内陆河湖相软土土性指标统计特征与竖向变化规律研究

【目的】内陆河湖相软土易与沿海地区软土混淆,其工程特性及鉴别标准对该类软土地基处理与沉降稳定控制有着重要的指导价值。针对现有内陆河湖相软土鉴别指标及范围不明确、土性指标竖向变化规律研究不足的问题,【方法】以结合大量工程实践收集到的全国不同区域近3000组内陆河湖相软土的土工试验数据为基础,对其土性指标统计特征、鉴别指标及竖向变化规律开展了系列研究。【结果】结果显示:内陆河湖相软土的天然含水率、孔隙比、压缩系数均小于海相软土对应值,而其密度、快剪黏聚力均较海相软土对应值偏大,但总体上仍具有一般软土天然含水率高、密度小、孔隙比大、抗剪强度低的基本特性;天然含水率、孔隙比、塑性指数、压缩模量、压缩系数作为内陆河湖相软土的5项鉴别指标,均服从对数正态分布,并给出了相应的鉴别标准(w≥28.1、e≥0.81、Ip≥11.5、Es≤6.5、α0.1-0.2≥0.23);从土性指标竖向变化规律来看,内陆河湖相软土的天然含水率、孔隙比、压缩系数、塑性指数、塑限、液限总体上随深度呈现先增大后减小的变化趋势,而天然密度、快剪黏聚力、内摩擦角、压缩模量随深度变化的规律为先减小后增大,塑性指数的平均值和标准差随深度呈线性减小的趋势,快剪黏聚力的平均值和标准差随深度呈线性增加的趋势。【结论】结果表明:内陆河湖相软土的土性指标统计特征与沿海地区软土存在一定差异,其力学性质比海相软土稍微偏好,并沿着深度方向具有成层不均匀的特点,研究成果可为该类软土地基处理与沉降控制提供参考。

基于光电比色法的天然沥青改性沥青与集料黏附性研究

为了研究天然沥青与集料之间的黏附性,选用2种基质沥青与3种集料,在基质沥青中分别掺入不同剂量的天然沥青,采用光电比色法测试沥青与集料的黏附性,并与水煮法试验结果作对比,建立两种方法对应的黏附率与黏附等级的联系,同时通过浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验研究了沥青混合料的水稳定性.试验结果表明,光电比色法可以定量分析沥青与集料的黏附性,并且从黏附性角度能更为精确地确定天然沥青的最佳掺量;在基质沥青中掺入天然沥青能明显增加沥青与集料的黏附性能,但不同的基质沥青与集料在添加天然沥青后对其黏附性的提高程度各异;水煮法试验、浸水马歇尔试验及其冻融劈裂试验的结果验证了光电比色法试验结果的可靠性.

公路隧道穿越采空区的探测与处理技术研究

以某在建高速公路隧道施工过程中遇到的采空区处理为依托,探讨了隧道穿越采空区的探测与处理技术。对探地雷达应用于隧道施工过程中的采空区探测技术进行了系统的总结;利用ANSYS软件对2种预备的支护方案进行数值模拟和分析,推荐了具体的支护方案;分析了采空区对隧道的影响,给出了具体的设计方案和施工原则;将施工过程中监控量测的数据信息和仿真模拟数值进行对比分析,对处理的结果进行了评价。结果表明:在经济上合理、技术方面可行而又满足施工进度要求的情况下采用钢拱架和墩台对采空区进行支护,并用轻型材料填充的处理方法,能较好地控制隧道的变形和位移。

高速公路中间带波形梁护栏高度

针对中国高速公路中间带护栏高度不足的问题,对高速公路中间带波形梁护栏的高度进行研究。采用能量守恒方法,在构建波形梁护栏和车辆计算模型的基础上,建立高速公路中间带护栏高度计算模型;并采用调查分析的方法,对交通事故、交通组成以及相关车型的设计参数进行分析,确定了护栏高度计算模型中的有关参数。研究结果表明,适合中国高速公路中间带波形梁护栏的高度宜为87.6 cm,可有效地防止大型车跃出和小型车钻撞护栏等恶性交通事故的发生。

多年冻土隧道围岩冻融圈回冻和融沉演化规律研究

以共和至玉树公路的姜路岭公路隧道为依托,开展隧道不同冻土段围岩冻融圈的演化规律及各因素对隧道不同冻土段围岩冻融圈的影响规律研究。结果表明:工况不变,随时间持续,冻融圈深度随之增大;围岩开挖后喷射混凝土支护,延迟1d施作,则冻融圈深度增大约10cm。喷射混凝土施作越迟,围岩的的冻融圈深度越大。在隧道运营期间,隧道非冻土段的围岩在外界气温荷载作用下将冻结,且冻结深度随着年份增加而增大,100年后可达26m。

施工期高速公路改扩建作业区分流组织研究

针对高速公路改扩建施工过程中交通流组织方案的实施问题,提出高速公路施工区交通组织的三个关键问题:施工路段通行能力计算、分流车型选择;分流路径选择,并以石安高速公路改扩建施工为例,具体分析了上述三个问题在实际情况中的应用,为高速公路改扩建作业区施工期安全保障和交通组织等施工管理提供了建设性的意见与方案。

水泥混凝土路面常见病害与预防

通过水泥混凝土路面出现的破坏现象,将路面的破坏形式进行分类,针对分类中不同病害产生的原因及破坏机理进行了深入分析,分别从设计和施工阶段提出了水泥混凝土路面病害的防治措施。

公路缓和曲线长度的合理取值分析

为给车辆由直线(圆曲线)驶入圆曲线(直线)提供合理的路径长度,确保驾驶员能以安全、舒适、自然的状态驶入目标曲线单元,通过对现行路线规范中缓和曲线长度取值规定的合理性分析,发现回旋线参数取值规定易存在曲线单元间长度分配均匀、取值长度过长、不易与地形地物相协调等问题。结合美国《绿皮书》对缓和曲线取值的相关规定,从汽车行驶轨迹、缓和曲线偏移值特征及超高过渡等方面对缓和曲线长度取值进行理论分析研究。结果表明:在设计速度一定的情况下,随着圆曲线半径的增加,缓和曲线长度取值应随之减小;随着设计速度的增加,缓和曲线长度取值也应随之增加,但增加值较小,可忽略不计;在设计速度和圆曲线半径均相同的情况下,随着缓和曲线长度的增加,驾驶员判断前方平曲线的曲率半径偏小,易驶入临近车道,不利于交通安全。另外,根据缓和曲线偏移值特征及超高过渡所需长度研究发现,通过控制缓和曲线偏移值1 m、缓和曲线长度200 m范围,圆曲线半径与缓和曲线之间的变化关系较为稳定,符合车辆行驶轨迹,基本满足超高过渡段设置的要求。经计算得出当圆曲线半径大于1666 m时,缓和曲线长度宜随圆曲半径的增大而减短。

沥青混凝土路面常见病害成因及处治措施

通过对沥青混凝土路面常见病害进行分析,揭示沥青混凝土路面病害产生的原因,提出沥青混凝土路面病害的预防及处治措施,以提高路面使用性能,延长沥青道路寿命。

松散地层隧道预加固技术

为明确砂卵石隧道变形破坏特征,科学合理地提出松散地层公路隧道修建最佳预支护方案,基于数值计算,分析了目前常用的超前支护方式及加固效果,明确适用于砂卵石隧道的加固措施并重点分析合理的参数取值。结果表明:超前短管棚注浆对围岩变形控制效果最好,从初期支护内力和二衬应力来看,超前短管棚注浆超前支护方案固砂效果明显,虽工艺较复杂,会延滞工期,仍可作为松散地层超前支护推荐方案,确保支护效果与施工安全。

公路桥头跳车原因与病害防治措施研究

针对公路桥头跳车的危害,深入分析了公路桥头跳车病害产生的原因,从设计、施工、监理等方面提出了预防处治措施,从而有效减少或避免桥头跳车的发生,提高公路的行车舒适性和道路的通行能力。

温拌沥青混合料在高寒地区道路中的应用

采用温拌沥青混合料新技术可显著降低沥青混合料拌和、碾压温度,缩短工期,节省造价,减少环境污染。

松散地层隧道支护体系的力学特性

为明确松散砂卵石地层隧道支护体系力学特性,以青海循隆高速公路穿越公伯峡砂卵石地层隧道为工程实例,研究了砂卵石隧道初期支护刚度、强度的影响特征及二次衬砌施作时机的力学影响特点。通过研究隧道支护体系的力学行为,提出砂卵石隧道初期支护建议参数,明确了支护拱顶沉降、衬砌应力与二次衬砌施作时机的关系,可为砂卵石地层隧道及类似工程的支护设计提供参考。

坝光凝灰岩高边坡失稳机理分析及加固设计

为了研究凝灰岩边坡失稳机理,依托盐坝高速的凝灰岩高边坡项目,在边坡施工全过程采用机器人对边坡坡面、抗滑桩和挡墙实施自动位移监测,借助采集到的监测数据对凝灰岩高边坡的变形破坏机理进行深入的分析。研究结果表明:边坡强透水的覆盖层与下伏全风化凝灰岩的特殊不良地质结构是滑坡孕育的基础;滑坡体的位移速率与降雨强度呈现出高度相关性,地下水的作用引起凝灰岩崩解裂化,因此降雨是滑坡的主要诱发因素。

山区高速公路长大下坡路段缓坡设计指标

为了明确中国山区高速公路长下坡缓坡设计指标,在汽车动力学理论的基础上,以六轴铰接列车为主要研究对象,剖析其以发动机辅助刹车方式长下坡时的货车加速特征与制动毂散热特征。首先,建立力学平衡方程,构建挡位-速度-临界坡度模型,求解不同速度和挡位条件下的缓坡临界坡度值。然后,进一步考虑中国高速公路设计控制条件与货车行驶特性,以12挡和11挡时对应的临界坡度作为高速公路缓坡设计控制指标,提出连续下坡缓坡设计指标与方法;最后,以进入缓坡速度70 km/h为例,对比基于降速及降温特性得到的缓坡坡长指标,并结合西南某山区高速公路进行方案设计优化及优化效果分析。研究结果表明:连续长下坡路段之间设置缓和坡段有助于制动毂降温,恢复货车制动性能;基于速度特性得出了速度折减值10和20 km/h不同缓坡坡度下的缓坡坡长值;基于降温特性求解的缓坡坡长以制动毂失效温度260℃为最不利条件,并得出了不同运行速度及温度折减值;基于降速特性得到的缓坡坡长值对纵坡设计具有指导意义,而基于降温特性得到的缓坡坡长值相对较大,不宜作为设计参考但可作评价研究,并整理得到连续长下坡缓坡设计-评价流程,以西南山区某高速公路为实例分析发现,对缓和纵坡的坡度与坡长合理取值能有效改善制动毂温度,提升连续长下坡路段车辆的行驶安全性。

高速公路半幅封闭施工区限速标志效能试验

采用现场试验与统计分析,研究了高速公路半幅封闭施工作业区交通标志尤其是限速标志的警示效能,提出了分阶限速方案和交通标志效能试验方案,选择典型路段开展了既有交通标志效能试验、限速标志位置试验、分阶限速效能试验和优化后交通标志效能试验。试验结果表明:既有交通标志尤其是限速标志效能不足,试验路段客货车经过限速标志后车速远高于限速值,且速度降低幅度很小。通过分阶限速优化交通标志设置,施工作业区车辆速度明显降低,客车速度降低38km·h-1,货车速度降低32km·h-1;施工作业区客车运行速度与限速值的差值从60km·h-1降低到15km·h-1,货车速差从40km·h-1降低到5km·h-1,基本达到限速值,整个交通流运行速度与限速值差值变化趋势一致。可见,分阶限速优化后的交通标志效能提高明显。

高地应力软岩隧道大变形控制方案现场试验

为了研究高地应力条件下隧道软弱围岩的变形破坏机制,探索适用于高地应力条件下的软岩隧道大变形控制技术,基于宝汉(宝鸡—汉中)高速某高地应力软岩隧道工程,提出了“双层H形钢拱架”初期支护和“原位应力释放+双层H形钢拱架”初期支护2种建设方案,并通过现场试验的方法对比分析2种方案的控制效果。结果表明:“双层H形钢拱架”方案优于“原位应力释放+双层H形钢拱架”初期支护方案,后者对围岩的扰动较大,在围岩松散破碎条件下,优先选用“双层H形钢拱架”方案,但在地应力极高的条件下,采用“原位应力释放+双层H形钢拱架”方案更合适。采用双层初期支护方案,可降低围岩损伤。此外,支护施工中应合理确定预留变形量,宁超勿欠,以保证拱架支护效果。

基于七芯光纤的迈克尔逊干涉型光纤温度传感器

为了实现对环境温度的精确测量,提出了一种基于七芯光纤(seven-core fiber, SCF)的迈克尔逊干涉型温度传感器。该传感器由单模光纤(single mode fiber, SMF)和SCF熔锥构成,当光由SMF进入SCF时,由于光纤直径的急剧变小,在光纤细锥区域会激发出SCF中的高阶模,这些高阶模与纤芯基模经SCF端面反射后,再次回到细锥区域时发生干涉,并经由SMF输出。制作了不同长度SCF的传感器样品,并分别进行了温度传感实验研究。温度响应实验结果表明,在20—160℃温度范围内,长度为47 mm的传感器的温度灵敏度为0.127 4 nm/℃,拟合线性系数为0.998 3,温度测量分辨率为0.007 8℃,稳定性实验测得传感器的测量标准偏差为0.289 6℃。该温度传感器结构紧凑、易于制作、成本低廉、灵敏度高且测量范围大,在温度监测领域具有一定的应用潜力。

基于PS-InSAR技术的黄土高边坡形变监测

为解决高边坡安全稳定监测难度大的问题,提出利用PS-InSAR技术对高边坡进行形变监测分析。在黄延高速公路富县西黄土高边坡地表形变监测中,采用永久散射体差分干涉测量技术获取了高边坡2017年3月12日至2018年3月19日的29景Sentinel-1数据。通过对PS点进行相位建模和形变解算,反演得到高边坡地表形变参数,在此基础上分析了高边坡形变速率的分布情况,基于平均形变速率结果分析了高边坡的稳定性。监测结果显示92.46%的PS点形变速率为-10~10 mm/a,最大形变速率区域主要集中在高边坡的下部,形变分析结果表明该边坡整体较为稳定。进一步选取了与高边坡水准测量监测时间最为接近的PS点的雷达视线向监测结果,将2种方法的监测结果进行了对比分析。结果表明:两种形变监测方法的监测结果都显示出监测点累计形变量不断增加的特征,对比效果较好;验证了PS-InSAR技术在高边坡形变监测中的可靠性,以及PS-InSAR技术在高精度提取地表形变信息方面的优势;通过PS-InSAR技术进行高边坡形变的持续监测,能够对其安全稳定状态进行准确评价,并进行预警预报;同时为高边坡形变监测提供了新的方法与借鉴,采用PS-InSAR对边坡变形进行监测时,可利用其与边坡实时监测系统相结合来实现大尺度的区域普查与重点区域的实时监测,确保公路高边坡的安全稳定。

高速公路互通式立交入口至隧道入口最小净距研究

针对山区高速公路互通式立交入口至隧道入口净距过小而无法满足车辆顺利完成操作、极易导致车辆在隧道入口处发生交通事故的问题,对高速公路互通式立交入口与隧道入口路段的最小净距进行了研究。首先,分析了该路段车辆的行驶特性,考虑了标志视认、判断决策、车辆换道等实际驾驶需求与隧道入口过渡段要求,分别建立了互通式立交入口与中、短隧道和长隧道入口的最小净距计算模型。其次,对净距模型中所涉及的车辆运行特性展开了数据调查与分析,验证了双曲正切换道模型与此类路段车辆换道轨迹具有高度适配性,并确定了车辆运行速度、换道长度等模型关键参数,提出了不同车道数和服务水平等条件下最小净距建议值。最后,基于最小净距研究的条件和结果,提出了互通式立交入口与隧道入口路段交通安全保障措施。结果表明:互通式立交入口与隧道入口的最小净距与基本路段限速值、服务水平、车道数、隧道类型等多因素相关。同时,将研究结果与《公路立体交叉设计细则》(JTG/T D21—2014)对比,发现细则中规定的最小净距值偏小,这从一定程度上解释了目前这种路段事故多发的原因。研究为今后在实际工程中的灵活设计和安全保障措施的设置提供了参考。