123. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.15

摘要 ( )

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非机动车逆行严重威胁驾驶人的人身安全，且对道路通行效率影响极大。为研究逆行行为对混合自行车流交通特性的影响，建立了考虑逆行行为的混合自行车流微观仿真模型，通过仿真分析电动自行车比例、逆行车辆比例对混合自行车流的影响以及单侧双向非机动车道的设置条件。研究结果表明：逆行行为会降低混合自行车流的速度和流量；混合自行车流的速度和流量与逆行车辆比例成非线性关系；车流密度相对较小时，随着密度的增加低逆行比例的车流平均速度下降速度比高逆行比例的车流平均速度下降速度快；逆行比例较小时的最大流量比逆行比例较大时的最大流量小；合理设置单侧双向非机动车道可以提高通行效率。

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基于遗传算法的家庭活动-出行决策研究

何保红1，段玉琳1，郭淼2

2023, 42(4): 124-130. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.16

摘要 ( )

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为探究家庭日常活动-出行决策行为，基于时间地理学方法，突出家庭联合活动与个体出行链间互动决策的过程化表达，基于最优化理论，将家庭联合活动视为在一定时空条件约束下，成员通过彼此间协作配合做出效用最大化的活动安排和出行选择的结果，建立了家庭联合活动-出行决策模型；从昆明市2016年居民出行数据库中选取核心家庭出行数据作为模型验证数据，采用遗传算法对模型进行求解，通过设置不同场景再现家庭活动-出行决策过程，对模型计算结果与家庭成员实际出行链进行比较。结果表明：基础场景中有75.84%的家庭出行链与实际出行链相符，扩展场景符合率为83.64%，验证了所建模型的合理性和适用性；对于受时空制约较强的活动，当某一家庭成员无法完成该活动时，家庭会通过成员之间的依赖性进行传递，由其他成员以替代活动的形式进行协助，以实现家庭成员时空制约的平衡。

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基于ARIMA-LSTM的高速公路交通安全组合预测模型研究

梁乃兴1,2,闫杰1，杨文臣2，曹源文3，房锐2

2023, 42(4): 131-138. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.17

摘要 ( )

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为建立准确有效的交通事故预测模型，提升高速公路交通安全水平，以重庆市11条高速公路2011—2016年共计65 119起交通事故为基础，选取“事故数量”和“死亡人数”2项总量指标，描述统计高速公路交通事故在时间维度上的月分布规律。通过自回归差分移动平均（ARIMA）模型捕捉时间序列数据中的线性时序特征，使用长短时记忆神经网络（LSTM）模型拟合预测残差序列中的非线性时序特征，建立了基于ARIMA和LSTM的高速公路交通事故组合预测模型，并以均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差（MAPE）值作为模型的评估指标。结果表明：ARIMA-LSTM组合预测模型各项指标的预测精度均优于单一的ARIMA模型，其中“死亡人数”组合模型改善效果显著，其RMSE与MAPE值相较于ARIMA模型分别改善了55.83%和54.80%；“事故数量”组合模型的RMSE和MAPE相较于ARIMA模型改善了23.15%、23.29%。

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基于Shapley值分配原则的铁路应急资源调度研究

汤兆平1，邹扬1，刘钰玲2，孙剑萍1

2023, 42(4): 139-144. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.18

摘要 ( )

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多事故点-多资源-多救援点的铁路突发事件在应急救援初期可能存在资源不足的情形，如何科学、合理地分配各事故点的应急资源关系到救援的公平与效率。提出Shapley值分配原则确定各事故点的资源分配量，在此基础上建立救援时间最短及调运成本最小的多目标优化模型，并借助Lingo软件编程求解，最后以某案例进行实证分析。通过对多种分配原则下的救援方案进行比较分析。结果表明：Shapley值分配原则在多事故点资源分配下可以更好地兼顾公平和效益，使有限资源下的分配更为合理，救援方案更加科学。

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锂电池复合热管理系统的散热性能优化设计

张甫仁，苟欢，梁贝贝，何延晓，朱臆霖

2023, 42(4): 145-152. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.19

摘要 ( )

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针对锂电池组散热问题，提出了一种将分岔液冷通道与复合相变材料相结合的复合液冷系统，并对其散热性能进行了数值研究。首先，通过单体电池充放电实验，得到电池的产热量；其次，建立三维电池组模型，以冷却通道各级数量和复合相变材料的厚度为设计变量，采用最优拉丁方方法构建44个试验样本点；然后，基于响应面法建立近似模型，并采用了多目标粒子群算法，进行优化设计；最后，讨论冷却液质量流量的影响。结果表明：当分岔液冷通道各级数量为5、5、7，复合相变材料厚度为5.659 9 mm时，可获得更好的冷却性能, 其最高温度、最大温差和压降分别减少了3.40%、35.36% 和 46.50%。

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基于横纵向综合控制的智能汽车路径跟踪

张平，江书真，陈一凡，张博，韩毅

2023, 42(4): 153-160. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.20

摘要 ( )

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针对智能汽车路径跟踪精度不高、稳定性不足的问题，提出一种基于横纵向综合控制的解决方法。该方法在横向控制时，根据模型预测控制器求得最优前轮转向角；纵向控制时，根据加减速控制策略使汽车跟踪期望车速；此外，将横纵向控制耦合起来形成横纵向综合控制。联合使用CarSim和MATLAB/Simulink对综合控制方法进行了仿真试验。计算结果表明:该控制器能够稳定跟踪期望速度，又能够提高路径跟踪精度、行驶稳定性。

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