重庆交通大学学报（自然科学版）

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陈素华1,2，于智光2，周还2，李瑞琪2

2023, 42(7): 1-7. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.01

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景观桥梁的造型以结构受力合理为基础，加以感性的艺术表现，常形成复杂的异形空间曲面，复杂的桥梁造型增大了设计和建造难度。为了分析景观桥梁三维模型的数据表达，通过参数化策略简化设计过程，基于Rhino Grasshopper平台，开发了一种批量提取景观桥梁三维模型数据的方法，分5步进行：分段、切割、细分、提取坐标及输出数据；将方法应用于西宁市滨河西路景观桥梁设计和建造实例进行验证。结果表明：设计参数最大误差0.5%，证明方法有效，设计效率和建造品质得到大幅提升；编写的程序算法具有通用性，为统计工程量、批量出图等BIM应用提供了思路，有助于推进BIM正向设计。

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大型梁式反力系统的结构力学特性研究

黄锋1,2，张班2,3，刘星辰1,2，杨正旭1,2，屈苗迪1,2

2023, 42(7): 8-14. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.02

摘要 ( )

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为突破隧道缩尺模型试验加载的瓶颈，在隧道实验室中新建了地下结构三维加载试验系统，通过ABAQUS建立反力系统的有限元模型，分析了反力梁的强度和变形规律，验证了反力系统的合理性。同时，利用该系统开展了1 684 t 吨位的静载试验，获取了反力梁的变形规律，进一步验证了反力系统的有效性。基于此，深入研究了极限荷载下的反力梁和螺栓的力学特性，获取了反力梁和螺栓在极限荷载下的变形规律。研究结果发现：反力梁的竖向肋板底部、水平肋板中部、腹板的两端、底部以及螺栓的水平方向产生了大变形，在设计反力系统时应加强这部分梁的截面惯性矩和螺栓的刚度，以提高反力系统的安全性和有效性。

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基于CRITIC-熵权法的桥梁地震风险多尺度评估

谢皓宇1,2, 牛松山1, 郑万山1, 唐光武1, 仉文岗2

2023, 42(7): 15-20. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.03

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城市道路网络中既有桥梁的地震风险评估是一个复杂且关键的问题，针对现有评估方法中多依赖于经验判断或者对风险评估影响因素的考虑存在缺陷，笔者提出一个多尺度的评估方法，在第一尺度中通过定义特殊路段，将路网内桥梁进行分组，再在第二尺度中通过改进的结构易损性分析方法和拓扑特征提取方法，得到桥梁的结构抗震性能以及在网络中的拓扑特性，最后使用CRITIC-熵权法综合赋权并计算出路网中桥梁的综合抗震重要度。结果表明：方法可以实现决策过程的量化，能够作为评估道路网络中桥梁地震风险以及判断城市桥梁抗震加固优先级的可靠的依据。

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曲线路段平行式加速车道渐变段合理长度研究

潘兵宏，张冉阳，李翔，柴虎，刘娟

2023, 42(7): 21-28. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.04

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渐变段长度直接影响高速公路合流区末端的交通安全，JTG D20—2017《公路路线设计规范》中对渐变段长度的规定没有考虑加速车道渐变段位于曲线路段时的需求，位于曲线路段的渐变段长度不足可能导致路侧护栏遮挡驾驶人视线，存在合流末端停车视距不足的安全隐患。分析合流末端渐变段小客车行驶轨迹特点及小车驾驶人的视线通视条件，采用符合实际换道轨迹的双曲正切换道模型，以渐变段满足小车驾驶人停车视距为控制要素，构建了曲线路段平行式加速车道渐变段长度计算模型，并基于国内外研究及相关合流末端车辆运行速度调查数据，确定了该模型中关键参数的取值，最后提出了曲线路段平行式加速车道渐变段合理长度取值。研究表明：曲线路段平行式加速车道渐变段最小长度与合流末端的小客车运行速度正相关，与主线行车道右侧硬路肩宽度和圆曲线半径负相关；JTG D20—2017《公路路线设计规范》规定的平行式加速车道渐变段最小长度能满足主线设计速度＜100 km/h时小客车合流末端换道时停车视距的要求，当主线设计速度≥100 km/h时，不满足小客车合流末端换道时停车视距的要求，存在一定的行车安全风险，建议根据主线曲率半径及硬路肩宽度综合确定平行式加速车道渐变段长度。

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聚氨酯超薄磨耗层抗滑性能衰变研究

余苗1,2，龙承梁1，刘曲平3

2023, 42(7): 29-36. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.05

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为研究聚氨酯超薄磨耗层的抗滑性能，采用动态磨耗试验与激光轮廓扫描试验相结合的方法，探讨磨耗层抗滑性能衰变的影响因素和该过程中路表宏观纹理特征的演化。通过动态磨耗试验，分析了在不同工况下动摩擦系数(fDFC)随磨耗时间的变化规律及其影响因素；通过激光轮廓扫描试验，获取了磨耗层表面高程信息，计算了宏观纹理指标；并基于指标间的相关性分析和回归方程显著性分析，揭示了磨耗层抗滑性能与宏观纹理的关系。研究结果表明：速度、荷载和骨料质量损失均会对磨耗层抗滑性能产生影响，在分别以速度、荷载为变量时，fDFC总体呈指数型衰减，且较高速度和较大荷载会加剧骨料剥落，导致磨耗层抗滑性能更易衰变；宏观纹理中的平均断面深度(hMPD)、轮廓算术平均波长(λa)、表面磨损指数(kSBI)和新引入的磨耗层骨料阶段质量损失率(σ)、阶段总质量损失率(ω)这5个指标可与磨耗层抗滑性能建立显著的多元二次多项式关系，表明宏观纹理与骨料质量损失能准确地描述磨耗层的抗滑性能。

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硅烷偶联剂对半柔性路面材料性能增强机理研究

程培峰，马广涛，张展铭，李艺铭

2023, 42(7): 37-44. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.06

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为研究掺加硅烷偶联剂对半柔性路面材料的性能影响规律及作用机理，采用马歇尔稳定度、车辙、低温弯曲、冻融劈裂等试验，测试了添加不同掺量硅烷偶联剂的半柔性路面材料的力学性能与路用性能，并确定硅烷偶联剂的最佳掺量，采用高拍仪等仪器观察硅烷偶联剂基于界面改性原理的微观改性机理。结果表明：随着硅烷偶联剂掺量的增加，半柔性路面的高温性能、低温性能和水稳定性能均发生了不同程度的提高，同时其掺量对性能的影响存在峰值，马歇尔稳定度、动稳定度、弯拉应变与冻融劈裂强度比均在掺量为0.5%左右处达到峰值，超过峰值后性能随掺量增加而下降，最终确定硅烷偶联剂的最佳掺量为0.5%。通过测定连通空隙率和灌注率的变化定量反映界面紧密度，通过对比观察普通半柔性路面材料与硅烷偶联剂最佳掺量下的半柔性路面材料的水泥-沥青界面可明显发现，硅烷偶联剂能够在水泥基灌浆材料与沥青混合料之间发生一系列化学反应，从而通过改变水泥-沥青界面的形态，有效改善水泥-沥青界面稳定度并减少水泥-沥青界面裂缝，结合性能试验，硅烷偶联剂可通过界面优化改善半柔性路面的力学及路用性能。

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基于EDEM的螺旋布料摊铺沥青混合料均匀性研究

曹源文1，梅宇航1，周世华1，谢利丹2，陈作3

2023, 42(7): 45-51. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.07

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为了探究摊铺机螺旋布料系统的结构参数和工作参数对沥青混合料摊铺均匀性的影响，分析了沥青混合料颗粒之间的接触关系，进行了螺旋布料器三维实体建模，提出了以质量占比离异系数Sc作为均匀性评价指标。针对不同螺径、螺距和料位系数各相关参数进行仿真，得到Sc的关系变化曲线，最后利用数字图像技术开展了摊铺均匀性工程实测结果分析。结果表明：仿真分析的摊铺均匀性规律与工程实测的均匀性规律具有较好的一致性。

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基于虚功原理的轨下支承失效动力响应研究

杨宏印1, 2, 吴楠昊1, 曹鸿猷3, 张威1, 刘章军1

2023, 42(7): 52-59. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.08

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将列车、轨道和桥梁视为3个子结构，基于虚功原理分别推导了三者的动力耦合方程。各子方程按对号入座的方式组装成列车-轨道-桥梁耦合矩阵，其中轨道和桥梁子系统之间采用离散的弹簧-阻尼连接。由于轨下结构的破坏出现轨下支承失效时，计算模型应将轨道下端与桥梁相应连接的弹簧-阻尼去除，进而修正原始组装的刚度矩阵和阻尼矩阵。针对轨下支承失效问题，应用该方法分析了轨道和桥梁动力响应的变化规律。结果表明：轨下支承失效改变了连续的轨道支承刚度，导致车辆通过失效区域时的轮轨接触力剧烈变化；只考虑轨道的动力不平顺时，轨下基础支承缺陷对桥梁的位移响应影响较小，但会加剧桥梁的加速度响应；轨下支承失效的范围越大，轮轨接触力和桥梁的加速度越大；对于轨道的位移和加速度，两者会随轨下支承失效破坏区域的扩大和列车走行速度的提升而显著增加。

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检查井及井周路面影响下的车辆荷载动态特性

赵全满1,2，王鑫均1，卢晓锦1，刘继法3，胡文军1

2023, 42(7): 60-68. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.09

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为分析车辆经过检查井及井周路面时的车辆荷载动态特性，采用井周路面病害调查的方法确定了井周路面病害类型及范围；考虑井盖的变形和振动，建立了车-井盖耦合多自由度振动模型；分析了车辆荷载冲击系数随时间变化的规律及影响因素。研究结果表明：在检查井及井周路面平整度激励作用下，车辆由井周路面驶入正常路面时车辆荷载冲击系数达到最大值，此时车辆荷载为静载的1.35倍；各因素对车辆荷载动态特性影响程度从大到小排序为：井周路面病害导致的高差＞检查井沉陷量＞坡度变化率＞行车速度＞井盖刚度系数。由此可见，车辆经过检查井及井周路面时路面的平整度大小是(井周路面病害导致的高差、检查井沉陷量和坡度变化率)导致车辆荷载冲击效应是否显著的原因，也是井周路面频频破坏的主要因素之一。

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弹性地基梁板的径向基函数逼近求解方法

林军志1,2，杨笛1，徐绩青1,3

2023, 42(7): 69-75. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.10

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基于Winkler模型对弹性地基梁和弹性地基板的挠度求解提出了一种新方法。利用加权余量法中的配点法结合径向基函数逼近得到挠度近似解，该方法无需划分网格且无需积分是未知数与方程数目一一对应的强形式解法。数值实验表明：该近似解结果与理论解基本吻合，计算效果与杂交边界法相当，优于滑动最小二乘法；此外，根据边界条件可赋予附加未知量物理意义，将部分特征矩阵构造成单位阵从而降低了待求方程组的求解难度，减小误差，为特征矩阵附加行的编写提供了新思路。

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变幅水位影响下高填方岸坡框架码头结构承载特性研究

贺林林1，2，3，李志松1，赵陈雨1，钱进1

2023, 42(7): 76-86. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.11

摘要 ( )

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库区周期性变幅水位引起高填方岸坡土体抗剪强度参数发生弱化，进而导致框架码头结构稳定性降低，因此有必要开展变幅水位条件下高填方岸坡框架码头结构承载特性研究。首先，基于已建立的变幅水位下岸坡稳定性简化计算方法，考虑土体饱和度与水位循环次数对土体强度参数的影响规律，建立了考虑渗透力、土体饱和度及变幅水位循环次数综合影响下的码头结构承载特性简化分析方法。然后，借助ABAQUS有限元软件，建立了高填方岸坡框架码头结构三维有限元计算模型，并将建立的方法应用于某实际码头工程承载特性分析。结果表明：饱和度、变幅水位循环次数与渗透力的共同作用对岸坡框架码头竖向承载能力影响并不明显，然而饱和度及水位循环次数的增加略微增大了码头结构水平向极限承载能力，撞击荷载作用下，岸坡土体饱和度为90%比饱和度为14%时码头结构水平极限承载力增加了6.4%，水位循环100次比水位循环1次时水平极限撞击能力增加了3.3%；考虑渗透力后饱和度及水位循环次数的变化对岸坡土体位移影响较大，其中岸坡塑性贯通区及位移变化最大区域集中在坡顶挡土墙下方与岸坡第1排、第2排桩基土体周围。

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基于贝叶斯网络的高速公路交通事故严重程度预测及致因分析

成卫1，马铭炜1，张小龙2

2023, 42(7): 87-95. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.12

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为了深入研究高速公路交通安全，剖析高速公路交通事故的发生机理以及各类因素对高速公路交通事故严重程度的影响，收集曲靖市境内沪昆高速段2017—2019年的1 939起交通事故进行研究。以事故严重程度为因变量，筛选出人、车、路、环境4个大类下的与事故严重程度相关的19个影响因素为自变量，采用数据融合法基于树增广型贝叶斯网络构建事故严重程度预测模型，量化各因素间的影响关系，经特征筛选找出关键致因，并结合案例进行推理分析。结果表明：影响高速公路交通事故严重程度的关键致因依次为天气情况、视距情况、路面情况等。模型对高速公路事故严重程度预测准确率可达84.27%，高于传统贝叶斯方法，模型有效性验证良好。针对事故主要致因提出改进建议，可为交管部门提供准确事故信息辅助决策，加快事故响应速度，提高事故应急指挥能力。

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高速公路雨天环境下车辆跟驰行为安全风险分析

秦严严，朱立，朱宜文，唐鸿辉

2023, 42(7): 96-105. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.13

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雨天环境下行车安全隐患突出，针对雨天环境车辆跟驰行为的追尾安全风险进行研究。首先，考虑雨天环境下车辆正常加减速以及急刹车2种条件，设计安全仿真场景，并基于实测自然驾驶数据标定的跟驰模型，进行跟驰行为安全风险仿真实验。其次，根据仿真数据，使用ITC、DRAC、DSS 3种不同类型的安全评价指标对不同降雨量以及不同跟驰场景进行安全风险评价。最后，采取统计检验的方法对ITC、DRAC、DSS 3种安全评价指标进行适用性分析。研究结果表明：在2种跟驰场景中，随着降雨量的增大，车辆跟驰行为中发生碰撞的风险均随之增大，同时潜在的碰撞风险时间也越长。以速度20 m/s、DSS指标为例，正常加减速场景不同天气状况下DSS指标所表示出有碰撞风险可能性的时间分别为：晴天0 s、小雨90.9 s、大雨100 s；急刹车场景不同天气状况下DSS指标所表示出有碰撞风险可能性的时间分别为：晴天7.0 s、小雨14.3 s、大雨20.7 s。针对不同降雨量以及跟驰场景，DSS评价指标的适用性均优于ITC评价指标和DRAC评价指标。

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公路工程绿色低碳施工方案评价——基于“碳中和”与造价双目标

李红镝，周韵梓

2023, 42(7): 106-112. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.14

摘要 ( )

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公路工程绿色低碳施工能够有效减少环境污染，但是建设工程中某一单位工程的施工方案无法实现“碳中和”，只能面向“碳中和”的低碳排放形成施工方案，同时也必须坚持合理造价控制下的绿色低碳施工方案。笔者从碳中和理念以及施工方案的造价成本双目标研究公路工程施工方案，将公路工程施工系统类比为耗散系统，根据“碳中和”理念，引入正负熵值模型，根据对施工系统的影响类型，将碳排放和造价成本解释为施工系统正熵值，将碳吸收解释为施工系统负熵值；根据模型公式运用PSR模型建立了基于“碳中和”理念的公路工程绿色低碳施工评价指标体系，得到正负熵值模型所需权重，从而计算施工系统总熵值，对比不同施工方案的施工系统熵值大小，综合分析比较施工方案的造价成本以及绿色低碳两方面的影响，设立3个情景对施工方案进行评价进而选出总体占优的施工方案。研究结果表明：使用生态砌块预制件的施工方案的施工总熵值小于使用传统预制件的施工总熵值，前者施工方案更加契合“碳中和”与造价双目标。

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基于改进熵值法的隧道照明环境评价研究

闫自海1，李硕2，甘鹏路1，梁思农1

2023, 42(7): 113-119. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.15

摘要 ( )

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针对现有隧道照明环境评价方法主观性较强、考虑评价指标单一的问题，从光源、交通状况、通风条件以及空间通视性4个方面选取评价指标，利用改进熵值法明确各评价指标的影响程度，并结合基于BP神经网络的模型简化和基于聚类分析的安全等级划分，构建隧道照明环境评价体系。研究结果表明：权重计算结果充分反映了实测数据本身蕴涵的信息，解决了由于数据离散程度较大导致指标权重值较大的问题；基于BP神经网络的照明环境评价简化模型计算精度较高，计算拟合判断系数R2=0.934；经检验瞳孔面积变化率均值、中位数均与评估值的变化规律基本保持一致，评估值W可以有效评估隧道内部照明环境综合危险程度。

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确定任务视角下集装箱堆场箱位分配研究

郑云峰，刘瑞麟，饶本顺，周校彬，张国庆

2023, 42(7): 120-127. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.16

摘要 ( )

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为了合理分配堆场资源和提高码头工作效率，针对集装箱堆场箱位分配问题进行研究。考虑码头到港船舶目的地、时间、箱重等因素，以场桥的行车成本和翻箱成本之和最低为目标，建立堆场箱位分配模型。为增强算法的全局搜索能力，基于确定任务视角，将贝位选择和贝内排箱过程看作一个整体，设计一种在整个区域内搜索排箱位置的遗传算法对模型进行求解，得到具体箱位调度分配方案。通过仿真验证所提出算法的有效性，并与Yalmip软件对比，求解不同规模的算例，验证算法的性能。结果表明:该算法能够有效解决实际生产作业中箱位分配的问题，并在求解大规模算例时也能在较短时间给出较优解。

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城市建成环境对共享单车还车量的影响分析

王振报1，李慧庆1，刘卓2

2023, 42(7): 128-135. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.17

摘要 ( )

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在确定共享单车客流最佳空间单元集计方法后，进行城市建成环境对共享单车还车量的影响程度分析。以厦门岛为例，将共享单车还车位置数据进行集计得出的空间单元还车量作为因变量，计算各空间单元的建成环境指标作为自变量，利用最小二乘法、地理加权回归、多尺度地理加权回归模型，针对8种空间单元划分方法进行回归分析，确定拟合优度最佳的空间单元划分方法，并分析建成环境变量影响程度的空间异质性。研究结果表明：①采用交通分区进行还车量集计的多尺度地理加权回归模型拟合优度最佳；②公司企业兴趣点密度、建筑密度、交叉口数量和共享单车电子围栏数量与还车量呈正相关；空间封闭度、科研教育兴趣点密度、至最近地铁站距离和兴趣点多样性与还车量呈负相关；最近公交站距离在西南部呈负相关，在西北、北部和东北部呈正相关。研究思路和方法为提高共享单车还车量预测模型精度提供了参考，建成环境变量影响程度的空间异质性结果为不同区位提出差异化的建成环境更新策略提供了科学依据。

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机场实时容量提取和深度融合时空分布预测建模

臧海培，朱金福，高强

2023, 42(7): 136-145. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.18

摘要 ( )

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对于民航运输的网络式运输结构，评估单一机场运行容量仅可用于航班计划安排，而预测机场网络容量的时空分布对航班运行控制具备指导意义。为了反映复杂天气对机场实时容量的影响，采用我国民航天气和航班运行大数据，运用数据挖掘技术提取机场实时容量，研究天气与容量的非线性映射关系；运用神经网络等多种机器学习算法建立将天气时空分布预测转换为机场容量时空分布预测的模型；并在分析单一模型预测结果的基础上，运用神经网络加权特征融合层构建深度融合多种算法的集成预测模型，进一步提升机场实时容量预测的准确率。最后通过华东地区机场网络多季节天气数据，验证模型在复杂天气条件下预测机场实时容量的准确率。研究发现：各模型的预测精度随着单位时间的增加而减少，深度神经网络对非线性天气特征的学习能力较强，通过融合集成学习构建深度神经网络有效提升了机场实时容量的预测精度，满足在短时间内获得未来机场实时容量的要求，可以为民航运输提供决策依据，减少航班延误。

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驶经丁坝船舶水动力特性数值研究

冀楠，黄浩东，罗意，李浩然

2023, 42(7): 146-154. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.19

摘要 ( )

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丁坝是常见的水工建筑物，会对河道水流和过往船舶的水动力特性产生影响。基于RANS方程，采用VOF方法处理自由液面并结合Realizable k-ε湍流模型，对船舶过丁坝时的水动力特性进行数值模拟。首先对丁坝和船舶的水动力特性进行数值计算，并与实验数据进行对比，证明数值模拟方法的合理性。然后将河道水流流速及船与丁坝相对位置作为变化参数，进行船舶水动力特性和河道流场域计算，得到船舶的受力特性和航行姿态的变化规律。研究表明：船舶的存在使得丁坝后的流场发生不稳定的横向摆动；船舶经过丁坝时，横向力峰值出现在丁坝前0.25倍船长（X/Lpp=-0.25）位置附近，纵向力峰值出现在丁坝轴线位置处（X/Lpp=0），船舶受到的转艏力矩正向峰值出现在丁坝后0.5倍船长附近（X/Lpp=0.5），负向峰值出现在丁坝前0.5倍船长附近（X/Lpp=-0.5）；水流流速增大，船舶受力及力矩的增量在丁坝前后一倍船长范围内（-1 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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旋叶式压缩机油气分离器流场数值计算与试验

刘进1，何泽银1,2，陶平安1，刘红梅1，向银1,2，冉志祥2

2023, 42(7): 155-160. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.07.20

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针对旋叶式压缩机油气分离器对小直径油滴分离效率较低的问题，提出了一种新型的二级油气分离管结构。基于SST k-ω湍流模型和DPM离散相模型，建立了油气分离器多相流数值模型，分析了流场速度分布与油滴运动轨迹，研究了离心式油气分离器分离效率的规律，提出了分离器结构改进的方案(即在分离器主排气管中增设二级分离管，增加油滴与壁面碰撞几率，进而增加油气分离效率)；搭建了离心式油气分离器油滴标定试验台，开展了离心式油气分离器油滴分离试验研究。研究结果表明：新型二级分离管对各直径油滴分离效率均有提升，尤其对小直径油滴分离效率提升近20%，优化结果有效地解决了分离器对小直径油滴分离效果差的问题。

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