重庆交通大学学报（自然科学版）

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非额定工况实船试验确定消滩水力指标的方法

许光祥1，王松宁1，王舒涛2，蔡创1

2023, 42(8): 1-8. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.01

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消滩水力指标是急滩整治依据的一项标准，但采用实船试验确定时常常难以满足理想的额定条件。首先指出了实船试验确定消滩水力指标的3个理想额定条件，给出了额定载重，额定功率条件下确定消滩水力指标的简单方法。根据非额定工况和额定工况各自的受力平衡方程，导出了将非额定工况的实测对水航速转换为消滩水力指标对应航速的转换公式，并给出了兹万科夫阻力公式法、通用阻力公式法和修正通用阻力公式法等3个转换方法。依据澜沧江四级航道静水航速和上滩实船试验成果，演示了测点数据的取舍、推进系数的计算、坡流指标的拟合等过程，并对比了3个转换方法的计算成果，推荐了简便合理的转换公式。

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外置耗能器与复位器的自复位桥墩抗震性能研究

王大鹏1,2，梁银丰1

2023, 42(8): 9-17. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.02

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为发展易于实现损伤控制的摇摆自复位（rocking self-centering, RSC）桥墩，选取防屈曲支撑（buckling restrained brace， BRB）作为外置耗能器，弹簧作为外置复位器，设计外置防屈曲支撑与弹簧的自复位（BS-RSC）桥墩。利用Opensees有限元软件建立BS-RSC桥墩的数值分析模型，并验证模型正确性，分析BRB屈服强度、弹簧刚度及轴压比对BS-RSC桥墩滞回性能的影响；进行动力时程分析，研究不同参数对最大墩顶位移角、残余位移角的影响。研究结果表明：BS-RSC桥墩滞回曲线饱满，BRB可显著提升BS-RSC桥墩的耗能能力，控制弹簧刚度可在不影响整体耗能下控制残余位移；进行动力时程分析，在罕遇地震下，桥墩残余位移角处于低值，最大墩顶位移角随着BRB屈服强度的提高而显著降低，说明BS-RSC桥墩是各构件协调工作、功能明确且具有优秀耗能能力与自复位能力的新型桥墩。

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拱肋高度基于余弦曲线变化的钢管混凝土拱桥设计方法

周水兴1，白兴蓉2，王鹏2，邓业逵3

2023, 42(8): 18-22. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.03

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大跨度钢管混凝土拱桥大多采用等宽变高的截面形式。分析了李特公式中影响变截面高度的设计参数，在此基础上提出了钢管拱变截面高度设计的一种新方法：将拱肋截面高度定义为拱顶高度与拱轴水平倾角余弦值的幂次方之比，幂次方由拱顶高度、拱脚高度和拱轴线方程唯一确定。结合钢管混凝土拱桥常用的矢跨比和拱轴系数，给出了幂次方的取值范围。为验证该方法在大跨度钢管拱设计中的可行性，开展了两座钢管混凝土拱桥的动力特性与弹性稳定分析。结果表明，采用该方法设计的钢管混凝土变截面拱，与设计文件和李特公式的计算结果相比，钢管拱弦杆轴力差异在1.7%~7.0%，动力特性、弹性稳定以及腹杆应力差异在5%内。文中提出的设计方法可以为今后钢管混凝土拱桥设计提供参考。

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混合砂对混凝土力学性能及孔隙结构的影响

黄维蓉1，晏茂豪2，仝赞3，何越骁1，王娇2，陈行2

2023, 42(8): 23-29. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.04

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通过低场核磁共振仪分析了3种不同细集料混凝土孔隙结构对力学性能的影响规律，并采用扫描电镜对这3种混凝土的微观形貌进行了观察。研究结果表明：利用机制砂取代部分天然砂可配置出满足力学性能要求的混合砂混凝土。在保证水胶比不变情况下，机制砂取代率为50%的混凝土力学性能指标最佳；混合砂混凝土总孔隙率为3.4%，微孔(r≤0.1 μm)、小孔(0.1 μm＜r≤1 μm)、大孔(1 μm＜r≤1 000 μm)占比均小于天然砂混凝土和机制砂混凝土，孔径分布均匀性也优于天然砂混凝土和机制砂混凝土；混合砂混凝土中水泥浆体与适量石粉的水化产物使界面过渡区更严实，能改善内部结构，有利于提升力学性能。

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紫外老化作用下PPA/SBR改性沥青胶浆及混合料高低温性能研究

徐艳玲,朱洪洲,青亮,殷春鑫

2023, 42(8): 30-37. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.05

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通过高温温度扫描试验、BBR低温蠕变试验对粉胶比为0.6、0.9、1.2的90#基质沥青胶浆、SBR改性沥青胶浆及PPA/SBR改性沥青胶浆紫外老化前后的高低温流变性能进行了研究，利用高温车辙试验及低温小梁弯曲试验对其紫外老化前后的沥青混合料高低温性能进行分析，同时引入沥青胶浆的车辙因子老化指数ASTA、蠕变劲度老化指数SAI、蠕变速率老化指数mAI，沥青混合料动稳定度老化指数DAI、弯曲劲度模量老化指数SBAI对沥青胶浆及沥青混合料的抗紫外老化性能进行定量分析，结果表明：紫外老化会提高沥青胶浆的高温抗变形能力，而显著降低沥青胶浆的低温抗裂性。而对于沥青混合料而言，紫外老化劣化了90#基质沥青混合料及SBR改性沥青混合料的高温抗车辙性能，提高了PPA/SBR改性沥青混合料的抗车辙性能，而低温抗裂性在紫外老化后均出现了明显下降，但PPA/SBR改性沥青混合料紫外老化前后都具有最佳的低温抗裂性能。说明PPA的掺入有效提高了SBR改性沥青胶浆及沥青混合料的高温抗变形能力、低温抗裂性能及抗紫外老化性能。研究成果表明：PPA/SBR沥青材料非常适用于高寒高海拔地区。

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基于声传播模拟的多孔沥青混合料吸声性能与孔结构关系

陈俊1 ，孙振浩1 ，李嘉浩1,2 ，王俊鹏1

2023, 42(8): 38-44. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.06

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为分析多孔沥青混合料孔隙对噪声吸收效果的影响，利用XCT扫描了多孔沥青混合料试件，重构并分离了不同空隙率OGFC-13三维连通孔隙，分析了连通孔隙曲率、长度、内壁粗糙度、横截面面积、椭圆率等形状特征；运用有限元软件模拟了声波在驻波管内的传播，得到了不同声波频率下多孔沥青混合料的吸声系数；分析了混合料孔隙形状特征与高、中、低频吸声系数之间的关系。结果表明：尽管OGFC-13内连通孔隙曲率在0.25~0.35 mm-1，但三维连通孔隙极其丰富，边长3 cm立方体内连通孔隙长度在980 mm以上；近30%孔隙横断面的椭圆率在0.9左右，且连通孔隙内壁粗糙度极不均匀，呈明显的“双峰”分布；孔隙横截面大小、内壁粗糙度与高频段（2 000~3 000 Hz）吸声系数具有一定的线性关系，孔隙越大内壁越粗糙，混合料对高频声波的吸声能力越强。

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国产高温固化环氧沥青混合料生产施工关键技术研究

刘攀1, 2，刘洋1，李凯1，全弘彬2

2023, 42(8): 45-50. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.07

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针对环氧沥青材料的性能特点，研究了国产高温固化环氧沥青混合料在不同温度下的施工可操作时间；考察了拌和工艺和生产施工温度对混合料马歇尔指标的影响；并研究了养护条件对混合料强度形成的影响规律。试验结果表明：在160~180 ℃范围内，国产高温固化环氧沥青混合料具有较长的施工可操作时间(3~4 h)，能满足工程应用需要；拌和工艺对混合料性能影响较小，通常工艺为主剂和固化剂先混合均匀，再与基质沥青及石料拌和；生产施工温度对混合料的性能有显著影响，其中拌和温度宜为160~180 ℃，碾压温度不宜低于130 ℃，施工环境温度不宜低于10 ℃；混合料强度的发展主要取决于养护时间和养护温度；准确把握高温固化环氧沥青混合料在生产施工过程中的关键节点，可有效地保证工程顺利实施。

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多轮反应溶液用量对微生物加固粉土的影响

赵志峰，王浩然

2023, 42(8): 51-56. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.08

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采用先将巴氏芽孢杆菌的菌液与粉土拌合，然后入渗多轮胶结液(包含等比例的氯化钙和尿素)的方法可对粉土进行有效胶结加固。反应溶液用量(胶结液入渗轮数和菌液体积)对加固效果有重要影响。胶结液入渗轮数试验结果表明：不同入渗轮数加固的试样在水中具有良好的稳定性；随着入渗轮数增加，试样中的CaCO3含量和无侧限抗压强度逐渐提高，且入渗后期的增幅高于前期。扫描电镜结果表明：入渗轮数较多时沉积的CaCO3晶体尺寸更大。菌液体积试验结果表明：当菌液用量为1倍孔隙体积(1.0Vv)时，试样中生成的CaCO3相对较多，无侧限抗压强度也更高。减少菌液体积并不能带来加固效果的提升；当入渗轮数较少时，采用0.6Vv菌液体积的加固效果较差。

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考虑渗流-应力耦合的不同降雨条件下非饱和土边坡稳定性分析

周亦良，贺其，李明，孙志远，何丰瀚

2023, 42(8): 57-63. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.09

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降雨是诱发边坡失稳破坏的主要因素之一，由此造成的经济损失极其巨大。通过Geo-studio有限元数值分析软件，在考虑/不考虑渗流-应力耦合作用情况下，对非饱和土边坡有效应力和孔隙水压力进行对比分析，研究了不同降雨强度、持时和类型对边坡稳定性的影响。结果表明：渗流-应力耦合作用使得表层孔隙水压力上升速度及土体基质吸力消散速度加快，土体强度降低，耦合分析得到的安全系数比非耦合分析小；降雨强度越大，雨水下渗速度越快，边坡稳定性安全系数下降速度越快；降雨持时越长，降雨入渗影响深度增加，边坡稳定性安全系数越低；前锋型降雨作用下边坡稳定性安全系数下降最快，其次是均匀型降雨，最后是后锋型降雨。

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柴达木盆地地下水位上升灾害防治对策

党学亚1,2,3，顾小凡1,2,3，常亮1,2,3

2023, 42(8): 64-69. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.10

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从地下水补径排条件变化入手，分析了格尔木和德令哈水位上升灾害的控制因素。研究结果显示：在灾害年，河川径流量显著增大、平原区降水量有所增加、农田灌溉用水量未有明显变化，同时地下水的径流及排泄条件基本未变；据此综合推断河川径流量的显著增大是地下水位上升成灾的主导因素。进一步分析揭示：致灾根源是青藏高原气候变化带来的河源区降水量剧烈增加。基于变害为利理念，结合当地水资源需求和山前平原区第四系松散含水层系统的蓄水条件和现有水利设施状况，提出了通过构建渠系疏导、地下水库调蓄与水源地截流开采三位一体的水源调控系统，来彻底消除地下水位上升灾害的对策及具体实施措施。

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高速公路避险车道制动坡床长度可靠性设计

张航1，刘洋1，吕能超2

2023, 42(8): 70-76. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.11

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在进行高速公路避险车道设计时，为保障制动失效车辆进入制动坡床后能安全减速停车，引入可靠度理论，根据极限状态确定避险车道制动坡床长度计算模型，基于该模型构建制动坡床长度的可靠度功能函数，对驶入速度、滚动阻力系数、制动坡床坡度等相关参数进行统计并分析其分布规律，采用蒙特卡罗法计算主线设计速度分别为120、100、80 km/h的高速公路避险车道制动坡床长度的可靠概率。以高速公路路面结构可靠概率95%为要求，对避险车道制动坡床长度进行可靠性设计，给出不同主线设计速度对应的制动坡床长度推荐值。结果表明：避险车道制动坡床长度设计值随着设计驶入速度而变化，120、100、80 km/h主线设计速度对应的可靠概率分别为39.55%、46.68%和54.03%，安全可靠程度不足。主线设计速度为120、100、80 km/h时对应的制动坡床长度安全建议值由对应的最小安全设计驶入速度126、123、122 km/h与设计选取的纵坡和坡床材料综合计算得出。

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超高速公路虚拟轨道模型的构建与验证研究

何永明1,2，冯佳1，权聪1,2，曹剑1，3,陈世升1,2

2023, 42(8): 77-85. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.12

摘要 ( )

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为提高超高速公路行驶安全性，用建立数学模型的方法研究了超高速公路虚拟轨道系统。该系统由信息采集子系统、信息处理子系统和信息反馈子系统组成。通过理论分析与信息采集子系统得到的数据，建立了直线路段和曲线路段上虚拟轨道偏离计算模型。利用计算模型得到了直线路段车辆偏离虚拟轨道安全范围时的预警信号值；曲线路段汽车驶离虚拟轨道安全范围所需时间及距离数据判断值。研究结果表明：当汽车行驶在超高速公路直线路段上时，理论距离与传感器检测距离的平方之差的绝对值小于1.85、2.78、3.70 m2时，就可保证车辆偏离中心线的距离分别小于0.50、0.75、1.00 m。当汽车行驶在曲线路段上时，汽车驶离虚拟轨道安全范围所需时间与行车速度、虚拟轨道安全范围以及曲线半径有关；偏离虚拟轨道的阈值分别取0.50、0.75、1.00 m，预警信号值为2、 3、 4 m时，可保证车辆不会驶离虚拟轨道安全阈值范围。因此，超高速公路虚拟轨道系统可将车辆限制在虚拟轨道安全范围内行驶，保证超高速公路行车的安全性。

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基于复杂网络的陕西省高速公路网络脆弱性分析

李博1，李治政2，刘慧甜1

2023, 42(8): 86-95. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.13

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为提高陕西省高速公路网络应对突发事件的抗毁性，保障高速公路网络安全运营，运用复杂网络理论对高速公路网络脆弱性进行研究。首先，采用原始映射法构建陕西省高速公路的加权网络模型，从节点和连边2个方面分析了高速公路网络拓扑结构特征；其次，从最大连通子图角度设计了一种改进攻击策略，从节点攻击和边攻击2种方式对高速网络脆弱性进行分析。结果表明：在高速公路网络的脆弱性方面，不管是节点攻击还是边攻击，高速公路网络对基于介数的攻击策略都表现出一定的脆弱性，介数特别是在改进介数攻击和重新计算介数攻击2种攻击策略中，高速公路网络表现出较强的脆弱性；在攻击效果方面，改进度攻击策略要优于重新计算度攻击策略和初始度攻击策略，改进介数攻击策略要略优于重新计算介数攻击策略，要显著优于初始介数攻击策略，表明改进度攻击策略在对最大连通子图造成有效破坏的同时也能兼顾对网络效率的冲击，也验证了改进度攻击策略的有效性。

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考虑出行者心理需求的旅游出行服务使用意向研究

李婉莹1,2，关宏志2，韩艳2

2023, 42(8): 96-105. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.14

摘要 ( )

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为了研究出行者对旅游出行服务的使用意向，基于出行即服务(mobility as a service, MaaS)环境考虑心理需求构建了服务接受模型（service acceptance model, SAM）。通过网络问卷调查方法获取MaaS影响因素的主观评价数据，基于结构方程模型检验了SAM的假设及其内部一致性、可靠性、收敛效度和判别效度。结果表明：感知有用性对出行者使用意向的正向影响最大，感知易用性次之，而感知风险呈负向作用；感知有用性和感知易用性影响出行者的习惯模式一致性，进而间接影响出行者使用意向；心理需求满足对使用意向具有重要作用，出行者的自主性、能力、关联性及利他性等心理需求因素影响感知有用性、感知易用性和感知风险，进而间接影响出行者使用意向；SAM可有效地描述旅游出行服务使用意向，并为异质性出行者在制定精细化、差异化策略时提供支持。

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稳定跟车状态驾驶风格识别及迁移特性

彭金栓，赵文超，刘潞，刘通，张磊

2023, 42(8): 106-113. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.15

摘要 ( )

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为探究高速工况稳定跟车状态下不同类型驾驶人的跟车特性及驾驶风格识别方法，选取20名驾驶人开展实车驾驶试验，采集自然驾驶状态下的自车速度、跟车间距、跟车时距等指标，基于雷达数据等确定稳定跟车事件提取规则。通过耦合分析稳定跟车状态下的驾驶行为指标分布规律及跟车特性，选取跟车间距、跟车时距及加速踏板开度为聚类指标，使用K均值聚类算法对301段稳定跟车事件进行聚类分析，并根据不同风格类型出现的频数及所占比例将驾驶人划分为3种风格类型（保守型、一般型、激进型）。最后通过CART决策树方法对聚类结果进行验证，进一步分析长时间稳定跟车状态下驾驶风格的迁移特性。研究结果表明：随自车速度增大，跟车间距与加速踏板开度亦呈现增大趋势，且在不同速度区间下均具有显著性差异。不同速度区间下的跟车时距均值无明显变化，稳定分布于2.57~2.72 s。CART决策树验证驾驶风格聚类划分结果总体吻合率达99.7%。不同风格驾驶人的车速与油门踏板开度、跟车间距与跟车时距均存在显著性差异。随时间推移，保守驾驶人更加趋于保守，激进驾驶人更加趋于激进，一般驾驶人则相对较为稳定。研究结果可为高级别自动驾驶系统跟车控制策略及参数的制定提供技术支持。

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基于GIS的特长公路隧道火灾风险管理研究

刘红勇1，徐敏1，张静晓2，许贺3

2023, 42(8): 114-124. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.16

摘要 ( )

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为有效降低隧道火灾发生风险，构建较为完善的公路隧道火灾风险评估体系，进而对火灾风险实现更加科学的管理，创新性地将GIS技术应用在特长公路隧道火灾风险管理中。首先分析了GIS应用于隧道火灾风险管理的优势，具体介绍了基于GIS的隧道火灾风险管理方法，结合ArcGIS实现隧道火灾风险评价与等级划分；其次，构建基于GIS技术的隧道风险管理系统并对应用端的操作进行了说明；最后，针对隧道火灾建立了危险性、脆弱性、暴露度及防灾减灾能力4个一级指标、33个二级指标的风险评价模型，运用熵值法和改进模糊综合评价方法对太古西山隧道、阳泉市北茹隧道进行了火灾风险评价并进行电子地图显示。研究表明：基于GIS的火灾风险评价模型可有效实现隧道火灾的危险性分析、暴露度分析、脆弱性分析以及防灾减灾能力分析，并结合实例研究验证了此系统的可行性，以期为特长隧道火灾风险综合管理和应急响应提供安全可靠的信息和智能化决策支持。

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基于卷积神经网络的飞机燃油消耗预测方法

赵元棣，王中义

2023, 42(8): 125-131. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.17

摘要 ( )

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针对绿色民航的发展目标，准确预测飞机燃油消耗具有重要意义。对飞机油耗问题进行研究分析，基于TensorFlow深度学习框架，使用卷积神经网络，建立飞机燃油消耗预测模型。将预测结果分别与现有的飞行计划、多层感知机神经网络模型对比，验证卷积神经网络模型的准确性，并进行10折交叉验证，验证模型的鲁棒性。结果表明：卷积神经网络模型预测结果的平均误差率为5.26%，明显优于现有的飞行计划的17.67%和多层感知机模型的7.69%，模型10折交叉验证的误差率方差为0.16%；基于卷积神经网络的飞机燃油消耗预测模型具有很好的准确性和鲁棒性，能够为航空公司提供更加准确的飞机携带燃油量，避免产生更大燃油消耗，可有效降低运营成本，实现绿色民航的节能目标。

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基于FGM-SVR组合模型的港口吞吐量预测

邓萍1，刘淑龙2

2023, 42(8): 132-138. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.18

摘要 ( )

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为提高港口吞吐量的预测精度，建立基于分数阶累加GM(1,1)预测模型FGM（1,1）和支持向量回归（support vector regression, SVR）的组合预测模型进行港口吞吐量的预测。首先，分别运用FGM(1,1)模型和SVR模型对吞吐量进行预测；然后，针对传统组合模型赋权不能兼顾各单项模型在各时点预测能力强弱的问题，提出基于诱导有序加权平均（induced ordered weighted averaging，IOWA）算子的赋权方法进行组合预测；最后，以重庆港2005—2020年港口货物吞吐量为数据样本进行实例验证，分别使用FGM(1,1)模型、SVR模型和赋权后的组合模型进行港口吞吐量预测，并比较3种模型的预测精度；最后，分别使用这3种模型对2021—2024年港口吞吐量进行了预测。研究结果表明：基于IOWA组合预测模型的均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分比误差均明显小于各单一预测模型。该组合模型可以为港口吞吐量预测提供一种新的方法。

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半挂汽车列车多轴主动转向控制策略研究

邓召文1,3，孔昕昕2，高伟2,3

2023, 42(8): 139-146. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.19

摘要 ( )

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针对半挂汽车列车低速机动性和高速稳定性较差的问题，建立三轴半挂汽车列车三自由度线性参考模型，以牵引车与挂车横摆角速度趋近于参考值、质心侧偏角趋近于零为设计目标，采用线性二次型调节器（linear quadratic regulator, LQR），制定牵引车挂车主动转向控制策略；应用仿真软件，在低速360°圆形工况与高速单移线工况下对LQR主动转向控制车辆进行仿真，并与无控制车辆模型进行对比分析。仿真结果表明，LQR主动转向控制车辆的低速机动性和高速稳定性得到了有效改善，证明所制定的控制策略具有较好的控制效果。

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基于参数敏度分析的轮毂轴承寿命多目标优化

朱孙科1，孙永刚2，董绍江1,3，蒋玉安4

2023, 42(8): 147-154. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.08.20

摘要 ( )

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为提高某型第三代轮毂轴承受载疲劳寿命，以额定动载荷和额定静载荷作为响应指标，采用正交试验设计对轮毂轴承结构参数进行灵敏度分析，以轮毂轴承滚珠数量、滚珠直径、节圆直径及内外沟曲率半径等主要影响因素作为设计变量，建立轮毂轴承疲劳寿命多目标优化数学模型。分别采用非劣排序遗传算法（NSGA-II）、多岛遗传算法（MIGA）和最优化粒子群优化算法（MOPSO）进行优化求解，得到了轮毂轴承最优结构设计参数，采用有限元仿真分析方法对优化前后的旋压铆合装配成形轮毂轴承疲劳寿命进行对比验证。结果表明：上述优化策略实现了由2个目标函数主导的轮毂轴承整体性能提升，改善了轮毂轴承各组件的应力集中情况，提高了轮毂轴承的疲劳寿命，优化后结构最大应力较初始设计降低了约5.1%，寿命较初始设计结构增加了约3.8%，表明轮毂轴承的疲劳寿命多目标优化设计是有效的。

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