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多类混凝土损伤比强度理论及塑性-损伤模型研究进展与应用 被引量:1
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作者 丁发兴 吴霞 +7 位作者 吕飞 王文君 孙浩 SADAT Said Ikram 许云龙 王恩 王莉萍 余志武 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第2期690-711,共22页
为完善混凝土强度理论和塑性-损伤模型,通过参考岩石损伤比强度理论,根据现有普通混凝土、再生混凝土、轻骨料混凝土和纤维混凝土等多类混凝土多轴强度试验数据,推荐损伤比变量中的五经验系数取值,完善多类混凝土损伤比强度理论并揭示... 为完善混凝土强度理论和塑性-损伤模型,通过参考岩石损伤比强度理论,根据现有普通混凝土、再生混凝土、轻骨料混凝土和纤维混凝土等多类混凝土多轴强度试验数据,推荐损伤比变量中的五经验系数取值,完善多类混凝土损伤比强度理论并揭示约束混凝土工作原理。分析表明,随着静水压力的增加,混凝土压损伤比将由单轴受压时为1左右线性递减至小于0.5,八面体剪应力先增大后减小,轴向峰值应力提升为某一定值,压损伤比取值减小引发非弹性体积膨胀减小至不变,因而导致混凝土由单轴受压脆性破坏向多轴受压塑性破坏转变,该理论为钢管混凝土柱中发挥混凝土耗能潜力提供理论依据。依据混凝土损伤比强度理论,确定多类混凝土塑性-损伤模型中的三轴强度参数,包括膨胀角、拉压子午线强度比值和二轴等压与单轴抗压强度比值,并建议常温静力荷载下多类混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,常温地震荷载下普通混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,以及火灾升温环境下普通混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,建立约束混凝土三轴塑性-损伤模型。介绍多类混凝土塑性-损伤模型在钢-混凝土组合结构有限元模型中的应用,模型中混凝土采用实体单元而钢管与钢梁采用壳单元,可模拟钢管与混凝土之间的界面滑移与约束作用,当采取增强约束拉筋强柱构造方法时可提升钢管混凝土柱及其结构的承载力、抗震与抗火性能。 展开更多
关键词 混凝土 损伤比 强度理论 塑性-损伤模型 三轴参数 应力-应变曲线 实体-壳单元模型
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基于再生胶凝固化剂的季冻区路基固化土工程性能研究 被引量:1
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作者 姜鹏 刘林 +4 位作者 邹仁 仝亚刚 张小宁 王帅 郎永贤 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第2期636-648,共13页
为实现工业固废在道路与铁道路基工程中的高值化利用,助力双碳目标在交通运输工程领域中的达成,采用钢渣、矿渣与2种脱硫产物(DP-1、DP-2)等工业固废制备再生胶凝固化剂。基于响应面法考察不同工业固废的交互作用并得到其最优组配。采... 为实现工业固废在道路与铁道路基工程中的高值化利用,助力双碳目标在交通运输工程领域中的达成,采用钢渣、矿渣与2种脱硫产物(DP-1、DP-2)等工业固废制备再生胶凝固化剂。基于响应面法考察不同工业固废的交互作用并得到其最优组配。采用最优组配下的固化剂对粉土进行改良固化,并表征本研究固化粉土微观结构。与水泥固化粉土作对比,探究了固化剂掺量、养护龄期对固化粉土力学性能和耐久性的影响规律,并分析2种固化粉土的矿物成分,探究再生胶凝固化剂的粉土固化机理。研究结果表明:7 d无侧限抗压强度(p_(usc))响应面模型经残差正态概率分布检验,模型可靠度较高。钢渣与矿渣、钢渣与DP-2交互作用对7 d p_(usc)值的影响极其显著,再生胶凝固化剂最优配比(%)为钢渣∶矿渣∶DP-1∶DP-2=52.1∶19.9∶19.5∶8.5。研究可知,固化粉土具有良好的力学性能和耐久性,在养护后期(28 d)与水泥固化粉土p_(usc)值、加州承载比值、水稳性能系数值、冻融循环系数值分别相差1.9%、0.5%、1.0%、2.3%。再生胶凝固化剂组分在碱性环境中发挥协同作用,水化产物交错生长填充了粉土颗粒之间的孔隙,从而提高了固化粉土的力学性能。同掺量的再生胶凝固化剂碳排放仅为水泥的1.66%,推荐再生胶凝固化剂路床固化工程最优掺量为6%~8%,该技术的推广应用具有重要环保和社会意义。 展开更多
关键词 工业固废 响应面法 固化剂 力学性能 耐久性 固化机理
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伺服钢支撑控制旁侧既有盾构隧道变形试验研究 被引量:1
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作者 王哲 吴鹏飞 +5 位作者 魏纲 冯韦皓 吴雪桦 李航 易子浩 胡恬华 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第2期795-806,共12页
为探明伺服钢支撑主动控制旁侧既有盾构隧道变形时基坑和隧道的整体受力变形规律和机理,解决工程中伺服钢支撑的不合理应用问题,开展室内缩尺模型试验,通过分析地连墙变形、隧道变形、隧道围压与内力、周围土压力等试验数据,以及伺服钢... 为探明伺服钢支撑主动控制旁侧既有盾构隧道变形时基坑和隧道的整体受力变形规律和机理,解决工程中伺服钢支撑的不合理应用问题,开展室内缩尺模型试验,通过分析地连墙变形、隧道变形、隧道围压与内力、周围土压力等试验数据,以及伺服钢支撑不同组合方式下的隧道变形控制效果,研究伺服钢支撑主动控制旁侧隧道变形的规律和机理。试验结果表明:伺服加载对隧道水平位移和拱顶沉降均有一定的控制效果,且对水平位移的控制效果更加显著,对隧道右拱腰围压与弯矩的影响最大,拱顶拱底次之,对左拱腰影响最小,对地表沉降未产生显著的控制效果。伺服加载在旁侧土体产生的附加应力,随着距离增大产生消散现象,在隧道右拱腰产生应力集中现象,伺服加载对地连墙变形、隧道围压和弯矩、隧道变形的影响同步产生且相互关联。伺服钢支撑设置位置越靠近隧道埋深处、设置层数越多对隧道变形控制效果越好,但设置位置不当时设置层数与隧道变形控制效果不成正比,甚至产生负向控制效果,工程中应重点考虑伺服钢支撑的设置位置,不可盲目增大设置层数,否则增加工程成本且可能产生工程风险。研究结果可为伺服钢支撑主动控制围护结构及旁侧隧道变形提供理论指导,利于其更加广泛而合理地应用。 展开更多
关键词 盾构隧道 深基坑 伺服钢支撑 地连墙变形 模型试验
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基于岩碴比表面积的完整岩体TBM破岩效率分析 被引量:1
4
作者 闫长斌 石雨萱 +3 位作者 李严 李庆民 刘永胜 吴遁 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第1期456-468,共13页
岩碴是TBM掘进过程中岩~机相互作用的直接产物,其破碎程度、形态特征、粒径分布等信息是TBM破岩效率的重要反馈指标。基于岩碴现场筛分试验和室内三维扫描试验,定量分析了TBM岩碴的形态特征及其随粒径变化的规律,提出一种基于岩碴粒径... 岩碴是TBM掘进过程中岩~机相互作用的直接产物,其破碎程度、形态特征、粒径分布等信息是TBM破岩效率的重要反馈指标。基于岩碴现场筛分试验和室内三维扫描试验,定量分析了TBM岩碴的形态特征及其随粒径变化的规律,提出一种基于岩碴粒径分布规律的比表面积计算方法,准确计算了不同粒径分布条件下岩碴比表面积的真实值。结合岩碴新表面理论指标对岩碴比表面积计算结果进行验证,同时分析了岩碴比表面积与TBM破岩效率之间的内在联系。研究结果表明:随着岩碴粒径增大,岩碴的球形度和扁平度逐渐减小、伸长度逐渐增大。总体上,岩碴的伸长度越大、扁平度和球形度越小,粗糙度指数就越大,TBM破岩效率越高。采用积分的方法,利用表面积预测函数与累积分布函数可计算得到岩碴试样比表面积真实值且分析发现其数据可近似表示单位质量岩体破碎后新增表面积的大小。岩碴比表面积SW与新表面理论指标Sa之间具有较好的线性相关性,可以相互验证其准确性与合理性,但相比新表面理论指标Sa,比表面积SW具有更清晰的物理意义和更为直观的数字结果。岩碴比表面积随TBM掘进比能、贯入度指数增加而增大,随粗糙度指数增大而减小,即岩碴比表面积可较好地描述岩石破碎程度及能量消耗,岩碴比表面积越大,岩碴就越破碎,TBM破岩效率越低。 展开更多
关键词 TBM 岩碴 破岩效率 三维扫描 形态特征 比表面积
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考虑均衡服务和停站协同的城际铁路周期运行图优化 被引量:1
5
作者 周文梁 闫璐云 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第2期557-568,共12页
城际铁路作为城市群中旅客出行的骨干,对促进城市群内城市之间人员往来和各生产要素流动具有重要意义。周期列车运行图使得列车等时间间隔运行、具有周期规律性,能够为居民提供更便捷的出行服务。为通过均衡各OD(起讫点)服务列车发车和... 城际铁路作为城市群中旅客出行的骨干,对促进城市群内城市之间人员往来和各生产要素流动具有重要意义。周期列车运行图使得列车等时间间隔运行、具有周期规律性,能够为居民提供更便捷的出行服务。为通过均衡各OD(起讫点)服务列车发车和降低列车旅行时长来提高旅客出行效率,进而提高城际铁路旅客服务水平,在构建周期时间-空间网络的基础上,以最小化列车总旅行时间和OD列车服务均衡性为目标,考虑OD最小服务列车数量约束、列车最大旅行时长约束等条件,建立考虑停站的城际铁路周期列车运行图优化的多目标整数规划非线性模型,进而设计一种基于有向图弧权优化的启发式算法对模型进行求解。算法为了体现不同列车对相同有向弧使用成本的差异性,提出一种基于列车的差异化弧权体系,实现相同有向弧为不同列车设置不同惩罚权值,以引导不同列车选择不同运行路径。最后以京津城际铁路周期运行图编制为例,对比分析单目标优化时间、单目标优化OD服务均衡、固定列车停站优化和考虑列车停站优化多种情形下的优化结果,相比初始运行图而言,各优化结果分别提高了列车旅行时间和OD列车服务均衡性7%、36%、32%及38%的整体效益。研究结果可为城际铁路运营管理部门进一步优化周期列车运行图和提高旅客服务质量提供参考。 展开更多
关键词 城际铁路 周期运行图 OD服务均衡 停站协同 启发式算法
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基于预设非奇异终端滑模控制的高速列车速度控制研究 被引量:1
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作者 侯涛 魏建鹏 牛宏侠 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第1期38-50,共13页
针对高速列车自动驾驶过程中容易受到外部不确定扰动以及速度控制精度低的问题,以预设性能控制理论和非奇异终端滑模控制理论为基础,提出一种基于扩张状态观测器-预设性能非奇异终端滑模控制的高速列车自动驾驶的速度控制方法。首先,设... 针对高速列车自动驾驶过程中容易受到外部不确定扰动以及速度控制精度低的问题,以预设性能控制理论和非奇异终端滑模控制理论为基础,提出一种基于扩张状态观测器-预设性能非奇异终端滑模控制的高速列车自动驾驶的速度控制方法。首先,设计扩张状态观测器对高速列车运行过程中所受的内部和外部的未知干扰进行估计和补偿;然后,通过采用预设性能函数把系统跟踪误差转换为一个变化误差,并控制变化误差在一定的范围,间接保证了系统跟踪误差始终在预先设定的范围内;其次,设计非奇异终端滑模面和高速列车自动驾驶系统速度控制律,并利用Lyapunov稳定性理论证明系统误差可以在有限时间内收敛于平衡点;最后,结合CRH3型列车参数和郑西高铁中西安北站—渭南北站段(950.620~1010.970km)实际线路数据,分别在没有干扰和有白噪声干扰的情况下对设计的控制系统进行仿真验证。仿真结果表明:基于扩张状态观测器-预设性能非奇异终端滑模控制的高速列车控制方法对速度和位移的跟踪精度较自抗扰的控制方法和非奇异终端滑模的控制方法有显著的提高,且对列车受到的干扰能够精确地估计和补偿,实现了对列车的运行期望曲线的高精度跟踪。该研究可以提高高速列车速度控制系统的鲁棒性和控制精度,为高速列车提供一种新的速度控制技术方案。 展开更多
关键词 自动驾驶 预设性能控制 非奇异终端滑模控制 高速列车 扩张状态观测器
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考虑主应力偏转的桩承式路堤土拱效应分析
7
作者 张玲 林炜 +1 位作者 周帅 周杰 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第3期1064-1073,共10页
土拱效应是桩承式路堤荷载传递的主要机理之一。基于Terzaghi土柱土拱模型,考虑小主应力偏转对桩承式路堤土拱效应的影响,假定应力偏转角随土拱高度的增加呈线性变化,且小主应力线轨迹为圆弧形,引入小主应力形状系数来表征同一深度处桩... 土拱效应是桩承式路堤荷载传递的主要机理之一。基于Terzaghi土柱土拱模型,考虑小主应力偏转对桩承式路堤土拱效应的影响,假定应力偏转角随土拱高度的增加呈线性变化,且小主应力线轨迹为圆弧形,引入小主应力形状系数来表征同一深度处桩间土平均竖向应力与滑移面竖向应力的关系;然后通过分析等沉面以下桩间土上方路堤填土单元体,建立竖向应力平衡方程,同时利用Winkler地基模型表征桩间土和桩,建立等沉面至桩底的桩-土位移协调方程,解得随桩土差异沉降变化的桩承式路堤土拱高度,以及随土拱高度变化的桩土应力比;最后,结合2个实际工程案例,对比本文方法计算值、实测值以及其他已有理论方法计算值,验证本文方法的合理性。在此基础上,分析路堤高度、桩土刚度比、桩间净距等参数变化时主应力偏转对桩土应力比的影响。研究结果表明:本文方法考虑了主应力偏转,优化了滑移面应力分布;与传统Terzaghi法相比,本文方法土拱高度能随剪应力动态调整;桩土应力比与Terzaghi法趋势一致,但数值更低;桩土应力比和土拱高度随桩土刚度比和路堤高度的增加而增大,桩土应力比随桩间净距的增大而减小,而土拱高度随桩间净距的增加而增大;3个影响因素中,桩间净距对桩土应力比和土拱高度的影响最为显著,路堤填土高度的影响则相对较小。 展开更多
关键词 桩承式路堤 土拱效应 主应力偏转 桩土应力比 土拱高度 桩土刚度比
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基础变形对弹性支承块式无砟轨道变形及离缝影响研究
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作者 曾志平 吴霁崟 +4 位作者 王卫东 王继军 徐磊 李桩 刘卓 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第2期602-612,共11页
为探明弹性支承块式无砟轨道结构在基础变形恶劣地质条件下的变形规律,采用Abaqus有限元软件建立隧道段弹性支承块式无砟轨道精细化数值仿真模型,在考虑弹性支承块式无砟轨道道床板直接构筑于仰拱上的特殊结构形式前提下,以仰拱余弦型... 为探明弹性支承块式无砟轨道结构在基础变形恶劣地质条件下的变形规律,采用Abaqus有限元软件建立隧道段弹性支承块式无砟轨道精细化数值仿真模型,在考虑弹性支承块式无砟轨道道床板直接构筑于仰拱上的特殊结构形式前提下,以仰拱余弦型不均匀沉降作为基础变形输入形式,分析幅值、波长对钢轨位移、道床板位移及道床板与基础间离缝及脱空高度与长度的影响,提出基础变形作用下弹性支承块式无砟轨道的薄弱位置及最不利变形形式。研究结果表明:1)当基础变形形式为余弦型不均匀沉降时,钢轨变形形式与基础变形形式一致性较高,道床板变形形式一致性较低;结构沉降随基础沉降幅值增大而增大,基础沉降波长对结构沉降最大值影响较小;沉降中心出现沉降最大值,沉降端部出现小幅上拱;2)当沉降幅值与波长不变时,由于道床板的纵向不连续性,沉降中心为板中的情况变形较为缓和,沉降中心为板端的情况变形较为剧烈;3)层间离缝及脱空高度随沉降幅值的增大而增大,随沉降波长的增大而减小;随沉降幅值的增大而增大,随沉降波长的增大先增大后减小;基础沉降波长小于40 m时,只要发生沉降即需进行检查修补;基础沉降波长超过80 m时,可不进行离缝修补。综上所述,沉降幅值与轨道结构变形呈正相关;道床板的纵向不连续使得结构沉降与离缝突变性强,极大恶化轨道结构力学性能。研究结果可为基础变形地段弹性支承块式无砟轨道的优化设计与运维养修提供参考与依据。 展开更多
关键词 基础变形 弹性支承块式无砟轨道 钢轨不平顺 层间离缝 有限元分析
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考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修优化策略
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作者 张霞 邓银强 +2 位作者 杨岳 辜良瑶 陈峰 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第4期1457-1467,共11页
车轮的磨耗状况对动车组列车的运行安全和品质有着重要影响。为将磨损车轮镟修恢复至标准踏面外形,目前车轮镟修存在切削量过大,降低车轮使用寿命的情况。结合动车组车轮走行过程中的磨耗特性,提出考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修... 车轮的磨耗状况对动车组列车的运行安全和品质有着重要影响。为将磨损车轮镟修恢复至标准踏面外形,目前车轮镟修存在切削量过大,降低车轮使用寿命的情况。结合动车组车轮走行过程中的磨耗特性,提出考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修优化策略。首先,建立车轮外形参数磨耗速率模型,利用相关性分析、高斯分布检验研究车轮磨耗速率模型与车轮外形参数的相关性,得出不同运行线路上车轮最低磨耗速率点。然后,利用加权尺寸最近点迭代法进行车轮变形矫正,优先考虑车轮镟修后踏面外形处于最低磨耗状态,应用不同薄轮缘踏面外形镟修模板,进行自适应匹配单轮车轮经济型镟修。在此基础上,针对动车组车轮轮径差的安全运行要求,构建一种考虑磨耗特性的整车车轮经济型镟修优化模型。实例验证结果表明:轮径磨耗速率与车轮直径大小、轮缘厚度显著相关,轮缘厚度处于31.5~32 mm时,轮径磨耗速率低,镟修恢复可优先考虑。整车车轮经济型镟修优化决策的结果显示,车轮镟修恢复后的踏面外形处于低速率磨耗状态,轮径总切削量较实际镟修车间下降了约21%。与常规的车轮镟修策略相比,考虑磨耗特性的车轮经济型镟修优化策略更具智能化,有利于延长车轮使用寿命,降低铁路运营成本。 展开更多
关键词 车轮磨耗特性 镟修优化策略 经济型镟修 加权尺寸最近点迭代法 自适应匹配
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铁路工程绿色设计目标分解及实现途径分析
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作者 杨信丰 李海军 +2 位作者 县勇 巨玉祥 贺锦 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第1期368-380,共13页
铁路工程绿色设计,是实现其绿色发展的重要手段。目前,铁路工程各专业大多从某个工程应用角度出发,主要集中于绿化和污染防治案例研究,很少从系统角度出发研究铁路工程绿色设计。铁路工程要实现某一绿色指标,须从系统角度,各专业协同设... 铁路工程绿色设计,是实现其绿色发展的重要手段。目前,铁路工程各专业大多从某个工程应用角度出发,主要集中于绿化和污染防治案例研究,很少从系统角度出发研究铁路工程绿色设计。铁路工程要实现某一绿色指标,须从系统角度,各专业协同设计。因此,需要对铁路工程绿色设计目标进行特征分析,明确铁路工程绿色设计目标实现的主要途径。为此,首先从铁路绿色设计概念出发,采用目标层次分解、问卷调查等方法,对铁路工程绿色设计的目标进行逐层分解,将资源节约划分为土地节约、能源节约、材料节约及水资源节约等,将环境保护分解为生态环境保护、水土环境保护、大气环境保护、人文景观提升及其他环境保护等方面,并进一步细化第3层次的属性特征,明晰了铁路工程绿色设计的目标特征及内涵。通过对铁路工程各专业的设计流程进行分析,依据相关设计规范和标准,梳理各专业在不同设计阶段的主要绿色设计要点。基于jieba分词工具将绿色设计目标特征及各专业的绿色设计要点划分为多个词向量,采用主观赋权的方法确定特征分词的权重,并定义语义信息匹配度,将铁路工程绿色设计目标与铁路工程设计的各专业进行匹配,明确铁路工程各绿色设计目标得以实现的主要途径,为铁路工程各专业系统实现总体绿色设计提供依据。 展开更多
关键词 绿色设计 铁路工程 目标分解 实现途径 设计要点 特征匹配
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轨下垫板窜出对扣件纵向阻力的影响研究——以WJ-8型小阻力扣件为例
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作者 曾志平 刘卓 +4 位作者 李沛成 王卫东 张志鹏 黄志斌 段廷发 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第5期2114-2125,共12页
大跨长联桥上无缝线路由于受温度力、制动力等附加力影响,梁轨之间频繁产生相对伸缩位移,导致梁端位置扣件轨下垫板窜出。为了研究轨下垫板窜出对小阻力扣件纵向阻力的影响,以WJ-8型小阻力扣件为例,分析轨下垫板窜出时的状态,将影响因... 大跨长联桥上无缝线路由于受温度力、制动力等附加力影响,梁轨之间频繁产生相对伸缩位移,导致梁端位置扣件轨下垫板窜出。为了研究轨下垫板窜出对小阻力扣件纵向阻力的影响,以WJ-8型小阻力扣件为例,分析轨下垫板窜出时的状态,将影响因素总结为垫板受力面积减小和垫板挡肩受钢轨与铁垫板挤压2个方面。据此,分别开展无挡肩垫板扣件和有挡肩垫板扣件在不同扭矩及垫板窜出量下的纵向阻力室内试验,通过将垫板挡肩去除,研究垫板受力面积减小对扣件纵向阻力的影响,并与正常垫板扣件试验进行对比,研究挡肩受挤压对扣件纵向阻力的影响。试验结果表明:1)无挡肩垫板扣件试验结果表明,垫板受力面积减小会使扣件滑移阻力减少2.7%~5.6%,对扣件纵向滑移曲线的影响较小;2)垫板挡肩受挤压程度增大会显著改变扣件纵向滑移特征曲线及滑移点,挡肩受挤压稳定后会使扣件滑移阻力增大约24.9%~40.3%;3)不同垫板窜出量下,有挡肩垫板扣件纵向阻力明显大于无挡肩垫板扣件纵向阻力;在垫板挡肩挤压稳定后,前者纵向阻力值为后者的1.29~1.36倍;4)扣件滑移阻力-位移曲线与扣件安装扭矩正相关,拟合了有挡肩垫板扣件不同扭矩及垫板窜出量下纵向阻力-位移曲线的幂指数函数,为使小阻力扣件滑移阻力满足(4±1) kN的使用要求,现场发现扣件垫板窜出超过15 mm应及时复原或更换部件。研究成果可为无缝线路状态的预测计算及现场维护检修提供参考。 展开更多
关键词 扣件系统 纵向阻力 垫板窜出 WJ-8型小阻力扣件 无缝线路
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径向振动激励作用下饱和砂层中浆液扩散特性试验研究
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作者 李晓龙 陈永利 +3 位作者 肖伟帆 范新健 钟燕辉 王复明 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第3期1087-1099,共13页
振动注浆通过对饱和砂层施加振动激励作用,使其受扰动后有效应力下降、强度降低,从而减小浆液扩散阻力,增强其扩散性能,提升注浆效率和加固效果。目前振动注浆试验多采取轴向振动方式,其振动能量集中作用于钻杆端部土体,对径向土体几乎... 振动注浆通过对饱和砂层施加振动激励作用,使其受扰动后有效应力下降、强度降低,从而减小浆液扩散阻力,增强其扩散性能,提升注浆效率和加固效果。目前振动注浆试验多采取轴向振动方式,其振动能量集中作用于钻杆端部土体,对径向土体几乎无扰动效应,影响范围有限。针对该问题,研发了一种具有径向激振和频率可调功能的振动注浆模型试验装置,杆体末端的振动器通过隔振接头与杆体连接,以减少振动能量沿杆体的传播,提升能量利用率。首先利用该装置研究了10、30和50Hz径向振动作用下,饱和砂土超孔隙水压力演变规律和时空分布特征,然后进行振动注浆试验,测试不同振动频率、注浆压力和注浆时间条件下地聚物浆液在饱和砂土中的扩散特性。结果表明,随着振动频率的增加,超静孔压比越大,达到液化状态越早,且持续时间越长,不同埋深下与振动器中心等高的测点扰动效应最强烈,在水平方向随着与振动中心距离的增加,扰动影响逐渐减弱。与静态注浆相比,施加振动激励后浆液扩散性能显著增强,浆液扩散半径随振动频率、注浆压力、注浆时间增加而增大,振动频率为10、30和50Hz时,浆液扩散半径相对于无振动时分别增加15.7%、60.2%和174.1%。不同工况下浆液固结体长度较为接近,平均长度比振动器长度增大约20%。浆液扩散的最终形态与砂土受扰动程度和空间分布特征基本一致。 展开更多
关键词 振动注浆 模型试验 径向振动 饱和砂层 扩散性能
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堆载预压下塑料排水板地基的侧向变形预测方法
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作者 徐方 吴其长 +4 位作者 门小雄 杨俊芳 彭扬发 解裕荣 杨奇 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第1期416-428,共13页
为深入研究堆载预压下塑料排水板地基的侧向变形特性,并建立相应的侧向变形预测方法,利用自研的改进三轴试验装置,开展堆载预压下径向排水的三轴压缩试验及多工况仿真分析,系统研究竖向应力、水平应力、加载速率及初始有效应力对土体侧... 为深入研究堆载预压下塑料排水板地基的侧向变形特性,并建立相应的侧向变形预测方法,利用自研的改进三轴试验装置,开展堆载预压下径向排水的三轴压缩试验及多工况仿真分析,系统研究竖向应力、水平应力、加载速率及初始有效应力对土体侧向变形及应力比的影响。研究结果表明:土体侧向变形随竖向应力的增加、水平应力的减小、加载速率的增大及初始有效应力的减小而非线性增长;土体代表性应力比K_(e)^(*)则随加载速率的增大及初始有效应力的减小而非线性减小,随水平应力的增加近似线性增长,随竖向应力的增加先线性减小再非线性减小;堆载预压下地基浅层存在较大的水平向附加应力,其对地基侧向变形的影响不可忽视;水平向附加应力及竖向附加应力的综合作用,促使堆载预压下的排水板地基侧向变形随深度呈现先增大后减小的“弓”形分布规律。基于分析结果,建立土体应力比K_(e)^(*)与最终水平应变εh之间的归一化关系;并提出可考虑堆载预压加载因素及土体固结特性的综合影响因子β,由β与K_(e)^(*)之间的线性拟合关系可对不同工况下的K_(e)^(*)进行估算;综合ε_(h)-Ke及K_(e)^(*)-β关系,提出了堆载预压下排水板地基侧向变形轮廓的预测方法,并将该方法运用于分析2个实际工程案例,取得了良好的预测效果。研究结果可为堆载预压下塑料排水板地基的分析与设计提供参考。 展开更多
关键词 堆载预压 塑料排水板 改进三轴试验 侧向变形 预测方法
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市域与地铁贯通运营下列车周期运行图与车底周转一体化编制
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作者 王义惠 巨妙玉 +3 位作者 黄雯铮 任艾 周达天 孟令云 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第5期2013-2026,共14页
随着城市群、都市圈的逐渐形成,市域铁路与地铁的贯通运营在未来轨道交通的规划建设中需要广泛考虑,其不仅能够为乘客提供直达的便利,还能够降低运营成本。为了满足跨区出行的通勤客流需求,提高乘客的直达率,并通过采用编制周期运行图... 随着城市群、都市圈的逐渐形成,市域铁路与地铁的贯通运营在未来轨道交通的规划建设中需要广泛考虑,其不仅能够为乘客提供直达的便利,还能够降低运营成本。为了满足跨区出行的通勤客流需求,提高乘客的直达率,并通过采用编制周期运行图以减少运营公司的工作量,需要对市域铁路与地铁贯通运营下的列车周期运行图与车底周转计划进行一体化优化。以最小化列车总旅行时间、列车总折返时间、均衡性总偏差和乘客总等待时间为目标,建立多目标混合整数非线性规划模型。对模型中的非线性约束将其线性化,并采用拉格朗日松弛算法以松弛目标函数,从而降低问题规模,使得模型易于求解。基于京雄R1线与大兴机场地铁线的“一”字形贯通线路的基础数据,设计仿真测试案例,验证模型和算法的可靠性。研究结果表明:早高峰时段内,相比于独立运营,开行贯通列车不仅能够很大程度提高跨线直达率,同时还能减少运用列车数量;贯通列车的开行使得跨线乘客的直达占比69.86%,有效提升了乘客的出行效率;在可接受时间内能够得到有效的周期运行图,并保证乘客等待时间合理。通过对市域铁路与地铁贯通运营下运行图与车底周转一体化编制的研究,为我国发展“四网融合”提供周期运行图与车底运用方面的参考。 展开更多
关键词 市域铁路 地铁 贯通运营 周期运行图 拉格朗日松弛算法
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不同应力路径含裂隙膨胀土力学特性试验研究
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作者 王帅 胡波 +1 位作者 鲁松 孙慧 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第5期2168-2179,共12页
为探究应力路径对含裂隙膨胀土力学特性的影响,采用引江济淮渠段膨胀土进行常规三轴压缩(CTC)试验和减压的三轴压缩(RTC)试验,系统分析膨胀土在不同应力路径和裂隙贯通率条件下的破坏机理和变形特征。研究表明:试样的破坏模式受裂隙贯... 为探究应力路径对含裂隙膨胀土力学特性的影响,采用引江济淮渠段膨胀土进行常规三轴压缩(CTC)试验和减压的三轴压缩(RTC)试验,系统分析膨胀土在不同应力路径和裂隙贯通率条件下的破坏机理和变形特征。研究表明:试样的破坏模式受裂隙贯通率影响。随着裂隙贯通率增大,应力-应变曲线由应变硬化型向应变软化型转变,土体抵抗剪切破坏的能力也逐渐减弱。当裂隙贯通率一定时,RTC路径下土体的侧向约束减小,偏应力对应变更为敏感。在卸荷初期,应力-应变曲线的增长趋势比较陡峭,轴向应变不到3%就接近峰值偏应力;而在CTC路径下,在轴向应变达到3%后才接近峰值偏应力。不同应力路径下试样的体变特征也存在差异,CTC路径下,体变表现为剪缩,而RTC路径下表现出剪胀特征。RTC路径下试样的极限破坏偏应力与抗剪强度指标均低于CTC路径下的试验值。当固结围压相同时,RTC路径的极限破坏偏应力值约为CTC试验值的54.7%~65.8%;裂隙贯通率相同时,RTC路径的极限破坏偏应力值约为CTC试验值的60.2%~77.6%;RTC试验中的黏聚力和内摩擦角分别为CTC试验值的69.1%和82.1%。改进的D-C模型能够很好地描述含裂隙膨胀土的应力-应变曲线软化特征。CTC路径下,膨胀土的初始切线模量随着固结围压的增大而增大;而RTC路径下,初始切线模量随固结围压的增大而减小。研究成果可为防止土体开挖卸荷引起的工程灾害问题提供参考。 展开更多
关键词 膨胀土 裂隙贯通率 应力路径 剪切破坏 抗剪强度
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基于惯性四元数建模的列车姿态精度保持方法研究
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作者 姜维 郝鹏琪 +3 位作者 王剑 蔡伯根 邓陈喜 廖浩 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第4期1492-1505,共14页
针对标准GNSS/INS定位模型在卫星失效时难以克服惯性器件误差累计从而导致列车状态感知精度降级问题,为保障卫星失效场景下列车空间精度与鲁棒性的需求,提出一种基于惯性四元数建模的列车姿态精度保持方法,探究惯性器件加速度与角速度... 针对标准GNSS/INS定位模型在卫星失效时难以克服惯性器件误差累计从而导致列车状态感知精度降级问题,为保障卫星失效场景下列车空间精度与鲁棒性的需求,提出一种基于惯性四元数建模的列车姿态精度保持方法,探究惯性器件加速度与角速度的姿态解算机理,构建运动载体加速度辅助的惯性姿态四元数的反馈补偿解算模型。进一步为解决单一驱动模式对航位推算的可控性受限问题,建立基于姿态精度保持模型增强的列车状态感知模型,将内层融合解算的姿态信息作用在轮速传感器后与惯性递推值映射到外层状态空间完成系统的滤波校正并反馈到内层进行误差更新,最大限度保障卫星失效时惯性导航精度。采用实验室转台仿真数据与青藏线列车实测数据进行卫星失效场景下算法性能的验证与评估,结果表明:提出的姿态精度保持方法测姿精度显著优于惯性递推方法,青藏线30 min动态测姿实验中,横滚角、俯仰角、航向角精度为0.801°、0.513°和4.494°;在无卫星场景下,提出的基于姿态精度保持模型增强的列车状态感知精度显著优于INS/ODO松组合方法,15 min实车测试中,横滚角、俯仰角、航向角测姿精度为0.526°、0.493°和1.904°,水平定位精度提升86.66%、水平测速精度提升78.70%。综合证明该方法可以提升卫星失效场景下的基于惯性列车状态感知精度与鲁棒性。 展开更多
关键词 惯性四元数建模 姿态精度保持 惯性递推 滤波校正 列车状态感知
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预应力微型桩动态调控软岩路基上拱效果研究
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作者 张锐 张喜伟 +2 位作者 罗辉 余雷 刘正楠 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第3期1052-1063,共12页
为研究并提出一种经济有效调控红层软岩路基上拱变形的工程措施并揭示其作用机理,自研可动态调节上拱变形的预应力微型桩试验装置,室内测得不同预应力(50、100、150和200kN)与桩顶竖向位移的关系,通过数值模拟计算分析桩径D为0.17 m的单... 为研究并提出一种经济有效调控红层软岩路基上拱变形的工程措施并揭示其作用机理,自研可动态调节上拱变形的预应力微型桩试验装置,室内测得不同预应力(50、100、150和200kN)与桩顶竖向位移的关系,通过数值模拟计算分析桩径D为0.17 m的单桩(桩长8、10和12 m)与群桩(桩间中心距3D、4D、5D、6D)调控红层软岩路基上拱变形的效果与机制。室内试验结果表明,预应力微型桩可有效控制上拱变形,但控制能力并非随预应力的增加而线性增加,需实时监测上拱变形值,并动态调整预应力。数值模拟结果表明,无处治措施的工况下,试验路段因湿化作用和侧向地应力引起的上拱变形量约为9.5 mm;8、10和12 m长的预应力微型桩单桩调控下,上拱变形分布曲线在成桩位置出现突变,数值急剧减小,桩长和预应力的增加可使调控范围出现小幅度的增加,调控范围的最大值在2~3倍桩直径范围内波动;在试验选取的桩长和桩距范围内,12 m桩长、5D桩距的预应力群桩可同时兼顾安全性和经济性,使轨道附近上拱变形量分别减小至3.2mm(降幅为66.3%)、2.9mm(降幅为69.5%)和3.5mm(降幅为63.5%),最终满足规范对上拱变形量的控制要求;此外,群桩在施加预应力后调控能力明显增强,达到无预应力条件下的1.4倍左右。研究成果可为高速铁路红层软岩路基上拱处治提供参考。 展开更多
关键词 预应力微型桩 红层软岩 高铁路基 上拱变形
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冻融循环下纤维水泥改良风积沙动力特性研究
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作者 阮波 沈一凡 +3 位作者 张向京 路占海 张佳森 聂如松 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第4期1614-1621,共8页
以新疆和若(和田—若羌)铁路为背景,采用水泥、玄武岩纤维及工地现场的风积沙作为原材料,制作纤维水泥改良风积沙试样,研究冻融循环作用和纤维掺量对纤维水泥改良风积沙动力特性的影响。试样的水泥掺量为5%,纤维掺量为0.8%。采用锤击法... 以新疆和若(和田—若羌)铁路为背景,采用水泥、玄武岩纤维及工地现场的风积沙作为原材料,制作纤维水泥改良风积沙试样,研究冻融循环作用和纤维掺量对纤维水泥改良风积沙动力特性的影响。试样的水泥掺量为5%,纤维掺量为0.8%。采用锤击法制作直径为39.1 mm、高度为80 mm的圆柱体试样,标准养护28 d后进行冻融循环试验与三轴循环加载试验。冻融循环试验的冻结与融化温度分别为-20℃和20℃,采用三向冻结的冻结路径和无外界补给水的冻结方式。三轴循环加载试验采用正弦波加载,加载频率1 Hz,循环加载次数5000次。试验结果表明,纤维水泥改良风积沙骨干曲线符合修正Hardin-Drnevich模型。随着冻融循环次数增加,纤维水泥改良风积沙试样的动弹性模量呈指数函数减小,而阻尼比呈指数函数增大,试样达到指定动应变时对应的动应力减小。与未掺纤维试样相比,冻融循环1、3、6、10、15次时,掺入纤维试样的动弹性模量提高了6.74%、5.52%、4.18%、8.91%、9.65%,阻尼比减少了13.9%、8.9%、19.7%、15.9%、22.8%,且掺入纤维试样动应变达到0.08%时对应的动应力增大了18.08%、9.90%、9.75%、22.57%、24.74%。研究成果可以为采用改良风积沙作为路基填料的工程提供参考。 展开更多
关键词 铁路路基基床 动三轴试验 冻融循环试验 风积沙 玄武岩纤维 骨干曲线 动弹性模量 阻尼比
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改进YOLOv7和SeaFormer的桥梁裂缝识别与测量
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作者 杨国俊 齐亚辉 +1 位作者 杜永峰 石秀名 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第1期429-442,共14页
为解决以往桥梁裂缝检测模型参数量大、检测效率低、延迟高,无人机采集图像质量不佳等问题,引入图像质量评价模型和SeaFormer轻量化语义分割算法,通过改进YOLOv7目标检测算法,训练并建立基于改进的YOLOv7和SeaFormer的桥梁裂缝识别与分... 为解决以往桥梁裂缝检测模型参数量大、检测效率低、延迟高,无人机采集图像质量不佳等问题,引入图像质量评价模型和SeaFormer轻量化语义分割算法,通过改进YOLOv7目标检测算法,训练并建立基于改进的YOLOv7和SeaFormer的桥梁裂缝识别与分割一体化模型,提出基于内切圆的裂缝长度与宽度像素级计算方法。同时,采用先识别,然后将裂缝识别目标框图像作为分割模型的输入图像进行分割,再将分割图像进行处理并按照目标框位置信息映射回原图的方案,大大提高了裂缝的检测效率;利用本文质量评估模型筛选并标注公开混凝土桥梁裂缝图像,作为本文模型数据集。通过在此数据集上与主流模型进行训练测试对比,证明了本文算法在精度、轻量化等方面的优势。然后利用大疆精灵4pro-v2.0无人机在距离待测面3m处采集结构裂缝图像进行精度验证,裂缝宽度检测相对误差在18%以内,裂缝长度检测相对误差在10%以内。另外,在加入兰州市中山桥桥墩裂缝图像的混合测试集中,裂缝识别定位精准度达91.38%,F1分数88.94%,召回率86.62%;裂缝分割准确度为93.66%,交并比90.17%。研究结果表明:基于改进YOLOv7和SeaFormer的一体化桥梁裂缝检测方法在兼顾检测速度与精度的情况下,模型更小、检测效率更高,更适用于搭载在无人机等移动设备进行桥梁、高塔等结构的裂缝检测。 展开更多
关键词 桥梁工程 裂缝检测 无人机 深度学习 轻型多层感知模块 YOLOv7模型 SeaFormer模型
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基于SSA-GA-BP神经网络的城轨地下线振动源强预测模型
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作者 刘庆杰 刘博亮 +3 位作者 冯青松 徐璐 罗信伟 刘文武 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第5期2355-2366,共12页
为寻求一种预测速度快、准确率高的城市轨道交通地下线振动源强预测模型,基于55个非减振轨道测试断面数据,经过数据清洗、分析和标签化后,建立了涵盖典型车型和主要线路参数取值范围的8 000多条实测数据库。分析地铁环境振动的影响因素... 为寻求一种预测速度快、准确率高的城市轨道交通地下线振动源强预测模型,基于55个非减振轨道测试断面数据,经过数据清洗、分析和标签化后,建立了涵盖典型车型和主要线路参数取值范围的8 000多条实测数据库。分析地铁环境振动的影响因素,利用斯皮尔曼相关系数得到各类影响因素与振动源强的关系强度。分别建立基于卷积神经网络(CNN)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)等5个机器学习模型,对比分析了不同模型对振动源强的预测效果。使用麻雀搜索算法(SSA)和遗传算法(GA)优化BP神经网络模型的结构、超参数、权重及阈值,对比SSA-GA-BP、SSA-BP、GA-BP神经网络对振动源强的预测精度。最终使用4个差异明显且未经模型学习的新断面验证SSA-GA-BP模型的泛化能力。结果表明:5种机器学习模型中BP神经网络的非线性回归拟合能力最强,验证集MAE损失为1.55 dB,决定系数为0.948;SSA-GA-BP模型对振动源强的预测精度高于SSA-BP和GA-BP,验证集MAE、MAPE和决定系数分别为1.289 dB、1.856%和0.967,有80.11%数据的平均绝对误差在2 dB以内;SSA-GA-BP模型对4个经典的新断面数据预测效果良好,4个断面汇总数据的MAE、MSE和MAPE误差值分别为1.21 dB、2.18 dB和1.67%,决定系数为0.977,有70%数据的预测误差在2 dB以内,证明了SSA-GA-BP模型有较强的泛化能力。SSA-GA-BP振源预测模型具有较好的预测精度和快速预测能力,研究可为轨道交通地下线路设计阶段的减振降噪设计提供参考。 展开更多
关键词 城市轨道交通地下线 振动源强 预测 BP神经网络 麻雀搜索算法 遗传算法
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